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| 기계식 레이더 | 기계식 레이더(전자파 송수신) | |
| 위상배열 레이더 | PESA | 비능동형 전자주사식 위상배열 레이더 |
| AESA | 능동형 전자주사식 위상배열 레이더 | |
| 라이다 | 광자레이더(광자 시각화 탐지 및 거리 측정) | |
| 양자 레이더 | 양자 레이더(양자 송수신) | |
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| 러시아군의 S-400 지대공 미사일 레이더. |
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| 미국의 SPY-6 해상 AESA 위상배열 레이더. |
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1. 개요
레이더(RADAR, 레이다)는 전파 이용 탐지 및 거리 측정(RAdio Detection And Ranging)의 줄임말로, 조사한 전자파가 대상에 부딪힌 뒤 되돌아오는 반사파를 측정하여 대상을 탐지하고 그 방향, 거리, 속도 등을 파악하는 정보 시스템을 이른다. 이를 위해 개발된 레이더 장비(RADAR device)를 줄여서 '레이더'라고 부르기도 한다.형태는 접시 모양처럼 생긴 파라볼릭 안테나에서부터, 넓적하게 생긴 평면 주사 안테나도 있고, 용도 역시 산 꼭대기에서 해당 범위 지역을 커버하는 장거리 레이더에서부터 방공포 및 유도미사일을 위한 사격 통제 레이더, 전투기를 비롯한 항공기 코앞에 붙여 비가시거리의 상황을 알아보는 탑재 레이더 등이 있다. 원래 군용으로 시작했지만 현재 기상, 교통 등에 널리 사용된다.
1.1. 명칭과 발음
RADAR라는 표현은 1941년 영국에서 사용하기 시작했는데, 이전에는 'RDF(Radio Direction Finder)' 등으로 불렸다. 오늘날 RDF는 레이다가 아니라 전파 발신원을 찾는 장비의 명칭으로 쓰이고 있다. 본래 두문자어이므로 대문자로 'RADAR'라 쓰는 것이 맞지만, 현재는 레이저의 예와 같이 그 자체로 일반명사처럼 쓰이고 있어 'radar' 등의 어휘 표기가 통용되며, radar의 약어로 RDR도 흔히 사용된다.'RADAR'의 발음은 / ˈreɪdɑː(r)/ (레이다)이다. # 본래 표준어도 이를 반영하여 '레이다'였으나, 1987년 외래어 표기 정비 지침에 따라 'ㅏ' 발음을 'ㅓ'로 통일하는 과정에서 전문 용어인 레이다가 '레이더'로 표기돼 국정 교과서 편수자료에 포함되면서 잘못 정정되었다. 이후 학계의 지속적인 요청으로 '레이다'가 다시 표준어로 돌아오게 되었다. 국립국어원은 2014년부터 '레이다'를 기본 표기로 정하고 2015년판 표준국어대사전에는 레이다를 기본 표제어로 개정하여 고시하였으나, 국립국어원이 '레이더'를 폐기하지 못하고 `관용 표현`으로 복수 표기를 인정, 문제의 소지로 남겼다. #
표준어가 레이다로 바로잡힘에 따라서 정부기관이나 군, 방산업체 등 실제 RADAR를 개발/운용하는 곳에서는 '레이다'로 표기를 통일하고 있다.
- 대한민국 공군 군무원 채용공고의 직책명 레이다관제사 (직위연번 22~33)
- 국방과학연구소의 업무소개 연구개발>감시정찰>레이다(Radar)
- 한화시스템의 KF-21용 AESA 레이다 소개: KF-21 AESA 레이다(능동형위상배열레이다)
- 한국전자파학회의 하위 연구회 레이다 연구회
하지만 민간 언론이나 일반인 사이에서는 '레이더'가 훨씬 폭넓게 사용된다. 나무위키 역시 토론을 통해 일반인 사이에서 널리 사용하는 표현인 레이더로 표제어를 고정하기로 하였다.
2. 원리
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인간의 눈이 물체가 반사한 가시광선을 받아들여 감지하는 기관인 것처럼, 레이다는 물체가 반사한 전파를 감지하는 기계다.
다만 인간의 눈은 빛을 발사하지 않지만 레이다는 전파를 발사한다.
또한 인간의 눈은 물체가 눈으로부터 얼마만큼 떨어져있는지 정확히 측정할 방법이 없고 양 눈이 보는 상의 미세한 차이를 이용해 얼마만큼 떨어져있는지 대략적으로 파악하지만, 레이다는 발사한 전파가 얼마만에 반사되어 돌아오는지 측정함으로써 대상물까지의 거리를 정확히 측정할 수 있다. 일부 레이다는 반사된 전파의 편이를 감지해 목표의 이동 속도까지도 알아낼 수 있다.
이 점에서 레이다는 전자기파를 이용한다는 점만 인간의 눈과 동일할 뿐이지, 나머지 면에서는 박쥐나 돌고래의 초음파를 이용한 반향정위와 훨씬 비슷하다.
즉, 레이더는 안테나에서 출력시 쏜 전파와 반사되어 다시 돌아오는 전파의 시간차를 계산하여 해당물체와의 거리를 계산하고, 반사되어 돌아온 전파의 세기와 크기, 모양을 판독하여 고정된 물체인지 움직이는 물체인지, 움직인다면 이동속도는 어떻게 되는지 등을 알아내는 기계다.
다만 레이더라고 무조건 멀리 있는 물체에 대해 알 수 있는 건 아니다. 기본적으로 지구는 둥글기 때문에 일반적인 레이더라면 지평선 너머에 있는 물체나 중간에 큰 물체가 있어 가려져 있는 대상에 대해서는 알 수 없다. 이 때문에 일반적인 지상 레이더 사이트들은 산이나 섬 위에 위치해 있으며, 선박에 장착한 경우에도 가능하면 함교 정상부나 마스트 위 높은 곳에 레이더를 장착한다. 비행기 역시 높게 올라갈수록 더 멀리 있는 물체를 탐지 가능하다. 물론 아래 나오는 초지평선 레이더등 예시처럼 이를 극복한 특수한 레이더들도 있다.
