CHAPTER 17. RADAR WARNING RECEIVER BASIC OPERATION AND GEOLOCATION TECHNIQUES (1)

Chapter 17에서는 실제 운용 중인 RWR 시스템 구성품들의 원리 및 특징에 대해 알아보고 RWR이 위협의 정확한 위치 정보를 알아내는 Geolocation 기법에 대해 알아본다.

1부에서는 RWR의 주요 구성품 중 안테나와 수신기/증폭기, 신호 처리기에 대해 알아본다.

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개요

최근의 전장에서 항공기에 가장 큰 위협은 레이다 감시와 레이다 유도 무기이다.

이러한 위협 시스템에 대항하는 첫 번째 단계는 조종사에게 적절한 시간에 위협의 정보를 제공하는 것이다.

레이다 경보 수신기(RWR)는 이러한 중요 정보를 조종사에게 제공하기 위해 설계되었다.

 

RWR 시스템은 ES(Electronic Warfare Support) 시스템 중 하나이다.

RWR 시스템의 가장 중요한 임무는 당장 항공기 생존에 영향을 줄 수 있는 EOB(Electronic Order of Battle)의 묘사를 제공하는 것이다.

RWR 시스템의 다음 단계는 위협의 geolocation이다.

RWR이 단일 항공기에 대한 EOB를 제공하는 동안 위협 geolocation 시스템은 전체 영역에서의 다수 항공기들에 대한 정확한 위협 위치 정보를 제공할 수 있다.

이러한 위협 위치 데이터는 위협 회피뿐만 아니라 최근에는 적 레이다 기지의 선제적인 공격에도 활용된다. 

 

이번 챕터에서는 RWR 시스템의 다양한 구성품들의 기능과 EID(Emitter Identification Table), 제한점들에 대해 알아본다.

또한, geolocation의 세 가지 방법에 대해 알아본다.

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RWR 안테나

안테나는 위협 레이다 시스템으로부터 레이다 펄스를 수신하도록 설계된다.

RWR 안테나의 동작에 영향을 주는 요소들은 위치와 패턴, 감도, 그리고 편파이다.

 

[ 안테나 위치 ]

항공기상에서 RWR 안테나의 물리적인 위치는 레이다 신호를 탐지하는 기능에 영향을 준다.

안테나는 미리 결정된 항공기 주변으로의 수직과 수평 영역을 커버할 수 있어야 한다.

(레이다 경보 수신기 안테나)

 

[ 안테나 패턴 ]

안테나와 패턴은 위협 레이다의 공간적인 관계를 표시하는데 중요한 역할을 한다.

안테나 패턴 또는 “footprints”는 안테나가 영역을 커버하기 위해 특별히 설계된 것이다.

이러한 footprint는 안테나와 위협 시스템 간의 상대적인 위치에 직접적인 영향을 준다.

왜냐하면 신호처리기는 위협 항공기의 상대적인 위치를 계산하기 위해서 모든 안테나로부터 들어오는 신호의 세기를 측정하고 비교하기 때문이다.

이러한 상대적인 위치는 RWR의 화면에 시현된다.

항공기가 기동 하는 동안에 이러한 상대적인 위치는 실제 위치에 대해서 왜곡될 수 있다.

대부분의 RWR에서 자세한 위치 정보를 결정하는 것은 불가능하다.

 

[ 안테나 감도 ]

RWR 안테나의 감도는 레이다 신호를 탐지하는 능력에 직접적인 영향을 준다.

안테나의 감도가 좋을수록 더 멀리서 신호를 탐지할 수 있다.

이러한 시스템의 감도와 레이다 신호를 탐지할 수 있는 능력은 주로 dBm으로 표현된다.

감도에 있어서 10 dBm의 차이는 거리로는 25nm의 거리차가 된다.

일반적으로 -50에서 -60 dBm 수준의 감도가 요구된다.

(RWR 안테나 감도)

 

[ 안테나 편파 ]

안테나 탐지 거리에 영향을 주는 또 다른 요소는 편파이다.

만약 RWR 안테나의 편파와 위협 시스템 안테나의 편파가 서로 불일치하거나 cross-polarized 관계를 갖는다면 항공기가 위협 시스템의 위협 거리 이내로 들어올 때까지 위협 신호의 탐지가 지연될 수 있다.

