소나 NCW와 천해역 ASW - 토고 유키노리

[ssn688]

세계의 함선 2012년 5월 특집 "새로운 시대의 ASW"인데, 토고 유키노리 제독이 기고한 '네트워크중심전과 천해역 ASW'는 제목과 달리 천해역에 맞는 센서와 운용법을 주로 다루고 있습니다. 대잠전 입장에선 NCW 컨섭 자체는 새로운 얘기도 아니라면서 별로 언급이 없습니다. 오히려 개별 플랫폼 내에서의 자동화/데이타 융합이 시급하다고 지적하는군요. 예전에 먼저 올린 '해자대가 향해야할 방향'도 본 기고문의 일부였기에, 다시 합본했습니다. 강조처리는 본햏 취향대로 제멋대로.

'네트워크중심전과 천해역 ASW' pp.77-83.

토고 유키노리東郷行紀(전 개발대군開發隊群 사령, 소장海將輔)

   소나의 기본적 사항

잠수함을 탐지하는 방법은 음원이 음파를 발신하고 목표 잠수함의 반향음을 수신하여 위치를 파악하는 액티브와 잠수함이 내는 소리를 수신하여 위치를 파악하는 패시브로 나눌 수 있다. 호위함의 소나는 음원音源이면서 반향음의 수신기이기도 하다. 그러나 선체에 붙은 소나는 기관 등의 선체가 발생하는 각종 노이즈와 항해잡음 등의 노이즈가 있어 수신기로서 사용하는 경우 충분한 S/N비를 얻을 수 없다. 예인식 패시브소나(TASS)는 수신기(하이드로폰)을 구슬 꿰듯이 길다란 예항체로서, 이것을 선체 뒤에 떨어져서 예항하는 것에 의해 선체 노이즈와 항주잡음을 최소화할 수가 있다.

제2차대전중 발달한 소나는 수색에선 액티브가 주체였다. 그러나 음파는 수중에서 굴절하기 때문에 탐지거리가 크게 변화하여, 잠수함은 호위함의 소나 음파가 굴절되어 닿지 않는 이른바 사각지대에 쉽게 들어갈 수가 있었다. 한편 초기의 잠수함은 소음이 커서 패시브 기술의 진화에 의해 비교적 원거리탐지가 가능하기에 한때 패시브가 주류였다. 패시브의 경우 목표 잠수함 모르게 수색탐지가 가능하다는 메리트도 있었다. 그러나 잠수함의 정숙화에 따라 패시브의 탐지거리가 점점 축소되었다.

그 점에서, 호위함 선체에 붙인 소나를 음원으로 하지 않고, 수중음파전달 특성상, 최적의 심도에서 음원을 집어넣고 마찬가지로 최적 심도에서 수신하는 방법이 주류가 되었다. 이렇게 하면 음파의 굴절에 의한 사각을 가능한 한 최소화하여 보다 원거리에서 탐지할 수 있게 된다. 이 경우 음원은 호위함이 예항하는 VDS이고 수신은 TASS가 된다. 또한 TASS에 발음체와 수신기 양쪽을 구비하거나 소노부이형 가변심도음원도 여럿이 나왔지만, 음원TASS와 소노부이음원의 경우 그 크기와 형상 때문에 송신출력에 한계가 있다.

유감스럽지만 해자대가 뒤처진 점이 이런 형태(VDS+TASS)의 소나이다. 한때 해자대는 호위함 탑재 저주파 대출력 소나에 많은 투자를 했지만, 기술적으로 1세대 뒤진 것이 되었다. 그러나 새로운 형태의 소나 연구개발이 올해부터 드디어 개시되었다.

잠수함을 수색탐지하는 최적의 주파수는, 원거리에선 저주파, 근접대잠전에서는 중주파가 좋다. 저주파의 활용에는 다수의 전제조건이 있어 일률적으로 좋다고 단정할 수 없지만, 각종기술의 진보에 의해 저주파대역의 장비 개발이 진행중인 것도 사실이다. 주파수가 낮게 되면, 천해역을 포함해서, 원거리 음파전달에는 유리하다. 한대의 잠수함은 선체에 특수한 타일을 붙여 소나음을 될 수 있는 대로 흡수하는 스텔스를 시도하고 있다. 그러나 주파수가 낮으면 타일의 두께를 늘리지 않으면 음파가 흡수되지 않아서, 이런 점에서 저주파가 유리하다.

