CHAPTER 16. RADAR ELECTRONIC PROTECTION (EP) TECHNIQUES (2)

이번 챕터에서는 레이다 전자기 보호 기법들에 대해 알아본다.

2부에서는 레이다 전자기 보호 기법들 중 재밍신호를 이용하거나 레이다 신호를 키워 재밍 신호를 압도, 그리고 재밍신호를 구별하는 등의 기법들에 알아본다.

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재밍신호 Exploitation

다음은 레이다의 표적 획득이나 교전 시의 재밍 신호에 대한 EP 기법들이다.

 

[ 수동형 각도 추적 (PAT, Passive Angle Tracking) ]

PAT는 대부분의 송신 재밍에 대응하며 레이다로 하여금 재밍 신호의 송출원을 탐지하고 각도 추적을 가능하게 한다.

그러나 여기에는 다음의 몇몇 문제들이 있다.

Blinking 재밍은 이 기법에 심각한 불안전성을 만들 수 있으며 표적이 burnthrough 거리에 도달하기 전까지는 재머의 거리 정보를 획득할 수 없다.

 

[ HOJ (Home-on-Jamming) ]

HOJ는 대부분의 송신 재밍에 대응하며 미사일이나 레이다로 하여금 송출원의 위치를 확인하고 그 방향으로 지향할 수 있게 한다.

그러나 Blinking 재밍은 이 기법에 심각한 불안전성을 만들 수 있으며 표적이 burnthrough 거리에 도달하기 전까지는 재머의 거리 정보를 획득할 수 없다.

 

[ 국부발진기 OFF ]

국부발진기를 OFF하는 기법은 연속 송신되는 재밍에 대응할 수 있다.

만약 표적 신호와 재밍 신호가 존재하지 않는다면 수신기의 출력은 없다.

이 기법의 제한적인 부분은 표적이 재밍이 존재하는 영역에서만 시현된다는 것이다.

즉, 레이다 안테나가 회전 시 재머로부터 멀어진다거나 또는 재밍이 꺼져있다면 레이다 스코프에는 어떠한 표적도 시현되지 않는다.

 

[ 재밍 Strobe Indicator ]

재밍 strobe indicator는 높은 듀티 사이클 변조의 어떠한 재밍 신호에 대해서도 대응이 가능하다.

이 indicator는 레이다 디스플레이에서 변화하는 marker strobe이며 재밍 신호의 크기에 따라 거리에 비례하여 움직인다.

이 indicator는 재밍 송출원을 따라다닌다.

그러나 이 재밍 strobe indicator는 몇가지 문제점이 있다.

첫 째는 몇몇 레이다에서는 일반적인 비디오 영상을 방해한다는 것이며 두 번째는 inverse 또는 sidelobe 재밍이 strobe의 오류값을 만들 수 있다는 것이다.

마지막은 몇몇 레이다 시스템에서 변조되지 않은 CW나 낮은 듀티 사이클 재밍에는 반응하지 않는다는 것이다.

 

[ 재밍 indicator 램프 ]

재밍 indicator 램프는 운영자 콘솔에 위치하고 있으며 연속 송신되는 재밍에 대응하기 위해 자동 잡음 레벨 조정장치와 같이 사용된다.

이 램프는 운영자에게 재밍이 존재함을 알려주며 자동 잡음 레벨 조정장치를 수동으로 끈다.

이를 통해 운영자는 재밍의 방향을 결정할수 있다.

 

[ CSG(Clean Strobe Generation) ]

CSG는 sidelobe 블랭킹 회로를 사용하여 모든 송신 재밍에 대응한다.

주 안테나의 재밍 신호의 크기가 보조 안테나의 sidelobe에서의 재밍 신호 크기보다 커질 때 Azimuth strobe가 나타난다.

이 경우 CFAR(Constant False Alarm Radar) 수신기라 하더라도 운영자는 재밍 송출원의 존재와 방향을 알 수 있다.

 

[ 재밍 감쇄 (Jamming Attenuation) ]

재밍 감쇄는 클러터와 재밍의 모든 형태에 대응할 수 있다.

레이다 수신기 이득은 감쇄기 패드의 삽입으로 낮아지며 수신기 포화를 피할 수 있다.