이러한 상황에서 항공기는 최소한의 경고와 함께 교전을 할 수밖에 없을 것이다.

(RWR 안테나 편파)

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RWR 수신기 / 증폭기

RWR 수신기/증폭기 부분은 안테나로부터의 신호를 처리하는 부분이다.

대부분의 RWR 시스템은 신호를 구분하기 위해 주파수 밴드를 사용한다.

다음은 일반적인 밴드 명을 요약한 것이다.

(RWR 주파수 밴드 명)

 

 

RWR 시스템에는 크게 두 종류의 수신기가 있다.

하나는 crystal video 수신기이고 다른 하나는 superheterodyne 수신기이다.

 

[ Crystal Video Receiver - CVR ]

CVR은 가장 단순한 형태의 RF 수신기이다.

이 수신기는 주로 2~18 GHz 밴드의 펄스 레이다 신호를 수신하는 데 사용된다.

CVR 수신기는 각 주파수 밴드에 할당된 크리스탈 디텍터와 함께 사용된다.

펄스 레이다 신호는 안테나에 의해 탐지되고 멀티플렉서로 보내진다.

이 멀티플렉서는 수신된 레이다 신호를 각 주파수 밴드로 나누고 적당한 밴드 채널로 보낸다.

RF 증폭기는 레이다 신호를 증폭하고 크리스탈 디텍터로 보낸다.

(CVR RWR 수신기 구조)

 

(크리스탈 디텍터)

크리스탈 디텍터는 RF 다이오드이며 RF 신호를 비디오 신호로 변환해 준다.

출력되는 비디오 신호의 전압 레벨은 입력되는 신호의 크기에 의존하며 주파수와 위상과는 관련이 없다.

CVR의 감도는 이 크리스탈 디텍터에의해 제한된다.

크리스탈 디텍터의 감도는 일반적으로 대부분의 위협 레이다로부터 안테나 주 빔으로 탐지하는데 적당하다.

크리스탈 디텍터의 비디오 출력은 high-gain compressive video amplifier에 의해 증폭되고 RWR 스코프로 보내진다. 

 

(CVR의 장점과 단점)

CVR는 매우 빠르고 감도가 좋으며 넓은 주파수 밴드를 커버할 수 있다.

또한 비용이 적게 들고 작은 크기의 RWR을 만들 수 있다.

CVR의 주요 단점은 수신에 있어서 분별성능이 떨어진다 것과 밀집한 신호 환경에서 수신기가 포화될 수 있다는 것이다.

다중의 신호가 같은 밴드에 있으면 신호 크기에 왜곡이 발생하고 중요 위협 신호를 탐지할 수 없게 된다.

 

[ Superheterodyne 수신기 ]

Superheterodyne RWR 수신기는 수신 신호를 더 낮은 중간대역의 주파수 신호(IF Intermediate Frequency)로 낮추기 위해서 pre-selector 필터와 믹서, 그리고 국부발진기(Local Oscillator)를 사용한다.

IF 신호는 수신기로 하여금 CVR보다 더 높은 감도와 주파수 선택성을 제공하기 위해 수신 신호를 증폭하고 필터처리 한다.

(Superheterodyne RWR 수신기 구조)

 

(Superheterodyne 수신기 처리)

Superheterodyne RWR 수신기는 신호 처리기에 의해 제어되는 특별한 스캐닝 기법을 사용하여 pre-selector 필터를 조정하고 국부발진기가 선택된 위협 시스템의 주파수 밴드를 빠르게 스캔하게 한다.

만약 수신기가 밴드 중 어딘가에서 활동적인 신호를 탐지하면 스캔은 멈추고 신호 처리기가 탐지된 신호를 분석하도록 한다.

신호는 국부발진기와 결합되어 IF 대역의 신호로 낮아진다.

이 신호는 증폭되고 필터링되고 신호 처리기에 도착하기 전에 다시 한번 증폭된다.

신호 처리기는 위협 신호를 분류하고 적절한 심볼로 위협을 시현하게 된다.

이 전체 처리과정은 마이크로초의 단위로 수행된다.

 

(Superheterodyne 수신기 장점과 단점)

스캐닝 superheterodyne 수신기는 RWR 시스템을 효과적으로 만드는 주요한 특징을 갖는다.

우수한 감도와 선택성을 갖는다.

또한, 좋은 주파수 해상도를 갖는다.

