적외선 추적 미사일의 원리를 찾아보면 보통 미사일 탐색기에 들어있는 적외선 검출기가 표적이 방출하는 적외선을 탐지해 추적한다 정도의 설명만 나옴. 그런데 이 설명은 중요한 부분이 빠져있는데, 탐색기가 과연 어떻게 표적의 방향을 알아내냐는 거임. 검출기는 단지 적외선의 세기만 측정할 수 있을 뿐 적외선이 어느 방향에서 오는지는 알 수 없음. 즉 내가 표적을 보고 있는지 못보고 있는지만 알 수 있을 뿐, 표적이 어느 방향에 있는지를 모르면 지금 내가 정확한 방향으로 가고 있는건지 아니면 왼쪽으로 틀어야 하는지 오른쪽으로 틀어야 하는지 위나 아래로 틀어야 하는지 알 수 없으니 미사일을 유도하는게 불가능함. 따라서 적외선 추적 미사일 초기부터 표적의 방향을 알아내기 위한 다양한 방식들이 적용되어 왔음.
기술이 발달한 요즘엔 그냥 직관적인 방식을 그대로 적용할 수 있는 수준까지 도달했음. 예를 들면 가장 최신 방식 중 하나인 영상탐색기가 있음. 만들기는 어렵지만 제일 직관적인 방식인데, 그냥 검출기로 적외선 영상을 찍어서 알고리즘을 통해 적외선을 내뿜는 표적이 영상의 어디 위치하는가를 알아내는거임. 단지 적외선을 쓸 뿐 사람의 눈과 거의 같은 방식임.
하지만 원리를 이해하기 쉬운 것과 별개로, 이걸 실제로 구현하려면 검출기 소자 수만개를 평면으로 배열한 FGA, 거기서 얻은 영상을 분석해 표적의 위치와 형태를 걸러내는 알고리즘 등이 필요함. 하지만 적외선 추적 미사일이 처음 실용회되던 50~60년대엔 적외선 검출기 수만개를 평면으로 배열하긴커녕 검출기 하나 만드는것도 겨우 하고 있었고 복잡한 영상 분석 알고리즘 같은건 꿈도 못 꿀 시기였음.
결국 50~60년대 적외선 추적 탐색기를 만들기 위해 주어진 거라고는 단 한개의 검출기와 초보적인 아날로그 신호처리 정도뿐이었음. 이것만 가지고 표적의 방향을 알아내기 위해 도입된게 레티클이라는 물건임.
1. 스핀 스캔 방식 (1세대 탐색기)
하지만 원리를 이해하기 쉬운 것과 별개로, 이걸 실제로 구현하려면 검출기 소자 수만개를 평면으로 배열한 FGA, 거기서 얻은 영상을 분석해 표적의 위치와 형태를 걸러내는 알고리즘 등이 필요함. 하지만 적외선 추적 미사일이 처음 실용회되던 50~60년대엔 적외선 검출기 수만개를 평면으로 배열하긴커녕 검출기 하나 만드는것도 겨우 하고 있었고 복잡한 영상 분석 알고리즘 같은건 꿈도 못 꿀 시기였음.
결국 50~60년대 적외선 추적 탐색기를 만들기 위해 주어진 거라고는 단 한개의 검출기와 초보적인 아날로그 신호처리 정도뿐이었음. 이것만 가지고 표적의 방향을 알아내기 위해 도입된게 레티클이라는 물건임.
1. 스핀 스캔 방식 (1세대 탐색기)
가장 단순한 형태의 레티클은 원판의 절반은 불투명한 재질로 칠하고 반은 투명하게 남겨놓은 형태임. 검출기의 시야 앞에 이 레티클을 놓고 회전시키면 투명 부분이 표적쪽에 있을때는 적외선이 레티클을 지나 검출기에 도달하고 불투명 부분이 표적을 가릴때는 적외선이 검출기에 도달하지 못함. 따라서 검출기에서 나오는 신호는 짤과 같이 검출됬다 안됬다를 반복하고, 이 신호의 타이밍(위상)을 이용하면 표적이 어느 방향에 있는지 알 수 있음.