3. 구조에 따른 분류
3.1. 기계식 레이더
보통 송수신 소자가 1개고 파라볼라나 야기-우다 안테나를 사용하기도 한다. 값이 싸고 구조가 간단해 위상배열 레이더가 대중화된 현재도 꾸준하게 사용되고 있다.3.2. 위상배열 레이더
여러소자를 배열해서 기계식 작동부 없이 빔포밍으로 대상을 추적 가능한 레이더다. 다만 시야각이 좁아 기계식 구동부를 추가한 경우도 있다.원리 및 자세한 사항은 해당 문서 참조
3.2.1. PESA
송신부소자가 한개고 여러개의 위상변조기로 빔포밍을 하는 레이더로 AESA에 비해 기본적으로 성능면에서 떨어지나 출력을 높이기 쉽고 구조가 간단해 아직도 잘 쓰인다.원리 및 자세한 사항, 종류 등은 해당 문서 참조
3.2.2. AESA
송수신부(T/R)가 여러개 있어 성능이 매우 우수한 레이더다. 가격이 비싸고 설계나 냉각이 어렵다는 몇몇 이슈가 있지만 고급형 레이더들은 대부분 이런구조를 사용한다.원리 및 자세한 사항, 종류 등은 해당 문서 참조
3.3. 광자 레이더
광자 레이더는 레이더 전자파 생성에 레이저 다이오드를 활용하여 광대역 저잡음의 레이더 빔을 송수신하는 기술이다.3.4. 양자 레이더
광자(양자) 자체를 송수신하는 기술이다.4. 수신 정보에 따른 분류
4.1. 1차원 레이더
일반적으로는 거리만 측정 가능한 레이더가 이분류에 속하지만 실제로는 도플러 효과를 이용해 상대 속도 정도만 확인 가능한[1] 물건이 많다.거리 측정이 빠진다면 간단한 회로와 소자만 있으면 제작이 가능하며 그 단순함과 저렴함 덕분에 자동문용 센서로 쓰이거나 한다.
4.2. 2차원 레이더
거리, 방위, 고도 중 2개만 파악 가능한 레이더로 보통 거리와 방위만 파악 가능하다. 항해 레이더나 자동차용 레이더 등 간단한 항법용 레이더로 현재도 많이 쓰인다.4.3. 3차원 레이더
거리, 방위, 고도 모두 파악 가능한 레이더로 보통 항공기나 비행물체를 추적하는 레이더에서 많이 쓰인다.4.3.1. 지표투과레이더
줄임말 GPR. 매질에 따라 투과율이 다른 것을 이용한 3D 지하 탐사 방식이며, MHz~GHz 대역을 쓰는데 주파수는 감도에 비례, 심도에 반비례한다. 일종의 비파괴검사로서 지질학, 싱크홀, 건축물, 수도관, 통신선, 문화재, 지뢰, 매립지 등이 검사 대상이다. 땅굴도 이걸로 탐지한다. 다만 탐지 거리 등에는 제약이 있을수 있기에, 땅굴 탐지용으로 쓰는 경우 여러 회에 걸쳐 이쪽저쪽 켜보거나, 혹은 여려 대를 동원해 광범위하게 수색하며, 인공적인 것인지 자연공동인지 판별을 위해 천공기 등의 각종 시추용 장비들을 데려다 찔러보기도 한다. 참조 블로그유적 탐사 예시
국과수의 유해 매몰 조사 설명
5. 군사적 사용
제2차 세계 대전 시기 영국이 최초로 사용했으며 레이더의 존재 덕분에 영국군은 물량의 열세에도 불구하고 나치 독일군을 상대로 영국 본토 항공전에서 승리를 거둘 수 있었고[2] 유보트와의 전쟁에서 수송선단에 레이더를 배치하자 언제나 먼저 유보트를 탐지해내고 능동적으로 대응할 수 있었다. 전파는 물속을 투과하지 못하므로 수중의 잠수함은 발견할 수 없지만 당시 유보트들은 가잠함이어서 평상시에는 수상항주하다가 공격시에만 잠수하여 작전했기 때문에 레이더로 탐지가 가능했고 탐지가 안 되더라도 잠수함들에게 수중항행을 강요하여 작전을 방해할 수 있었다. 현대 잠수함들은 재래식 잠수함도 주로 물속으로 다니다가 잠깐 물 위에 올라와 숨쉬고 들어가니 다른 이야기지만, 그럼에도 스노클 시간이 가장 위험하기 때문에 스노켈을 스텔스처리하는 등 많은 노력을 기울이고 있다.[3]
그 외에도 태평양 전쟁 당시 우수한 레이더를 장비한 미국 해군 군함들에 비해 일본 해군은 레이더 장비가 잘 갖춰지지 않아 일방적 공격을 당하기도 했다. 그 대표적인 예가 바로 미드웨이 해전이다. 미국 해군, 일본 해군 양쪽 다 기습적인 공격을 당했으나 일본 해군은 그야말로 앉은 채로 당했지만 미 해군은 레이더 덕분에 어느 정도 대비를 할 수 있어서 결과적으로 요크타운 항공모함은 1차 공격 당시 침몰을 피할 수 있었다.[4] 거기다 레이더가 발산하는 전파를 수신하는 수신기 역할을 하는 안테나 중 일본의 공학자들이 개발한 획기적인 지향성 안테나인 야기-우다 안테나를 미군, 영국군, 독일군은 제2차 세계 대전 내내 엄청나게 운용했으나 정작 일본은 거의 사용하지 않았다.
