대한민국 공군 KF-21 보라매의 생존성을 보장하는 국산 내장형 통합 전자전 체계(EW Suite)는 적 방공망 사통 레이더(FCR) 또는 공대공 능동 탐색기(AAM Seeker)가 락온(Lock-on)했을 때 수신된 고주파 레이더 펄스를 디지털 고주파 기억장치(DRFM)로 고속 표본화하고, 거리게이트풀오프(RGPO: Range Gate Pull-Off) 기만 신호를 1,000Hz 주기로 정밀 합성하여 적 레이더의 거리 추적 게이트를 아군 기체 밖으로 이탈시킵니다. 0-Alloc C# 위상 변조 수리공학 백서를 공개합니다.

1. 2022 개정 교육과정 교과 연계 분석

  • 물리학 (전자기파 반사, 위상 중첩 간섭, 도플러 주파수 천이): 전자기파 반사 펄스의 도플러 천이 $\Delta f = \frac{2v}{\lambda}$ 및 DRFM 위상 변조 신호의 상쇄/보강 간섭 원리.
  • 수학 (복소 지수함수 위상 모델링과 2차 지연 다항식 궤적): 오일러 공식 $e^{j(\omega t + \phi(t))}$ 기반 위상 합성 및 거리 추적 게이트 탈취 시간 지연 모델 $\tau(t) = \tau_0 + v_{walk} t + \frac{1}{2} a_{walk} t^2$.
  • 지구과학 (대기 밀도 및 굴절률 변화에 따른 전자기파 감쇠): 고도별 대기압 및 상대습도에 따른 전파 굴절 지연 및 지표면 클러터 반사 환경 해석.
  • 정보 (무할당 실시간 신호처리 및 파형 생성 파이프라인): 1ms 실시간 주기 내에서 가비지 컬렉션 없이 DRFM 메모리 제어 명령을 스택 메모리로 0-Alloc 연산하는 C# 전자전 엔진.

2. DRFM 수신 및 RGPO 거리 게이트 풀오프 수식 모델

적 레이더가 송신한 탐색 펄스 신호 $s_{rx}(t) = A(t) \cos(2\pi f_0 t + \theta(t))$가 DRFM ADC를 통해 고속 수집되면, 기만 재머는 적 레이더 반사파와 동기화된 가짜 에코 신호 $s_{jam}(t)$를 다음 수식으로 합성하여 방사합니다.

$$s_{jam}(t) = \alpha \cdot A(t - \tau_{walk}(t)) \cos\left(2\pi (f_0 + f_{doppler})(t - \tau_{walk}(t)) + \phi_{mod}(t)\right)$$

거리 게이트 탈취를 위한 시간 지연 함수 $\tau_{walk}(t)$는 초기 동기화 단계($\tau_{walk} = 0$, 높은 신호대잡음비로 추적 게이트 포획) 후 일정한 가속도 $a_w$로 시간 지연을 증가시킵니다.

$$\tau_{walk}(t) = \frac{2}{c} \left( R_0 + v_{walk} \cdot t + \frac{1}{2} a_{walk} \cdot t^2 \right)$$

적 레이더의 거리 추적 게이트가 가짜 신호로 이탈하여 충분한 거리 오차($\Delta R > 300\text{m}$)가 확보된 순간, 재머 출력을 순간적으로 0(Turn-off)으로 차단하여 적 레이더를 완전한 락온 브레이크(Break-Lock) 상태로 만듭니다.

3. 1,000Hz 0-Alloc C# KF-21 DRFM RGPO 전자전 코어

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.AirForce.ElectronicWarfare
{
    public readonly record struct RadarPulseObservation(
        float CarrierFrequencyGhz,
        float PulseWidthMicroSec,
        float PriMicroSec, // Pulse Repetition Interval
        float ReceivedPowerDbm,
        float EstimatedRangeMeters
    );

    public ref struct RgpoJammerCommand
    {
        public float InducedDelayNanoSec;
        public float DopplerShiftHz;
        public float JammerPowerDbm;
        public bool JammerTransmitting;
        public bool LockBreakAchieved;
    }

    public static class Kf21DrfmRgpoCore
    {
        private const float SpeedOfLightMps = 299_792_458.0f;
        private const float MaxWalkRangeMeters = 450.0f; // 450m 이상 게이트 이탈 시 턴오프
        private const float WalkVelocityMps = 80.0f;    // 80 m/s 속도로 이탈

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void SynthesizeRgpoWaveform(
            ref readonly RadarPulseObservation obs,
            float elapsedJamTimeSec,
            ref RgpoJammerCommand command)
        {
            // 1. 게이트 포획 단계 (0 ~ 0.5초: 진짜 반사파보다 3dB 높게 송신하여 락온 장악)
            if (elapsedJamTimeSec < 0.5f)
            {
                command.InducedDelayNanoSec = 0.0f;
                command.DopplerShiftHz = 0.0f;
                command.JammerPowerDbm = obs.ReceivedPowerDbm + 3.0f;
                command.JammerTransmitting = true;
                command.LockBreakAchieved = false;
                return;
            }

            // 2. 거리 게이트 풀오프 이탈 단계 (0.5초 이후 지연 시간 증가)
            float pullOffTime = elapsedJamTimeSec - 0.5f;
            float walkDistance = WalkVelocityMps * pullOffTime + (0.5f * 15.0f * pullOffTime * pullOffTime);

            if (walkDistance >= MaxWalkRangeMeters)
            {
                // 3. 브레이크 락 단계: 급격한 방사 차단으로 적 레이더 락온 소실
                command.InducedDelayNanoSec = 0.0f;
                command.DopplerShiftHz = 0.0f;
                command.JammerPowerDbm = -100.0f;
                command.JammerTransmitting = false;
                command.LockBreakAchieved = true;
                return;
            }

            // 거리 증가에 따른 시간 지연 계산 (초 -> 나노초: x 10^9, 왕복 지연: 2 * R / c)
            float delaySec = (2.0f * walkDistance) / SpeedOfLightMps;
            command.InducedDelayNanoSec = delaySec * 1e9f;

            // 기만 도플러 주파수 천이 계산 (f_d = 2 * v_walk / lambda)
            float wavelengthMeters = SpeedOfLightMps / (obs.CarrierFrequencyGhz * 1e9f);
            command.DopplerShiftHz = (2.0f * WalkVelocityMps) / wavelengthMeters;

            command.JammerPowerDbm = obs.ReceivedPowerDbm + 4.5f;
            command.JammerTransmitting = true;
            command.LockBreakAchieved = false;
        }
    }
}

4. 방통대 우호성 교수 랩실 연구 연계 및 AIDT 교구 활용

본 백서의 수리 모델은 2022 개정 교육과정 고등학교 물리학(전자기파 파동 특성, 도플러 효과, 위상 간섭) 및 정보(무할당 실시간 신호처리, 메모리 지연 버퍼 파이프라인)를 연계한 국방 AI 디지털 교과서(AIDT)의 최적화된 시뮬레이션 교구로 채택될 수 있습니다. KF-21 보라매가 적의 첨단 사통 레이더를 완벽히 무력화하고 제공권을 장악하는 국방 전자전 소프트웨어 주권의 정수를 제시합니다.