하지만 이걸 실제로 만들면 매우 높은 확률로 얼마 못가 표적의 추적을 놓치게 됨. 그 이유는 태양이나 구름, 지상과 같이 거대한 물체가 내뿜는 강한 적외선이 표적의 적외선을 가려버리기 때문임. 따라서 이러한 배경 신호를 제거하고 매우 작은 표적의 적외선 신호만 필터링하는 방법이 필요함.
하지만 이걸 실제로 만들면 매우 높은 확률로 얼마 못가 표적의 추적을 놓치게 됨. 그 이유는 태양이나 구름, 지상과 같이 거대한 물체가 내뿜는 강한 적외선이 표적의 적외선을 가려버리기 때문임. 따라서 이러한 배경 신호를 제거하고 매우 작은 표적의 적외선 신호만 필터링하는 방법이 필요함.
그래서 배경신호를 걸러내기 위해 이런 모양의 레티클을 씀. 표적의 경우 그 크기가 매우 작기 때문에 사실상 점이나 다름없어서 불투명한 빗살 하나하나에 다 가려지지만 구름이나 땅 같은 배경은 크기가 훨씬 커서 빗살 여러개에 걸쳐짐. 따라서 이 레티클이 회전하면 표적의 적외선 신호는 짤처럼 매우 높은 주파수로 칼같이 나오지만 배경의 적외선 신호는 거의 일정하게 나옴. 이제 높은 주파수의 신호만 뽑아내면 배경의 신호가 지워진 순수한 표적의 신호만 얻을 수 있음.
이제 이 두 레티클을 짤처럼 합하면 표적의 방향을 알 수 있으면서 배경 신호를 걸러낼 수 있는 레티클이 됨. 여기서 위쪽 절반은 바퀴살 무늬로 되어 있고 아래쪽 절반은 적외선을 50%만 통과시키는 반투명한 재질로 되어 있음. 짤처럼 표적이 반투명한 쪽에 있을 경우엔 검출기에서 중간 세기의 거의 일정한 신호가 나오고, 레티클이 짤에서 180도 돌아 표적이 욱일무늬에 있을때는 바퀴살이 표적을 통과할때마다 신호 세기가 크게 밝아졌다 어두워졌다를 반복하는 신호가 나옴. 이렇게 나온 검출기 신호는 신호처리를 통해 표적의 방향(위상)을 나타내는 신호로 변환되어 유도조종에 쓰이게 됨.
실제 탐색기 광학계는 이렇게 생김. 망원경 형태의 거울과 렌즈를 통해 빛을 검출기로 모으고, 그 중간에 회전하는 레티클을 두는 방식임. 이런 방식을 쓰는 탐색기를 1세대 탐색기라고 함. 이 방식의 미사일은 대표적으로 스트렐라-2 등이 있음.
하지만 스핀 스캔 방식의 결정적 약점은 바로 탐색기가 정확히 표적을 향할 경우에 발생함. 저런 형태의 레티클에서 탐색기가 정확한 방향을 향하면 표적이 레티클 정중앙에 있게 되고, 그러면 표적의 적외선 세기는 더이상 변화하지 않고 항상 일정하게 되므로 표적의 신호 자체가 사라짐. 물론 어쨌거나 정확한 방향을 향하고 있으면 굳이 표적 신호를 못잡아도 괜찮지 않냐고 생각할 수 있지만, 문제는 표적이 플레어 같은 기만체를 썼을 경우임. 이 경우 표적이 정중앙에 있어서 신호가 사라지면 표적에서 떨어져 있는 플레어의 신호만 남기 때문에 미사일은 매우 쉽게 플레어에 기만됨. 따라서 탐색기가 정확한 방향을 향하더라도 계속해서 표적의 신호를 추적할 수 있는 새로운 추적 방식이 개발됨.