다만 많이들 오해하는게 일본은 레이더를 사용하지 않았다고 하는데 일본 역시도 22호 전탐등 자체적인 레이더를 만들어 전함등에 장착하였으며 전쟁말기에는 기초적인 사격통제장치 역시 보유하고 있었다. 또한 일본은 레이더보다 견시를 더 신뢰하였는데 당시 일본 해군은 세계에서 가장 뛰어나다고 할만한 견시능력을 보유하고 있었다. 사보섬 해전과 타사파롱가 해전의 승리는 이러한 뛰어난 견시들 덕분이었지만, 시간이 지날수록 숙련된 견시들이 소모전으로 전사해 줄어들었고 애초에 레이더를 통해 작전거리가 견시의 최대 시야를 한참 벗어난 채 시작하는 미 해군의 공격을 숨을 데도 없는 바다 위에서 전달하는 건 불가능했다. 그럼에도 일본은 견시가 최고라고 믿고 견시능력을 향상시키겠다고 견시병에 멜라닌 호르몬 주사로 밤눈을 키우겠다는 작전을 하고 있었고, 그런거에 몰두하느라 미영에 비해서 열악했던 전파와 전자기술 그리고 레이더를 불신한 군부 때문에 발목이 잡힌 사이, 시행착오를 겪으면서 레이더를 적극적으로 운용한 미국 해군에게 우위를 잃어갔다.
여러모로 전쟁의 형태 자체를 바꾼 의미있는 발명품이기도 하다. 그 이전까지는 적의 이동이나 탐지를 전적으로 사람의 감각(시각은 망원경, 소리는 청음기)에 의존해야 했으며 당연히 한계가 있었지만, 레이더 개발 이후로는 적이 언제 어디로 어떻게 오는지를 수십~수백 킬로미터 밖에서 알 수 있게 됨에 따라 그에 대한 군의 대처속도도 대폭 올라갔고 공격자와 방어자의 전술도 더욱 다양해졌으며 전쟁의 양상도 더욱 복잡하게 변해갔다.
미국, 러시아, 중국처럼 국토가 크고 군사력이 강한 국가는 OTH(Over The Horizon 초지평선 레이더)라고 불리는 ICBM 및 전략무기 탐지용 초장거리 레이더가 있다. 해당 레이더의 경우는 방향이 고정되어있고 엄청난 출력으로 지평선 넘어서도 항시 감시가 가능하다.
러시아군 FARA-PV 개인용 레이더
반대로 개인용으로 사용할 만큼 작은 레이더들도 있다. 러시아군 같은 경우 개인화기에 거치해 사용할 만큼 작은 레이더를 사용하며 이를 이용해 날씨와 밤낮에 상관없이 적을 조준하거나 적이 공격한 지점, 박격포나 같은 소규모 포격의 위치를 알아내는 대보병/ 대포병 레이더 임무를 수행한다.
미군 Prism 200C 벽 투과 레이더
심지어 미군에서는 시가전이나 실내전을 대비해 벽 투과 레이더까지 사용하고 있다. 높은 주파수를 사용해도 클러터가 발생하는 등 아직 완벽하진 않지만 은엄폐가 통하지 않는 시대가 온 것이다.
이렇게 좋은 레이더지만 기본적으로 레이더로 알 수 있는 정보는 어디에 뭔가 있다 뿐이다. 즉 뭔지는 안 가르쳐 주고 당연히 적군, 아군을 구분할 순 없다. 아군인지 적군인지는 IFF를 통해 알아내고 민항기의 정보는 트랜스폰더 (X-Ponder 라고도 불림)를 통해 알아낸다. 사실 IFF의 민항기 탑재형이 트랜스폰더라고 볼수있다.
그러나 F-22A에 탑재된 레이더의 경우는 상세한 형체를 구분할 수 있을 정도로 해상도가 높으며 이러한 기술은 하드웨어적인 게 아닌 소프트웨어적인 것으로, 현재 대한민국과 미국의 차이는 20년 이상의 넘사벽이 가로막고 있다. 그리고 유럽 및 기타 선진국들에서도 도저히 미국을 따라올 수 없는 게 레이더이다. 그리고 그런 소프트웨어는 당연히 누구에게도 알려주지 않는 군사기밀이다 카더라.
레이더를 통해서 물체를 영상으로 판독하는 건 Synthetic Aperture Radar 즉 합성개구레이더 기술로 이미 80년대에 개발된 물건이며, 영국이나 이스라엘, 러시아 등 다른 유럽 국가들도 옛날부터 잘 쓰고 있고 심지어 한국에서도 자체적으로 개발해 다양한 분야에서 잘 쓰고 있다. 그리고 정작 F-22는 SAR 능력이 떨어져 현재는 F-35의 소프트웨어를 받아서 업그레이드 할 예정이다.
2차대전부터 이런 레이더를 회피하려는 시도가 많이 있었다. 윈도우 같은 기만기를 사용하여 레이더를 혼란스럽게 하거나 ECM을 통해서 레이더를 먹통으로 만들기 시작했다. 1950년대 말부터 미국, 소련에서 레이더에 잘 잡히지 않도록 하는 스텔스 비행기/선박에 대한 연구가 시작되어 1970년대 말 이후로는 레이더의 RCS(Radar Cross Section: 레이더 반사 면적)의 값을 낮추기 위해 스텔스 항공기/선박 기술이 발달하기 시작했다. 특히 미국에 경우 단순 전파흡수물질 연구에 치중했던 소련과 달리 형상 스텔스 기술까지 완성해서[5] 저 유명한 스텔스기 F-22, B-2 등을 만들기에 이른다. 현재는 지상 감시용 레이더의 발달로 지상장비들에도 이런 전파흡수물질을 도색하거나 형상스텔스를 도입하는 중이다. 자세한 항목은 스텔스 참조
5.1. 주파수 밴드
주파수 대역 참조.5.2. 군용 레이더의 태생적 문제점
레이더는 자경단원의 횃불과도 같습니다. 어두운 밤중 주위를 밝게 비추지만 상대는 더 멀리서도 자경단원을 볼 수 있습니다.
