차세대 소나 감시체계는 다이버의 수중침투에 대한 조기경보가 가능하도록 설계되었다.
지난 10년간 정부당국과 민간 업체들은 해상 플랫폼, 연안 군사시설 및 주요 기반시설(항만, 발전소, 석유 시추시설, 담수화 시설 등)들이 테러 집단과 비정규전 침투자들에 의한 비대칭 공격에 매우 취약하다는 점을 인식하기 시작했다.
수상에서는, 선박을 이용한 자살공격이나 테러분자의 침투와 같은 위협을 충분히 인식함으로써 침투자가 목표물에 도달하기 전에 탐지, 분류, 식별 및 필요한 경우 무력화시키기 위한 다층적 대테러/부대방호(AT/FP) 수단을 개발해오고 있다. 이러한 수단은 네트워크화된 센서(레이더, 전자광학/레이저 등)와 신속대응이 가능한 AT/FP 플랫폼(경비정이나 무인수상정 등) 및 함정 방어체계 등으로 구성된다.
능동소나는 수중감시를 위하여 실질적으로 운용할 수 있는 유일한 대안이다. 실제로 지난 5년간 감시 및 경보용 신형 소나장비의 출시가 현저히 증가된 것으로 확인되고 있다. 대표적으로 두 종류의 제품이 출시되었는데, 하나는 대형이면서 넓은 구역을 감시할 수 있도록 설계된 DDS(Diver-Detection Sonar)이며, 다른 하나는 주변이 폐쇄된 좁은 공간이나 위험지역에 전개된 주요 함정의 방어에 적합하도록 설계된 소형, 경량의 이동식 장비이다.
기술적인 측면을 고려할 때 위협표적을 명확하게 식별하여 이에 대응할 수 있는 충분한 경고시간을 제공하기 위해 요구되는 탐지거리 및 해상도를 구현하는 것은 쉽지 않다. DDS 시스템을 설계 및 제작하는 과정에서 다이버의 신호 특성, 항만과 천해의 환경조건에 의해 제기되는 성능상의 문제가 숨김없이 드러났다. 저속으로 은밀하게 이동하는 다이버는 신호강도가 낮아 탐지가 어려우며, 낮은 수심 분포와 변화가 심한 음향특성은 음향 복반사 및 다양한 음파전달 경로, 탐지거리 감소 등의 문제를 유발할 수 있고, 항만의 선박 이동소음과 해양 포유류 등은 오경보 및 허위표적 탐지와 같은 문제로 나타날 수 있다.

신뢰성 있는 대안
해결되어야 할 과제 중 하나는 신뢰성 있는 조기탐지능력과 자동추적 및 식별 기능을 제공하는 것이며, 다른 하나는 배경소음 속에서 표적을 정확히 식별해내야 한다는 것이다. 뿐만 아니라, 운용하기 쉬워야하며, 정비성이 우수하고 수명주기 유지비용이 낮아야 한다. 최근 들어 DDS 솔루션들이 시장에 등장하기 시작했다. 일각에서는 기존의 소나 장비를 개조하려는 시도를 하고 있으며, 다른 한편에서는 다이버 탐지 임무에 적합하도록 혁신적인 기술 솔루션과 새로운 신호처리 기술을 도입하여 완전히 새로운 시스템을 개발하는 방식을 취하고 있다.
이스라엘의 DSIT Solutions사는 후자의 방식을 취하여 현재 널리 판매되고 있는 AquaShield DDS 시스템을 개발함으로써 DDS 시장의 선도적 업체 중 하나로 자리매김 했다. DSIT사는 2007년 폴란드의 석유회사인 Naftoport사에 최초로 시스템을 판매한 데 이어 30여 개의 시스템을 아시아-태평양, 유럽 및 지중해 시장에서 판매했다.