한편 주파수가 낮게 되면, 잔향 등의 노이즈가 크게 되어 식별이 곤란해진다. 저주파는 지향성이 둔감하여 방위정밀도가 떨어진다. 또한 주파수가 낮아지려면 송수신기가 커질 필요가 있다. 휴우가급 DDH 탑재의 OQQ-21 측면 어레이의 길이는, 저주파 때문에 50m에 가깝게 되었다. 어째서 이런 크기의 어레이가 필요한가 하면, 송수신 효율과 수신 방위정밀도를 올리기 위해서이므로, 이런 점에선 TASS는 수백m에 달하는 길이이므로 정횡방향의 방위정밀도가 극도로 좋다(함수/함미방향에선 정밀도가 감소한다).

음파를 원거리까지 전달하라면 송신출력의 증대가 필요하다. 일반적으로 송신출력을 늘리면, 송신기 주변에 캐비테이션이 발생하여 송신효율이 현저하게 감소한다. 캐비테이션을 억제하려면 송신기를 대형화하여 송신기에 대한 수압을 늘릴 필요가 있다. 종래 호위함의 소나는 송수신기 일체형이고, 전술한 바와 같이 대형이므로, 대출력화 해도 캐비테이션 문제가 거의 일어나지 않는다.

한편 음원만 생각하면, 저주파라도 극히 작은 발신기에 큰 수압을 가한다면 캐비테이션을 걱정하지 않고 대출력을 송신할 수 있다. 최근에는 소나가 송수신기를 겸하지 않고, 별개의 형태로 하는 것이 주류가 되고 있다. 예를 들면 SH-60K의 HQS-104 디핑 소나는 음원과 수신기를 별도로 하여 그 크기에 저주파이다. VDS+TASS 형태는, 휴우가급의 OQQ-21보다 더욱 저주파이면서 소형함에도 탑재가 가능하다.

   소나의 기술적 조류

*디지탈화

현재 각국에서 신규개발하는 소나는 완전디지탈화가 진전되었다. 수신파는 수신기 소자 단위로 AD컨버터에 의해 디지탈화되었는데, 현재 주류는 24bit로 96K Hz 이상의 샘플 rate로 변환한다. AD컨버터는 32bit까지 민수용으로도 있지만, 청음기(아날로그)의 다이나믹레인지DR로는 현재의 24bit로 충분하다. 샘플링 rate가 192K Hz 이상의 컨버터도 있어, 데이타 처리속도와 연계되어 bit수와 최적 샘플링 rate가 결정된다.

AD컨버터로 변환된 디지탈신호는 음향프로세서까지 전달되는 동안 광섬유 등의 네트워크로 연결되어, 감쇠나 노이즈 혼입을 극소화하여 조금이라도 높은 S/N비를 얻게 된다. 그 결과 DR 140Db 이상을 달성할 수 있게 되었다. DR 140Db이란 숫자를 쉽게 설명하면, 소나 능동탐신 중에도 미소한 반향음을 수신할 수 있다.

종래의 소나는 발신중에는 수신이 되지 않아서, 원거리 수색에선 발진 간격을 크게 비워둘 필요가 있었다. 이것은 Data rate를 크게 저하시켜 Realtime성 손상에 직결된다. 또한 호위함이 복수로 동시에 소나를 사용하는 경우 간섭이 일어난다. 그러나 최신의 디지털 소나에선 이런 문제도 해결되었고 연속파 소나도 가능해진다. 연속파의 경우, 어떻게 거리를 측정할 것인가는 발신파에 변조를 걸어서 반향음의 변조 성분을 분석함에 의해 언제 발신했던 음파인지를 알 수 있게 된다.

이런 점에 의해 종래의 소나에 비하면 훨씬 Data rate가 향상되어, 아날로그시대에는 전혀 다른 음향처리가 가능해진다. 예를 들어 Data rate가 올라가면, 탐지한 수백 개의 목표(노이즈가 아닌 탐지로 판정되고 전투체계 디스플레이에서 하나의 심볼Single Integrated Picture로 표시되기 이전의 단계)의 상관성을 처리하여, 상관성이 없는 것은 노이즈로 간주한다. 이것은 디지탈화에 의해 처음으로 가능해진 처리법이다.

발신도 완전히 디지탈화 되어 주파수제어와 변조 등을 S/W로 제어할 수 있다. 이것에 의해 랜덤한 발신주파수와 변조뿐만 아니라 어떠한 변조라도 S/W 업그레이드로 쉽게 실시할 수 있다. 또한 디지탈 앰프는 효율이 좋고 아날로그에 비할 수 없을 정도로 소형화/저전력화되었다.

