Development of Test Equipment for Electronic Warfare Computer(EWC) Verification

Jaegi Hong; Wonyoung Shin; Seoungmok Lee; Hyunchul Jo; Sinyoung Kim

doi:10.9766/KIMST.2024.27.6.737

Abstract

Entering the 1990s, 80 to 90 % of aircraft losses occurred due to MANPADS(Man Portable Air Defense System) attacks, and during the Russian invasion of Ukraine, Ukraine used MANPADS, a type of infrared guided missile, to kill many aircraft. The importance of survival systems is increasing as aircraft are intercepted. In this paper, we present a test equipment development plan to verify that EWC, which acts as an MC of a survival system, responds optimally in real time without delay in a situation simulating an actual threat. The EWC test equipment presented in this paper not only includes functions such as interface verification and self-diagnosis, but also includes automatic EWC functional performance testing and operation scenario-based EWC logic verification functions to verify that the EWC responds optimally in real time in various threat cases.

Keywords: Electronic Warfare(전자전), Test Equipment(시험장비), EWC(전자전컴퓨터), MANPADS(휴대용지대공미사일시스템), MAWS(미사일접근경보시스템)

서 론

전자전(Electronic Warfare)이란 군대가 적의 네트워크, 레이더, 통신 등을 교란하거나 해킹해 피해를 주고 아군의 정보 및 전자적 면의 우위를 확보하는 군사 활동을 통칭하는 말이다. 전자전은 전자전지원, 전자공격, 전자보호으로 구성된다.

Fig. 1.

Concept of electronic warfare

전자전지원(ES, Electronic Support)은 적 무선통신 및 전자장비로부터 방사되는 전자파를 수집, 처리, 분석하여 정보를 생산하는 것이고, 전자공격(EA, Electronic Attack)은 적 통신을 방해하거나, 무력화시키기 위해 전자파를 직접 방사하는 것이고, 전자보호(EP, Electronic Protection)는 적 전자파 위협으로부터 아군의 전자파 사용을 보호하는 활동을 의미한다^[1].

Fig. 2.

Concept of aircraft electronic warfare

1970년 ∼ 1980년대에는 주로 RWR만 장착한 항공기들이 운용되었으며, 대응수단은 CMDS(Counter Measures Dispenser System, 전자 방해 투발 장치)뿐이었다. 90년대에 들어서면서 MANPADS(Man Portable Air Defense System, 휴대용 지대공 미사일 시스템) 공격으로 인해 항공기 손실이 80 ∼ 90 % 발생했다. MANPADS에 취약한 항공기는 상대적으로 속도가 느리고 저공비행 하는 헬기, 대형 수송기이다^[2].

Fig. 3.

Intercepting aircraft with MANPADS

90년대뿐만 아니라 현재에도 항공기가 MANPADS 에 취약하다. 2022년 러시아의 우크라이나 침공 전쟁, 2023년 이스라엘과 하마스 전쟁 등에서 항공기는 전투, 물품 수송, 구조 등 여러 임무를 수행한다. 항공기의 활용성이 높은 만큼, 항공기에 대한 공격이 많고, 요격 당하는 경우도 많다. 러시아의 우크라이나 침공 전쟁에서는 우크라이나가 적외선유도미사일의 일종인 MANPADS를 이용하여 많은 항공기를 요격했다^[3].

최근 무기체계의 현대화와 복잡화에 따라 항공기를 요격하기 위한 방법들이 다양해지고, 발전하고 있다. 또한, 전쟁이 계속되면서 항공기 생존을 위한 생존체계가 더 중요해지고 있다. 항공기 생존체계는 DIRCM (Directed Infrared Countermeasure, 지향성 적외선 방해 장비), RWR(Radar Warning Receiver, 레이더 경보 수신기), LWR(Laser Warning Receiver, 레이저 경보 수신기), MAWS(Missile Approach Warning System, 미사일 접근 경보 시스템), CMDS 등이 있다.

과거에는 생존 장비가 각각 동작하였기에 위협 상황에 최적의 대응을 하기 힘들었다. 또한 현대에는 생존체계가 복잡해지면서 생존체계간에 효율적으로 통신을 주고 받으면서, 위협 상황에서 최적의 대응을 할 수 있는 장비가 필요해졌다. 이 역할을 위해 EWC (Electronic Warfare Computer, 전자전 컴퓨터)가 개발되었다. EWC는 RWR, LWR, MAWS 등의 위협 센싱 장비들로부터 데이터를 받아서 DIRCM으로 대응할지 CMDS로 대응할지 회피 기동을 어떻게 해야할지 판단하여 각 장비에 명령을 내려주는 역할을 한다^[4].