AquaShield DDS 시스템은 매우 좁은 수평·수직 빔폭, 동기화된 신호처리, 코드화된 주파수, 고유의 신호처리 알고리즘을 이용하여 반사음을 감소시킬 수 있으며, 내장형 소나 성능예측 모델을 이용하여 예상 탐지거리를 계산한다.
AquaShield의 전방향 송신 어레이는 32개의 트랜스듀서 소자로 구성되어 있으며, 각각 125cm 크기의 수평방향 수신용 어레이는 96쌍의 수중 청음소자로 구성되어 있다.(3개의 송·수신 레이는 360도, 240도 및 120도 구역을 커버할 수 있다고 알려졌다.) 전자 부품들은 수면 위 혹은 수중에 설치할 수 있도록 포장이 가능하며, 수중은 해저에 설치하고 수면 위에서는 주로 부두에 설치한다.
DSIT사 측은 “AquaShield는 폐쇄형 호흡장치 다이버는 최대 700m, 개방형 호흡장치 다이버는 최대 1,000m, 수영자이송정(SDV)은 최대 1,500m까지 탐지 가능하다.”며, 또한 이 시스템은 근거리에서 장거리 구역까지 모니터가 가능한데, 실제로 중요한 것은 전체 탐지거리보다는 식별거리와 반응시간(최소 10분)이라고 주장한다.
AquaShield는 1,000개 이상의 표적을 동시에 자동 추적하여 전자해도와 운용콘솔에 전시한다. 이밖에 관심구역을 조사할 수 있는 4개의 줌 구역 설정, 위협표적 자동식별 및 경보기능 등이 포함된다. DSIT사는 운하, 강, 폐쇄된 구역과 같은 중·단거리에 적합하도록 설계된 소형 PointShield도 출시할 예정이다.

영국의 Sonardyne사는 소형 DDS 시장에서 Sentinel IDS로 큰 성공을 거두었다. 2007년 제품이 출시된 이후 현재까지 20여 개 이상의 장비가 아프리카, 아시아, 유럽, 중동 및 미국에 판매되어 운용되고 있다. 높이 440mm, 직경 330mm, 중량 35kg 미만인 소나를 장착한 Sentinel IDS는 경쟁사의 제품보다 소형으로 설계되었지만 360도 전 방위를 커버할 수 있으며, 자체 케이블에 연결되어 부유상태로 운용하거나 기둥 또는 해저에 설치하는 등 다양한 방법으로 설치할 수 있다.

저주파 운용 장비
많은 경쟁사들의 장비가 고주파를 사용하는 것과 달리, Sonardyne사는  Sentinel IDS에 자사의 시스템 모델링 결과와 현행 작전에서 얻은 장비 운용 경험을 반영하여 70kHz 주파수를 사용하는 것으로 결정했다. 이 시스템은 360도 음향탐지가 가능하며, 수심 50m까지 배치되어 900m 범위까지 탐지가 가능하다.
Sentinel IDS 지휘소에서는 광범위한 구역을 커버하기 위해 최대 10개의 센서를 운용할 수 있다. 각각의 센서는 송신기를 통제하고 청음기로부터 수신된 신호들을 디지털 신호로 변환시키며, 다중통신을 위한 전자장치들을 구비하고 있다.  변환된 데이터는 최장 100m 이내의 동선(銅線) 혹은 광섬유 케이블을 통해 상부 장비로 전송된다. 하나의 소나는 45도씩 8개의 전송 구역으로 분할되며, 항만의 안벽이나 방파제와 같은 근접 장애물로부터 반사되어 오는 잡음을 감소시키기 위해 잡음이 들어오는 구역은 기능을 정지시킬 수 있도록 각 구역별로 조종/통제가 가능하다. 송신기들은 프로그램이 가능하고, Sentinel IDS 시스템의 형상파일에서 선택된 수많은 주파수 변조 도플러 파형을 운용하게 된다.
소형의 1:3 피에조 합성 청음 어레이는 독립적으로 연결된 128개의 소자로 구성되어 있으며, 이 소자들은 균일한 간격으로 빔폭 1.4도의 수신빔 256개를 만들어 낸다. 소프트웨어는 표적의 정확한 예측방위를 산출하기 위해 이 빔들이 접촉한 자료들을 세부적으로 분석한다.
2008년 초, 미 해군은 신형 통합수영자 방어시스템 공급업체로 Sonardyne사를 선정했다. 2009년 4월에는 슬로베니아 해군이 북부 아드리아해의 주요시설 보호를 위해 Sentinel IDS를 인수했으며, 그밖에 중국, EU의 한 연구컨소시엄에서도 주문이 이어졌다.
 