2. 콘 스캔 (2세대 탐색기)
하지만 스핀 스캔 방식의 결정적 약점은 바로 탐색기가 정확히 표적을 향할 경우에 발생함. 저런 형태의 레티클에서 탐색기가 정확한 방향을 향하면 표적이 레티클 정중앙에 있게 되고, 그러면 표적의 적외선 세기는 더이상 변화하지 않고 항상 일정하게 되므로 표적의 신호 자체가 사라짐. 물론 어쨌거나 정확한 방향을 향하고 있으면 굳이 표적 신호를 못잡아도 괜찮지 않냐고 생각할 수 있지만, 문제는 표적이 플레어 같은 기만체를 썼을 경우임. 이 경우 표적이 정중앙에 있어서 신호가 사라지면 표적에서 떨어져 있는 플레어의 신호만 남기 때문에 미사일은 매우 쉽게 플레어에 기만됨. 따라서 탐색기가 정확한 방향을 향하더라도 계속해서 표적의 신호를 추적할 수 있는 새로운 추적 방식이 개발됨.
2. 콘 스캔 (2세대 탐색기)
콘 스캔(conical scan) 방식의 가장 큰 특징은 레티클이 아니라 거울을 회전시킨다는거임. 물론 그냥 거울을 회전만 시켜봐야 아무런 효과가 없기 때문에 거울의 각도를 약간 비틀어서 상이 중앙에서 벗어나도록 함. 이렇게 하면 검출기와 레티클 자체는 고정되어 있지만 마치 시야가 원뿔 모양으로 도는 효과가 남.
암튼간에 콘 스캔으로 표적의 방향을 알아내는 방법은 이럼. 탐색기가 정확히 표적을 향하고 있을 경우 검출기가 볼 때 표적은 정중앙에 있는게 아니라 중앙에서 떨어진 곳에 있음. 왜냐? 아까 말했듯이 거울이 살짝 비틀어져 있기 때문임. 그리고 그 거울이 회전하기 때문에 표적 역시 레티클을 따라 회전함. 그러면 아까 스핀 스캔과 같이 특정 주파수의 표적 신호가 나옴.
이제 탐색기가 표적에서 약간 벗어난 곳을 향하는 경우를 보면, 역시 표적은 레티클을 따라 회전함. 하지만 이번에는 회전의 중심이 레티클 정중앙이 아니라 약간 벗어난 곳이 됨. 이는 곧 표적이 레티클의 빗살에 가려졌다 드러나는 속도가 달라진다는 의미고, 따라서 표적의 신호는 짤과 같이 시간에 따라 주파수가 달라지게 됨. 이렇게 시간에 따라 신호의 주파수가 달라지는걸 주파수 변조(FM)라고 함.
반면 탐색기가 표적에서 많이 벗어난 곳을 향할 경우 표적은 아예 검출기 시야 바깥으로 나갔다가 다시 들어왔다를 반복하게 됨. 당연히 표적이 시야 바깥으로 나갔을 경우엔 신호 세기가 0이 되고, 표적이 시야 안쪽에 들어올 경우 표적의 신호가 검출됨. 어디서 본 거 같다고? 맞음. 아까 스핀 스캔에서 절반이 불투명한 첫 번째 레티클을 쓰는 경우와 비슷함. 이렇게 신호 세기가 시간에 따라 달라지는건 진폭 변조(AM)라고 함. 물론 스핀 스캔의 경우 AM 뿐이었지만 지금의 경우엔 레티클도 있으므로 FM+AM임.
결국 표적이 얼마 벗어나지 않아 FM 신호가 검출될때는 FM 복조를 통해 표적의 위치를 알아내고, 표적이 많이 벗어나서 FM+AM 신호가 검출될때는 스핀 스캔과 같은 AM 복조를 통해 표적의 위치를 알아낼 수 있음.
