EW 104 - Legacy Radar

3장에서는 다음장에서 최신의 위협 레이다 시스템을 공부하기 전에 과거의 위협 레이다 시스템에 대해 공부한다.

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Threat Parameters

냉전시대 대공포가 닿지 않는 고고도의 비행기를 공격하기 위해 많은 수의 지대공 미사일일 개발되었다.

대표적인 무기체게는 SA-2 유도 미사일이 있으며 Fan Song 레이다에 의해 미사일은 표적으로 유도된다.

이러한 무기체계는 획득과 추적 레이다로 구성된 통합 방공 네트워크로 구성되며 기총 접시 레이다를 갖는 ZAU-23 대공포도 있다.

이러한 무기체계들은 베트남 전쟁에서 매운 큰 효과를 거두었으며 이후 개발된 몇몇 다른 미사일 시스템과 함께 여러 지역에서 큰 효과를 보았다.

 

각 위협 레이다 형태를 파악하거나 계산하는 데 사용되는 파라미터는 다음의 것들이 있다.

 - 치명거리(Lethel Range)

 - 운영 주파수(Operating Frequency)

 - 유효방사출력(Effective Radiated Power)

 - 펄스폭(Pulse Width)

 - 펄스반복주파수(Pulse Repetition Freuquency)

 - 안테나 부엽 격리도(Antenna Side-lobe Isolation)

 - 표적 레이다 단면적(Radar Cross Section of a vulenerable target)

 

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과거 대표적인 지대공 미사일

SA-2는 일반적인 위협의 이상적인 후보이며 그 이유는 전 세계적으로 배치되어 있고 수십 년에 걸쳐 다양한 업데이트가 이뤄졌기 때문이다. 아래의 표는 과거의 전형적인 지대공 미사일에 사용되어 온 일반적인 파라미터 값이다. 이는 오픈되어 있는 SA-2 자료 분석을 기반으로 한다. 많은 값들이 오픈되어 있지 않기 때문에 표에 있는 각 값의 근거는 아래와 같다.

 

[과거 대표적인 SAM 파라미터]

파라미터	값
치명 거리 (Lethal Range)	45 km
최대 고도 (Maximum Altitude)	20 km
운영 주파수 (Operating Frequency)	3.5 GHz
송신 전력 (Transmitter Power)	87.8 dBm
안테나 이득 (Antenna Boresight Gain)	31.6 dB
안테나 빔폭 (Antenna Beamwidth)	2°X10°
유효방사출력 (Effective Radiated Power)	119.4 dBm
부엽 수준 (Side-lobe Level)	-21 dB
펄스폭 (Pulse Width)	1 ㎲
펄스 반복 주파수 (Pulse Repetition Frequency)	1,440 pps

 

공개되어 있는 자료에 의하면 SA-2의 치명거리는 대부분 45 km이고 최대 고도는 20 km로 되어 있다.

그러나 격추는 이 보다 더 높은 고도에서 가능하다고 알려져 있다.

 

운영 주파수는 다양한 SA-2 모델에서 E, F 그리고 G 밴드를 사용한다.

우리는 이중에서 중간에 해당하는 3.5 GHz(F band)를 SA-2의 운용 주파수로 선택했다.

 

오픈 소스에서 송신 전력은 E 밴드와 F 밴드에서 600 kW로 되어 있으며 이를 데시벨 형태로 바꾸면 다음과 같다. 

 

송신 전력 in dBm = 10log₁₀(전력 in milliwatts) = 10log₁₀(600,000,000) = 87.8 dBm

 

안테나 주빔의 이득값은 보통 오픈 소스에서 찾기 어렵다.

그러나 빔폭 파라미터는 찾을 수 있다.

SA-2의 Fan Song 레이다의 경우, 두 개의 스캐닝 fan 빔의 안테나 빔 각도 영역은 2°X10°이다.

양쪽이 대칭이 아닌 안테나 빔의 이득은 다음의 계산을 통해 알 수 있다.

 

G = 29,000/(θ₁ X  θ₂)

 

여기서 G는 주빔의 이득이며 θ₁과 θ₂는 두 직교 방향의 3 dB 빔폭이다. 

 

이제 오픈 소스에서의 SA-2 정보를 이용하여 안테나 이득을 구하면 다음과 같다.