ㅡ 팰콘4.0 얼라이드 포스의 매뉴얼 레이더 개념 설명 中
ㅡ 팰콘4.0 얼라이드 포스의 매뉴얼 레이더 개념 설명 中
레이더는 '전파를 쏜다 → 반사된 전파를 분석한다.'가 기본 원리이다. 좋은 레이더라도 전파를 쏘아야 하는데 적이 이 전파를 수집하는데 성공한다면 적에게 아군의 레이더가 작동 중이라는 것을 알리는 꼴이다. 좋은 예시로 스타크래프트2의 감지탑이 있다. 이게 제2차 세계대전기의 일본군이 레이더 도입을 반대한 가장 큰 논리였다. 그러나 레이더를 가진 쪽은 필요할 때 쓰거나 안 쓰거나를 결정할 수 있고, 단순히 적을 찾아내는 것 뿐 아니라 포탄을 추적하여 제대로 맞았는가, 어디서 날아오는가를 알아낸다거나 칠흑같은 어둠 속에서 위험한 장애물을 피해갈 수 있다.
그리고 충분한 전자전 기술을 갖추어 그 전파의 특성을 분석하여 '구체적으로 어떤 레이더에서 나오는 전파인지'까지 식별할 능력을 갖췄다면 적의 레이더 전파를 역추적해 적의 위치나 활동을 유추할 수도 있다. 적군이 쓰는 레이더 신호만 잘 수집해도 적국의 전술기 활동사항, 미사일 기지 활동사항, 전함들의 활동사항 등등을 모조리 파악할 수 있다는 것이다. 이와 관련해 일본 해상초계기 저공위협 비행 사건이 그 일환이 아닌가 하는 의심도 존재한다.
오늘날 전자전의 한 분야가 이렇게 적국의 전자신호를 수집해서 분석하는 것이다. 굳이 레이더가 아니더라도 전파를 보내는 형태의 전자장비를 쓰는 무기들은 비슷한 방식으로 적군에게 아군정보를 제공할 수 있다. 작은 전파는 주변의 전파잡음[6]에 섞여 알아듣지 못할 수 있지만 어떤 전파를 찾으면 되는지 알고 있다면 탐색의 난이도가 크게 낮아지므로, 각국은 상대국 장비들의 각종 전파특성을 한 조각이라도 더 청취하기 위해 온갖 노력을 다한다. 냉전기에는 소련 전파정찰함과 초계기들이 쏠 테면 쏴봐라 수준으로 미국 항모전단을 쫓아다녔고 이지스함과 F-14가 그걸 막으려고 가로막고서 갈궈대고...[7] 원자력 순양함인 롱비치급 순양함이 전파정찰함에 대고 고출력 레이더로 지향파 직사를 퍼부었더니 안에서 선원들이 나와 주먹 휘두르며 화내더라는 썰도 있다. 강력한 전파 때문에 EMP를 맞은 것처럼 전자기기가 타버린 듯.
그리고 이를 막기 위해 군용 무기체계는 대부분 평시용과 전시용 전파특성이 다르게 개발된다. 그러니 어디서 어느 무기 쓰인 대리전이나 국지전이 벌어졌다 하면 전시용 전파특성을 한 조각이라도 주워가려고 우르르 몰려든다. 때문에 해외판매용은 레이더 주파수를 바꾸어 팔기도 하는데, 그래봤자 내부 구조를 완전히 바꿀 수는 없으므로 전자전 전문가들은 거기서부터 유추할 수 있다나. 심지어는 안테나 모양만 봐도 어떤 주파수의 전파를 어떤 방식으로 사용하는지 추정할 수 있다 하여, 전자전 장비 등은 언론에 잘 공개되지 않는다.
함대의 위치를 감추기 위해 함정 한 척을 차출하여 레이더를 켜고 통신기로 자신의 상태를 송신을 하면서 적이 있으리라 예상되는 곳으로 접근을 하고 다른 함정들은 뒤에서 무선침묵상태(레이더 Off, 각종 통신기 only 수신모드)로 접근시키기도 한다. 이런 선두 함정을 레이더 피켓이라고 한다. 어원은 2차대전 초기 레이더를 장착하고 미국 항모전투단 전방에서 대공수색임무를 맡은 함정에서 유래. 당시는 이미 일본이 가미카제를 시작해 항모와 구축함도 구분 못하는 파일럿들을 양산 중이었으므로 아무래도 죽기는 싫은 레이더 피켓 구축함 승조원들이 갑판에 이건 항모 아님! 하고 써붙이고 다녔다는 웃지 못할 이야기도 있다.
심지어 먼저 공격받으면 제대로 방어하지 못할 위험을 무릅쓰더라도 전 함대가 완전한 전자방사통제(EMCON A) 상태에서 ESM/소나 수신만으로 정보를 수집하고 발광신호와 헬기 전령만으로 지휘통제를 유지하면서 목표에 은밀히 접근, 기습공격하는 전술도 있다. 보통 위치를 알고 있고 움직이기도 어려운 비행장 같은 지상 목표를 기습할 때 쓰는 전술이다. 특히 미 항모전단쯤 되면 전파를 마구 방출하는 레이더 탐색과 통신이 집중되는 공중통제를 공중조기경보통제기[8]에 맡기고 항공모함 이하 호위함들은 전파침묵하여 넓은 바다에 숨어버리기 일쑤.
물론 항공모함에서 운용할 수 있는 E-2는 E-3 같은 지상발진 에이웍스에 비해 통제 가능한 숫자도 적고 화장실과 승조원 체력 문제로 운용 시간도 짧지만 레이더가 높은 고도에 위치하는 만큼 수평선이 멀어져서 보다 먼 거리까지 탐지할 수 있으며, 무엇보다 항공모함과 완전히 다른 위치에서 레이더를 사용할 수 있다. 적군 입장에서는 공중에서 빠른 속도로 움직이는 레이더 발신점을 역탐지할 수 있지만 정작 중요한 항공모함은 그 주변 수백 km 안 어딘가에 있을 것이라고 짐작할 뿐이고 그 수백 km 안을 탐지하려 하다간 공중에서 사방을 내려다보고 있는 레이더에 의해 관제되는 항모항공단의 공격을 받게 되며, 그렇다고 조기경보통제기를 먼저 공격하려 해도 호위 편대가 붙어있는데다 수상함과 달리 항공기이므로 속도가 훨씬 빠르니 여차하면 안전한 곳으로 대피할 수 있다. 그걸 억지로 쫓아가다가 다른 함재기나 또는 이지스함의 방공망에 끌려들어가면 대참사.