EWC는 생존체계에서의 MC(Mission Computer, 미션 컴퓨터) 역할을 하는 장비이므로, 여러 장비들과 실시간으로 연동되고, 위협 상황에 따라 각 장비에 명령을 내려줘야 한다. 위협 상황은 미사일 종류, 미사일 개수, 레이저 경보 등 여러 요소에 따라 다양한 위협 케이스로 나뉜다. 예를 들어, 뒤에서 적외선 추적 미사일 1대가 오는 경우, 레이저 경보가 확인된 경우, 정면에서 적외선 추적 미사일 2대가 오는 경우 등 매우 다양하다. 다양한 위협 상황별로 EWC가 그 상황에 가장 최적의 대응 방법을 각 장비에게 명령하고, 각 장비가 명령대로 동작하여 생존률을 높인다.

EWC를 개발하기 위해서는 EWC 기능/성능을 시험할 수 있는 EWC 전용 시험 장비가 필수이다. 일반적인 시험장비는 항공기 구성품 간의 연동 여부, 구성품 자체진단, ATP(Acceptance Test Procedure, 수락시험절차)를 수행하는 기능이 주요 기능이다^[5]. 그리고 일반적인 구성품 시험장비는 해당 구성품만 시험장비와 연결하며, 실제로 구성품 운용시 연결되는 구성품은 시험장비에서 모사하여 시험을 수행하기 때문에, 실제 구성품들을 연결했을 때 발생하는 문제들을 모두 점검할 수 없다는 한계가 있다^[6].

그러나 EWC는 EWC외에 다른 구성품들도 연결하여 다양한 위협 케이스에서 최적의 대응 방법을 판단하여 각 장비에게 명령하는지 검증할 수 있어야 하며, 실시간으로 대응하는지까지 검증할 수 있어야 하므로 EWC 전용 시험 장비가 필요하다. 본 논문에서는 EWC 전용 시험 장비에 대해 기술한다.

본 론

2.1 EWC 시험장비 목적

EWC 시험장비는 EWC가 기능/성능 요구도를 충족하는지 사전에 검증하고, 항공기에 탑재했을 때, 항공기 체계와 연동하면서 발생할 수 있는 문제들을 사전에 식별 및 개선함으로써, 항공기 개발 일정 영향성을 최소화하기 위해 개발된다.

EWC 시험장비는 생존체계 중 DIRCM, DU(Display Unit, 시현기) 등의 장비들이 시험장비를 통해 EWC와 연동되도록 하거나, EWC 시험장비가 DIRCM, DU 등의 생존 장비들을 모사하여 EWC의 기능과 성능을 검증한다. EWC의 인터페이스 뿐만 아니라 EWC 통합시험, 시나리오 기반 EWC 로직 시험, EWC 자동 기능성능시험까지 가능하다.

2.2 EWC 시험장비 하드웨어 구성

EWC와 EWC와 연동되는 DU, DTS(Data Transfer System, 데이터 전송 시스템), Ethernet Switch를 연동하여 시험할 수 있도록 거치대를 개발하고, 각 장비에 적합한 전원을 제공하며, 장비에 인가된 전압과 장비의 전류를 측정하여 시현한다.

인터페이스 박스는 각 장비들간의 Ethernet, 1553, Arinc-429 등 다양한 인터페이스를 지원하여, 각 장비들이 연동될 수 있도록 해주며, 시험용 PC로 시험장비가 연동 데이터를 모니터링할 수 있고, 사용자가 연동 데이터를 임의로 설정할 수 있도록 해준다.

2.3 EWC 시험장비 기능

EWC 시험장비의 주요 기능은 전자전 구성품(EWC, DU, DTS, Ethernet Switch)를 장착하여 구성품간의 연동시험 기능, 시험장비의 건전성 검증을 위한 시험장비 자체진단 기능, EWC 인터페이스 검증 기능, EWC BIT 기능, EWC 통합시험 기능, 시나리오 기반 EWC 로직 검증 기능, EWC 기능성능 자동시험 기능이 있다.

Fig. 4.

EWC test equipment configuration

2.3.1 전자전 구성품 장착 및 연동

전자전 구성품 중 EWC, DU, DTS, Etherent Switch 를 시험장비에 장착할 수 있는 거치대가 있다. 거치대는 각 장비의 사이즈에 맞게 설계되었으며, 각 장비를 고정할 수 있고, 슬라이딩 선반 형태로 장비 장착 및 케이블 체결 후, 거치대를 시험장비 안으로 넣을 수 있다.