이 감쇄기 패드는 운영자로 하여금 재밍 송출원의 존재와 형태, 그리고 방향을 알게 해 준다.

그러나 재밍 감쇄를 사용할 때 줄어든 이득으로 인해 재밍이 없는 구간에서도 표적을 잃어버릴 수 있다.

또한, 신호대 재밍 비를 개선시킬 수 없다.

 

[ 수신기 수동 IF 이득 ]

수신기 수동 IF 이득 또한 클러터나 모든 재밍에 대응할 수 있으며 동작과 이 기법의 단점은 위의 재밍 감쇄와 동일하다.

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재밍 신호 압도

다음은 레이다 시스템이 재밍 신호를 압도하는 EP 기법들이며 재밍 대 신호 비(J/S ratio)를 1 이하로 줄인다.

 

[ Burnthrough ]

Burnthrough은 대부분의 송신 재밍에 대응한다.

표적 반사 신호 에너지는 레이다 최대 전력을 증가시킬수록 증가하며 이는 PRF나 펄스 폭 또는 스캔 속도나 각도를 줄여 표적을 주시하는 시간을 증가시킬 수록 증가한다.

몇몇 레이다는 의심되는 표적의 위치로 좁은 방위와 고도로 그들의 전력을 집중시키는 모드를 가지고 있다.

그러나 burnthrough은 큰 RCS의 표적을 탐지했을 때 일반적인 레이다 성능을 저하시킬 수 있으며 높은 전력은 클러터나 Chaff 환경에 서 레이다의 성능에 영향을 줄 수도 있다. 

 

[ 협대역 긴 펄스 ]

높은 에너지의 긴 펄스를 사용하는 협대역 긴 펄스는 대부분의 송신 재밍에 대응한다.

이 신호는 수신을 위해 협대역 수신기를 이용하며 재밍이 있는 환경에서 표적 탐지 거리를 확장시킬 수 있다.

그러나 동시에 이 기법은 해상도가 저하되고 따라서 Chaff나 클러터가 있는 환경에서 레이다 성능이 저하된다.

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펄스 지속기간 구별

다음은 펄스 지속기간을 이용하여 표적 신호와 재밍 신호를 구별하는 보호기법에 대한 내용이다.

 

[ FTC (Fast Time Constant) ]

FTC는 Chaff와 클러터, 협대역 재밍에 대응하기 위해 사용된다.

비디오 회로는 저주파 감쇄를 제공하여 반송파와 저주파 변조 재밍을 차단한다.

FTC는 일반적인 레이다 펄스폭을 낮은 감쇄율로 통과시킨다.

그러나 수신기의 감도를 떨어뜨리는 단점이 있다.

 

[ 펄스 폭 구별 ]

펄스 폭 구별, 클러터 제거, 그리고 넓은 펄스 블랭킹은 Chaff와 대부분의 재밍, EMI, 그리고 몇몇 형태의 기만 재머에 대응한다.

예측 신호 지속구간에 맞춰진 지연선을 포함한 비디오 합치 게이트는 반사 신호가 적정한 펄스 폭을 가지고 있는지 감지한다.

그러나 약한 표적 신호는 신호 처리 과정에서 잃어버릴 수 있다.

 

[ 펄스 확장-압축 ]

펄스 확장-압축은 대부분의 잡음 재밍과 몇몇의 기만 재밍에 대응한다.

확장된 펄스는 송신을 위해 부호화되며 이 확장된 펄스는 송신되고 수신 시에 복호화된다.

반사신호는 복호화 과정에서 압축된다.

이 확장과 압축은 더 긴 탐지거리를 제공하며 광대역의 짧은 펄스폭으로 높은 해상도를 제공한다.

그러나 원치 않게 남아 있는 잔여 신호는 약한 표적 신호를 잃어버릴 수 있게 만들며 도플러 편이나 각속도에 비례한 거리 오차는 전체적인 정확도에 영향을 준다.

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각도 구별

다음은 레이다 신호와 재밍 신호 간 구별을 위해 각도 구분을 사용하는 EP 기법에 대한 것이다.

