[CHAPTER 9. INTRODUCTION TO RADAR JAMMING] - 2부

[레이다 재밍 기본]

모든 재밍의 종류와 재밍의 활용에 있어서 몇 가지 기본 원리가 있다.

이 기본 원리들은 재밍 시스템의 특성과 상대 레이다의 특성을 기반으로 한다.

이 기본 원리는 주파수 합치성, 연속적인 기만, 신호대 잡음 비, 재밍대 신호 비, 그리고 burnthrough range이다.

 

(주파수 합치성)

ES 시스템이나 인텔리전스 분석을 기반으로 하여 레이다 재밍 시스템은 상대 레이다의 주파수로 신호를 송신해야 한다.

만약, 재밍 신호가 레이다의 운용 주파수와 일치하지 않는다면 재밍 신호는 레이다에 의해 수신되지 않고 결국 레이다 스코프상에도 표시되지 않는다.

재밍 신호가 레이다 운용 주파수와 일치하면 재밍 신호는 레이다에 수신되고 스코프에 표시된다.

(재밍 주파수의 불일치와 일치되었을 때의 결과)

 

(연속적인 기만)

최대 효과를 위해서 재밍 송신기는 연속적인 간섭신호를 생성해야 한다.

간헐적인 잡음이 라디오 수신기에서 신호를 완전히 차단하지 못하는 것과 마찬가지로 간헐적인 재밍은 레이다 스코프에서 표적을 완전히 가리지 못한다.

경험이 풍부한 레이다 운용자나 발전된 자동 추적기를 갖는 레이다는 간헐적인 재밍 신호 속에서 표적 정보를 찾아내고 재밍 효과를 무시할 수 있다.

잡음 재밍 뿐만아니라 상대 레이다의 표적 재획득 특성을 고려하면 연속적인 간섭은 기만 재밍에도 적용된다.

 

(신호대 잡음 비(S/N Ratio))

신호대 잡음 비는 상대 레이다가 표적을 탐지하는 능력에 대한 측정이라 할 수 있다.

이것은 또한 특정 재밍 기법, 특히 잡음 재밍에 대한 레이다의 취약성을 나타낸다.

 

(1)  다음의 수식은 레이다 수신기에서의 표적 반사 신호에 대한 신호 전력 밀도이다.

(표적 신호 전력 밀도 수식)

여기서,

P_T = 송신 전력

G = 안테나 이득

σ = 표적 RCS

A_e = 안테나 유효 단면적

R = 표적까지의 거리

 

이 표적 반사 신호의 수신 전력 밀도는 매우 약한 신호이기 때문에 레이다 신호처리와 스코프에 전시를 위해서는 매우 강한 신호 증폭을 해야 한다.

표적으로부터의 신호 전력 외에 어느 정도의 열잡음 역시 생성되며 표적 신호의 증폭과 함께 이 열잡음 신호도 증폭된다.

다음의 식은 잡음이 없는 이상적인 증폭 방정식이며 증폭기에 의해 생성되는 잡음의 레벨을 계산할 때 사용된다.

(열잡음 수식)

여기서,

K = Boltzman 상수 (1.38X10^–23 watts/Hz degrees K)

T = 표준 온도 (290˚ K)

B = 레이다 수신 밴드폭

F = 레이다 수신기 잡음 지수

 

여기서, 수신기의 순시 대역폭(Instantaneous bandwidth)은 두 개 이상의 신호를 특정 이득 수준 내로 동시에 증폭시킬 수 있는 수신기의 주파수 범위를 의미한다.

 

(2) 레이다 수신기는 표적 신호와 열잡음을 동시에 증폭한다.

그렇기 때문에 레이다 수신기는 수신기 대역폭 내에서 증폭된 표적 신호와 열잡음 신호가 모두 포함되어 있게 된다.

원치 않는 잡음 신호로부터 표적 신호를 분리하는 일이 레이다 설계자들이 풀어야 할 주요 숙제이다.

 

(3) 다음의 식은 수신 전력 밀도의 식을 증폭 방정식으로 나눈 것이다.