각 장비의 서큘러와 호환되는 케이블을 이용하여 각 장비와 인터페이스 박스에 케이블 체결하면 장비간 데이터 연동이 가능하며, 시험용 PC를 통해 데이터 모니터링할 수 있고, 사용자가 원하는 데이터를 입력할 수 있다.

Fig. 5.

Equipment mount

2.3.2 EWC 시험장비 자체진단 기능

EWC 시험장비를 이용하여 EWC를 검증하기 전에 EWC 시험장비에 문제가 없는지, EWC 시험장비를 신뢰할 수 있는지 먼저 확인해야 한다. EWC와 연동하여 동작하는 것으로 개발되어 있는 EWC 시험장비를 자체진단하기 위해서는 EWC 시험장비가 송신한 데이터를 Loopback하여 EWC 시험장비가 데이터를 수신하여 데이터 송신과 수신을 모두 점검한다. Loopback 역할을 해주는 것이 자체진단치구이다.

따라서 EWC 없이 EWC 시험장비와 자체진단치구를 케이블로 연결하여 EWC 시험장비를 자체진단할 수 있다. 자체진단 절차에 대해서는 자체진단 수행 항목과 검증 방법을 사전에 정의하고, 해당 절차대로 Loopback이 이루어질수 있도록 자체진단치구를 제작하고, 자체진단 프로그램을 개발해야한다.

Fig. 6.

Self-diagnosis fixture of EWC test equipment

자체진단은 Loopback 방식으로 사전에 정의한 자체진단 항목별 시험절차를 수행하여 시험 절차 결과를 시현 및 저장한다.

Fig. 7.

Self-diagnosis screen

2.3.3 EWC 인터페이스 검증 기능

EWC 시험장비는 EWC가 1553, Ethernet 등 여러 인터페이스로 ICD(Interface Control Document, 연동통제문서)에 따라 데이터 송수신하는지 검증한다. EWC가 각 인터페이스별로 데이터 송수신하는 기능이 정상인지 검증하기 위해서는 EWC 시험장비가 EWC와 연동되는 각 장비들을 모사해야 한다. 예를 들어, 실제 항공기에서 EGI가 항공기 좌표 데이터를 EWC에게 데이터를 제공해주고, EWC가 CMDS에게 위협 대응 명령을 제공한다고 가정하면, EWC 시험장비가 EGI를 모사하여 EWC에게 데이터를 제공해주고, EWC 시험장비가 CMDS를 모사하여 EWC가 제공하는 데이터를 수신한다. 이 과정에서 EWC가 ICD에 맞게 데이터를 주고 받는지 검증한다. EWC 시험장비는 EWC와 연동되는 장비들을 모사하며, EWC가 주고받는 모든 데이터를 모니터링한다.

Fig. 8.

Concept of EWC interface test

2.3.4 EWC BIT 검증 기능

항공기에서 대부분의 항공전자 장비는 BIT(Built-In Test, 자체점검)를 통해 각 장비에 어떤 문제가 있는지 자체 테스트를 한다. 항공기에서는 별도 장치를 통해 항공전자 장비에게 BIT 명령을 줄 수도 있고, 시현기에 항공전자 장비의 BIT 결과를 시현한다. EWC 시험장비는 PBIT(Power Built-In Test), CBIT(Continuous Built-In Test) 결과는 EWC 시험프로그램 화면에 실시간으로 업데이트하여 시현해주며, EWC 시험장비가 EWC에게 IBIT(Interruptive Built-In Test) 명령을 보낼 수 있고, IBIT 결과도 EWC 시험프로그램에 시현할 수 있다.

Fig. 9.

EWC BIT result screen

2.3.5 EWC 통합시험 기능

항공기에서 문제 발생 가능성을 최소화하기 위하여, 항공기에 EWC를 탑재하기 전에 EWC 시험장비를 통해 최대한 EWC를 검증하여 사전에 문제점들을 식별 및 해소해야 한다. EWC는 MC처럼 전자전의 두뇌 기능을 하므로 연동되는 장비가 많으며, EWC의 로직도 복잡하다. 따라서, EWC는 단순히 Input 데이터를 입력해주고, EWC Output 데이터를 확인하는 방법으로는 항공기에 EWC를 탑재하여 운용할 때 발생할 수 있는 문제점들을 사전에 다 식별하기 힘들다.