디지탈화에 의해 음향프로세서는 그 자체가 컴퓨터가 되었고, S/W에 의해 어떠한 처리든 가능해졌다. 이것은 음향처리S/W의 진화가 소나의 진화로 직결된다는 것을 의미한다. 디지탈화에서 가장 절실한 것은 종래의 아날로그처리를 단순히 디지탈화하는 것이 아니다. 디지탈화에 의해 아날로그와 전혀 다른 발상에 의한 음향처리를 하지 않으면 아무런 의미가 없다.

*TASS

종래의 TASS는 구조상, 예를 들어 우현에서 신호를 수신해도 좌우 동시에 방위선이 표시되었다(=좌우를 구별 못한다). 할 수 없이 탐지시점에선 목표가 좌우 어느 쪽에 있는지를 알 수가 없어서, 함을 좌우 어느 쪽이든 변침하여 수신방위의 변화를 보고서 진짜 방위를 판정했다. 이것을 방위 Ambiguity라 부른다. 일반적으로 TASS 예항은 항주잡음 감소를 위해 저속에서 행하고, TASS의 케이블은 선체 노이즈 등의 영향을 피하기 위해 장대해진다. 그런 탓에 함이 변침해도 기다란 TASS가 새로운 침로에 정착하기까지 제법 시간을 요한다. 최근의 TASS는 수신기를 3중/4중으로 다국多局화하여, 방위 Ambiguity(方位アンビ) 없이 진짜 방위를 알 수 있게 되었다.

다국多局TASS의 효과는 단순히 방위 Ambiguity가 없어서 리얼타임성이 향상되는 것에 그치지 않는 그 이상의 것이다. 예를 들어 우현에 소음이 있는 아군 함성이 있는 경우, 종래의 TASS에선 좌현의 목표 잠수함이 후현의 노이즈 속에 숨어서 탐지되지 않는 경우가 있었다. 그러나 다국TASS라면 좌현에는 아군 함성의 노이즈가 나타나지 않아서, 탐지효율이 올라간다.

*바이/멀티 스태틱 소나

종래 함정의 소나, 헬기 디핑 소나, 능동 소노부이는 송수신 일체형으로서 이런 형태는 모노 스태틱 소나라 부른다. 한편 바이 스태틱은 하나의 플랫폼(vehicle)에서 음원과 별도의 수신기가 하나씩, 멀티 스태틱은 복수의 음원과 복수의 수신기 형태의 소나이다.

바이/멀티 스태틱 소나의 경우, 각 플랫폼(vehicle)와 각 센서는 적어도 아래와 같은 사항을 공유해야 한다.

#음원의 위치(수중 3차원 위치정밀도가 극히 중요)

#음원의 발신시각

#음원의 발신 파라미터(주파수, 펄스폭, 변조 등)

#목표 트랙(false 신호까지 포함한, 최종적인 목표 식별 프로세싱을 거치기 이전의 것)

멀티 스태틱의 경우 위와 같이, ASW 코디네이터(대잠조정관)가 각 Vehicle의 발신조정을 행할 필요가 있다. 이런 정보를 다른 플랫폼(Vehicle)과 리얼타임으로 공유하려면 무선 네트워크가 필요하다. 유감이지만 Link11과 16은 이런 정보를 전송할 수 없다. 링크에 새로운 포맷이 추가되어도, 멀티 스태틱 관련의 데이타를 송수신하려면 현재의 Data rate로는 압도적으로 부족하다. 그래서 새로운 리얼타임 무선네트워크가 불가결하다.

각국에선 멀티 스태틱의 각종 시험이 행해지고 있다. 저자는 일부 결과를 접할 기회가 있었는데, 유감이지만 저주파를 이용한 멀티 스태틱의 탐지-추적 상황은 아직 연구개발의 여지가 있는 모습이다. 특히 음원의 위치정밀도와 발신시각정밀도가 목표위치산출에 결정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 역으로 리얼타임 네트워크가 발전하고 음원의 위치정밀도 등이 올라가면 기술적으로 해결해야 할 문제는 적어진다.

한편 바이 스태틱은 원양Blue Water에선 상상을 초월하는 탐지거리를 얻고, 천해역에서도 안정된 탐지/추적이 달성되었다. 필자가 접한 것은 메이커의 선전용 데이타(Champion Data)였지만, 그 점을 감안해도 천해역에서 충분히 실용적인 소나임을 인식했다.

이후로는 동일 플랫폼에서 바이 스태틱, 이를 테면 VDS+TASS 같은 형태의 소나가 주력이 되고, 차례로 멀티 스태틱으로 이행된다고 생각한다.

