[CHAPTER 10. RADAR NOISE JAMMING] - 1부

레이다 잡음 재밍 시스템은 레이다 수신기가 표적을 탐지하는 데에 있어 탐지를 못하게 하거나 지연을 만들어 방해를 할 수 있게 설계된다.

열잡음(thermal noise)은 레이다 수신기에 항상 존재하며 잡음 재밍은 이 잡음 레벨을 크게 증가시켜 표적의 존재를 가릴 수 있도록 시도한다.

 

레이다 잡음 재밍은 지원 재밍 자산이나 자체보호 재밍 기법에 사용될 수 있으며 보통 재밍 대상이 되는 레이다 주파수에 맞춘 높은 전력의 재밍 신호를 사용한다.

이번 챕터에서는 레이다 잡음 재밍의 효과도를 결정하는 요소에 대해 알아보고 레이다 잡음 재밍의 생성과 가장 많이 알려진 잡음 재밍 기법인 barrage, swept spot, cover pulse, 그리고 변조 잡음 재밍에 대해 알아본다.

(일반적인 레이다 수신기 출력에서의 잡음 레벨)

 

[레이다 잡음 재밍 효과도]

레이다 잡음 재밍의 효과도는 몇가지 요소에 달려있다.

이 요소들은 재밍 대 신호 비(J/S), 전력 밀도, 잡음 신호의 품질, 그리고 송신되는 재밍 신호의 편파이다.

 

(Jamming-to-Signal Ratio)

여러 요소들 중 레이다 잡음 재밍에 가장 큰 영향을 주는 것은 J/S 비이다.

앞의 챕터에서 공부했듯이 레이다 수신기의 출력 측면에서 측정했을 때 잡음 재머의 출력은 표적 반사 신호보다 커야 한다.

이러한 수준에 이르기 위해서 레이다 잡음 재머는 보통 높은 출력의 재밍 신호를 생성한다.

이러한 높은 출력의 재밍 신호는 상대 레이다의 주 빔으로 수신되어 거리 정보를 부정하거나 레이다의 부엽으로 수신되어 방위 정보를 부정하게 된다.

(잡음 재밍 효과 그림)

 

(전력 밀도 - Power Density)

레이다 잡음 재밍 효과도에 영향을 주는 다른 요소는 전력 밀도이다.

이 잡음 재밍의 전력 밀도는 J/S 비와 비례 관계를 갖는다. 

 

(1) 만약 잡음 재밍 신호가 상대 레이다의 중심 주파수와 대역폭에 맞춰져 있다면 재밍 신호는 높은 전력 밀도를 갖는다.

이렇게 잡음 재머가 재밍 신호를 집중할 수 있는 기능은 재머가 상대 레이다의 주파수와 대역폭을 정확하게 식별할 수 있는 능력에 달려있다.

(좁은 대역폭의 전력 밀도)

 

(2) 만약 생성된 잡음 재밍 신호가 넓은 대역폭이나 넓은 주파수 범위를 갖는다면 어느 특정 주파수에서 전력 밀도는 줄어든다.

그렇기 때문에 민첩한 주파수 변경 특성을 갖는 레이다 시스템이나 넓은 대역폭을 갖는 레이다는 재밍 신호의 전력 밀도를 줄임으로써 잡음 재밍의 효과를 줄이거나 무시하게 만들 수 있다.

(넓은 대역폭의 전력 밀도)

 

(잡음 재밍 품질)

잡음 재밍의 품질 또한 효과도에 영향을 준다.

잡음을 통해 효과적으로 레이다 수신기를 재밍하기 위해서는 재밍 신호가 수신기의 열잡음을 모의할 수 있어야 한다.

이렇게 함으로써 레이다 운용자나 자동 탐지 회로는 잡음 재밍과 일반 열잡음을 구분할 수 없게 만든다.

열잡음은 백색 잡음(White Noise)으로 불리기도 하며 균일한 스펙트럼(Uniform Spectrum) 특성을 갖는다.

수신기 대역폭 내에 있는 모든 주파수들은 가우시안 분포(Gaussian Distribution)를 기반으로 변화하는 동일한 스펙트럼과 진폭을 갖는다.

가우시안 분포는 진폭의 분포가 단순한 종 모양 형태를 갖는다.

잡음 재밍이 효과가 있기 위해서 재밍 신호는 반드시 상대 레이다 수신기의 열잡음 특성과 일치해야 한다.

 

(잡음 재밍 신호 편파 - Polarization)

잡음 재밍 신호의 편파는 잡음 재밍 신호 효과도에 영향을 주는 또 다른 큰 요소이다.

앞의 챕터 2에서 공부했듯이 만약 재밍 신호의 편파가 상대 레이다 안테나의 편파와 일치하지 않는다면 재밍 신호에 커다란 전력 손실이 발생한다.

다양한 편파를 통해 여러 다중 위협에 대응하기 위해 개발된 잡음 재밍 시스템은 일반적으로 45˚ slant 또는 원형 편파의 송신 안테나를 적용한다.