반면 중형 이하 항모는 대형 조기경보기를 띄울 수 없어서 상술한 것과 같은 운용이 불가능하다. 프랑스의 만재 4만톤급 드골급 항공모함이 E-2를 운용하기 위한 한계 사이즈로, 초기 개발안에서는 E-2C를 운용하기엔 갑판이 약간 짧아 4m 연장한 바 있으며, 그 이하 크기의 항모에서는 헬리콥터에 대형 레이더를 탑재한 조기경보헬기가 한계. 이는 느려서 여차할 때 대피하기도 어렵고, 비행시간도 4시간 정도인데다 애초에 경항모인만큼 탑재 수량에 한계가 있어 24시간 경보가 불가능한 것이 일반적이다. 이렇게 대형 항모와 중형 미만 항모에는 단순히 함재기 숫자와 전투기 성능 이외에 레이더 운용 측면에서도 큰 전력차이가 존재한다. 물론 경항모만이라도 있으면 적의 해상수색 무인기나 헬기를 요격하면서 조기경보 헬기를 전방까지 진출시켜 적의 항모 미보유 함대를 찾아낸 뒤 일방적으로 공격할 수 있지만.
현대에는 전파 역탐지를 막기 위해 주파수 도약 방식의 레이더와 통신기기가 확산되고 있다. 초당 수십~수백 번 이상 주파수를 왔다갔다 널뛰기 시키면서 상대방의 전파 수신기가 아군 레이더의 전파를 제대로 탐지하지 못하게 하는 방식. 받는 쪽에서는 주파수를 바꾸는 패턴이 약정되어 있어 받아들일 수 있고, 음성을 그대로 전달하는 게 아니라 녹음하고 압축해서 수백분의 1초만에 전송해주기도 한다. 하지만 그만큼 짧게 끊어지는 신호를 탐지하는 수신기들도 발전하고 있다.
'전파를 쏜다 → 반사된 전파를 분석한다.'가 기본 원리이기 때문에 하늘에서 반사되는 것은 모조리 관측 가능하다. 따라서 항공기에서 채프만 뿌려도 관측이 난해해진다. 심지어 철새 시즌에 철새들이 떼지어 몰려가도 이게 관측돼서 애를 먹인다. 특히나 하늘에는 작은 얼음알갱이나 물방울이 잔뜩 몰려 있곤 하기 때문에, 이를 역으로 이용해서 이미 1950년대부터 기상 관측에 레이더를 이용 중이다. 요즘은 도플러 효과를 이용해 물체의 속력을 같이 분석해서 이를 피하는 방법 등을 통해 개선하려는 노력을 하고 있다. 일정 속도 이상, 예를 들어 새가 절대 낼 수 없는 속도를 내는 접촉물만 유효한 항적으로 분류하고 나머지는 표시하지 않는 것이다. 물론 여기에 대응해서 또 항공기들은 탐지됐다 싶으면 레이더에 90도 각을 준 비행코스를 그림으로써 레이더가 접근속도 0인 허위표적으로 인지하게 만드는 빔 기동(혹은 Doppler notch 기동)이란 전술을 개발해 펄스 도플러 레이더의 허점을 찔렀다. 일반적인 항공기라면 무조건 실속에 빠지는 저속으로도 비행할 수 있는 저속기, 예를 들어 An-2를 이용한 침투전술 역시 동일한 취약점을 노리고 개발된 것이다. 한국전쟁 때 북한 공산군의 인천 야간공습을 레이더로 탐지하지 못했다는 설이 있는데 그 항공기는 An-2는 아니고 같은 복엽기인 Po-2였다. 게다가 당시는 레이더 기술이 갓 시작된 시대였다.
현대 공군의 SEAD(적 방공망 제압)도 적의 대공레이더를 찾아내 파괴하는 데에 주력하고 있다. 물론 찾아내는 원리 또한 레이더가 스스로를 드러내면 대레이더 미사일 등 장비로 파괴하는 것이다. 매우 위험한 임무라서 기본적으로 제공권은 제압할 수 있는 미군 정도가 경험이 있다고 보면 된다.
5.3. 기타
레이더는 현대전에 있어서 눈 이상의 의미를 가지는 아주 중요한 장비이다. 아무리 강력한 힘이 있어도 보이지 않으면 공격할 수가 없다. 애초에 사람의 눈도 태양이 방출하는 가시광선이 물건에 맞아 반사되는 것을 보는 것인데, 가시광선도 전자기파의 일종이니만큼 패시브 레이더라 해도 과언이 아니다.레이더에서 나오는 RF를 맞으면 새나 작은 동물, 사람은 엄청난 전자파에 익어버린다거나, 남성의 경우 y 염색체가 죽어서 딸만 내리 낳는다거나 하는 이야기가 있지만, 이런 이야기는 주로 대형 대출력 레이더에만 해당되는 것이고, 애초에 이런 레이더는 대개 사람이 빔에 맞을 만한 위치에 설치되어 있지도 않다. 참고로 Mythbusters에서 레이더로 칠면조 구이를 할 수 있을까 해서 위성 송신차량과, 배 레이더에 칠면조를 묶어놓은 적이 있었는데, 둘 다 구워지지 않았다.[9]
사실 레이더에서 나오는 빔 자체보다는 빔을 생산하면서 형성되는 X선 같은 방사선의 잠재적 위험성이 더 큰데, 이것도 진공관 쓰던 시절에나 해당되는 이야기. 다만 군용 방공 레이더는 송신기에서 나오는 출력이 워낙 강력하기 때문에 돔 내에 설치되어 있는 형광등이 레이더가 회전하다 그 방향을 비출 때마다 반응하여 불이 들어온다거나 하는 것을 관찰할 수는 있다. 기본적으로 사람이 단시간동안 전파를 맞는다고 이상이 생기진 않으나 절대 권장되는 행동은 아니다. 짧은 점검 시에는 전자파 조사 범위 내에 들어가서 작업을 할 때도 있으나, 장시간 작업이 필요할 땐 반드시 레이더의 전원을 내리고 작업한다. 이는 아직까지 상당수 레이더가 펄스 레이더로 바뀌긴 하였으나[10] 고속 고해상도 높은 도플러 분해능 등을 자랑하는[11] 레이더 또는 AESA 레이더처럼 한 번에 펄스가 터지는 게 아니라 지속적으로 모듈들이 작동하는 경우[12]엔 강한 RF 출력이 안테나를 통해 지속적으로 방출되기 때문이다. 요런 류의 레이더들은 군용 레이더보단 민간용 레이더에서 많이 볼 수 있기 때문에 레이더 제조사에선 안테나 주변에 눈에 띄는 RF 방출 경고문구를 부착해둔다.