   천해역 ASW에 적용하는 기술

천해역 ASW가 어렵다고 하는 이유는 한마디로 말하면 해저지형 등에 기인하는 노이즈의 처리와 해저에 쉽게 침좌하는 잠수함의 탐지문제이다. 그리고 천해역에서 충분히 쓸 수 있는 소나라면 Blue Water에서도 고성능을 발휘할 수 있다는 것은 실증되었다.

*노이즈 제거

소나의 주파수에 저주파가 유리하다는 것은 이미 언급했으나, 천해역에선 저주파라면 노이즈가 증가하여 최첨단기술을 구사해도 그 제거는 쉽지 않다. 종래의 아날로그시대에는 완전히 화이트노이즈 범벅으로, 사용할 물건이 아니라는 것이 일반적인 인식이었다.

아무리 DR이 큰 소나라 해도 노이즈가 극히 큰 천해역에선 노이즈 중에 반향음이 묻힐 위험성이 크다. 그 점에서 최근 디지탈화된 소나는 펄스압축기술을 이용하여 펄스폭의 길게 하는 경향이 있다. 긴 펄스폭이라면 비교적 적은 출력으로 송신해도, 그것을 분할하여 적분하면 보다 큰 Gain을 얻을 수 있다. 펄스압축기술은 원리적으로 레이다와 같다. 펄스폭을 무한히 늘린 것이 연속파소나이다. 연속파소나의 경우, 적분연산 송신출력은 대출력이 되지만 단위시간당 송신출력은 적음에도 DR을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 해양생물 보호를 위해 소나 사용 제한을 주장하는 환경보호단체의 요구에도 합치된다.

디지탈화 음향처리 기술은 우선 자함의 운동에 따른 자함 도플러(on 도플러)를 완전히 제거하는 데서 시작한다. 온 도플러는 침로방향에선 큰 +, 침로 반대방향에선 큰 -가 된다. 정횡방향은 발생하지 않는다. 방위에 따라 다른 온 도플러를 소거(보정)한 뒤 반향흠의 트랙 성분을 정밀하게 측정하여 해저 등 고정목표의 도플러 성분이 없는 것을 노이즈로 식별하여 제거한다.

다음에는 CFAR(Constant False Alarm Rate)에 의해 항상 일정한 목표수가 되도록 Gain을 조정한다. 클러스터링 같은 계층적 분석방법을 사용하여 목표와 노이즈의 분리를 시도한다. 그때 중요한 것이 현장해역에 가장 최적화한 클러스터링 분석수법을 적용하는 것과 함수(關數) 선택이다. 이는 클러스터링 파라미터를 취득하기 위해 필요한 해양조사와 탐지실적 등의 실전 데이타에 기초해 결정하여, 필요한 정보가 데이타베이스로 연동하여 처리하지 않으면 안된다. 해양관측 데이타는 해저지형, 해저지질, 암초, 침몰선, 파이프라인 등의 고정 데이타에 덧붙여 당일의 조류, 해수온도경도(BT정보. 温度傾度: 임의 2지점의 온도변화율), 염분농도, 해상상태, 주변잡음 등을 의미한다.

미 해군은 일찍이 ASW에 OR을 도입하여 잠수함의 존재권 분석, 수색이론, 탐지거리예측 등에 광범위하게 적용하여 해자대도 그 일부를 활용하고 있다. 그러나 최근에는 OR의 적용이 음향처리에도 미치고 있다. 앞서 말한 클러스터링도 OR를 적용하는 것에 의해 한층 노이즈 감소를 실현한다.

*식별(오퍼레이터 노하우의 S/W화)

아날로그시대의 목표탐지와 식별에는 오퍼레이터(음탐사)의 기량이 크게 좌우했다. 베테랑은 노이즈 중에서도 목표반향음의 영상과 음질의 차이를 드러낼 수가 있었다. 디지탈화 음향처리는 오퍼레이터의 노하우를 S/W화한다. 예를 들면 음질이 날카로운 것은 반향음 표시의 윤곽이 또렷함을 의미하는데, 해석 S/W에서 반향음의 형상을 분석하여 오퍼레이터가 지닌 노하우와 동등한 식별을 가능케 한다. 이 분야에서도 OR의 적용이 극히 중요하여, 인간이 가진 시각/청작에 의한 패턴 식별에 기초한 식별을 S/W에서 구현할 수 있는가의 승부처이다.

디지탈화의 우수한 점은 각종해석을 수만 목표(신호와 소이즈를 구별하기 이전의 에코)에 동시에 실시할 수 있다는 것이다. 앞서 서술한 각종 수법에 의해 가능한 한 노이즈를 제거하고 또한 오퍼레이터의 노하우가 담긴 S/W에 의해 목표를 구체적으로 한정할 수 있지만, 마지막에는 오퍼레이터의 판단이 중요하다. 어떤 S/W가 진화해도, 인간의 감각을 뛰어넘기는 어렵고, 특히 인간의 능력을 S/W로 구체화하기는 곤란하다.

