이번 장에서는 표적의 복잡한 RCS 데이터를 획득하는 방법과 DRFM에서의 활용에 대해 알아본다.
복잡한 형태의 가짜 표적 생성
최신의 레이다 특히, SAR(Synthetic Aperture Radar)와 AESA(Active Electronically Scanned Arrays) 레이다는 표적의 다양한 부위의 형상에 따른 많은 산란을 포함하고 있는 복잡한 RCS(Radar Cross Section)의 표적을 탐지할 수 있다.
이러한 산란점들은 각각의 위상과 크기, 도플러 변이, 그리고 편파의 특성을 갖는 반사를 만들어낸다.
이런 다중의 반사들은 복잡한 표면 반사를 형성하기 위해 합쳐지고 최신의 레이다는 이를 분석하고 정확한 표적 인식을 할 수 있다.
Noncoherent 재머로부터 만들어진 단순한 거짓 표적 신호는 레이다로 수신되지만 파형은 실제 표적의 표면으로부터 반사된 신호와 매우 다른 파형을 갖는다.
이것은 최신의 신호처리 기능을 갖는 레이다는 절못된 RCS 특성과 함께 거짓 표적 신호를 제거할 수 있다.
따라서, 최신 레이다에 대한 효과적인 재밍은 RGPO나 RGPI와 정확하고 복잡한 파형을 갖는 다른 재밍 기법들을 이용하여 거짓 표적들을 만들어내야 한다.
[ Radar Cross Section ]
다음의 그림은 항공기의 RCS를 구성하는 여러 포인트들의 예를 나타낸 것이다.
게다가 엔진 흡입구와 엔진의 내부 움직이는 부위들도 RCS를 구성하는 요소이다.
이러한 모든 요소들이 표적의 기동에 따른 각도마다 달라지는 복잡한 RCS를 만들어 낸다.
또한, 표적 특징에는 제트 엔진 변조(JEM, Jet Engine Modulation)와 로터 블레이드 변조(RBM, Rotor Blade Modulation)도 있다.
JEM은 항공기 앞에 복잡한 압축 패턴을 만들며 이는 레이다 반사에 있어서 강한 스펙트럴 성분을 만들어 낸다.
헬리콥터로부터의 레이다 반사는 블레이드 수 및 회전 속도와 연관된 스펙트럴 특성을 갖는다.
RCS는 표적 기동에 따라 시간이 변화하는 특성을 갖는다.
최신의 레이다는 표적을 탐지하거나 가짜 표적을 제거하기 위해 이러한 시간 변화의 특성을 분석할 수 있다.
[ RCS 데이터 생성 ]
상세한 표적의 RCS는 RCS 챔버 내에서의 측정이나 컴퓨터 해석을 통해서 얻을 수 있다.
다음의 그림과 같이 RCS 챔버는 무반향 챔버이며 여기서 실제 대상 또는 스케일 모델을 대상으로
저전력으로 비춘다.
이러한 챔버는 전파 흡수 물질로 둘러싸여 있어 반사파가 존재하지 않는다.
전파 흡수 물질은 인접해 있는 흡수체와 깊은 내부 경사각을 이루며 피라미드 형태를 이루고 있어서
모델에 반사된 전파는 곧바로 이 흡수체로 향하게 된다.
이를 통해 마치 모델이 자유 공간에 있는 것과 같은 깨끗한 표적 반사 신호를 레이다는 얻을 수 있다.
여기서, 표적이 작다면 실제 사물을 챔버 내에서 적용할 수 있을 것이다.
그러나 표적의 실제 크기가 커서 챔버 내에서 시험이 불가하다면 스케일이 조정된 모델을 사용할 수 있다.
레이다의 운용 주파수는 크기가 작아진 배수 만큼 동일한 배수로 높아진 주파수를 사용해야 한다.
예를 들면, 1/5로 작아진 모델을 측정하기 위해서는 5배 높아진 주파수를 사용해야 한다.
이는 표적의 면적과 레이다 신호의 파장간의 비율을 보정한다.
RCS 데이터는 정밀한 단위로 측정되기 때문에 정확한 RCS 결과를 위해 중요한 것은 모델의 표면 특징이 매우 정확해야 한다.
대상은 챔버의 중앙에 위치하며 모든 각도에서의 RCS 측정을 위해 대상은 회전한다.
이렇게 측정된 데이터는 분석되고 특성을 추출하여 레이다의 표적 ID 테이블을 만드는 데 사용된다.
[ Computed RCS 데이터 ]
RCS 데이터를 얻는 또 다른 방법은 컴퓨터 해석이다.
예를 들면 항공기와 같은 대상은 평평하거나 또는 곡선의 표면들로 이루어져있다.