이 식의 많은 인자들은 변화하는 값으로 통계치를 사용하여 예측해야 한다.

예를 들면, 표적의 RCS는 안테나 빔의 각도 변경과 반사된 신호에서의 해당 변화에 따라 변동된다.

안테나 개구면의 유효 단면적 값 역시 표적 RCS의 변동에 기반한 통계적인 현상이다.

수신기에 의해 생성되는 열잡음 또한 변동하는 값이며 통계적으로 처리되어야 한다.

이것은 S/N 비는 표적 탐지 확률과 오경보 확률과 함께 통계적인 요소임을 의미한다.

오경보는 레이다 운용자나 레이다 자동 추적 회로가 변동하는 잡음 값을 표적으로 인지한 것을 말한다.

S/N비가 높을수록 오경보의 확률은 줄어듦과 함께 표적 탐지 확률은 높아진다.

 

(신호대 잡음 비 수식)

 

(4) 위의 식을 보면, 표적 신호의 전력을 키우는 것, 예를 들면 송신 파워를 증가시키거나 안테나 이득/개구면의 증가, 또는 표적 간의 거리 감소 등은 모두 S/N 비를 개선시키며 표적 탐지 확률을 증가시킨다.

또한, 레이다 수신 밴드폭을 줄이는 것 또한 S/N 비를 개선시키고 표적 탐지 확률을 증가시킨다.

그러나 만약 수신기의 유효 밴드폭이 줄어들면, 이는 레이다 신호 스펙트럼의 중요 부분을 제거할 수 있으며 표적 탐지 확률의 감소를 초래할 수 있다.

 

(5) S/N 비는 표적을 탐지할 수 있는 거리를 나타낸다.

다음의 그림은 일반적인 레이다의 수신기 출력을 나타낸다.

먼 거리에 있는 약한 표적 신호는 수신기의 잡음 레벨보다 살짝 높다.

가까운 거리에 있는 표적 신호은 잡음 레벨보다 현저히 높기 때문에 쉽게 탐지가 가능하다.

수신기의 잡음 레벨이 변화하기 때문에 레이다 운용자나 레이다의 자동 표적 탐지기는 이렇게 약한 표적 신호에 대한 실수를 범하게 된다.

이러한 실수는 잘못된 탐지 결과를 초래한다.

잡음과 표적 반사 신호 간의 구분을 확실하게 하지 못하는 것은 낮은 S/N 비 때문이며 변화하는 잡음 레벨을 표적 신호로 인지하는 결과가 초래되고 이를 오경보라 부른다.

(S/N 비와 표적 탐지)

 

(6) 오경보를 줄이거나 배제하기 위해서 레이다 수신기는 오경보 문턱치 값을 만들어 주는 전자 회로를 탑재한다.

만약 레이다 반사 신호의 세기가 이 문턱치 값 보다 낮으면 탐지되거나 스코프에 표시되지 않는다.

이 오경보 문턱치는 또한 표적 탐지 확률에 의해 변화하며 문턱치 값이 너무 높으면 탐지된 표적을 많이 누락하게 된다.

게다가 만약 오경보 문턱치가 레이다 수신기의 잡음 크기에 따라 자동으로 올라가게 되면 레이다 수신기는 잡음 재밍에 더욱 취약하게 된다.

(레이다 수신기의 오경보 문턱치)

 

(7) 레이다에 의해 탐지되는 어떤 표적이라 하더라도 S/N 비는 반드시 1 보다 커야 한다.

만약 S/N 비가 1보다 작으면 수신기의 잡음 레벨 이상으로 표적을 탐지할 수 없다.

잡음 재밍의 목적은 레이다 수신기의 잡음 레벨을 높여 S/N 비를 1보다 작게 만드는 것이다.

이것은 실제 표적 반사 신호의 존재를 가려지게 만든다.

만약 오경보 문턱치가 사용되었다면 잡음 재밍은 이 문턱치를 높여 표적 탐지를 힘들게 만든다. 