 

[  Sidelobe Blanking(SLB)  ]

SLB와 Sidelobe Cancellation(SLC)는 Sidelobe Suppression(SLS)의 종류들이며 sidelobe에 대한 Chaff와 클러터, 송신 재밍, sidelobe 재밍, 기만 재밍에 대응한다.

레이다의 보조 안테나는 주 안테나의 sidelobe 패턴과 이득을 모사하고 주 안테나에서 수신되는 신호를 비교하기 위한 신호를 생성한다.

만약 보조 안테나에서 수신되는 신호의 크기가 더 크다면 주 안테나에서의 이 신호 채널은 블랭킹 된다.

이를 통해 재밍 송출원의 방향을 알아낼 수 있으며 sidelobe 재밍을 차단할 수 있다.

SLB는 재밍 송출원의 방향을 알고자 할 때에만 유용한다.

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반응형

 

 

대역폭 구별

다음은 레이다 신호와 재밍 신호 간 구별에 있어서 대역폭을 사용하는 EP 기법들에 대한 내용이다.

 

[ Dicke-fix(DF) ]

DF는 광대역과 fast-swept 재밍에 대응한다.

광대역 리미터는 ringing 없이 신호를 증폭하며 모든 펄스들을 공통 레벨로 내려준다.

이후 증폭기는 협대역의 표적 신호를 광대역 재밍 신호보다 더 크게 증폭한다.

DF와 관련된 몇 가지 문제들이 있다.

어떤 재밍 신호가 이 광대역 리미터에 들어오면 재머는 리미터를 “capture” 할 수 있게 되고 수신기 감도가 떨어진다.

표적은 운영자가 재밍의 존재를 알기 이전에 사라질 수 있다.

끝으로 DF는 재밍 대역폭이 표적 신호를 위한 대역폭과 거의 일치하면 효과가 없거나 오히려 위험할 수 있다.

 

[ 송신 펄스 확장 (TPL, Transmitter Pulse Lengthening) ]

TPL은 광대역과 fast-swept 재밍에 대응한다.

TPL은 송신 펄스를 확장시킴으로써 반송파 주파수 주변의 협대역에 전력을 집중시킨다.

이는 협대역 수신기를 사용해야 하며 따라서 해상도가 나빠지고 Chaff나 클러터에 대한 성능이 저하된다.

 

[ 송신 펄스 성형 (Transmitter Pulse Shaping) ]  

TPS는 광대역과 fast-swept 재밍에 대응한다.

송신 펄스의 성형으로 인해 sideband 거리는 제한된다.

이는 협대역 수신기를 사용해야 하며 따라서 해상도가 나빠지고 Chaff나 클러터에 대한 성능이 저하된다. 

 

[ Wideband Short Pulse(WSP) ]

WSP는 짧은 펄스와 광대역 수신기를 사용하며 Chaff와 클러터, 협대역 재밍에 대응한다.

표적 반사 신호의 해상도와 정확도는 향상되며 협대역 재밍에 대한 성능이 향상된다.

그러나 최대 탐지거리가 줄어들며 광대역 재밍에 대한 위험도가 증가한다.

 

[ 협대역 리미팅 (NBL, Narrowband Limiting) ]

NBL은 Chaff와 클러터, 협대역 재밍에 대응한다.

협대역 필터는 증폭기 앞단에 주로 위치하며 오직 표적 신호 대역폭만 통과시키고 광대역과 off-frequency 재밍을 줄인다.

이 리미터는 모든 신호와 잡음을 공통의 레벨로 내린다.

이 기법은 펄스 압축이나 다른 복조 기법에 연결될 때 유용하다.

NBL은 대역통과필터의 “ringing”을 일으킬 수 있는 광대역 재머에 효과적이지 않다.

운영자가 재밍의 존재를 알아채기 이전에 표적 신호를 잃어버릴 수 있으며 표적 탐지와 해상도가 떨어진다.

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도플러 구별

다음은 레이다 신호와 재밍신호를 구별하기 위해 도플러 주파수를 이용하는 EP 기법들에 대한 내용이다.

 

[ MTI(Moving Target Indication) ]

MTI는 Chaff와 클러터에 대응한다.

표적 반사 신호의 위상은 매 펄스마다 비교된다.