아래의 그림은 항공기를 구성하는 다양한 특징의 모양들을 나타낸다,
각 면의 구성은 그 크기와 레이다 방향으로의 각도에 따른 신호 크기 성분과 위상 성분의 RCS 특성을 갖는다.
금속이나 유리, 플라스틱등과 같은 표면의 재질 또한 고려되어야 하며, 대상의 컴퓨터 모델은 이러한 모든 표면에 대한 공식을 합산한다.
DRFM 활용 기술
DRFM의 성능에 있어서 가장 큰 제한은 항상 아날로그-디지털 변환기인 ADC 이다.
DRFM이 운용할수 있는 대역폭은 디지타이징 속도와 정확도에 의해 제한을 받으며, 신호의 재생성은 비트 수에 대한 함수이다.
샘플 당 비트 수는 출력되는 신호에 존재하는 스퓨리어스 응답의 수준을 결정한다.
현시점에서의 최신 기술은 2 GHz의 샘플링 속도와 12 비트의 양자화이다.
또 다른 중요한 기술은 FPGA(Field Programmable Gate Array) 이다.
이는 단일 DRFM 보드에서 더 많은 처리를 가능하게 한다.
[ 복잡한 표적 신호 포착 ]
레이다 표적의 거리와 상대 각도는 교전 중 계속해서 변화한다.
표적은 무수히 많은 산란 포인트를 가지고 있기 때문에 교전 중 최신 레이다는 계속해서 변화하는 매우 복잡한 표면 반사신호를 수신하게 된다.
최신의 레이다는 재머에 의해 생성된 가짜 신호를 표적 반사 신호와 구분할 수 있다.
그렇기 때문에 이러한 레이다에 대해 효과적인 기만 재밍을 위해서 재머는 표적 반사 신호에 가까운 가짜 신호를 만들어 낼 수 있어야 한다.
앞에서 본 바와 같이 RCS 데이터는 챔버 내에서의 측정이나 컴퓨터 해석을 통해 얻을 수 있다.
이러한 데이터는 또한 실제 운영 환경에서 측정될 수 도 있다.
그러나 모든 실제 환경에서의 데이터와 같이, 운영 환경에서 원하는 데이터를 구분해 내는 것은 매우 어려운 일이다.
다음의 그림은 수집된 데이터에서 주요한 산란 포인트를 결정하는 특별한 소프트웨어 구조를 나타낸다.
각 산란 포인트에서의 반사 신호는 상대 각도에 따른 위상과 크기, 도플러 편이, 그리고 위치의 인자로 특성화한다.
이러한 데이터는 데이터 베이스에 저장되어 DRFM 채널은 정확하고 역동적인 표적 반사 신호를 만들어 낼 수 있다.
[ DRFM 형상 ]
아래의 그림은 복잡한 형태의 거짓 표적을 만들어내는 구형 DRFM 시스템 블록다이어그램을 나타낸 것이다.
각 한 개 또는 두 개의 반사 신호를 만들어낼 수 있는 다중의 DRFM 카드 구조이다.
각 DRFM은 수신기로부터의 입력신호를 디지털화하고 표적의 산란점으로부터의 반사 신호를 복제한다.
그래서 출력 신호는 할당된 산란 포인트에 적절한 크기와 위상, 그리고 도플러 변이를 갖는다.
또한 현재의 표적 상대 각도에 해당하는 레이다 거리만큼 적당한 시간 지연을 갖는다.
DRFM의 RF 출력 신호들은 합쳐지고 표적 레이다를 향해 코히런트 하게 재송신된다.
FPGA의 활용을 통해 하나의 DRFM 보드는 12개의 산란 포인트에 해당하는 반사 신호를 만들어 낼 수 있다.
각 산란 포인트 신호는 도플러 변이와 거리 지연을 갖는 각각의 고유한 변조 특성을 가지고 있다.
이러한 산란 포인트 채널들의 각각은 또한 기만 재밍 기법을 수행하는 데에 요구되는 변조에 이용되며 레이다를 재밍하기 위해 각 포인트에 대한 신호는 서로 달라야 한다.
Jamming과 Radar 시험
여기서 배운 것은 기만 재밍에 해당하지만 동시에 최신의 레이다 시험에도 중요하다.
복잡한 레이다 반사 신호를 탐지하는 처리 능력을 갖는 레이다는 많은 전형적인 교전을 통한 다양한 표적을 모사할 수 있는 정확한 동적 시나리오가 필수적이다. 이 시험 시나리오는 모든 레이다의 하드웨어와 소프트웨어를 시험하기 위해서 적절한 크기와 위상, 그리고 위치 특성을 갖는 실제의 다중 산란 포인트를 포함해야 한다.
다음 장에서는 DRFM의 지연 이슈에 대해 알아본다.
출처 : EW 104
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