차세대 위협 레이다가 갖는 EP 기능 중 4부에서는 Frequency Diversity와 PRF Jitter, Home-on Jam 모드에 대해 알아본다.
주파수 다양성 (Frequency Diversity)
다음의 그림과 같이 레이다는 다중의 운용 주파수를 사용할 수 있다.
레이다는 효율적인 안테나와 제대로 동작하는 증폭기가 필요하며 그래서 사용되는 주파수의 범위는 10% 이내일 것이다.
만약 10% 이내의 주파수 범위로 동작한다면 파라볼릭 안테나는 55%의 효율을 가질 수 있다.
그러나 주파수 범위가 넓어질수록 안테나의 효율성은 더욱 떨어진다.
예를 들면, 2~18 GHz 범위의 EW 안테나의 효율은 30% 정도 수준이다.
[ 가장 단순한 방식의 주파수 다양성 ]
가장 단순한 주파수 다양성의 예는 선택 가능한 주파수들의 세트이며 레이다는 특정 시간 동안 이 주파수들의 세트에서 특정 주파수를 선택해서 사용하게 된다.
재머의 수신기가 운용 주파수를 측정하는 동안 재머는 사용할 주파수를 선택하고 레이다 신호에 대해 재밍 대역폭을 최적화시킬 수 있다.
이러한 방법은 기만 재밍 기법 뿐만 아니라 협대역 잡음의 spot 재밍에도 사용된다.
[ 좀더 복잡한 방식의 주파수 다양성 ]
더욱 복잡한 방식의 주파수 다양성 사용은 안테나의 한 sweep 당 하나의 주파수를 할당하는 것이다.
예를 들면, 만약 레이다 안테나가 helical 스캔(여러 개의 고각을 갖고 한 고각마다 원형의 방위 sweep을 수행하는 스캔 방식)을 사용한다면 레이다는 각 원형 sweep 마다 주파수를 바꿀 수 있다.
이는 레이다가 coherent 처리 간격 동안 하나의 주파수만을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
재머가 DRFM(Digital RF Memory)를 가지고 있다면, 재머는 레이다의 첫 펄스를 보고 주파수와 다른 파라미터를 측정할 수 있으며 레이다 빔이 재머를 가지고 있는 표적을 커버하는 동안 모든 연속되는 펄스들을 정확하게 복사할 수 있다.
이 DRFM에 대한 내용은 추후에 알아보도록 하겠다.
[ 가장 복잡한 방식의 주파수 다양성 ]
가장 어려운 주파수 다양성의 활용 방식은 pulse-to-pulse 호핑이다.
이 경우, 각 송신되는 펄스는 pseudo 랜덤 한 방식으로 주파수가 선택된다.
재머가 앞으로의 펄스 주파수를 예측할 수 없기 때문에 완벽하게 레이다를 재밍하는 것은 불가능하다.
이러한 형태의 레이다는 재밍이 탐지된 주파수를 피할 수 있기 때문에 몇 개의 주파수를 재밍하더라도 재밍 성능을 향상시킬 수 없다.
만약 오직 몇 개의 주파수만 사용한다면 재머가 각 주파수를 선택할 수 있을 것이다.
그러나 더욱 일반적으로는 레이다가 호핑하는 주파수 범위 전체를 재밍하는 것이 필요하다.
예를 들면, 레이다가 6 GHz에서 10%의 주파수 범위에서 운용되고 3 MHz의 수신 대역폭을 갖는다면,
- 재머는 600 MHz의 주파수 범위를 커버해야 한다.
- 레이다는 오직 3 MHz의 재밍 신호만을 볼 수 있다.
- 따라서 재밍 효과도는 오직 0.05% 가 된다.
- 이는 J/S 비가 23 dB 떨어진 것과 같다.
PRF Jitter
만약 레이다가 아래의 그림과 같이 Pseudo 랜덤으로 선택된 펄스 반복 주기를 갖는다면, 레이다 펄스의 도착 시간을 예측하는 것은 불가능하다.
따라서 재머는 RGPI 재밍 기법을 사용할 수 없다.
만약 재머가 레이다의 거리 정보를 방해하기 위해서 cover pulse 기법을 사용한다면 재머는 반드시 가능한 펄스 위치의 전 범위를 커버할 수 있도록 확장되어야 한다.