 

G = 29,000/(2°X10°) = 1,450

 

이를 데시벨로 바꾸면,

 

10log₁₀(29,000/1,450) = 31.6 dB

 

유효방사출력은 오픈 소스에서 찾기 쉽지 않다.

그러나 유효방사출력은 송신 전력에 안테나 이득을 곱하여 구할 수 있다.

즉, SA-2 Fan Song 레이다의 유효방사출력은 다음과 같다.

 

87.8 dBm + 31.6 dB = 119.4 dBm

 

SA-2의 펄스폭은 오픈 소스상에서 0.4에서 1.2 ㎲라고 한다.

여기서는 1 ㎲를 일반적인 값으로 사용한다. 

 

펄스 반복 주기는 오픈 소스상에서 추적 모드 시 1,440 pps(pulses per second)이 된다고 한다.

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과거 일반적인 획득 레이다

과거의 일반적인 획득(Acquisition) 레이다는 소련의 P-12 Spoon Rest 이 있다.

다음의 표는 오픈 소스에서 찾아볼 수 있거나 또는 오픈 소스로부터 구한 이 레이다의 파라미터를 보여준다. 

 

[과거 일반적인 acquisition radar 파라미터]

파라미터	값
거리 (Range)	275 km
최대 고도 (Maximum Altitude)	20 km
운영 주파수 (Operating Frequency)	160 MHz
송신 전력 (Transmitter Power)	83 dBm
안테나 이득 (Antenna Boresight Gain)	29 dB
안테나 빔폭 (Antenna Beamwidth)	6°
유효방사출력 (Effective Radiated Power)	112 dBm
부엽 수준 (Side-lobe Level)	-21 dB
펄스폭 (Pulse Width)	6 ㎲
펄스 반복 주파수 (Pulse Repetition Frequency)	360 pps

 

Spoon Rest Model D의 거리는 275 km로 알려져 있으며 운영 주파수는 150에서 170 MHz여서 우리는 중간값인 160 MHz를 선택한다.

송신 전력은 160에서 260 kW로 나와 있으므로 여기서는 200 kW로 설정한다. 

안테나 빔폭은 6°이며 따라서 안테나 이득은 다음의 식에 의해 29 dB로 계산된다.

 

G = 29,000/BW²

 

200 kW의 송신 전력은 83 dBm이며 ERP(유효방사출력)는 송신 전력과 안테나 이득의 곱이기 때문에 ERP는 112 dBm이 된다.

 

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일반적은 대공포

구 소련의 schilka, ZSU 23-4 자동 방공포는 과거의 일반적인 대공포로 여겨진다.

다음의 표는 이러한 무기의 파라미터를 보여준다.

이 시스템의 추적 레이다는 gun dish이며 이는 1m 직경의 안테나이고 J 밴드에서 운영한다.

여기서는 15 GHz로 간주한다.

 

[과거 일반적인 대공포 파라미터]

파라미터	값
치명 거리 (Lethal Range)	2.5 km
최대 고도 (Maximum Altitude)	1.5 km
운영 주파수 (Operating Frequency)	15 GHz
송신 전력 (Transmitter Power)	70 dBm
안테나 이득 (Antenna Boresight Gain)	41 dB
안테나 빔폭 (Antenna Beamwidth)	1.5°
유효방사출력 (Effective Radiated Power)	111 dBm
부엽 수준 (Side-lobe Level)	-21 dB

 

Gun dish의 송신 전력은 오픈 소스에서 찾기 힘들기 때문에 여기서는 단거리 AAA 레이다인 독일의 Wurzburg 레이다의 송신 전력인 10 kW와 동일하게 간주했다.

이 전력은 70 dBm과 같다.

1m 직경의 안테나 이득은 15 GHz 대역에서 다음과 같이 계산할 수 있다.

 

G = -42.2 + 20log(D) + 20log(F)

 

여기서 G는 데쉬벨로 표현된 안테나 이득이고 D는 안테나의 직경이며, F는 MHz 단위의 운영 주파수이다. 

계산된 결과는 41 dB가 되며 따라서 유효방사출력은 111 dBm이 된다.

 

안테나 빔폭은 다음의 계산 결과로 1.5° 가 된다.

 

20logθ = 86.8 - 20logD - 20logF

 

여기서 θ는 3 dB 빔폭이며 D는 안테나 직경, F는 운영 주파수이다.

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