김관호
Cyberspace Operation 연구관
Korea Voiceware 연구소장
블랙보드 군 전도사


군이 존재하는 목적이 무엇인가? 왜 이런 질문을 던저 보는 이유는 대한민국 국민으로서 요즘 우리나라의 IT기술에 대한 회의감이 많이 든다. 외국에서 볼 때 대한민국은 분명 IT강국인 것은 확실한데 왜 군사 분야에서는 IT기술에 대해 내세울 만한 것이 없는지 답답하다. 지난 국정감사에서 국회의원이 지적하고 언론에 크게 보도된 해군함정 97%가 북한의 GPS교란에 취약하다는 글을 읽고 더 이상 군의 대비태세에 대해서 기대하는 것 보다 평소 생각하고 있던 내용을 알리는 것이 더 중요하다고 생각되어 이글을 쓰게 되었다.

대한민국은 명확히 북한이라는 적이 있다. 전쟁에서 이기기 위해서는 반드시 적을 알아야 하듯이 우리는 북한의 지도자인 김정은에 대한 IT기술적 능력에 대한 검토가 매우 심층 깊게 이뤄져야 한다. 김정은의 특징을 분석해 보면 젊은 나이에 이미 외국에서 생활을 하였고 일반적인 생활에서 모든 젊은이가 갖고 싶어 하는 최고 인기상품인 애플 노트북을 즐겨 사용하고 있으며 또한 스마트폰도 애플에서 생산한 아이폰을 사용하고 있는 점은 IT를 사용하고 이해하는 수준에 대해서는 남한의 우리 젊은이가 생각하는 수준과 같은 IT 기술을 충분히 보유하고 있다고 판단된다. 아래 그림은 집무실에서 당 간부들과 회의를 하는 모습으로 책상 위에는 애플 아이맥 컴퓨터가 놓여 있고 네트워크 장비가 자연스럽게 설치되어 있는 것은 눈여겨볼 사항이다. 김정은의 경우 김일성종합군사대학 포병반에서 2년간 공부하였고 졸업논문 제목은 <위성항법장치를 이용해 포병사격정밀도를 높이는데 대하여>다. 이러한 김정은의 관심은 우리가 어떻게 북한 위협을 대처해야 하는 방향을 명확하게 제시하여 준다고 생각된다. 기술에 대한 공격은 기술로서 대처하지 않으면 승리할 수 없다는 것을 깨달아야 한다.

먼저 GPS에 대한 공격을 방어하기 위해서는 최소한의 GPS관련 지식을 갖춰야 한다. GPS(Global Positioning System)는 인공위성을 이용하여 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추정하는 시스템으로 공식 명칭은 GNSS(Global Navigation Satellite System)다.
GPS 시스템의 특징
GPS는 미국이 자국의 군사목적을 위해 개발한 시스템이다. 1978년부터 첫 발사를 시작으로 현재는 24개의 위성과 6개의 보조위성을 합하여 30개의 위성을 운용하고 있다. GPS는 민간용으로 개방하고 있지만, 전시에는 미국이 군 전용으로 전환할 가능성이 매우 높기 때문에 세계 선진국은 자국의 위성항법시스템을 독자적으로 갖추거나 개발을 추진 중에 있다.

러시아는 24개의 위성으로 GLONASS (Global Navigation Satellite System)를 운영하고 있으며, 유럽연합(EU)은 독자적인 위성항법 시스템을 갖추기 위해 32개의 위성 배치를 목표로 갈릴레오(Galileo)를 추진 중에 있으며 일본은 7개의 위성으로 QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)를 중국에서는 3개의 위성으로 군사용 위성항법시스템을 구축하는 “바이두(北斗)”를 추진하는 등 각 나라마다 미국의 GPS와 유사한 위성 항법시스템 개발에 많은 예산과 노력을 투자하고 있다.