따라서 EWC 시험장비에 EWC, DU, DTS, Ethernet Switch를 장착 및 연동하고, EWC 시험장비가 그 외 장비들을 모사하여, 모의 항공기 통합 환경을 구축한다. EWC를 정확히 검증하기 위하여 실제 운용환경에서 각 장비들이 동작하듯이 EWC 시험장비가 각 장비를 모사한다. 각 운용 케이스별로 EWC가 각 데이터들을 입력받았을 때, EWC가 정상적으로 동작하는지 검증한다. Fig. 10은 EWC 통합시험 프로세스에 대한 개념적인 예시이다. EWC 시험장비가 MAWS를 모사하여 EWC에게 데이터를 제공 및 모니터링한다. EWC 는 수신된 MAWS 데이터를 기반으로 DIRCM, CMDS 에게 데이터를 보내며, EWC 시험장비는 해당 데이터를 모니터링한다.

Fig. 10.

EWC integrated test example

2.3.5.1 EWC 기능성능 자동시험

EWC는 다양한 위협환경에서 최적의 대응 방법을 판단하여 각 장비에게 명령해야 한다. 실제 항공기 운용시, 미사일이 날라올 때 0.1초라도 지연되지 않고 바로 대응해야 생존 확률이 올라간다. 따라서 EWC가 다양한 위협환경에서 지연없이 실시간 최선의 대응을 하는지 검증이 필요한다. 다른 장비는 사용자가 시험프로그램에 데이터를 입력하고, 장비의 Output을 확인하지만, EWC는 실시간성이 굉장히 중요한 장비이므로, 사용자가 직접 입력 및 확인하는 방법으로는 EWC 의 성능을 확실히 검증하기 힘들다.

Fig. 11.

EWC functional performance automatic test screen

따라서, EWC 기능성능 자동시험을 통해 EWC가 다양한 위협 케이스에서 실시간으로 적합한 대응을 하는지 검증한다. EWC 기능성능 자동시험은 사전에 정의된 다양한 위협 케이스별로 TimeTag에 따라 장비들이 어떤 데이터를 송수신하는지 다 정의한다. 이 기능은 EWC의 하드웨어, 인터페이스, 소프트웨어 로직까지 검증한다.

EWC 시험장비는 EWC에 전원인가하고, 몇 Voltage 가 EWC에 실제로 인가되었는지, EWC가 부팅완료되었는지, 부팅하는데 시간이 얼마나 소요되었는지 등 EWC 부팅부터 EWC 인터페이스, EWC 로직까지 자동으로 검증할 수 있다.

EWC 기능성능 자동시험 항목별로 수행 결과가 시현되며, 항목별 Pass/Fail 판단한 근거인 시험 로그도 시현된다. 시험 결과와 시험 로그는 파일로 저장할 수 있다.

Fig. 12.

Operation scenario-based EWC logic verificati on concept diagram

2.3.5.2 운용 시나리오 기반 EWC 로직 검증 기능

EWC 기능성능 자동시험은 사전에 정의된 시나리오대로만 EWC를 검증하기 때문에, 새로운 시나리오에 대해서는 검증할 수 없다. 따라서 운용 시나리오 기반 EWC 로직 검증 기능은 사용자가 새로운 시나리오를 추가하여 EWC 로직을 검증하는 기능이다.

사용자가 새로운 시나리오를 추가하려면, EWC와 연동된 장비들의 데이터가 Timetag 기반으로 어떻게 되는지 파일에 사전에 정의해야 한다. 그러면 시험장비 프로그램에서 각 장비들의 데이터 파일을 읽어서 Timetag에 맞춰서 EWC에게 데이터를 제공하며, EWC 의 Output을 사용자가 실시간으로 확인할 수 있다.

결 론

90년대에 들어서면서 MANPADS 공격으로 인해 항공기 손실이 80 ∼ 90 % 발생했으며, 러시아의 우크라이나 침공 전쟁에서는 우크라이나가 적외선유도미사일의 일종인 MANPADS를 이용하여 많은 항공기를 요격하면서 생존체계의 중요성이 더욱 커지고 있다. 본 논문에서는 생존체계의 MC 역할을 하는 EWC를 검증하기 위한 시험장비의 HW 구성, 기본적인 인터페이스 검증 기능 뿐만 아니라 EWC 기능성능 자동시험, 운용 시나리오 기반 EWC 로직 검증 기능도 제시했다.

추후 EWC와 MC, AFCS(Automatic Flight Control System, 자동 비행 제어 시스템)도 연동이 된다면, 조금이라도 생존률을 높이기 위하여, EWC가 MC와 AFCS 에게 위협 데이터를 제공하여 항공기가 최적의 회피 기동을 하는지까지 검증할 수 있는 시험장비에 대한 연구도 필요할 것으로 판단된다.