이제 탐색기가 표적에서 약간 벗어난 곳을 향하는 경우를 보면, 역시 표적은 레티클을 따라 회전함. 하지만 이번에는 회전의 중심이 레티클 정중앙이 아니라 약간 벗어난 곳이 됨. 이는 곧 표적이 레티클의 빗살에 가려졌다 드러나는 속도가 달라진다는 의미고, 따라서 표적의 신호는 짤과 같이 시간에 따라 주파수가 달라지게 됨. 이렇게 시간에 따라 신호의 주파수가 달라지는걸 주파수 변조(FM)라고 함.
반면 탐색기가 표적에서 많이 벗어난 곳을 향할 경우 표적은 아예 검출기 시야 바깥으로 나갔다가 다시 들어왔다를 반복하게 됨. 당연히 표적이 시야 바깥으로 나갔을 경우엔 신호 세기가 0이 되고, 표적이 시야 안쪽에 들어올 경우 표적의 신호가 검출됨. 어디서 본 거 같다고? 맞음. 아까 스핀 스캔에서 절반이 불투명한 첫 번째 레티클을 쓰는 경우와 비슷함. 이렇게 신호 세기가 시간에 따라 달라지는건 진폭 변조(AM)라고 함. 물론 스핀 스캔의 경우 AM 뿐이었지만 지금의 경우엔 레티클도 있으므로 FM+AM임.
결국 표적이 얼마 벗어나지 않아 FM 신호가 검출될때는 FM 복조를 통해 표적의 위치를 알아내고, 표적이 많이 벗어나서 FM+AM 신호가 검출될때는 스핀 스캔과 같은 AM 복조를 통해 표적의 위치를 알아낼 수 있음.
이런 방식을 쓰는 탐색기를 2세대 탐색기로 분류함. 스트렐라-3, AIM-9L, 이글라-1 등 70~80년대 개발되어 활발히 사용된 적외선 추적 미사일들이 이 방식을 사용함.
참고로 지금까지 나온 레티클들은 대표적인 단순한 형태의 레티클일 뿐이고 실제 사용되는 레티클 형태가 어떤지는 모름. 실제로는 훨씬 복잡하고 다양한 형태의 레티클이 사용되는 것으로 보임.
3. 십자 배열/4분할 검출기
기술이 발전하면서 점차 미사일의 탐색기가 단순히 표적의 방향을 추적하는걸 넘어 표적의 움직임을 예측하고 어느 순간 어떤 방향에 있을지 계산하는게 가능해질 정도가 되었음. 이러한 기술 발전은 매우 큰 변화를 불러왔는데, 바로 레티클의 필요가 없어진거임. 이제는 배경 신호를 거르기 위해 레티클의 좁은 틈새로 적외선을 통과시킬 필요가 없이, 검출기 자체의 시야를 매우 좁게 만들 수 있게 되었음. 검출기는 필요에 따라 켜고 끌 수 있으므로 표적을 포함한 화면이 회전하는동안 적외선을 계속 검출할 필요가 없이, 표적이 보일거라 예상되는 순간에만 검출기를 잠깐 켰다가 끄는걸로도 표적을 추적할 수 있음. 뭣보다 이렇게 하면 표적에서 떨어진 다른 배경이나 기만체의 적외선이 검출기에 올 때는 아예 검출기가 꺼져 있고, 표적의 적외선이 검출기에 올 때만 잠깐 켜져서 검출하므로 배경이나 기만체를 거르는 능력이 매우 크게 향상됨.
참고로 지금까지 나온 레티클들은 대표적인 단순한 형태의 레티클일 뿐이고 실제 사용되는 레티클 형태가 어떤지는 모름. 실제로는 훨씬 복잡하고 다양한 형태의 레티클이 사용되는 것으로 보임.