이러한 특징으로 superheterodyne 수신기는 매우 낮은 오경보율을 갖는다.

스캐닝 superheterodyne 수신기의 주요 단점은 스캐닝하는 안테나 패턴으로 인해 위협 시스템으로부터 신호를 수신하는 기능에 제한이 있다는 것이다.

그러나 이러한 단점은 위협 신호를 놓치지 않기 위한 특별한 컴퓨터 제어의 조정으로 극복할 수 있다.

 

 

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신호 처리기

신호 처리기는 RWR의 심장이라고 할 수 있다.

신호 처리기는 또한 다른 RWR 시스템에서 디지털 처리기 또는 분석 처리기로 불리기도 한다.

주요 기능은 수천 개의 비슷한 신호들 속에서 복잡한 다수의 레이다 신호를 처리하고 식별하는 것이다.

신호 처리기는 이러한 처리를 임무 동안 계속해서 수행하며 식별된 위협 시스템을 거의 동시에 시현시킨다.

 

신호 처리기는 RF 에너지가 항공기의 수신 안테나를 때리는 순간부터 시작된다.

수신된 신호는 중간대역 증폭기나 안테나 수신기로부터 증폭되고 이 증폭된 신호는 신호 처리기로 보내진다.

여기서 다른 신호 특성의 기준으로서 추적 파일에 할당된다.

이 파일의 데이터는 신호의 식별을 위해 EID(Emitter Identification) 테이블의 특성들과 비교가 이뤄진다.

식별이 완료되면 비디오 또는 오디오 신호가 조종석으로 전달된다.

이 비디오와 오디오 신호는 조종사에게 항공기 주변의 전자기 환경 상황을 알려준다.

이러한 모든 처리는 마이크로초 단위로 이뤄진다.

(전체적인 RWR 시스템 구조)

 

 많은 수의 신호들이 존재하기 때문에 amplifier detector는 신호를 증폭시키며 또한 신호의 도착 시간과 도착 방향, 그리고 주파수 등과 같은 특성 정보를 각 신호에 태그 한다.

각각에 해당하는 태그가 붙은 신호들은 이후의 처리와 식별을 위해 신호 처리기로 보내진다.

이후 신호 처리기는 각 신호에 추적 파일을 생성한다.  

 

신호 처리기는 고유한 레이다 신호 특성에 의한 추적 파일에 따라 각 수신된 신호를 분류한다.

신호 처리기에 의해 사용되는 식별 특성값들에는 주파수, 펄스폭, 펄스 반복 주파수, EP 기법등이 포함된다.

어떤 신호들은 인간의 지문처럼 유일한 특성을 갖기도 하지만 어떤 신호의 특성은 다른 신호의 특성과 동일할 수 도 있다.

주요 특성이 서로 유사한 신호가 있다면 신호 처리기는 추가적인 신호 특성을 사용하여 둘 간의 신호를 구분한다.

 

신호 처리기는 사전에 테스트되어 설정된 우선순위와 EID 테이블에 포함된 위협 우선순위에 따라 추적 파일의 순위를 매긴다.

이후 치명적이지 않은 위협이 처리되기 이전에 치명적인 위협을 빠르게 처리한다.

예를 들어 세 개의 신호가 신호 처리기로 함께 들어왔으며 각각 구분된 추적 파일이 형성되었을 때 첫 번째 특성인 주파수에 의해 신호 3의 처리는 지연된다.

그 이유는 2000 MHz 이하에서 동작하는 치명적인 위협은 없기 때문이다.

그다음의 처리에서 신호 2가 삭제되고 신호 1의 위협 시스템 식별을 위한 더 많은 처리 시간을 확보하게 된다.

이러한 처리 단계는 모든 수신 신호를 식별하는 신호 처리기의 동작을 멈추게 하지 않는다.

신호 처리기는 단순히 모든 높은 우선순위의 신호가 처리될 때까지 식별 시퀀스를 지연시킬 뿐이다.     

(신호 처리기의 처리 우선 순위)

 

 

여기까지 RWR의 주요 구성품 중 안테나와 수신기/증폭기, 신호 처리기에 대해 알아봤다.

다음 2부에서는 이외의 구성품에 대해 알아보겠다.

 

 

 

출처 : ELECTRONIC WARFARE FUNDAMENTALS

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