에미터 위치 탐지 기법 - (1)

적의 에미터 위치를 수동적으로 탐지하는 기법에는 여러 가지 방법이 있다. 여기서는 신호의 도착 방향을 탐지하는 4가지 원리에 대해 알아본다.

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기본적인 에미터 위치 탐지 방법

다음의 그림과 같이, 에미터 위치를 탐지하는 방법에는 세 가지 기본적인 방법이 있다.

그림은 지구의 표면과 같은 2차원의 위치 탐지 기법을 보여준다.

(세 가지 에미터 위치 탐지 기법)

 

물론 모든 방법은 3차원으로 확장이 가능하다.

그림에서 첫 번째 방법은 삼각측량법이다.

이것은 에미터의 위치를 알고 있는 두 개 이상의 위치로부터의 LOB(Line of Bearing)을 이용하여 LOB가 교차하는 지점이 에미터의 위치가 된다.

두 번째 방법은 거리와 하나의 LOB에 의해 결정한다.

세 번째 방법은 정밀한 위치 탐지 시스템에서 사용하는 방식으로 두 개의 수학적인 커브가 교차하는 지점이 에미터의 위치가 된다.

 

또한, 두 개이상의 알려진 위치로부터의 거리를 통해 에미터의 위치를 파악하는 것도 가능하지만 이는 일반적으로 협력적인 에미터에 의한 위치를 탐지하는 방식으로 제한되기 때문에 비협조적 적 에미터의 위치를 탐지하는 전자전 시스템의 접근방법에서는 제외하였다.

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각도 측정 기법

앞의 그림에서 첫 두 접근방법은 에미터의 위치를 알고 있는 위치들로부터의 LOB 결정이 필요하다.

이것은 신호의 도착 방향(DOA, Direction of Arrival)을 측정해야만 가능하며 이것을 종종 방향탐지(DF, Direction Finding)라 부른다.

DF 기법의 원리는 아래와 같다.

 

  - 지향성 안테나 안테나 회전

  - 다중 안테나 크기 비교

  - Watson-Watt

  - 도플러

  - 간섭계(Interferometer)

 

[ 지향성 안테나 회전 ]

다음의 그림처럼, 회전 안테나는 이득 패턴을 가지며 이는 안테나 보어사이트로부터의 각도 함수이다. 

(수신 안테나의 이득 패턴은 안테나 보어사이트로부터의 각도에 따라 달라진다)

 

회전하는 안테나가 에미터를 지남에 따라, 안테나의 기준 시간 이력으로부터 신호의 도착 방향을 결정할 수 있다.

이것은 안테나의 이득 커브 모양을 잘 알고 있어야 한다.

그래서 주 빔 내에 두 개 이상의 교차점은 위치를 결정하기에 충분하며 이것은 신호를 안테나의 보어사이트에 위치시킨다.

좁은 빔폭을 갖는 큰 안테나는 매우 우수한 도착 방향 탐지 정확도를 제공한다. (약, 빔폭의 1/10 정도의)

이 기법은 해상 EW 시스템에는 매우 흔한 방법이며 실제적으로 상당히 큰 안테나가 사용된다.

 

[ 다중 안테나 크기 비교 ]

다음의 그림은 두 개의 서로 다른 위치의 안테나의 이득 패턴이 동일한 신호를 수신했을 때의 출력 신호 크기 비를 나타낸다.

신호의 도착 방향은 이 크기 비를 계산하여 알아낼 수 있다.

(두 안테나의 이득 패턴은 전력의 비를 수신기에 제공한다.)

 

이 기법은 전투기나 작은 해상 항공기등의 레이다 경보 수신기에서 널리 사용되며 그 이유는 큰 안테나를 필요로 하지 않고 펄스의 DOA 결정을 충분히 빠르게 할 수 있기 때문이다.

일반적으로 정확도는 떨어진다.

 

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[ WATSON-WATT 기법 ]

Robert Watson-Watt에 의해 개발된 Watson-Watt 기법은 일렬로 배치된 세 개의 안테나를 사용한다.

중심에 있는 안테나는 탐지 안테나이며 양쪽에 있는 두 개의 안테나는 파장의 약 ¼ 만큼 이격되어 있다.

밖에 있는 안테나가 수신하는 신호의 합과 차는 아래의 그림처럼 cardioid 패턴 대 각도를 만들어 낸다.

(두 개의 바깥 안테나의 합과 차 패턴은 cardioid 패턴을 만들어낸다.)

 

만약 여러개의 대칭되는 바깥 안테나 짝들이 있다면, 이 짝들 간의 스위칭은 cardioid 패턴을 회전시키며 이는 신호의 도착 방향을 계산할 수 있게 해 준다.

이 기법은 적당한 DOA 정확도를 갖기 때문에 에미터 위치 탐지 시스템에 널리 사용된다. (약 2.5º RMS)

 

[ 도플러 기법 ]

이 기법은 두 개의 안테나에 수신되는 신호의 주파수를 측정하며 다음의 그림과 같이 하나는 다른 하나의 주변을 회전하는 형태이다.

 

(안테나 A는 안테나 B 주변을 돌면서 안테나 B가 수신하는 주파수로부터 정현파 주파수 옵셋을 생성한다)

 

이 두 안테나가 측정한 주파수 간의 차이는 송신기로부터 움직이는 안테나의 거리 변화율에 의해 생성된 도플러 편이에 의해 생긴다.

원형으로 움직이는 안테나 A는 안테나 B가 수신하는 주파수에 대한 정현파 도플러 편이를 만들어낸다.

도착 신호의 DOA는 도플러 편이가 양수로부터 음수로 바뀔 때의 각도이다.

실제의 시스템에서 회전하는 안테나는 연속적으로 스위칭하는 원형 배열 안테나로 대체된다.

안테나 스위칭에 의한 인접 안테나 간의 위상차 비교는 주파수 계산을 가능하게 만든다.

이 기법은 민간 선박의 DF 시스템에 널리 사용되며 일반적으로 3º RMS 또는 그 이상의 정확도를 갖는다. 

 

 

 

출처 : The Journal of Electromagnetic Dominance, September 2023

 

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