2부에서는 DRFM을 통한 Coherent Jamming의 특징과 DRFM의 위협신호 분석 능력에 대해 알아본다.
또한, 펄스 간 주파수 변화를 갖는 레이다에 대한 DRFM의 대응 능력에 대해 알아본다.
Coherent Jamming
DRFM을 사용하는 장점 중에 하나는 coherent 재밍 신호 생성이 가능하다는 것이다.
이는 특히 펄스 도플러 레이다를 재밍할 때에 매우 중요한 부분이다.
아래의 그림은 펄스 도플러 레이다의 수신기에 들어오는 모든 신호 처리의 한 부분으로서 거리 대 속도 매트릭스를 보여준다.
[ Increased Effective J/S ]
잡음 재밍은 레이다의 처리 이득을 수 데쉬벨 떨어뜨림으로써 펄스 도플러 레이다에 대한 효과적인 J/S를 가질 수 있다.
예를 들어 CPI(Coherent Processing Interval)와 표적을 비추는 스캐닝 빔의 시간이 동일한 획득 레이다가 있다고 생각해 보자.
이 레이다는 5초의 원형 스캔 주기를 가지고 있으며 빔 폭은 5°이고 PRF(Pulse Repetition Frequency)가 초당 10,000이다.
다음의 식을 통해 빔이 표적을 비추는 시간 즉, 이와 동일한 CPI는 69.4 ms 가 된다.
Illumination Time = Scan Period x (Beamwidth / 360°)
= 5 second x (5° / 360°) = 69.4 ms
펄스 도플러 레이다의 처리 이득은 CPI에 PRF를 곱한 것과 같기 때문에,
Processing Gain = 0.0694 x 10,000/sec = 964
이며 이는 29.8 dB와 같다.
단일 도플러 필터의 대역폭은 CPI의 역수 또는 14.4 Hz 가 된다.
이는 레이다의 신호로부터 반사된 표적 반사 신호가 29.8 dB만큼 강화된다는 의미이다.
그러나 noncoherent 재밍 신호는 이를 강화하지 못할 것이다.
그렇기 때문에 coherent 재밍 신호는(DRFM에 의해 생성된) 이 14.4 Hz의 필터에 포함될 수 있어서 동일한 유효방사전력을 가정했을 때에 29.8 dB 만큼 noncoherent 재밍 신호보다 우수한 재밍성능을 가질 수 있는 것이다.
[ Chaff ]
Chaff에 의해 반사된 레이다 신호는 많은 Chaff의 움직임으로 인해 주파수 영역에서 넓게 퍼지게 된다.
펄스 도플러 레이다는 이러한 chaff에 의한 반사 신호를 구분할 수 있으며 chaff가 레이다 표적 추적을 푸는 기능을 배제할 수 있어서 chaff가 있는 환경에서도 레이다로 하여금 실제 표적을 선택하고 처리가 가능하게 해 준다.
그러나 만약 DRFM에 의한 coherent 재밍 신호로 chaff를 비춘다면 레이다가 표적 추적을 놓치게 하는데 매우 유효할 수 있다.
[ RGPO and RGPI Jamming ]
레이다의 도플러 필터 뱅크는 표적의 거리 변화율을 결정할 수 있게 해준다.
다음의 그림과 같이 펄스 도플러 레이다는 각각의 도플러 변화를 통해 표적들을 구분할 수 있다.
레이다 처리는 신호의 거리 대 시간을 확인할 수 있고 각각 표적의 방사 속도를 계산할 수 있다.
적절한 표적 반사의 경우는 표적의 거리 변화율과 도플러로부터 추출된 속도가 같다.
만약 RGPO(Range Gate Pull-Off)나 RGPI(Range Gate Pull-In) 재밍 기법이 레이다에 사용되었을 때, 이 도플러 변화는 거리 변화율과 일치하지 않을 것이다.
이는 재머가 오직 송신된 주파수의 펄스를 지연시키거나 앞당기기만 할 뿐이기 때문이다.
따라서 레이다는 재밍 신호를 제거하고 실제 표적을 계속 추적할 수 있게 된다.
DRFM은 신호를 coherent 하게 재송신하기 전에 레이다 펄스의 시간과 주파수를 변화시킬 수 있다. 그래서 레이다에게 이 재밍신호는 적절한 표적 신호로 보이며 재밍 신호가 레이다 표적 추적을 놓치게 할 수 있다.
[ Radar Integration Time ]
레이다 수신기는 레이다 자신의 신호에 최적화되어있다.
그러므로 펄스폭이 정확히 동일한 펄스는 레이다 자신의 신호와 동일한 integration 특성을 갖게 된다.
DRFM은 레이다 펄스의 지속시간과 동일한 재밍 펄스를 생성할 수 있어서 J/S 비를 극대화할 수 있다.
[ Continuous Wave Signals ]
DRFM은 CW 신호를 연속해서 저장할 수 있고 이를 연속적인 디지털 데이터로 변환하고 디지털 메모리에 저장할 수 있다.
이 저장된 데이터는 이후 CW 신호가 존재하는 동안 지연 이후에 재생되고 다시 아날로그 신호로 변환된다.
CW 레이다는 표적의 거리를 측정하기 위해 다음의 그림과 같이 주파수 변조가 필요하다.
DRFM은 CW 신호를 저장하고 어떤 주파수 변조든 저장되고 연속적으로 재생할 수 있다.
추가적인 주파수 변조를 통해 DRFM은 어떤 원하는 표적 속도를 모의할 수 있다.
DRFM의 위협신호 분석
전자전 분야에서 DRFM 및 관련 프로세서의 중요 장점 중 하나는 탐지된 위협 신호를 매우 빠르게 분석할 수 있는 능력이다.