이지스 시스템은 대공전투의 목표는 극히 높은 효율로 자동탐지/자동추적이 가능하지만, ASW에선 일부를 자동탐지/자동추적할 뿐이며 오퍼레이터에 의한 감시가 불가결하다.

*소나 오퍼레이터의 작전환경인식

종래 소나 오퍼레이터(음탐사)는 Blue Water에서 작전할 기회가 많았지만, 작전환경의 인식은 탐지거리예측 등 해양환경과 목표에 관한 약간의 데이타를 빼면 극히 빈곤했다. 아마 요즘도, 소나에서 목표(식별 이전의 에코 단계)가 탐지되면, 항해지휘관이 탐지방향을 파악하고 목표의 여부를 확인, CIC에서도 동일한 일이 행해진다. 이것은 음탐사가 자함 주변의 수상목표 유무를 파악하지 못하고 있기 때문이다. 또한 음탐사는 자함 위치를 차트상에서 상시 확인하지 못하고, 수심 등도 CIC에서 알려주지 않으면 모른다. OQQ-21에서야 일부가 실시되고 있지만, 아직 불충분하다.

천해역 대잠전은 작전환경이 수색/탐지/식별 등에 결정적 영향을 끼친다. 음탐사는 작전환경을 충분히 인식하지 않으면 안된다. 그를 위해선 소나기 화면뿐만 아니라, 해저지형도 같은 임무수행에 필요한 정보가 표시되는 차트화면상에서 모든 트랙이 표시되지 않으면 안된다. 더 필요한 추가정보는, 극히 쉽게 데이타 베이스에서 화면상에 그래픽/도표로 쉽게 가시화하지 않으면 안된다.

종래의 음탐사에게 중요한 기량은 탐지거리예측에 기초한 소나의 최적탐색모드 선택과 영상과 소리에서 목표를 식별하는 것이었다. 그러나 디지탈시대의 소나맨은 TASS와 음원인 VDS 최적심도를 결정(속도에 따른 예항 케이블 길이 결정)과 수색모드 선택, 잡음감소알고리듬 선택, 최적함수 선택 등이 보다 중요해진다. 물론 디지탈화 소나에는 이런 것을 최적으로 추천하는 기능이 있지만, 경험이 축적된 음탐사가 적절하게 오버라이드하지 않으면 안된다.

현재로선 ASW 수행에 충분치 못하며, 작전환경정보는 C2T(MTA. C2T: 지휘통제터미널. 해상지휘시스템MOF 내에서 함상용 단말기. MTA가 C2T 이후의 신형)에 의해 CIC에는 도달하지만 음탐사가 직접 볼 수 없다. -중략- 극단적으로 말하면, 소나 콘솔은 C2T(MTA)의 ASW관련작전환경상에서 소나기기 조작화면이 표시되어야 한다는 느낌이다.

*침좌 잠수함의 탐지

아무리 우수한 소나기술을 사용해도, 침좌한 잠수함을 저주파소나로 탐지하는 것은 곤란하다. 현재로선 침좌 잠수함의 탐지에 위력을 발휘하는 것은 멀티빔 측심기이다. 멀티빔 측심기는 분해능이 수cm짜리도 있어, 물체의 이미징이 가능하다. 소해정의 소나도 고주파로 이미징에 의해 기뢰탐자가 가능하지만, 멀티빔 측심기와 큰 차이점은, 멀티빔 측심기는 수직방향으로 빔을 송신한다는 것과 사용주파수이다. 소해정의 경우 멀티빔 측심기로는 기뢰 바로 위를 통과해야 하므로, 측심기가 아닌 전방감시 소나가 필요하다.

어째서 소해정의 소나보다 멀티빔 측심기가 필요한가는 그 탐지거리와 수색폭과 형상에 관련이 있다. 현재 멀티빔 측심기는 가장 고성능인 것은 최대탐지거리 2,000m 이상, 빔폭이 140도이다(음향 스텔스성이 높은 작은 기뢰를 탐지하는 소해정 소나와 달리, 대상이 큰 잠수함이라면 해상도보다 탐지거리와 빔폭이 중요하다). 빔폭이 140도라면 수심 200m을 수색할 경우 각 현마다 540m, 양현으로 1,080m가 된다. 멀티빔 측심기는 플랫 어레이 형상으로, 선체에 매입설치가 가능하다. 호위함 양현에 멀티빔 측심기를 최적 각도로 장착하면, 각 현에서 1500m 이상, 양현에서 3,000m 이상의 수색이 가능하다. 멀티빔 측심기를 기울여 설치할 경우 위치결정 알고리듬에 약간 수정이 필요하지만, 민수용품이라 비용도 극히 싸다.