3. 십자 배열/4분할 검출기
기술이 발전하면서 점차 미사일의 탐색기가 단순히 표적의 방향을 추적하는걸 넘어 표적의 움직임을 예측하고 어느 순간 어떤 방향에 있을지 계산하는게 가능해질 정도가 되었음. 이러한 기술 발전은 매우 큰 변화를 불러왔는데, 바로 레티클의 필요가 없어진거임. 이제는 배경 신호를 거르기 위해 레티클의 좁은 틈새로 적외선을 통과시킬 필요가 없이, 검출기 자체의 시야를 매우 좁게 만들 수 있게 되었음. 검출기는 필요에 따라 켜고 끌 수 있으므로 표적을 포함한 화면이 회전하는동안 적외선을 계속 검출할 필요가 없이, 표적이 보일거라 예상되는 순간에만 검출기를 잠깐 켰다가 끄는걸로도 표적을 추적할 수 있음. 뭣보다 이렇게 하면 표적에서 떨어진 다른 배경이나 기만체의 적외선이 검출기에 올 때는 아예 검출기가 꺼져 있고, 표적의 적외선이 검출기에 올 때만 잠깐 켜져서 검출하므로 배경이나 기만체를 거르는 능력이 매우 크게 향상됨.
실제 구현은 이렇게 함. 전체적인 구조는 콘 스캔과 같지만 레티클이 없고 대신 가는 직사각형 모양의 검출기 4개를 십자형으로 배열함. 이번엔 검출기 시야가 거의 레티클 전체이던 지난번과 달리 검출기 시야가 매우 좁은 띠 모양임. 짤과 같이 표적이 회전하면 4개의 검출기를 번갈아가며 지나가게 되는데, 이 때 표적이 올 거라 예상되는 순간에만 각각의 검출기의 신호를 받음. 사실 아까 말한것처럼 검출기를 아예 켰다 껐다 하는건 어렵고, 실제로는 검출기는 계속 켜져 있고 검출기에서 나오는 신호를 평소에는 차단했다가 필요할 때만 열어서 수신하는 방식을 씀.
사실 원리 자체는 좁은 십자형 레티클을 쓰는 콘 스캔과 거의 같음. 다만 배경이 보일때는 신호를 차단하고 표적이 보일때의 신호만 받아들일 수 있다는 차이가 있을 뿐임. 물론 그 차이가 매우 큰 성능 격차를 만들지만.
십자 배열 방식은 다음이 말할 로제트 스캔 방식과 함께 3세대로 분류됨. 십자 배열 탐색기를 쓰는 대표적인 미사일으로는 스팅어 기본형이 있음.
4. 로제트 스캔/pseudo-imager 탐색기
사실 원리 자체는 좁은 십자형 레티클을 쓰는 콘 스캔과 거의 같음. 다만 배경이 보일때는 신호를 차단하고 표적이 보일때의 신호만 받아들일 수 있다는 차이가 있을 뿐임. 물론 그 차이가 매우 큰 성능 격차를 만들지만.
십자 배열 방식은 다음이 말할 로제트 스캔 방식과 함께 3세대로 분류됨. 십자 배열 탐색기를 쓰는 대표적인 미사일으로는 스팅어 기본형이 있음.
4. 로제트 스캔/pseudo-imager 탐색기
아까랑 비슷하게 좁은 시야의 검출기를 쓰지만 이번엔 시야가 길쭉한 형태가 아니라 아예 점에 가까운 좁은 형태임. 대신 회전하는 거울 두 개를 이용해 이 시야를 짤과 같이 복잡한 경로로 빠르게 이동시킴. 그 결과 넓은 범위를 순식간에 스캔할 수 있음. 이러한 스캔 패턴을 로제트라고 함. 이 방식은 신호가 언제 검출됬는지를 이용해 표적의 어느 방향에 있는지뿐만 아니라 어디에 위치하고 있는지까지 알아낼 수 있음. 그렇기 때문에 사실상 적외선 2D 영상을 보는 거나 마찬가지라서 pseudo-imager 탐색기라고 불리기도 함.
