전자기 보호 - Mono-Pulse Radar

[Mono-pulse 레이다에 의한 표적 추적]

Mono-pulse 레이다는 수신되는 각 펄스로부터 각도 정보를 획득한다.

다음의 그림처럼 mono-pulse 레이다가 아닌 레이다는 단일 feed를 갖는  안테나 형태를 갖는다.

이 레이다의 형태는 파라볼릭 접시에 반사되어 신호가 송신되고 또한 표적에 반사된 신호도 이 반사판에 의해 수신한다.

(Mono-pulse 레이다가 아닌 단일 안테나 feed를 갖는 레이다 안테나 형태)

 

이러한 형태의 레이다는 표적의 각도 위치를 획득하기 위해서 안테나는 스캔을 해야 한다.

만약 레이다가 표적의 한 차원(즉, 방위 또는 고도)에만 위치해 있다면 이 레이다의 안테나는 아래의 그림과 같이 스캔할 것이며 안테나는 전 방위 또는 일부 각도를 스캔하고 표적을 만나면 안테나의 출력은 수신기로 연결된다. 

(Mono-pulse 레이다가 아닌 레이다의 안테나 스캔)

 

 

안테나 빔이 표적을 지나칠 때에 비로소 레이다는 반사 신호를 수신한다.

신호가 수신되는 시간으로 레이다가 표적의 각도 정보를 결정할 수 있다.

 

만약 레이다가 표적의 각도 정보를 이차원으로 획득하려면 안테나는 두 가지 방향으로 함께 스캔이 되어야 한다.

여기에는 많은 스캔 패턴이 있으며 아래의 그림은 그중에서 래스터(raster) 스캔을 보여주고 있다.

이 그림에서 안테나의 출력 전력 대 시간의 그림도 볼 수 있는데 작은 신호들은 안테나의 주 빔의 중심(bore-sight)이 아닌 주변으로 표적을 주시하고 있는 것이며 큰 신호들은 안테나 주 빔의 중심(즉, 최대 이득 방향)이 표적을 지시하고 있는 것이다.

레이다는 반사된 신호를 수신하는 시간으로부터 표적의 방향을 알 수 있다.

 

(래스터 스캔을 이용한 이차원 스캔 패턴과 수신 신호의 세기)

 

[Mono-pulse 레이다에 의한 각도 추적]

Mono-pulse 레이다 안테나는 다음의 그림과 같이 다중의 feed를 갖는 안테나이다.

그림에는 오직 두 개의 feed만 보이지만 일반적으로는 세 개나 네 개의 feed를 통해 이차원의 각도 정보를 획득한다. 

(두 개의 feed를 갖는 mono-pulse 레이다 안테나)

 

두 개의 feed를 가정했을 때 레이다의 프로세서는 이 두 안테나로부터의 출력 sum과 출력 difference를 계산한다.

레이다는 difference(Δ) 패턴에서 sum(∑) 패턴을 뺀 차이를 계산하며 여기서 difference 패턴은 안테나의 현재 지시하고 있는 각도에서 표적 간의 각도 차이를 결정한다.

주목할 것은 difference 패턴은 이상적으로는 sum 패턴의 절반(3dB)이 되는 폭에 걸쳐서 선형적인 값을 갖는다는 것이다.

difference 패턴과 sum 패턴의 차이는 안테나의 주 빔 중심에 표적을 위치시키기 위해 안테나가 움직여야 하는 방향이나 각도를 결정한다.

 

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(Mono-pulse 레이다의 sum 패턴 및 difference 패턴과 Error correction)

 

만약 안테나에 두 개 이상의 feed가 있다면 안테나의 각 쌍 간에 분석이 이루어져 표적 각도에 대한 이차원적인 정보를 획득할 수 있다.

 

[Mono-pulse 레이다로부터의 전자기 보호]

Mono-pulse 레이다가 아닌 레이다의 거리 추적이나 각도 추적에 대해 재머는 표적 반사 신호를 수신하는 시간과 다른 시간데에 강한 신호를 내보냄으로써 기만할 수 있다.

여기서 재밍 펄스는 레이다의 추적 기능을  사로잡을 수 있을 만큼 충분히 강해야 하며 따라서 레이다 프로세서는 잘못된 각도나 거리 결정을 하게 된다.

 

Mono-pulse 레이다는 다중의 안테나 feed를 이용하여 매 펄스마다 각도를 측정한다.

그러므로 재밍 펄스의 도착 방향은 재머의 위치를 알리는 꼴이 된다.

자체 보호용 재머의 경우 강한 재밍 펄스는 레이다의 추적 능력을 더욱 강화하게 되며 재밍을 비효율적으로 만든다.

그러나 재머는 여전히 이 mono-pulse 레이다의 거리 추적 능력을 저하시킬 수 있다. 

 

몇몇 재밍 기법은 mono-pulse 레이다를 대상으로 사용할 수 있지만 다음의 기법들은 적당하지 않다.

• Range-gate pull-off
• Range-gate pull-in
• Cover pulse
• Inverse gain

Mono-pulse 레이다를 대상으로는 다른 기법이 사용되어야 하며 다음의 기법들이 여기에 포함된다.

• Formation jamming
• Formation jamming with range denial
• Blinking jamming
• Terrain-bounce jamming
• Cross-Polarization jamming
• Cross-Eye jamming

 

 

 

출처 : The Journal of Electromagnetic Dominance, September 2022