참고로 웬만한 가정에도 한 대씩은 있는 전자레인지가 바로 이 초창기의 레이더 주사 방식을 응용한 것이다. 레이시온에 근무하던 퍼시 스펜서라는 사람이 전자기파를 방출하는 마그네트론 옆에 알짱이고 있다가 주머니에 있던 초콜릿이 녹아버린 걸 발견한 것에서 비롯되었다. 전자레인지(마이크로 웨이브 오븐)의 주파수는 대략 2.4GHz로 S밴드이다.
상대방을 파악하는 눈 속성에는 레이더 이상을 따를자가 없으나 현대에 있어서 초월한 것이 바로 인공위성.[13]
이를 다루는 군사특기를 육 해군과 해병대, 육경과 해경은 전탐이라 하며, 공군은 방공관제와 항공관제 특기가 비슷한 역할을 수행한다. 단, 해군의 레이더 중 탐색이 아닌 표적을 함포와 유도탄 등으로 조준하기 위한 사격 통제 레이더는 사격통제(사통) 직별이 맡는다. 또한 공군의 경우 위에서 언급한 기상 레이더를 각 공군 기지에서 운영중이기 때문에 항공기상장비정비특기에서도 레이더를 다룬다.
해군의 전탐직별 부사관의 경우 레이더의 전자파 때문에 아들을 못 낳는다는 풍문이 있다.[14] 타군도 마찬가지로 비슷한 소문이 있다. 육군의 해상 감시 레이더 기지나 공군 방공 레이더 사이트에서도 아들 못 낳는다는 소문이 퍼져있다.
민간용 선박과 항공기에도 최소한의 레이더가 장비되어 충돌을 막기 위해 활용되며, 승용차의 고급 옵션 중 레이더를 활용한 것이 있다. 긴급제동장치, 세팅한 속도로 정속주행하다가 앞차가 정차하면 따라서 정차하고 앞차가 다시 출발하면 자동으로 출발해서 최대 세팅한 속도까지 가속하는 반 자율주행 혹은 스마트 크루즈 라고도 불리는 고급형 크루즈 컨트롤, 백미러 사각에 들어온 차량을 감지하는 후측방 감지장치 등. 레이더를 이용해 앞, 옆 차와의 거리를 실시간으로 측정하여 활용한다. 보쉬, 델파이의 레이더 솔루션을 사용하는데 이전엔 싱글 채널이었지만 요즘은 AESA 방식으로 작동하게 되었으며, 이전 모델들이 8도, 16도, 30도 정도의 측정 범위를 가졌다가 AESA 때려넣고 한방에 150도 와이드센서로 변신한 걸 보면 민수용 부분도 기술개발을 참 잘 하고 있음을 알 수 있다.
또한 자동문 중에 적외선 송수신 창 없이 매끈한 회색 유닛만 달린 것들도 있는데 이 역시 밀리미터파 레이더를 사용한 것이다. 사람과 같이 큰 형상일 때만 문을 열어주게 되므로 보안 측면에서 훨씬 우수하다.
5.4. 목적에 따른 분류
- 탐지레이더 : 한 방향으로 전파를 쏘고 받는 것을 여러 방향에 대해 반복적으로 수행하는 레이더, 주로 배 위에서 안테나가 빙글빙글 돌아가는 방식으로 동작한다.
- 추적레이더 : 특정 표적을 정밀 추적하기위한 레이더. 보통 함포나 미사일의 사격통제를 위해 쓰이며 높은 분해능을 위해서 고주파수 대역을 쓰는 경우가 많으며 출력을 최대한 집중해서 조사하기 때문에 탐지레이더보다 탐지 범위는 좁아도 탐지 거리 자체는 더 긴 경우가 많다. 하지만 최근에는 위상배열기술의 발전으로 탐색레이더가 추적레이더도 겸하는 경우도 많다.
- 패시브레이더 : 전파를 발신하지 않고 수신만 하는 레이더. 주위 공항이나 군용 레이더가 쏜 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 것을 분석하여 탐지한다. 다양한 용도로 쓰이는데 항공기 탐색뿐만 아니라 기상학에서도 가끔씩 쓰인다 #
5.5. 대상별 레이더
6. 민간
레이더의 가장 대표적인 활용 분야는 군사용이지만 그에 못지 않게 민간 분야에서도 적극적으로 활용된다. 대표적으로 항공기와 선박, 그리고 기상관측용이다.6.1. 기상관측용 레이더
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레이더에 반사될 정도면 물방울이나 얼음알갱이가 제법 커야 되고, 그럴수록 그 녀석은 비나 눈으로 내릴 가능성이 크다는 뜻이므로 눈, 비를 예측하는 데 가장 정확한 관측자료가 된다.[15] 2015년 12월 현재 대한민국 기상청에서는 관악산 등 11개의 기상 레이더를 운영 중이다. 이곳에서 관측해서 분석한 영상을 볼 수 있다.[16][17] 이와 별도로 대한민국 공군에서도 각 공군 비행장의 기상대에서 기상 레이더를 별도로 운영하고 있다. 군공항에 보면 엄폐물로 잘 안 보이게 해놔야 될 것 같은 레이더 돔이 주기장 근처에서 눈에 확 띄게 서 있는 경우가 있는데 그게 바로 기상 레이더다. 현황 및 원리
기상청 레이더센터는 이중편파레이더를 사용해 입자의 가로세로 크기를 통해 더욱 자세한 정보를 얻는다. ※
레이더 관측소 취재 영상. 탁트인 곳에 설치해야 해서 왕래가 불편하다.