위성항법시스템을 이용하면 기본적으로 위치(Position)와 시간(Time)정보를 획득할 수 있다. GPS는 24개의 GPS위성이 서로 다른 궤도로 지구 대기권을 계속 회전하고 있는데 이는 지구상 어느 시간 어느 곳에서도4개 이상의 위성신호를 얻을 수 있도록 하기 위함이다. 위성항법시스템을 이용하여 위치를 측정하기 위해서는 동시에 최소 4개의 위성으로부터 신호를 받아야 한다. 물론 더 많은 위성으로부터 신호를 받으면 보다 정확한 위치 값을 얻을 수 있다. 일반적으로 GPS 수신기는 동시 처리하는 위성신호 개수에 따라 4 채널, 8 채널 등으로 구분하며 GPS에는 두 가지 확산코드가 사용되는데 Precision Code(P-code), Coarse-acquisition code(C/A code)가 있다. P-Code는 군사용 및 정밀위치 측정 서비스를 허가받은 사용자가 사용하며, P-Code에 암호화를 수행한 P(Y) 코드도 있다. C/ACode는 상용에 활용되도록 정확도를 고의적으로 낮추어 서비스하고 있다. 최근 이러한 오차를 보정하는 방법으로 특정 위치 좌표값과 측정값과의 차이를 이용하여 보정된 데이터를 반영하는 DGPS(Differential GPS)가 사용되기도 하며, GLONASS와 GPS 신호 등2종 이상의 위성항법시스템 신호를 동시에 이용해 오차범위를 줄이고 스마트폰에 탑재 가능한 소형 칩셋이 개발되는 등 기술적 발전이 있었다. 일반적으로 GPS에 사용되는 L1, L2라는 두 가지 다른 주파수 신호는 L1 반송파는 1.57542 GHz를 사용하고 L2 반송파는 1.2276 GHz 주파수를 사용하는 것이 다르다.

항재밍(Anti Jamming) 기술 분석
위성항법 수신기로 유입되는 간섭(Interference) 및 재밍(Jamming) 신호를 효율적으로 제거 또는 억압하기 위하여 다양한 항재밍 기술들이 연구되어 왔다. 일반적인 위성항법 시스템 수신기 구조에 따른 항재밍 기술 적용이 가능한 곳은 아래 그림처럼 수신된 전파와 관련된 5가지 분야인 ① 안테나 ② 필터링 ③ 자동이득조절(AGC) ④ 항재밍 디지털프로세스 ⑤ 신호추적 지점으로 각 지점에서 적용 가능한 기술들을 간략히 분석하면 다음과 같다.

① 안테나 기술로서 이 기술은 적응형(adaptive array)안테나를 사용하는 기술로서 위성 신호 방향에 매우 좁은 빔폭의 빔을 형성하여 수신 이득을 높이는 빔조향 어레이(beam steered array) 기술과 재밍 신호방향에 널(null : 무력화 시키는)을 형성하여 재밍 신호를 억압하는 Null조향(null steered array) 기술로 나눌 수 있으며 전자의 경우는 매우 좁은 빔폭을 형성하기 위해 많은 수의 안테나가 필요하게 되고 안테나 크기도 커지게 되며 구현에 많은 비용이 드는 반면 후자의 경우는 CRPA(Controlled Reception Pattern Array)라는 기술로 재머 방향의 정보를 획득하여 각 안테나의 위상을 제어하여 널(Null)링을 수행한다. 이론적으로 이 경우 안테나 빔의 기본 패턴은 반구(hemisphere)의 형태가 이상적이며 저가로 구현이 가능하기 때문에 항재밍 안테나 기술로 가장 선호되고 있다.

② 프론트 엔드 (Front-end)필터링 기술은 수신기에 강하게 유입되는 재밍 전력을 필터 기능을 이용하여 차단하는 기술로서 위성항법신호 대역이외의 재밍 신호를 억압하고 위성항법신호만을 통과시키는 sharp cut-off 특성을 가지는 대역 필터를 사용한다.

③ 자동이득조절(AGC) 기술은 재밍 환경하에서는 위성항법 신호가 왜곡되며, 그릇된 신호를 활용하여 위성 신호를 추적할 경우 신호의 동기(synchronization)마저 잃어버리게 된다. 따라서 정해진 기준 보다 높은 재밍 신호 존재 시에는 수신기로 신호가 전달되지 않도록 하는방법이다.
④ 항재밍 디지털프로세스(Digital Process)기술은 대표적인 전처리 항재밍 위성항법시스템 기술로 위성항법 수신신호가 복조되기 전에 디지털화된 신호 샘플들을 이용하여 재밍 및 간섭신호를 제거하는 기술이다. 이 영역에서 주로 고려되는 기술은 안테나를 재밍 신호를 무력화 시키기 위해 배열하는 기술로, 공간널링(spatial nulling)기술, 시간영역에서 적응형 신호처리를 수행하는 STAP(Spatial Time Adaptive Processing), 주파수 영역에서 신호처리를 수행하는SFAP(Spatial Frequency Adaptive Processing)등 다양한 신호처리 기술이 적용될 수 있다. 특히 디지털 신호처리 기술 및 소프트웨어 기술의 발달로 이 영역에서의 성능 개선을 위한 개발이 중점적으로 이루어지고 있는 추세다.