이는 재머가 더욱 긴 기간의 duty cycle을 가져야 함을 의미하며 따라서 재밍 효율은 떨어지게 된다.
[ Burn-Through Range ]
자체보호 재머의 재밍 대 잡음 비는 거리 제곱의 함수이다.
다음의 그림과 같이 재머를 탑재한 항공기가 레이다로 접근할 때에 레이다 수신기에서의 재밍 신호 전력은 감소되는 거리의 제곱으로 증가하는 반면 표적에 반사된 레이다 신호의 전력은 감소 거리의 네제곱에 비례하여 증가한다.
레이다가 표적을 재탐지 할 수 있을 만큼 J/S 비가 줄어든 지점을 burn through 거리라고 부른다.
위의 그림에서 이 burn through 거리가 재머의 전력과 표적 반사 신호의 전력이 동일할 때로 그려져 있다.
그러나 사실 이는 조금 잘못된 것이며 레이다는 재밍 기법에 따라 표적 탐지를 보호할 수 있는 최소 J/S 비가 설계되어 있다.
또한, Stand-off 재밍의 경우, 자체보호 재머와는 다르게 재머를 탑재한 표적이 레이다로 접근하지 않는다.
여기서 Stand-off 재머가 더 이상 표적들을 보호하지 못하는 표적과 레이다간의 거리를 burn through 거리라 한다.
레이다 거리 방정식을 보면 레이다가 표적을 획득할 수 있는 거리를 정의하고 있다.
이 방정식은 여러 다른 형태로 사용될 수 있는데 모든 방정식에서 동일하게 레이다가 표적을 비추고 있는 시간을 표현하고 있다.
이는 레이다 탐지 거리가 표적 반사 신호의 수신되는 에너지에 따라 달라지기 때문이다.
잡음 전력에 대한 신호의 전력은 반드시 특정 레벨 이상 높아야 탐지가 가능하다. (일반적으로 13 dB)
레이다는 재머가 보내는 재밍 전력 동안 표적 반사 신호 전력을 찾는다.
레이다는 탐지 거리를 증가시키기 위해 유효 방사 전력을 높이거나 또는 펄스 열의 duty cycle을 증가시킬 수 있다.
많은 레이다는 방사 제어를 사용하고 있으며 적정한 신호 대 잡음 비를 유지할 수 있도록 유효 방사 전력을 맞추고 있다.
만약 재밍 신호가 감지되면 레이다는 출력을 최대치로 높일 수 있다.
J/S 비는 재머 대 레이다의 유효 방사 전력의 함수이기 때문에 레이다 전력의 증가는 J/S 를 떨어뜨리며 따라서 재밍을 극복하여 레이다의 탐지 거리를 증가시킬 수 있다.
또한, 레이다의 탐지 거리는 표적을 비추는 시간과 직접적인 비례 관계를 갖기 때문에 레이다의 duty cycle을 증가시키는 것은 탐지 거리를 증가시킬 수 있다.
Home-On-Jam
많은 최신의 미사일 시스템은 home-on-jam 모드를 갖고 있으며 또는 track-on jam 모드라 불리기도 한다.
아래의 그림처럼 미사일은 재밍 신호를 수신할 수 있어야 하고 그 도착 방향을 결정할 수 있어야 한다.
만약 레이다가 재밍 신호를 탐지하면, 레이다는 home-on jam 모드로 전환할 수 있으며 미사일은 재머가 있는 방향으로 방향을 전환하게 된다.
이러한 특징은 자체 보호 재밍에게는 매우 위험한 상황을 만든다.
또한 이러한 모드는 Stand-off 재머에 대해서도 사용될 수 있으며 만약 미사일이 stand-off 재머까지 사정거리가 된다면 이러한 고 가치 자산은 매우 위험에 처하게 된다.
미사일을 더 높은 고도에서 운용하면 home-on jam 모드에서 더욱 긴 운용거리를 획득할 수 있을 것이다.
Next Generation Threat Radar의 마지막 5부에서는 실제의 SAM 위협 레이다의 업그레이드에 대해 알아본다.
출처 : EW104
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