대부분의 위협 시스템은 수평 또는 수직 편파를 갖기 때문에 이러한 위협에 대해서 유효 방사 전력(ERP, Effective Radiated Power)에 있어서 50%의 감소를 갖게 된다.

재밍 안테나의 편파가 상대 레이다 안테나 편파와 수직의 관계를 갖게 되면 ERP 측면에서 거의 100%에 가까운 더욱 심각한 전력의 손실이 발생한다.

이러한 잡음 재밍 신호의 편파는 J/S 비와 전력 밀도에 영향을 주게 된다.

 

[레이다 잡음 재밍 생성]

잡음 재밍은 RF 반송파를 랜덤 한 진폭과 주파수로 변조함으로써 생성하며 이를 잡음이라 부르고 이렇게 생성된 파를 상대 레이다의 주파수로 재송신한다.

표적 항공기로부터 반사된 신호는 매우 약하다.

이러한 펄스를 탐지하기 위해 레이다 수신기는 감도를 조절하거나 이 약한 표적 반사 신호를 증폭시킬 수 있다.

잡음 재밍은 이러한 레이다 특성을 이용하여 표적 탐지를 부정하거나 지연한다.

 

(과거의 잡음 재밍 신호 생성 방법 - DINA, Direct Noise Amplification)

높은 전력의 가우시안 잡음 재밍 신호를 생성하는 가장 단순한 방법은 증폭된 다이오드를 활용하여 상대 레이다의 주파수에 맞춰 잡음 신호를 생성하는 것이다.

이 신호는 필터를 거쳐 송신기에 의해 최대 파워로 직접 증폭된다.

이러한 방법을 직접 잡음 증폭(DINA)이라 부른다.

그러나 이 DINA 방식은 몇 가지 제한사항을 갖는다.

선형 광대역 전력 증폭에서 활용 가능한 최대 전력이 극도로 제한된다는 것이며 다른 형태의 전력 증폭을 적용하면 재밍 신호의 가우시안 분포가 변형된다.

잡음 재밍 신호를 생성하는 이러한 방법은 세계 2차 대전에서 많이 사용되었다.

 

(현대의 잡음 재밍 신호 생성 방법 - FM 잡음 재밍과 Look-Through)

최신의 잡음 재밍 시스템은 상대 레이다 주파수에 맞춘 반송파의 주파수 변조를 통해 잡음 재밍 신호를 생성한다.

FM 잡음 재머는 상대 레이다 신호를 수신할 수 있는 수신 안테나를 적용한다.

이 안테나는 상대 레이다 신호를 식별하기 위해 수신기로 전달한다.

수신기는 재밍 신호 발생기의 주파수를 올바른 주파수로 조정한다.

이러한 수신기는 자동 주파수 제어기(AFC, Automatic Frequency Control) 회로를 이용하여 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 상대 레이다 주파수에 맞출 수 있도록 조정한다.

재밍 신호 발생기에 의해 생성된 잡음 신호는 VCO의 조정된 전압에 더해지고 FM 재밍 신호가 된다.

이 신호는 TWT(Traveling Wave Tube) 송신기로 보내진다.

TWT는 일반적으로 포화 영역에서 동작하며 상대 레이다보다 더 넓은 대역폭을 커버하는 높은 전력의 재밍 신호를 생성한다.

이는 신호의 전력 밀도를 감소시키지만, FM 신호의 TWT 증폭에 의한 높은 전력 레벨은 이러한 손실을 보상한다.

이 신호는 안테나로 보내지고 상대 레이다를 향해 송신된다.

 

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다음의 그림은 현대의 레이다 잡음 재밍 시스템의 중요 특징 중 하나인 Look-Through을 표현하고 있다.

Look-Through 모드는 수신기가 주기적으로 신호 환경의 샘플을 수신할 수 있게 해 준다.

이 Look-Through 모드의 목적은 재머가 상대 레이다의 파라미터를 업데이트하고 신호의 변화에 대응하여 재밍 신호를 변경하기 위함이다.

이것은 잡음 재밍 시스템의 효과도를 강화하는 좋은 방법이다.

Look-Through 기능 제공을 위한 한 가지 방법은 송신과 수신 안테나를 분리하는 것이며 이를 통해 수신기가 연속적으로 신호 파라미터를 업데이트할 수 있다.

다른 방법은 수신기가 신호 환경 샘플을 수신할 수 있도록 짧은 주기로 송신을 오프하는 것이다.

후자의 방법은 Look-Through 모드가 재밍 신호를 차단하기 때문에 재머의 송신이 차단되는 총시간은 반드시 최소한으로 유지되어야 한다.

(주파수 변조(FM) 잡음 재밍 시스템)

 

 

레이다 잡음 재밍 1부는 여기까지 이며 2부에서는 잡음 재밍의 대표적인 기법들에 대해 알아보겠다.