전자기 보호 - Pulse Doppler Radar (2)

펄스 도플러 레이다의 프로세서는 반사된 펄스를 분석하여 주파수 대 거리 매트릭스를 처리할 수 있다.

이러한 펄스 도플러 레이다의 재밍 대응 원리에 대해 간략히 알아본다.

펄스 도플러(PD, Pulse Doppler) 레이다는 코히런스와 Chaff 제거, 그리고 anti RGPO(Range Gate Pull-Off)를 포함한 몇 가지의 전자기 보호 기능을 제공할 수 있다.

이러한 특징들은 펄스 도플러 레이다가 코히런트(coherent)하고 여러 개의 분리된 표적 반사 신호를 처리할 수 있기 때문에 가능하다.

펄스 도플러 레이다 프로세서는 다음의 그림과 같이 주파수 대 거리 매트릭스를 갖는다.

주파수 셀은 필터 뱅크에 의해 결정된 각 펄스의 수신 주파수를 나타낸다.

각 필터의 대역폭은 코히런트 처리 간격의 역수와 같은 관계를 갖으며 이는 스캐닝 안테나의 빔 안에 신호가 머무르는 시간이 된다.

거리 셀은 각 반사 펄스의 도착 시간을 의미한다.

각 거리 셀의 깊이는 레이다의 거리 해상도와 같으며 공식은 다음과 같다.

여기서, PW는 펄스폭(Pulse width)이며 C는 빛의 속도이다.

주목할 부분은 여러 개의 반사 신호는 같은 매트릭스에서 분석된다는 것이다.

코히런트 레이다에서 각 펄스는 동일 신호의 한 샘플과 같다.

그러므로 마지막 반사 신호와 위상이 일치하는 CW 신호는 새로운 반사 신호와 위상이 일치한다.

이는 다중의 펄스들이 있는 상황에서 신호 분석을 가능하게 해 준다.

펄스 도플러 레이다는 일반적으로 코히런트하지 않은 레이다나 재머에 비해 긴 펄스를 갖는다.

이는 펄스 도플러 레이다가 한 개의 펄스와 코히런트 처리 구간(CPI, Coherent Procession Interval)의 전 펄스 내에서 더 좁은 프로세싱 대역폭에서 주파수를 결정할 수 있게 해 준다.

수신기의 민감도는 이 좁아진 대역폭 인자로 인해 개선된다.

예를 들어 10 마이크로세컨드 펄스와 1 마이크로세컨드 펄스가 있다고 할 때에 이 펄스들의 대역폭 특징은 각 100 KHz와 1 MHz가 된다.

더 긴 펄스의 더 좁은 대역폭은 신호의 신호대 잡음비(S/N)를 개선시킨다.

또 다른 요소는 코히런스이다.

만약 재머가 코히런트 하지 않고 레이다 신호는 코히런트 하다면 신호대 잡음 비는 3dB 차이가 나게 된다.

이는 대역폭을 더욱 좁게 만들며 재밍 대 신호비(J/S)를 떨어뜨려 재밍이 있는 조건에서 표적 반사 신호를 탐지하는데 중요한 역할을 한다.

펄스 도플러 레이다에서 표적 반사 펄스와 재밍 신호는 매트릭스 상에서 평가된다.

각 레이다 반사 펄스는 단일 주파수와 거리 셀에 포함되는 반면 광대역 재머의 신호는 다중의 주파수 셀에 수신된다.

이는 레이다가 재밍의 존재를 탐지할 수 있으며 원래의 표적을 추적할 수 있음을 의미한다.

Chaff는 구름을 형성하여 이동하기 때문에 Chaff로부터 반사된 신호는 일반적으로 낮은 주파수로부터 높은 주파수에 걸져 나타나며 동시에 여러 거리 셀에 걸쳐서도 나타난다.

반면에 표적에서 반사된 신호는 하나의 매트릭스 셀에 나타난다.

그렇기 때문에 펄스 도플러 레이다는 매트릭스 분석을 통해 Chaff를 구분할 수 있다.

RGPO 재머는 레이다 반사 펄스로부터 지연이 포함되는 강한 펄스를 생성한다.

각 펄스는 이전 펄스에서 조금씩 더 지연을 준다.

레이다는 반사된 펄스의 시간을 통해 표적까지의 왕복시간을 계산하여 표적 거리를 산출하기 때문에 레이다는 표적이 점점 멀어진다고 생각하게 된다.

그래서 레이다는 거리상에서 실제 표적을 추적하지 못하게 된다.

다음의 그림에서 “return”(빨간색)은 재머의 신호이고 파란색의 신호는 표적으로부터의 반사 펄스이다.

그림에서와 같이 펄스 도플러 레이다는 수신 필터 뱅크로부터 정확한 주파수가 측정되어 정확한 거리 셀에 위치하게 되며 구분된 재밍 신호는 제거되고 레이다는 표적을 거리방향에서도 추적이 가능하다.

출처 : Journal of Electromagnetic Dominance, February 2023

EW Technology...Hobby...and..?...!!!