이 방식은 앞서와 같이 신호를 차단했다 필요한 때만 허용하는 방식으로 쓸 수도 있고, 보다 발전된 방식으로 검출되는 신호 전부를 제각각 따로 추적하고 분석할수도 있음. 짤과 같은 예시는 2색 탐색기에서 적외선 신호와 자외선 신호 두 개를 이용해 탐지되는 신호를 파악해 표적만 걸러내는 경우임. 복잡하게 만들려면 얼마든지 복잡하게 만들 수 있기 때문에 현대적 적외선 추적 미사일의 대세가 되었고, 이글라, 스팅어 포스트, 미스트랄, 신궁 등이 있음. 다만 세대 구분은 십자 배열과 같은 3세대임.
다만 대세라는건 VSHORAD 이야기고 공대공 적외선 추적 미사일의 경우엔 더 발전된 영상탐색기 방식이 널리 사용됨.
5. 영상탐색기
이 방식은 앞서와 같이 신호를 차단했다 필요한 때만 허용하는 방식으로 쓸 수도 있고, 보다 발전된 방식으로 검출되는 신호 전부를 제각각 따로 추적하고 분석할수도 있음. 짤과 같은 예시는 2색 탐색기에서 적외선 신호와 자외선 신호 두 개를 이용해 탐지되는 신호를 파악해 표적만 걸러내는 경우임. 복잡하게 만들려면 얼마든지 복잡하게 만들 수 있기 때문에 현대적 적외선 추적 미사일의 대세가 되었고, 이글라, 스팅어 포스트, 미스트랄, 신궁 등이 있음. 다만 세대 구분은 십자 배열과 같은 3세대임.
다만 대세라는건 VSHORAD 이야기고 공대공 적외선 추적 미사일의 경우엔 더 발전된 영상탐색기 방식이 널리 사용됨.
5. 영상탐색기
아까 말했으니 대충하고 넘어감ㅎ
그냥 말그대로 적외선 영상을 찍어서 추적하는 방식임. 영상을 찍기 위해 카메라 CCD처럼 적외선 검출 소자를 수백개x수백개 배열한 FGA를 사용함. 표적의 영상을 찍을 수 있기 때문에 영상처리와 합하면 표적 형상을 인식해 구분하는 등 훨씬 고급 추적방식을 쓸 수 있음. AIM-9X, IRIS-T, IR MICA 등등 내노라하는 최신 공대공 적외선 추적 미사일의 대세임.
그냥 말그대로 적외선 영상을 찍어서 추적하는 방식임. 영상을 찍기 위해 카메라 CCD처럼 적외선 검출 소자를 수백개x수백개 배열한 FGA를 사용함. 표적의 영상을 찍을 수 있기 때문에 영상처리와 합하면 표적 형상을 인식해 구분하는 등 훨씬 고급 추적방식을 쓸 수 있음. AIM-9X, IRIS-T, IR MICA 등등 내노라하는 최신 공대공 적외선 추적 미사일의 대세임.
간지난당
조아용
정보추 - dc App
형상인식 조와용 - dc App
조깥네 - dc App
소자 기술이 없어서 몸 비틀던 시기 기술들이란 거구만.
일단 추
유도추
선생님이라고 부르고싶을 정도 ㅠㅠ - dc App
냥추
신궁 로젯방식 보다는 십자배열 아니었나..
십자배열 방식 아마 파이썬 시리즈도 쓴거 같음.
신궁이 로제트 방식이라고 분명 어디서 봤는데 다시보려니 못찾겠네여
파이썬이 그 파이썬은 아니죠?
파이썬은 이스라엘제 미사일인데 프로그래밍 언어와는 당연히 별개고 다만 어원은 같음
후달리던 기술로 어떻게든 맞춰보려고 똥꼬쇼를 한 결과물이라 이거지?
불펌받아라!