유감이지만 멀티빔 측심기는 빔을 수직방향으로만 송실할 수 있어서, 잠수함을 탐지해내도 그것을 지속적으로 탐지하기는 물리적으로 어렵다. 그러나 우수한 이미징 기능으로 잠수함 정도의 큰 물체라면 1번 통과하는 것으로 확실하게 탐지할 수 있다. 위치가 일단 판명된 침좌 잠수함은, 함정에 탑재된 중주파대역 소나로 지속적인 탐지가 가능하다. 이후 저주파는 VDS+TASS에, 중주파 HMS는 어뢰방어/부유물/부유기뢰탐지, 근접대잠전과 침좌 잠수함 탐지에 이용될 듯하다.

   NCW와 천해역 ASW

NCW와 ASW의 조합은 결코 새로운 개념이 아니고 종래에는 광역대잠전 등으로 불렀다. 각종 플랫폼(Vehicle)의 센서 도달범위 외곽을 포함해서 넓은 해역에서의 ASW를 의미한다. 이것은 각종 센서를 활용하여, 목표 잠수함으로 cueing하는 것을 통해, 존재권을 구체적으로 확정하고, 거기에 센서를 적절하게 투입하여 보다 효과적인 ASW를 의도한 것이었다. NCW는 이것을 더욱 확대하여, 예를 들어 평상시의 감시도 조합하여 항상 상대국 잠수함을 파악하는 노력이다.

이미지화해보면, 상대국의 어떤 기지에 정박중인 잠수함은 감시활동에 의해 항상 확인할 수 있다. 출항이 판명되면 바로 상대국 영해 바깥에 대기한 각종 플랫폼(+센서)에 cueing 정보를 발송하여, 멀티 스태틱하게 탐지, 계속 추적을 행하는 것이다. 정박중인 잠수함의 상시감시는 어려운 일이 아니며, 예를 들면 해자대 잠수함 기지는 요코스카도 쿠레도 기지 전체를 볼 수 있는 장소는 얼마든지 있어서 상시 감시가 가능하다. 또한 국제 VHF는 누구도 방수할 수 있으므로, 상대국에서 해자대 기지뿐만 아니라 영해 수역 내에서도, 해자대 잠수함의 동정을 파악하는 것은 비교적 쉽다.

한편 일본의 경우 상대국 기지의 지속적 감시는 불충분하고, 가령 정보를 얻어도 cueing에 연결한 태세가 아직 정비되지 않았다. 냉전시대에는 어느날 돌연 잠수함으로부터 어뢰와 미사일공격을 받아서 대잠전이 시작되는 시나리오가 많았지만, NCW적용의 현재는 평시의 ISR로부터 ASW가 시작된다.

예전의 ASW는 수색/탐지/식별 등에 많은 시간을 요했는데, 지티탈화 등의 센서기술 진보에 의해, ASW의 리얼타임성이 현저하게 향상될 것을 기대할 수 있다. 종래의 ASW는 어떤 의미로 느긋한 것이었다. 탐지목표의 피아식별은 시간을 들여서 실시했다. 그러나 새로운 ASW의 피아식별 이미지는 플랫폼이 탐지한 목표가 네트워크를 통해서 바로 수중목표관리부대에 전송, 바로 피아식별의 판정결과가 나오는 것이다.

이후의 ASW는 작전해역에 관련된 많은 작전환경정보와 ISR에 의해 얻어진 목표정보에 기초해, 플랫폼(센서), 목표관리부대 등의 다차원적 연동에 의해 리얼타임성이 높은 효율적 작전이 실시되지 않으면 안된다. 이를 위해선 단독의 플랫폼에서 완결되는 ASW를 생각하지 말고, NCW와 일체가 된 ASW를 생각하지 않으면 안된다. 특히 상대국 연안 부근의 천해역에서 실시하는 ASW는 예전과 같은 느긋한 작전은 도저히 성립할 수가 없어, NCW와의 일체화를 통해 압도적인 작전 템포 향상이 필수이다.