6.2. 차량용 레이더
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| 델파이의 ESR 레이더 |
최첨단 편의장비가 개발되는 요즘 차량 또한 레이더를 채용하고 있다. 요즈음 어지간한 차량에는 죄다 탑재되고 있는 충돌 경보 장치, 사각지대 경보장치가 바로 레이더의 원리를 이용한 것이다. 기존 측정장비에 비해 활용성과 신뢰성이 높아[18] 최신 차량에 폭넓게 쓰이고 있다. 특히 ASCC, AEB 등의 최신 안전 기술에서 많이 활용되는 중.
6.3. 항공기용 레이더
대부분의 비행기는 주변 비행기기 혹은 기상을 관측하기 위해 앞쪽의 튀어나온 부분(레이돔이라고 한다.)에 레이더가 들어있다. 전투기나 군용 수송기는 물론 여객기를 비롯한 민항기까지 다 달고 다니고 있다. 옛날항공기는 기계식 레이더가 들어갔지만 요즘에는 위상배열 레이더도 들어가는듯 하다.6.4. 선박용 레이더
6.4.1. 상선용 레이더
전파전자항해학에서의 주된 장비 중 하나이다.선체의 위치를 측정하기 위한 용도로 사용되며 충돌예방장치(ARPA: Automatic Radar Plotting Aids)도 탑재하고 있다. 일반적인 S-band Radar(원거리 탐지용)는 3,000MHz, X-band Radar(고분해용)는 9,375MHz의 마이크로파 주파수를 사용한다.
SART(Search and Rescue Transponder)는 x -band 레이더 에서만 감지가되며, 이는 공명되는 주파수의 원리를 이용한 것이다. X밴드 레이더는 작은 어선이나 어망등을 관찰하는데 도움이 된다. 파장이 짧고 고주파이다 보니 작은 물체등이 잘 식별되는 것. 반대로 S밴드 레이더의 경우 x밴드에 비해 저주파이고 파장이 길다보니 구름이나 기상현상에 의한 노이즈가 심한 편, 태평양을 남북으로 다니는 배들은 적도 인근에서 스콜을 많이 경험하는데 이때 s밴드 레이더에 큰 덩어리가 보인다면 바로 스콜구름이다. 그래서 데이워크팀에게 예상되는 강우정보를 알려주어 비를 피하게하기도하고 (기상레이더인가?) 3기사가 데크에 전기작업을 한다고하면 무조건 알려줘야한다.
주 메이커는 F사, J사가 있으며 해운업계의 경험으로는 J사의 제품이 여러가지 운용측면에서 좋다고한다. 물론, 케바케다. 보통의 상선은 두 대의 레이더를 운용하며 레이더마스트는 선교 위 탑브릿지에 위치한다. 두 개의 막대가 빙빙도는데 긴 것이 s밴드레이더의 것이고 짧은것이 x밴의 것이다. 그 외에도 여러 gmdss통신장비 안테나부터 tv안테나 위성안테나 모두 탑브릿지에 위치하니 전파로 샤워하고 싶으면 탑브릿지에 올라가도록하자
레이더의 세부사항은 규정집과 사용설명서를 자세히 읽어야겠지만, 보통의 구성은 gain,rain(ftc),sea(stc), 그리고 tune으로 구성되어 있다. 요즘엔 auto로도 잘 나와있어 비,구름 그리고 파도에 의한 노이즈를 조절하기 힘들다면 auto모드를 쓰면되지만, 연안에서는 절대금물이다. 특히나 한국이나 중국 연안에는 어선들과 어망이 촘촘히 진을 치고 있고 날이 좋은 경우에는 노이즈라 그리 심하지 않기 때문에 번거롭더라도 반드시 수동으로 조절하자.
대양에서는 어차피 어선을 보기 어렵고 상선들도 간간히 보이는 정도라서 마그네트론의 수명을 위해 한 측 레이더만 하루 건너 운용하기도 하는데 이는 선사마다 그리고 선장님의 뜻에 따라 다르다. 가끔 ais가 꺼진 상태로 다니는 상선들이 있으므로.. 항시 레이더에 뭐가 나타나면 구름이겠거니 무시하지 말고 반드시 육안으로 보고 판단하자 colreg애서도 가장 주의하라고 하는게 그런 것이다. 사소한 실수가 대형사고를 유발한다는 것을 잊지말자 실제 사고사례 모음집 일부.
7. 참고 문서
- 안테나
- RWR
- MRW
- 스텔스
- RAM( 전파흡수물질)
- RCS( 레이더 반사 면적)
- 채프
- 주파수 도약
- IRST
- X-Band 레이더
- PPI
- 레이더 사이트
- 라이다
- 전자레인지 - 레이더 연구 중에 나온 부산물이다.
[1]
거리를 측정하려면 전파를 발신한 뒤 다시 돌아오는 시간을 측정하는 회로,소자를 만들어야되지만 속도는 발신한 전파와 수신한 전파의 주파수 차이를 구하기만 하면 되는지라 상대적으로 간단한 회로만으로도 만들수 있다.
[2]
이 과정에서 레이더의 기밀 정보를 유출하지 않기 위해 '우리 영국인들은 눈에 좋은
당근이랑
블루베리(?)를 많이 먹어서 밤눈이 밝아가지고 적 항공기가 잘 보인다!' 라고 거짓 정보를 유포했다고 한다.