(S/N 비가 1보다 클 때 결과)

(S/N 비가 1보다 작을 때 결과)

 

반응형

 

(재밍대 신호 비(J/S Ratio))

J/S 비는 기본적인 재밍 효과도 측정이며 재밍 신호 전력과 표적 반사 신호 전력 간의 비율이다.

아래의 식은 J/S 비를 나타낸다.

여기서 주목할 것은 J/S 비는 레이다 수신기의 출력단에서 측정되어야 한다는 것이다.

이것은 재밍 신호에 대한 레이다 수신기의 신호처리 이득이 고려된다는 것을 의미한다. 

 

(재밍대 신호 비 수식)

여기서,

P_J = 재밍 송신 전력

G_J = 재머 안테나 이득

P_T = 레이다 송신 최대 전력

G_T = 레이다 안테나 이득

R = 재머와 레이다 간 거리

σ = 항공기 RCS

 

(1) S/N 비와 J/S 비에서 가장 중요한 요소는 거리이다.

S/N 비는 거리 R의 4 제곱을 기반으로 계산하고 이는 신호가 레이다에서 표적으로 그리고 다시 표적에서 레이다로 이동한다는 의미이다.

J/S 비는 R의 제곱을 사용한다.

이는 재머에서 상대 레이다까지 “단방향(one way)” 송신이 반영됨을 의미한다.

 

(2) 재밍 신호가 효과가 있기 위해서는 J/S 비가 1보다 커야 한다.

일반적으로 위협 레이다 특히 지상 레이다는 공중 재밍 시스템보다 훨씬 큰 송신 전력을 갖는다.

그러나 이 전력은 공중 재밍 신호보다 2배 더 이동해야 한다.

먼 거리에서 저 전력의 재밍 시스템이 1보다 큰 J/S 비를 만들 수 있는 이유이다.

아래의 그림은 재밍 펄스가 표적 반사 신호를 완전히 마스킹한 것을 나타낸다.

(J/S 비가 1보다 큰 경우)

 

여기서 재밍 시스템이 표적에 접근할수록 상대 레이다 펄스의 이동 거리는 짧아지고 상대적으로 레이다 반사 신호의 전력은 증가한다.

이는 J/S 비가 1보다 작아지게 만들며 레이다는 표적을 탐지할 수 있게 된다.

이것을 Burn-Through Range라고 부른다.

(J/S 비가 1보다 작은 경우)

 

(Burn-Through Range)

Burn-Through는 표적에 반사된 신호의 전력이 재밍 신호 전력보다 커질 때 발생한다.

비록 최적의 연속된 재밍 기법이 상대 레이다의 운용 주파수와 정확히 일치한 주파수로 송신되어도 상대 레이다에 가까워질수록 재밍은 효과도를 점점 잃게 된다.

특정 레이다 재밍 기법에 있어서 Burn-Through Range는 S/N 비로 표현되는 레이다의 탐지 기능과 J/S 비로 표현되는 재밍 시스템의 기능에 따라 달라진다.

 

이 Burn-Through Range는 재밍 기법 중 특히 잡음 재밍 기법에 있어서 왜 재밍의 효과도가 레이다와 가까워짐에 따라 떨어지는 설명 해 준다.

거리에 따른 재밍 전력과 표적 신호 전력을 그림을 표현하면 이 두 선은 J/S 비가 1이 되는 지점에서 서로 만나게 된다.

더 가까운 거리에서 재밍 펄스는 더 이상 항공기를 마스킹하지 못하고 레이다에 의해 탐지된다.

즉, Burn-Through Range는 재밍을 뚫고 레이다가 표적을 볼 수 있는 지점을 나타낸다.

(Burn-Through Range)

 

 

여기까지 챕터 9에 대한 정리를 마치겠다.

다음 챕터 10에는 잡음 재밍에 더욱 자세한 내용에 대해 다룰 예정이다.

 

이번 챕터에서 얘기한 Burn-Through Range와 자체 보호 재머에 의한 상대 레이다 탐지율 저하에 대한 내용은 아래의 링크에 나와있다.

 

Jamming 효과 분석 방법