⑤ 신호추적 루프기술은 앞에 기술된 기술은 수신된 신호를 내부적으로 필요한 신로를 찾아내는 신호처리 기술이라고 불릴 수 있으며 신호추적 기술은 위성항법 수신기의 보조를 받는(Receiver aided)기술로서 수신기와 관련된 기술로서 외부의 관성항법장치(INS; Inertial Navigation System) 등의 속도 정보 등을 활용할 경우 추적 루프의 대역폭을 정확히 선정할 수 있게 되어 최적의 설계가 가능한 기술이다.

전파방해장비(Jammer) 및 예상되는 피해들
지구상으로부터 약 2만 Km 떨어진 위치에서 송신하는 GPS 위성 신호는 지구에 도달하면 수신감도가 매우 미약하여 약 10W 정도 출력의 전파방해기(Jammer)를 이용하더라고 위성항법 신호(시각동기/위치정보)를 쉽게 교란할 수 있어 군사 및 사회적으로 많은 피해가 예상되므로 다양한 형태의 Jammer에 대해서도 알고 대비를 해야 한다.
아래의 표는 GPS를 기준으로 운용되고 있는 사회적 시스템들이 전파방해를 받으면 나타날 수 있는 피해사례를 간략하게 정리한 것으로 이런 피해가 사회곳곳에서 나타날 수 있는 것은 다양한 형태의 Jammer들이 개발되었고 더욱 문제가 되는 것은 이런 Jammer들이 인터넷 상에서 쉽게 구할 수 있기 때문에 더욱 심각하다.
그 종류와 기능, 가격도 다양하여 스마트폰부터 WiFi/Bluetooth, Remote Control 등으로 인터넷에서 발췌한 다음 그림과 같이 이제 GPS뿐만 아니라 사회전반에 악영향을 미치기 때문에 국가적으로 관심을 갖고 제도적으로 대응해야할 시기가 왔다고 생각된다.
문제는 이런 다양한 Jammer가 남한 곳곳에서 사용이 될 수 있다는 것을 북한 김정은이는 잘 알고 있기 때문에 이런 장비와 기술을 이용하여 과거와는 다르게 우리를 공격할 것으로 생각된다. 고로 IT강국을 자처하고 있는 우리는 기술적으로 이런 Jammer를 쉽게 탐지할 수 있고 무력화 시킬 수 있는 장비와 시스템을 개발하여 북한의 비대칭적인 도발에 대비를 해야 한다. 그러나 현실은 앞에서 언급하였듯이 매년 국정감사 및 언론에서 현 군에서 보유하고 있는 함정, 항공기, 전차 등이 북한 GPS공격에 매우 취약하다는 지적을 받고 있으니 이제는 새로운 시각과 각오로 대책을 강구해야 한다. 이런 측면에서 개인적으로 필자가 고민해 찾은 해결책인 선진국 장비에 대한 소개를 하고자 하며 이것은 개인적인 생각이라는 것을 이해하여 주기 바랍니다.