[3]
천안함 피격 사건을 두고 태안반도에서 훈련 중이던 미 해군, 한국 해군이 어떻게 북한 해군 잠수함을 발견하지 못할 수 있냐고 의문을 제기하는 사람들이 있는데 전파는 물속을 투과하지 못하므로 작정하고 숨어있는 수중의 잠수함은 발견할 수 없다. 그런 잠수함을 찾으라고 있는 게
소나지만 서해는 수심이 얕고 해안이 복잡한 데다 자연적/인공적인 부유물이 많아서 어쩔 수 없이 소나 효율이 많이 떨어진다. 뭐 당시까지 국군 함정의 소나 장비가 열악했던 것은 부정할 수 없지만...
[4]
미드웨이 해전 당시 요크타운은 이후 2차 공격에 회복 불가 판정을 받고 예인 중에 일본 잠수함의 공격으로 침몰했다.
[5]
사실 소련도 형상 스텔스에 무지한 건 아니었으나 기술력이 떨어져 단순히
VLS 적용 수준일 뿐이었다.
[6]
Electromagnetic Wave Noise, 또는 Radio noise의 번역어. 정보를 전달하지 않으면서 필요한 무선 신호에 겹쳐지거나 결합될 수 있는 무선 주파수 범위의 모든 전자기파를 말한다. TTA정보통신용어사전 및 국립전파연구원 행정규칙에서도 전파잡음이라는 용어를 사용한다.
[7]
비슷한 사례는 대잠작전에서도 적용된다. 적 잠수함의 엔진음과 스크루음을 출력별로 파악해 시뮬레이션할 수 있으면 복잡한 해중상황의 잡음 속에서도 어떤 소리를 찾으면 되는지 알고 있으니 상대적으로 포착이 쉬워지는 것이다. 그래서 잠수함들은 평시에도 최선을 다해 상대국 잠수함을 추적하고 돌아다닌다고 알려져 있다.
[8]
E-2 호크아이는 분류상으로는 조기경보기로 항모의 지휘부에 정보를 전달하는 역할이지만, 자체적으로도 공중통제 임무를 수행할 수 있다.
[9]
애초에 이런 이야기는 옛날 구형 레이더에 속한다.
[10]
가령 가민의 소형 선박용 레이더는 20kW 의 피크 펄스 출력이 나오나 실제 RF 모듈의 RMS는 꼴랑 150~200W 밖에 안되는 수준이다. 이는 많은 펄스 레이더가 가진 특징.
[11]
위에 보이는 개구레이더 같이 이미징이 가능할 정도의 고해상도 레이더 또는 기상레이더. 기상레이더는 얼음과 물방울 입자상을 추적해야하기 때문에 해상도가 극도로 높아야 하며 이를 충족하기 위해 Klystron 기반의 RF 증폭시스템을 사용하여 연속파를 출력한다.
[12]
레이시온 사의 AN/TPY-2 의 경우 RMS 값은 AN/TPY2 가 81kW로 피크출력인 450kW에 비해 약 5배 밖에 차이가 나지 않는다. 가민의 펄스 레이더에 비해 크지 않은 출력차에 주목.
[13]
아예 인공위성에 레이더를 탑재해서 더 넒은 영역을 감시하게 한 물건도 있다 위의 합성 개구 레이더의 원리를 활용하며 한국도 보유하고있다.
[14]
이거랑은 별개로 전탐 부사관은 어두운 곳에서 레이더 보는 일이 많다보니 포갑부에 비해 상대적으로 피부가 희고 덜 까칠한 편이다. 그리고 30대 중반을 넘어서면 스트레스성 탈모가 오는 경우가 많다.
[15]
기상 위성은 영상을 받아서 분석하는 데 최소한의 시간이 필요하여 간격도 벌어지는 데 비해, 레이더는 실시간으로 영상을 받을 수 있고 특히 설치된 곳을 기준으로 탐색하니 정확성이 훨씬 높다. 거기에 요즘은 도플러 레이더를 이용하기 때문에 구름의 이동 속도까지 분석해서 정확성을 높인다.
[16]
관측된 원본에는 항공기나 채프 등등까지 나오는데 이건 기상관측하는데 방해만 되지 별 쓸모가 없는 명백한 잡신호인데다 공군 훈련 일정을 일반에 공개할 필요도 없으니까 영상을 전파잡음으로 처리해서 내보낸다. 특히 그런 이유 때문에 홈페이지에 제공되는 영상은 20~30분 전 것이 제공된다. 통합 영상의 경우
대한민국 공군과 국토부 홍수통제소에서 운영하는 레이더 데이터까지 다 모으기 때문에 시간이 더 걸린다.
[17]
단, 원본공개를 해주는 API 및 페이지가 있으며 이걸 사용할 경우 슈퍼컴퓨터의 합성 이전에 각 레이더부터 받은 RAW 데이터를 그대로 받을 수 있다! 심지어 지형에 따른 고정반사 매핑조차 되어있지 않은 완벽한 날것의 데이터다!
[18]
차량에 쓰일 만한 거리 측정 수단은 레이더를 제외하면
카메라를 통한 이미지 분석,
초음파 센서, 그리고
라이다 정도가 있다. 카메라는 렌즈가 오염되거나 역광 등 강한 빛이 들어오는 상황에서 장애를 일으킬 수 있고 어두운 환경에서도 성능이 크게 하락한다. 초음파 센서는 측정 거리가 매우 짧고 외부 간섭에 취약하며, 라이다는 정밀성도 좋고 인식 거리도 길지만 레이더에 비해 간섭 문제에 자유롭지 못하고 빔포밍 기술로 광각을 커버할 수 있는 레이더에 비해 커버리지도 좁다. 최신 차량에서는 카메라와 레이더로 받아들인 정보를 복합적으로 분석하여 주행보조에 활용하는 것이 보통이며, 초음파 센서는 일반적으로 주차 보조 기능으로만 사용한다. 라이다는 비싼 가격으로 인해 고가의 차량이나
자율주행 등 특수한 목적에 특화된 차량이 아닌 이상 잘 쓰이지 않는다.