   해자대가 향해야할 방향

*디지탈화

이때까지 기술한 대로, 디지탈화는 단순히 아날로그 음향처리를 디지탈로 바꾸는 것만이 아니라, 디지탈 특유의 완전히 다른 발상이 필요하다. 여러 외국의 수중음향 메이커들은 바야흐로 디지탈화에 상당히 높은 레벨을 달성하여 새로운 발상으로 음향처리를 행하는 데 지혜를 결집하여, 소프트웨어 개발에 힘을 쏟고 있다. 더욱이 디지탈화라는 것은 COTS화, 소프트웨어화라고 해도 과언이 아니다. 확실히 wet-end의 하이드로폰과 트랜듀서는 아날로그이지만, 마이크와 스피커가 일정 정도의 완성된 기술인 것과 마찬가지로 이후 극적인 진화는 바랄 수 없다. 또한 해저자원탐사 등에 사용하는 민수용 트랜듀서의 기술이 상당히 진보하여, 필요한 요소기술을 민간시장에서 조달할 수 있는 시대가 되었다.

참고로, 이지스 호위함 "아타고"에 채용된 SQQ-89 소나 시스템의 wet-end는 SQS-53이라는 오래된 소나이다. 그 음향처리를 디지탈화하여 매우 우수한 소나로 거듭나고 이후에도 S/W의 진화에 따라 능력향상이 예상된다. SQQ-89의 우수한 점은 디지탈화에 의한 음향처리의 1원화에 있다. 종래는 소나, TASS, 소노부이가 서로 다른 메이커라서 별도로 처리했지만, SQQ-89는 이것을 통합한다. 미 해군의 SQR-20 MFTA(예인 소나)는, SQQ-89에서 음향처리를 하기 때문에, 비용의 대부분은 wet-end인 청음장치 값뿐이라서 매우 저렴하다.

*연구개발의 발상전환

결론부터 먼저 말하자면, 국내 메이커는 유감이지만 진정한 의미의 디지탈화에 필요한 노하우를 충분히 갖고 있지 않다. "휴우가"의 OQQ-21에서 실현한 것은 단순히 종래의 아날로그 음향처리를 디지탈로 바꾼 것에 불과하며, 디지탈다운 발상이 들어가 있다고 생각하지 않는다. 이런 레벨의 기술로 새로운 소나를 국내 개발한다는 것은 극히 리스크가 높다.

아날로그시대의 연구개발은 거의 하드웨어 개발이었다. 디지탈시대는 극단적으로 말하면 소프트웨어 개발이며, 우수한 소프트웨어 개발을 계속하여 성능의 향상을 기대할 수 있다. 예산과 시간이 넉넉하다면야, 국내 메이커가 뒤처진 음향처리 S/W를 한걸음한걸음 시간을 걸려 개발해도 좋다. 그러나 제조업에 뛰어난 일본인은, 하드웨어 만드는 기술은 세계제일이라도, S/W에는 좀 그러하지 못하다. 예를 들면 ASW에는 OR이 밀접한 관계가 있다는 것을 앞에서 기술했는데, 탐지거리 예측모델 하나를 보더라도 유감이지만 여러 선진 외국과 상당한 차이가 있는 것이 현실이다. OR을 음향처리에 적용하는 것도, 1개의 메이커 기술 레벨의 이야기가 아니라 대학과 연구기관의 지혜를 결집하지 않으면 좋은 S/W를 개발할 수 없다.

유감스럽게도 기술본부(방위성 기술연구본부. 이하 기본)의 개발은 우리나라의 방위력향상이라는 대의명분을 내걸고 있지만, 연구기관의 지혜를 결집시키는 것은 어렵다. 여기서 과감하게 발상을 전환하면, 기본 주관의 개발이라도 외국제의 우수한 소나를 우선 참고용으로 도입하여 철저하게 비교검토를 행한다. 기술적으로 가장 우수하고 오픈 아키텍처 시스템인 소나를 베이스로 하여, 해자대의 요구와 우리나라 주변의 작전환경에 합치하는 음향처리 S/W를 개발하고, 철저하게 시험을 반복하여 완성도를 높이는 것이 합리적이다. 여러 외국은 이미 각국의 장기인 분야를 활용하여 국제분업에 의한 장비품 개발을 하고 있다. 최첨단기술을 자랑하는 일본의 자동차메이커도 지금은 국제분업과 외제의 우수한 부품을 채용하는 것이 당연한 시대가 되었다.

비슷한 사례는 이미 우리나라에서도 시험되었다. GDC사(General Dynamics Canada)사의 MSAP(Multi Static Acoustic Processor)라는 음향처리 부가장치(S/W)를 P-3C에서 시험용으로 도입하여 각종 시험을 행하였다. 매우 양호한 결과를 보여, 이것에 자극을 받은 국내 메이커의 노력에 의해 국산품도 대폭적인 성능향상을 보였다. 