위상의 변화가 없는 즉, 각속도 변화가 없는 신호는 지연선 제거기(delay-line canceler)에 의해 제거된다.

MTI를 사용하는 레이다의 감도는 깨끗한 환경에서도 약한 표적 신호를 탐지하는데 충분하지 않다.

또한, PRF stagger를 사용하지 않는 한 레이다 PRF와 동일한 도플러 주파수를 갖는 표적은 탐지할 수 없다.

끝으로 제한된 동적 범위는 강한 클러터 신호를 제거하는데 충분하지 못하다.

 

[ Compensated Coherent MTI ]

보상된 coherent MTI 또는 COHO MTI로 불리는 이 기법은 Chaff와 클러터에 대응한다.

동작은 MTI와 동일하며 레이다 안테나나 플랫폼의 움직임을 보상하기 위해 coherent 오실레이터가 적용된다.

이 기법의 단점도 MTI와 동일하다.

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시간 구별

다음은 레이다 신호와 재밍신호를 구별하기 위해 시간을 이용하는 EP 기법들에 대한 내용이다.

 

[ Video Integration ]

Video Integration은 레이다 PRF와 동기화되지 않은 모든 형태의 재밍에 대응한다.

비디오는 지연선을 통해 계속해서 순환하며 정확한 하나의 펄스 반복 시간만큼 지연한다.

지연 신호는 다음의 펄스와 결합한다.

동기화된 표적 신호는 더해져서 비디오 출력이 증가하지만 잡음과 랜덤 한 펄스는 감소한다.

피드백 제어 또는 루프 이득은 반드시 최적의 결과를 위해 주의하여 조절되어야 한다.

 

[ PRF Stagger & Jitter ]

PRF stagger와 jitter는 quasi-synchronous 재밍과 EMI, MTI blind speed, second-trip 반사 신호, 그리고 리피터 재머에 대응한다.

송신 펄스의 간격이 변화하며 수신 신호는 MTI나 통합을 위해 de-staggered 되어야 한다.

이 기법을 사용할 때에 비디오의 de-stagger 밸런스는 반드시 정확해야 하며 정확한 싱크의 기만 재밍에 대해서는 효과가 떨어진다.

 

[ PPC(Pulse-to-Pulse Correlation) ]

PPC는 slow-swept blinking 또는 레이다 PRF와 동기회 되지 않은 펄스 재밍에 대응한다.

표적 비디오는 연속되는 두 개의 펄스가 문턱 치 전압보다 높아야 시현된다.

이 기법은 동기화되지 않은 재밍과 EMI 신호가 시현되는 것을 방지한다.

그러나 동기화된 재밍에 취약하며 약한 크기의 표적 신호를 놓칠 수 있다.

 

[ BBC(Beam-to-Beam Correlation) ]

BBC는 slow-swept blinking 또는 레이다 PRF와 동기화되지 않은 펄스 재밍, 그리고 몇몇 타입의 리피터와 트랜스폰더에 대응한다.

이 기법은 3차원 주파수 스캐닝 또는 주파수 agile 레이다에서 사용된다.

표적 반사신호는 반드시 두 개의 인접한 안테나 빔에서 문턱치 전압을 넘어야 시현된다.

그러나 동기화된 재밍에 취약하며 약한 크기의 표적 신호를 놓칠 수 있다.

 

[ SBB(Single Beam Blanking) ]

SBB는 slow-swept blinking 또는 펄스 재밍, 그리고 협대역 재밍에 대응한다.

이 기법은 재밍이 포함된 수직 빔을 시현하지 않기 위해서 3차원 주파수 스캐닝이나 주파수 agile 레이다에서 사용된다.

재밍 신호를 포함하고 있는 수직 빔을 위해 블랭킹 펄스가 생성되기 때문에 시현되지 않는다.

이 기법은 RHI 비디오에서 사용되지 않으며 또한 PPI 스코프 상에서 재밍된 고도 각도의 표적 신호는 잃어버릴 수 있다.

 

 

 

여기까지 재밍에 대한 레이다의 일반적인 전자기 보호 기법들에 대해 알아봤다.

다음에는 레이다 경보 수신기인 RWR의 기본적인 동작과 위치 탐지 기법에 대해 알아보겠다.

 

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