하나의 이슈는 위협 레이다 주파수이다.
송신 주파수의 측정과 복재가 매우 중요한데 그 이유는 최신의 위협 레이다는 주파수 다양성을 가지고 있기 때문이다.
[ Frequency Diversity ]
레이다 보호 기능 중 하나는 레이다 주파수의 다양성이다.
레이다는 운용자가 선택 가능한 주파수를 사용하거나 좀 더 복잡하게는 주파수를 주기적으로 변경할 수 있다.
이 두 가지의 경우 모두 DRFM은 첫 번째 펄스를 분석할 수 있고 동일한 주파수에서 coherent 하게 연속된 펄스를 송신할 수 있다.
이를 위해서 DRFM 시스템은 펄스 기간 동안 신호의 수신과 분석, 재밍 파라미터의 세팅, 그리고 재송신할 수 있을 만큼의 충분히 짧은 throughput 지연 시간이 요구된다.
이는 수십 마이크로세컨드에서 밀리세컨드 수준이다.
또한 이는 광대역과 협대역 DRFM의 최신 기술에 속한다.
[ Pulse-to-Pulse Frequency Hopping ]
더욱 힘든 문제는 레이다가 펄스 간 주파수 호핑을 한다는 것이다.
이러한 레이다는 pseudo 랜덤 하게 선택된 송신 주파수 열을 가질 것이다.
전체 주파수 범위는 송신 주파수의 약 10% 까지 될 수 있다.
이는 넓은 주파수 범위에서 운용되면서 발생할 수 있는 안테나 손실과 송신기 효율 저하를 피할 수 있다.
주파수 호핑 레이다는 각 펄스마다 랜덤 한 주파수를 선택할 수 있을 뿐만 아니라 재밍에 의해 품질이 저하된 주파수 영역은 사용하지 않음으로써 재밍 영향성을 최소화할 수 있다.
아래의 그림과 같이 모든 펄스가 재송신될 때에 재밍된 주파수는 선택되지 않는다.
Noncoherent Jamming 방법
펄스 간 주파수 호핑 레이다를 재밍하기 위해 noncoherent 재머는 두 가지의 옵션이 있다.
재밍 파워를 탐지되는 주파수들로 나누는 방법과 또는 모든 레이다 호핑 주파수에 걸쳐 재밍을 하는 것이다.
만약 재밍을 25개의 송신으로 쪼갠다면 재머는 모든 레이다 펄스를 재밍할 수 있다.
그러나 이는 25란 숫자에 의해 J/S 비가 14 dB 만큼(10log10(25)) 각 주파수에 대한 효과적인 재밍은 줄어들게 된다.
전체 호핑 범위에 걸쳐 재밍 신호를 퍼지게 하는 효과를 고려하기 위해서 우리는 먼저 레이다 수신기의 coherent 대역폭을 결정해야 한다.
이 coherent 대역폭은 펄스폭의 역수와 같다.
만역 펄스폭인 1 us 라면, coherent 대역폭은 1 MHz가 되며 이는 레이다 수신기 내에 spot 재밍을 가하기에 적당하다.
그러나 noncoherent 재밍의 대역폭은 일반적으로 조금 더 넓으며 여기서 5 MHz라 가정하자.
이는 전체 레이다 호핑 범위인 400 MHz에 걸쳐 퍼진 재밍 파워는 80의 인자로 각 호핑 주파수에서 19 dB 만큼 줄어든다.
재머가 높은 재밍 레벨의 주파수만을 커버하더라도 레이다는 이 재밍받는 주파수를 송신하지 않음으로써 이 전략을 무력화시킬 수 있다. 모든 레이다 펄스는 특정 주파수로 송신되기 때문에 레이다로 향하는 표적 반사 에너지는 동일한 에너지를 유지하고 따라서 재밍은 완전히 효과가 없어지게 된다.
Follower Jamming
그러나 만약 각 펄스의 레이다 주파수를 측정할 수 있고 그 주파수에 재밍을 할 수 있다면 완전한 J/S 비를 달성할 수 있다.
펄스 간 follower 재밍을 할 수 있기 위해서 DRFM과 관련된 처리 구성 요소들은 아주 작은 펄스의 일부 구간 동안 송신된 주파수를 결정하고 재밍 주파수 세팅을 해야만 한다.
만약 DRFM의 지연이 신호 전파와 처리 시간을 포함하여 100 ns 보다 작다면, 재머는 아래의 그림과 같이 펄스의 남은 90% 동안 재밍을 할 수 있다.
이는 지연이 없는 DRFM과 비교했을 때에 11%의 에너지 손실이 있다고 볼 수 있다.
이 11%는 0.5 dB와 같으며 즉, 100 ns의 지연을 갖는 follower 재머는 효과적인 J/S에서 오직 0.5 dB 만큼의 손실밖에 없다고 할 수 있다.
주목할 부분은 이는 noncoherent 재밍을 기반으로 설명한 것이며 정확도는 제한이 있을 것이다.
또한, 만약 레이다가 leading edge 추적을 할 수 있다면 새로운 주파수의 시작 지점에서 재밍이 있기 전까지 계속해서 표적을 추적할 수 있을 것이다.
만약 펄스가 더 길다면, 그래서 DRFM이 더 길게 신호 처리를 할 수 있다면 주파수는 더욱 정확하게 파악된다.
레이다의 호핑 주파수가 알려져 있다고 가정하면 재밍은 이 호핑 주파수를 더욱 정확하게 세팅할 수 있을 것이다.
DRFM과 관련된 디지털 신호 처리기(DSP)는 레이다의 미묘한 파형의 특징을 갖는 신호를 생성할 수 있다.
다음 3부에서는 주파수 변조 레이다에 대한 DRFM 대응에 대해 알아본다.
출처 : EW104
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