아날로그 시대에는 장비의 연구와 제작, 완성 후에 일련의 평가시험을 거쳐 요구성능을 채우면 합격이었다. 이것으로는 그 이상의 진보는 바랄 수 없다. 한편 디지탈 시대의 S/W는 개발과 시험을 동시에 행하여, 시험결과가 S/W에 피드백되는 나선형(Spiral) 개발이 일반적이다. 유감스럽게도 연구개발에서 일본이 외국에 결정적으로 뒤진 것은, 장비의 기술개발이 아니고, 실제로는 나선형 개발 과정이다.

디지탈화에 뒤처진 것을 만회하기 위해선, 기존의 제품을 베이스로 하여 과감하게 S/W의 나선형 개발에 집중 투자하는 것이 가장 바람직하고, 앞서 기술한 바와 같이 세계의 조류가 그런 방향이다. 과거의 경위와 각종 제약에 의해 급격한 방침전환은 어렵긴 하지만, 확고한 리더십이 요망된다.

또한 디지탈화에 뒤진 국내 메이커이긴 하지만, 적어도 Hull Mount 소나의 wet-end는 세계 일류에 손색 없다는 것이 필자의 생각이다. 이후 음향처리 S/W의 개발에 어느 정도의 목표를 세우면, 기존의 국산 wet-end를 이용하여 완전히 새로운 소나를 개발하는 것도 꿈이 아니며, 기존 소나의 디지탈화에 의해 극적인 능력향상이 기대된다.

*NCW

호위함의 전투체계CDS는 AAW가 주체로 발전했다. ASW는 리얼타임성이 낮아서 CDS 내에서의 취급은 극히 한정적이었다. 여전히 손으로 작도하는 것을 중심으로 작전이 실시되었다. 이것은 해저지형 등 작전환경정보의 파악이 되지 않을 뿐 아니라 NCW와의 일체화와도 거리가 멀다.

이후의 CMS(Combat Management System)에서 취급하는 ASW는 시각화된 환경정보상에서 목표관리(하나하나의 목표가 하나씩의 기호로 표시됨. Single Integrated Picture)가 가능해지고 목표와 관련된 부대에 공유됨에 의하여 피아식별이 쉽고 신속하게 실시되지 않으면 안된다. ASW와 NCW의 일체화는 센서 능력 향상에 더하여 CMS의 ASW 관계기능이 충실해질 필요가 있다.

*후기

필자의 현역시절에는 경제도 예산도 고속성장하던 시대여서, 속속 신 장비의 도입이 가능하던 시대였다. 그러나 현재의 어려운 예산환경에선, 특히 젋은 세대들의 위축감이 느껴진다. 확실히 긴축재정중에, 종래 노선의 연장으론 뭐든지 삭감 혹은 Phase down일 뿐이라 위축감이 덥쳐온다. 이런 시기일수록 과감히 연구개발에서도 발상을 전환할 필요가 있다. 기술본부의 연구개발이야 기술본부의 책임이지만, 해자대는 소요군으로서 새로운 연구개발의 형태를 요구하는 것은 충분히 가능하다.

디지탈혁명이 일본의 가전업계를 크게 위협하는 이 시대에, 과거에는 전혀 위협이 되지 않던 상대국이, 우수한 기성품과 COTS를 결집하고 S/W에 중점적으로 투자, 어느새 몇 발 앞을 진보해버리지 않기를 바란다.

[백선호]

"음향처리S/W의 진화가 소나의 진화로 직결된다는 것을 의미한다" ---> 레이다에 대입하면 신호처리 S/W의 진화가 레이다의 진화로 직결된다고 얘기할 수 있을까요? 전에는 노이즈로 제거하던 것을 시그널로 처리해서 아무리 형상 스텔스 설계를 해도 다 잡아내는 시대가 올 것인지...?

[ssn688]

1.디지탈신호처리에 의해 노이즈와 목표의 반사를 정교하게 가리는 기술은, 엘타사가 G-550 CAEW의 "4D"(4차원!) 기술이라고 선전했던 게 연상되기도 하네요. 공간(3차원)에 시간을 더해서, 저고도 탐색시 일정시간 동안 얻어 축적된 반사파의 패턴을 분석해서 지면 클러터와 (RCS가 작은)타겟을 가려내는 데 도움이 된다고 했던... 2.소나는 바이스태틱만은 이미 실용단계인듯한데, 레이다는 아직이지요? 3.위와 같이 소나를 운용하는 것 자체가 복잡한 작업이 된다면, 아예 대잠전 장교가 음탐사를 겸해야 되지 않나 싶은 망상도... (먼 산)