선진국 항재밍 기술 및 장비 소개
(GAJT)
필자는 통신장교로서 GPS수신기에 대한 기술을 가진 세계적인 회사가 누구인가를 찾아본 결과 고정된 지점에서의 GPS수신기는 Trimble회사가 유명하고, 미사일이나 고속철도 등에서 사용되는 이동하면서 사용되는 GPS는 Novatel이 유명하다는 것을 알았다. 평소 궁금하면 반드시 현장을 찾아가는 습관은 2012년 3월 캐나다 캘거리에 위치한 노바텔 (Novatel)회사를 찾아가서 북한의 GPS방해가 계속될 때 이것을 극복할 수 있는 대책에 대해서 물어본 결과 얻은 것은 40년 전통의 안테나 기술을 갖고 있는 영국 QinetiQ(키네틱)사와 손잡고 항재밍 기술을 적용한 GAJT(GPS Anti-Jam Technology, 호칭 가젯 “Gadget”)장비를 공동 개발하였는데 장비크기는 직경 290mm로 소형이며, 지상 이동체(landvehicle)에 쉽게 장착될 수 있는 특징을 가졌고 복잡한 기술이 적용되지 않고 전력 및 단일 RF 케이블만이 내부에 연결된 독창적인 구조를 가진 장비로서 기존 위성항법 시스템에 쉽게 대체하여 장착(Ｏff-the-shelf)이 가능하며, 최대 7개 독립적 널(Null)을 생성하고 동시에 GPS L1 및 L2 대역 항재밍이 가능하였다.
이 장비는 한마디로 재밍 신호를 무력화 시키면서 GPS신호만을 그대로 수신할 수 있도록 설계된 안테나로서 다양한 출력과 형태의 Jammer가 설치된 야전환경에서 전차에 설치하고 기동할 때 GPS신호를 양호하게 수신된 것을 인정받아 미국 및 캐나다 군에서는 이미 운영을 하고 있으며 시험평가를 진행 중인 나라는 영국, 스웨덴, 프랑스, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 이탈리아, 우크라이나 등 8개 나라며, 장비 장점을 간략하게 소개하면 크기가 작아 전차, 비행기, UAV 등에 장착이 용이하며 각 용도에 따라 내구성, 무게, 크기, 환경 시험내용이 실제 환경에 맞게 설계되었고 전 세계 유사 제품과 비교할 때 성능대비 가격이 저렴한 것이 특징이다.
매년 언론에서 군과 사회가 사용하고 있는 GPS체계가 적 GPS교란에 취약하다는 보도는 우리 안보의 시급함을 인식해볼 때 하루 빨리 국산 기술 확보가 필요하다고 생각된다. 현재 국내 방위산업체에서도 오랫동안 Anti-Jamming기술과 장비를 개발하였으나, 성능은 외국 제품과 비교하여 대등하나 사이즈가 크고 무게가 무거워 실전 사용이 제한되며, 고가의 가격으로 최첨단 기술 확보를 위해 무조건 국내 개발만을 주장하고 있는 의식에 대한 전환이 필요하다.

결론
북한 지도자인 김정은은 IT기술을 『만능의 보검』으로 생각하여 많은 예산과 전문기술자 육성에 박차를 가하고 있다. 따라서 앞으로 우리는 더욱 치열하게 전개될 수 있는 『눈에 보이지 않는 전쟁』인 GPS교란에 대한 공격을 예상할 수 있으나 이미 북한의 GPS교란을 몇 년에 걸쳐 피해를 당하였음에도 불구하고 제압할 수 있는 능력이 부족한 실정이다.
빠르게 변화하는 첨단IT기술을 연구진이 적시에 습득할 수 없다는 한계점을 가지고 있는 Fast IT시대에서는 오직 국내 연구진으로 독자적인 기술을 개발하여 보유하는 것만이 자주 국방의 길이 아니라고 생각한다. 따라서 창조국방이란 새로운 기술 개발도 중요하지만 이미 개발된 기술을 적시, 적소에 적용, 사용자요구를 만족시킬 수 있도록 하는 융합과 조합(Convergence & Editology)기술로 우리가 필요한 최첨단 기술이 세계 어디에 존재하는 가를 추적하고, 이런 기술을 군의 요구에 맞도록 적시에 공급하는 것이 매우 필요하다.




이미 북한의 기술 전쟁공격은 시작되었다. 자체 GPS위성조차 보유하지 못하고 있는 현 시점에서 북한의 GPS교란은 군의 모든 무기체계 및 사회 전반적인 기반체계 운영에 매우 심각한 위협으로 반드시 극복해야 한다. 북한의 GPS교란을 제압할 수 있는 유일한 길은 교란을 극복할 수 있는 항재밍(Anti Jamming)기술을 보유할 때 만 가능하다. 따라서 현재 개발된 세계 각국의 항재밍 기술에 대한 분석/시험평가를 통해 최첨단 기술을 신속히 확보할 수 있는 정책적 결정과 의지만이 효과적으로 자주국방을 하는 길이라고 생각한다.