복잡한 음향조건 극복 대안
Atlas Elektronik UK사는 2009년 QinetiQ사의 수중사업부를 인수한 이후 자사의 제품 포트폴리오에 Cerberus DDS를 포함시켰다. 이 시스템은 100kHz 광대역 능동탐색소나와 1:3 피에조 합성 360도 청음 어레이를 사용하며, 유리섬유 재질로 된 계란형의 독특한 유선형 구조 속에 다중탐색 어레이가 내장되어 있다. Cerberus는 높이 1.2m, 직경 0.7m, 수중중량 45kg이며, 400m 거리에서 다이버를 식별할 수 있는 것으로 평가되었다.
Cerberus는 배치 및 유지가 용이한 독립형 DDS 시스템이다. 지역 방어를 위해 단일 장비로 운용하거나, 다수의 장비로 보호구역의 주위를 둘러싼 형태로 운용할 수도 있는데, 이 때 각각의 장비는 광범위한 네트워크에서 하나의 노드 역할을 수행한다. 많은 센서와 케이블로 연결된 통제콘솔은 모함이나 해안기지에 위치한다. 완전자동 음향 및 시각경보, 위치확인 및 50개 이상의 접촉물을 동시에 추적할 수 있으며, 수동으로 ‘줌’(zoom) 데이터의 정보를 획득 및 처리하여 상세히 전시할 수 있다.
Kongsberg Maritime사는 DDS 9000 멀티빔 소나를 출시하고 있다. 이 새로운 제품은 기존의 SM 2000을 기반으로 하여 일부 운용성능을 개선한 것이다.
Kongsberg사는 DDS 9000이 국가 안보당국의 저비용 목표(방어 해안선 1,000ft당 10만 달러 미만)를 충족할 수 있는 최초의 “COTS 기반의 DDS”라며, 향상된 기능성을 제공함과 동시에 경쟁 제품에 비해 중량이 1/3로 가벼워짐에 따라 사용이 편리하다고 주장한다.
초기의 SM 2000 양산품과 비교하면 DDS 9000은 훨씬 넓은 대역폭을 이용하며, 탐지거리를 연장하기 위해 펄스 압축을 도입하고 있다. 또한 모든 DDS 9000 소나센서들은 피치, 롤 혹은 방위 변동치를 보상하고 정확한 표적위치 산출을  보장한다.
사용자들의 요구사항을 분석한 결과 Kongsberg사는 두 종류의 버전을 구체화했다. 하나는 200도 방위를 커버하는 DDS 9000이며, 다른 하나는 360도 전 방위를 커버하는 DDS 9001이다. 90kg 미만의 DDS 9000 및 DDS 9001은 소수의 인원으로 1시간 내에 배치할 수 있다.
전술 프로세서와 전술 디스플레이는 Kongsberg사의 Defender Ⅱ 소프트웨어로 작동한다. 이 소프트웨어는 운용자 없이 자동경보 기능을 제공하며, 다중소나표적에 대한 자동추적, 자동표적식별, 지리적으로 코드화된(geo-coded) 추적데이터를 제공한다. 또한, 높은 소음을 제거하고 오경보 확률을 줄이기 위한 출입금지구역, 상황파악을 용이하게 하기 위한 오버레이(overlay) 등의 기능을 제공한다.
DDS 9000 센서노드는 1.5도 빔폭의 빔 256개를 보유하고 있는데, 빔폭이 좁은 빔들은 다이버와 같은 매우 작은 표적을 식별할 수 있도록 해준다. 이 시스템은 최대거리 1,000m, 다이버와 같은 표적에 대해서는 600m 이상의 거리까지 탐지 가능하다.

국방기술품질원 기술기획본부 기술정보센터
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참고자료
Jane's Defence Weekly(2010.6.3)