AIDT 온디바이스 국방 MUM-T 전자전(EW) 드론 분산 DRFM 재밍 및 위상배열 지향성 빔포밍 서보 엔진

1. 개요

현대전의 유무인복합체계(MUM-T)에서 적의 최첨단 대공 방어망(AESA 기반 모노펄스 추적 레이더 및 장거리 지대공 미사일)을 뚫고 아군 유인 침투기를 엄호하기 위해서는 무인기 편대의 고도화된 협력 전자전(Electronic Warfare, EW) 지원이 필수적입니다. 단일 기체의 단순 잡음(Noise) 재밍은 적 레이더에 의해 홈-온-잼(Home-On-Jam, HOJ) 미사일의 표적이 되기 쉽습니다. 이에 따라 다수의 소형 전자전 드론이 광대역 고속 수신기를 통해 적 레이더 신호를 가로채고 디지털 무선주파수 기억장치(Digital Radio Frequency Memory, DRFM)를 통해 위상과 변조를 복제한 후, 드론 편대 간 정밀 클록 동기화를 바탕으로 분산 협력 빔포밍(Distributed Collaborative Beamforming)을 수행하는 지능형 기만 재밍이 강력한 대안으로 대두되었습니다. 본 고에서는 속도 게이트 풀오프(VGPO), 거리 게이트 풀오프(RGPO) 기만 신호를 합성하고 안테나 소자 위상을 10,000Hz 주기로 능동 조향하는 0-Alloc C# 엔진을 구현합니다.

2. 수학적 모델링 및 지배 방정식

적 모노펄스 레이더가 방사하는 처프(LFM) 펄스 신호 \(s_{tx}(t)\)가 제 \(k\)번째 EW 드론에 수신될 때의 수신 신호 및 DRFM 샘플링은 다음과 같습니다:

DRFM 기만 생성기는 가짜 표적 거리 지연 \(\tau_{false}(t) = \tau_0 + v_{rgpo} t\)와 도플러 주파수 편이 \(f_{doppler}(t) = f_d + a_{vgpo} t\)를 합성하여 변조 신호 \(s_{jam,k}(t)\)를 방사합니다:

\(N\)대의 EW 드론이 적 레이더 위치 \(\mathbf{p}_{radar}\)를 향해 형성하는 분산 위상배열 협력 지향성 합성 빔 패턴 \(F(\theta, \phi)\)와 유효 복사 전력(ERP)은 다음과 같습니다:

적 모노펄스 수신기의 합(\(\Sigma\)) 채널 및 차(\(\Delta\)) 채널 신호 비를 조작하여 각도 오차 전압을 포화시키고 안테나 추적 록(Angle Lock)을 이탈시키는 교차 편파/교차 눈(Cross-Eye) 위상 역전 조건은 다음과 같습니다:

3. 실시간 C# 서보 제어기 구현

다음은 분산 DRFM 재밍 신호 위상 계산 및 안테나 빔 조향을 0-Alloc으로 10,000Hz 주기에 수행하는 C# 엔진 구현체입니다:

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Core.ElectronicWarfare
{
    public ref struct DistributedDrfmJammingServo
    {
        private readonly double _dt;
        private readonly double _carrierFreqHz;
        private readonly double _wavelengthM;
        private double _posX;
        private double _posY;
        private double _posZ;
        
        // RGPO / VGPO 제어 변수
        private double _rgpoDelaySec;
        private double _rgpoRateMPerS;
        private double _vgpoDopplerShiftHz;
        private double _vgpoRateHzPerS;
        private double _jammerPowerWatts;
        
        // 빔포밍 동기화 상태
        private double _syncPhaseOffsetRad;

        public DistributedDrfmJammingServo(
            double dt,
            double carrierFreqHz,
            double initialRgpoRate,
            double initialVgpoRate,
            double jammerPowerWatts)
        {
            _dt = dt;
            _carrierFreqHz = carrierFreqHz;
            _wavelengthM = 299792458.0 / carrierFreqHz;
            _posX = 0.0; _posY = 0.0; _posZ = 0.0;
            _rgpoDelaySec = 0.0;
            _rgpoRateMPerS = initialRgpoRate;
            _vgpoDopplerShiftHz = 0.0;
            _vgpoRateHzPerS = initialVgpoRate;
            _jammerPowerWatts = jammerPowerWatts;
            _syncPhaseOffsetRad = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdatePosition(double x, double y, double z)
        {
            _posX = x; _posY = y; _posZ = z;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void ComputeJammingCommand(
            double enemyRadarX, double enemyRadarY, double enemyRadarZ,
            double clusterCenterClockSec,
            out double phaseShiftRad,
            out double falseRangeM,
            out double dopplerShiftHz,
            out double effectiveRadiatedPowerW)
        {
            // 1. 적 레이더 방향 단위 벡터 및 기체 간 상대 거리 계산
            double dx = enemyRadarX - _posX;
            double dy = enemyRadarY - _posY;
            double dz = enemyRadarZ - _posZ;
            double range = Math.Sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz);
            double invRange = 1.0 / Math.Max(1.0, range);

            // 2. 분산 빔포밍을 위한 기하학적 위상 정합 계산
            // Phase = (2 * pi / lambda) * (r_cluster - r_drone)
            double spatialPhase = (2.0 * Math.PI / _wavelengthM) * range;
            _syncPhaseOffsetRad = Math.IEEERemainder(spatialPhase, 2.0 * Math.PI);
            phaseShiftRad = _syncPhaseOffsetRad;

            // 3. 거리 게이트 풀오프(RGPO) 가짜 거리 연산
            _rgpoDelaySec += (_rgpoRateMPerS / 299792458.0) * _dt;
            if (_rgpoDelaySec > 1e-4) _rgpoDelaySec = 0.0; // 주기적 리셋
            falseRangeM = _rgpoDelaySec * 299792458.0;

            // 4. 속도 게이트 풀오프(VGPO) 도플러 편이 연산
            _vgpoDopplerShiftHz += _vgpoRateHzPerS * _dt;
            if (Math.Abs(_vgpoDopplerShiftHz) > 50000.0) _vgpoDopplerShiftHz = 0.0;
            dopplerShiftHz = _vgpoDopplerShiftHz;

            // 5. 지향성 안테나 이득 및 유효 복사 전력(ERP) 계산
            double antennaGainLinear = 25.0; // 약 14 dBi
            effectiveRadiatedPowerW = _jammerPowerWatts * antennaGainLinear;
        }

        public readonly double CurrentRgpoRangeOffsetM => _rgpoDelaySec * 299792458.0;
        public readonly double CurrentVgpoDopplerHz => _vgpoDopplerShiftHz;
    }
}

4. 교육 및 국방 현장 적용 방안