전자기 보호 - Side Lobe 재밍에 대한 EP 기법

주 안테나의 side lobe보다 더 큰 이득을 갖는 보조의 안테나를 같이 사용하면 side lobe 재밍에 대한 전자기 보호(EP, Electromagnetic Protection)를 할 수 있다.

Coherent side lobe canceller (CSLC)는 FM 잡음과 같은 협대역 재밍으로부터 방어를 할 수 있으며 side lobe blanker(SLB)는 펄스 side lobe 재밍으로부터 보호를 할 수 있다.

(Coherent side lobe 캔슬러는 side lobe 방향으로 더 큰 이득을 갖는 보조의 안테나를 사용한다.)

 

[Coherent Side Lobe Cancelling]

Coherent side lobe canceller는 다음의 그림과 같은 보조의 안테나를 사용한다.

이 보조 안테나는 side lobe 방향으로 큰 이득을 갖는다.

다음의 그림은 이 두 안테나의 실제적인 빔 모양 비교를 나타낸다.

보조 안테나가 주 안테나보다 직경이 작기 때문에 빔은 넓은 대신 보어 사이트 방향의 이득은 작다.

주 안테나는 보어사이트의 크기가 클수록 side lobe는 줄어든다. 

 

(보조 안테나는 주 안테나보다 작기 때문에 보어사이트 이득은 작지만 넓은 빔폭을 갖는다.)

 

보조 안테나는 주 안테나의 side lobe의 어느 각도에서도 주 안테나보다 큰 이득을 갖도록 설계된다.

보조 안테나로 수신되는 신호가 주 안테나로 수신되는 세기보다 강할 때 레이다는 재머에 의해 side lobe 재밍을 받은 것이다.

보조 안테나의 출력에서 이 재밍 신호의 위상을 고정시킨 후 180° 지연 시킨다.

이 180° 변경시킨 신호는 주 안테나 출력에 더해질 때 재밍 신호는 삭제되고 따라서 레이다 수신기로 들어가는 신호에는 재밍 신호가 없게 된다.

이는 FM 잡음과 같은 협대역 신호에 효과적이라는 점을 알아둘 필요가 있다.

만약 다중의 side lobe 재머가 존재한다면, 각 재머는 반드시 각각 별개의 보조 안테나에 의해 처리되어야 한다.

그렇기 때문에 보조 안테나는 재머의 개수만큼 있어야 한다.

다음의 그림은 3개의 보조 안테나로 3개의 재밍 신호를 제거하는 모습을 나타낸다. 

(각 side lobe 재머에 대해 보조 안테나가 존재한다. 보조 안테나에 의해 180° 변경된 재밍 신호는 주 안테나 출력과 더해져 제거된다.)

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[CSLC에 대한 공격]

하나의 재밍 주파수에 대응하기 위해서는 하나의 보조 안테나가 반드시 필요하기 때문에, 만약 하나의 신호가 많은 다른 연속파 주파수 성분을 갖는다면 이는 보조 안테나의 수를 넘게 되고 따라서 재밍 신호가 레이다 수신기로 들어갈 수 있다.

다음의 그림은 펄스 신호의 주파수 스펙트럼을 나타내며 많은 CW 성분이 펄스 반복 주파수(PRF) 간격으로 있는 것을 볼 수 있다.

이것은 FM 잡음 재밍 신호에 강한 펄스 신호를 더해주면 이 EP 기법을 뚫을 수 있으며 협대역 FM 잡음 재밍의 효과를 볼 수 있음을 의미한다.

그래서 실제로 FM 잡음 재밍에 펄스 신호가 종종 더해진다.

(펄스 신호의 주파스 스펙트럼은 PRF의 간격으로 스펙트럴 라인들이 있다.)

 

[Side Lobe Blanking]

아래의 그림은 하나의 펄스 재밍 신호가 오프-보어 사이트 방향으로 수신되는 모습을 나타낸다.

이는 앞에서의 side lobe cancelling의 그림과 동일하다.

그러나 다른 방식으로 활용된다.

재밍 신호는 주 안테나의 side lobe 보다 보조 안테나에서 더욱 큰 신호로 수신되기 때문에 오프-보어사이트 방향으로 재밍이 존재한다는 것을 알아챌 수 있게 된다.

펄스 신호는 매우 짧기 때문에 이 신호의 위상을 탐지하여 고정한다는 것은 현실적이지 못하다.

그러나 만약 보조 안테나의 출력이 주 안테나의 출력보다 크다면 전자기 스위치를 통해 이 짧은 펄스 구간 동안에 주 안테나 출력을 끌 수 있으며 이를 통해 재밍 신호가 레이다 수신기로 들어가는 것을 막을 수 있다.

이러한 방법은 다중의 펄스 재머도 하나의 보조 안테나를 이용하여 제거할 수 있다.

(Side lobe의 이득이 주 안테나보다 큰 보조 안테나를 이용한 side lobe blanker는 펄스 재밍에 효과적이다.)

 

(side lobe blanker가 주 안테나보다 더 큰 신호를 탐지하면 주 안테나 출력은 이 펄스 구간 동안 오프된다.)

 

 

[Side Lobe Blanking에 대한 공격]

재밍 펄스가 사용될 때, 레이다의 표적 반사 수신 신호와 동기화를 시킬 수 있다.

따라서 EP는 처리되어야 할 표적 반사 신호를 제거하게 되고 레이다가 효과적으로 운용되지 못하게 한다.

이 펄스의 타이밍을 알려면 레이다와 재머, 그리고 표적 간의 거리(전파 전파 지연)를 계산해야 한다.

그러나 재머와 레이다 간의 거리 그리고 레이다와 기동하는 표적 간의 거리는 빠르게 변화하기 때문에 실제적으로 이러한 다이내믹한 환경에서 이를 계산한다는 것은 매우 어려운 일이다.

 

 

 

 출처 : The Journal of Electromagnetic Dominance, November 2022