3부에서는 레이다 해상도 셀의 정의와 이를 향상시키기 위한 레이다의 펄스 압축 기법, 그리고 이 펄스 압축에 대한 DRFM의 기능에 대해 알아본다.
레이다 해상도 셀 (Radar Resolution Cell)
레이다 해상도 셀은 레이다가 다중의 표적을 구분하지 못하는 물리적인 볼륨을 말한다.
이것은 다음의 그림과 같으며, 이 셀의 cross range 면적은 각도 방향으로 퍼져있는 다중의 표적들을 레이다가 구분하지 못하는 거리를 말한다.
레이다의 cross range 해상도 셀은 다음의 수식으로 구할 수 있다.
Range x 2sin(BW/2)
여기서 거리는 레이다와 표적 간의 거리이고 BW는 레이다 안테나의 3 dB 빔폭이다.
예를 들면, 만약 거리가 10 km이고 빔폭이 5° 라면, 해상도의 cross range 셀은
(10,000 m)(2)(0.0436) = 873 m
가 된다.
이 해상도 셀의 깊이는 거리 방향으로 퍼져있는 다중의 표적들을 레이다가 구분할 수 없는 거리 증가분이다. 이 깊이는 다음으로 표현될 수 있다.
(PD/2) x c
여기서 PD는 펄스 지속구간이고 c는 빛의 속도이다.
예를 들면, 만약 펄스 지속구간이 1 ㎲ 이면, 해상도 셀의 깊이는,
(106 sec)(0.5)(3x108 m/s) = 150 m
가 된다.
레이다 해상도 셀 내에 있는 다중 표적들은 다음의 경우 중 하나이다.
- 다중의 유효한 표적들
- 하나의 유효한 표적과 디코이
- 하나의 유효한 표적과 재머에 의한 가짜 표적
이러한 상황들은 레이다가 유효한 표적을 추적하는 것을 어렵거나 불가능하게 만든다.
이는 특히 각 펄스의 에너지를 증가시키기 위해 긴 펄스 지속시간을 일반적으로 사용하는 장거리 획득 레이다에 있어서 문제가 된다.
펄스 압축 레이다 (Pulse Compression Radar)
펄스 압축은 레이다 펄스에 변조를 가하는 것이다.
이 변조는 레이다 수신기에서 일어나며 레이다 해상도 셀의 깊이를 줄일 수 있다.
이 변조는 chirp이라 불리는 LFMOP(Linear Frequency On Pulse) 또는 Barker 코드라 불리는 BPMOP(Binary Phase Modulation On Pulse)가 될 수 있다.
두 가지 모두 펄스 상의 특정 변조 위치에 따라 작게 또는 크게 해상도 셀의 깊이를 줄일 수 있다.
두 기법을 통해 얻을 수 있는 압축률은 약 1,000까지 가능하다.
Chirp Modulation
아래의 그림과 같이, chirp 변조는 펄스의 지속시간 동안 주파수를 변조하는 기법이다.
Chirp 파형은 만약 파형이 단순하다면 선형적이지 않을 수 있다는 점을 주목할 필요가 있다.
압축되는 양은 다음과 같이 표현할 수 있다.
FM Width / Coherent Radar Bandwidth
여기서 FM 폭은 펄스 지속구간 주파수가 변화하는 폭을 말하며 coherent 레이다 대역폭은 1/펄스 지속구간이다.
예를 들면, 만약 주파수 변조의 폭이 5 MHz이고 펄스 지속구간이 10 ㎲이라면, 압축률은
5 MHz / 100 kHz 또는 50
이 된다.
펄스 압축에 의한 해상도 셀은 이제 다음의 그림과 같다.
여기서 알아두어야 할 것은 그림은 이차원적으로 거리 압축의 결과만을 보여주지만 사실은 해상도 셀은 앞에서의 그림과 같이 볼륨이라는 것이다.
재밍에 대한 영향성은 다음의 그림과 같다.
FM 변조된 표적 반사 펄스는 압축되지만 FM 변조를 갖지 않은 재밍 펄스는 압축되지 못한다.
재밍 신호의 에너지는 압축 팩터에 의해 줄어들게 되고 따라서 효과적인 J/S는 압축량에 따라 줄어든다.
위의 예에서 J/S는 50 또는 17 dB 만큼 줄어든다.
DRFM의 역할
아래의 그림은 재밍 펄스의 펄스 압축 특징을 표적 반사 펄스처럼 맞추는 과정을 나타낸다.
- 수신된 레이다 신호를 DRFM의 운용 주파수로 변환시킨다.
- DRFM은 수신된 첫 번째 위협 펄스를 디지털화한다.
- 디지털화된 펄스는 DSP로 보내지고 여기서 펄스의 주파수 흔적을 결정한다.
- 서로 다른 RF 주파수 처리와 함께 신호 성분 세트는 연속되는 펄스들을 위해 다시 DRFM으로 보내진다.
- DRFM은 레이다 chirp의 대략적인 스텝으로 재밍 펄스를 생성한다.
- DRFM 출력은 처음의 레이다 펄스 수신 때의 주파수로 변경되고 chirp이 된 재밍 신호가 방사된다.
만약 레이다가 선형적인 주파수 변조를 갖고 있다면 이 처리는 DRFM 없이도 가능하다.
IFM(Instantaneous Frequency Measurement) 수신기는 주파수 변조를 식별할 수 있고 serrodyne 회로를 통해 주파수 변조와 일치하는 재밍 신호를 생성할 수 있다.
그러나 DRFM은 더욱 정확한 신호를 제공할 수 있고 선형적이지 않은 주파수 변조를 갖는 재밍 신호를 생성할 수 있다.
다음 4부에서는 디지털 압축인 Barker 코드 압축에 대한 이론과 이에 대한 DRFM의 기능에 대해 알아본다.
출처 : EW 104
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