2025. 4. 13. 22:17ㆍElectronic Warfare/EW Technology
본 내용은 책 "ELINT - The Interception and Analysis of Radar Signals" 에 있는 PRI 분석에 대한 내용이다.
펄스 반복의 간격, 즉 PRI를 ELINT에서는 어떻게 분류하며 분석 방법과 어떠한 의미를 갖는지 알아본다.
개 요
펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetion Interval)는 ELINT 신호 분석에서 중요한 한 부분이다.
레이다의 성능은 이 PRI 타이밍에 의해 크게 영향을 받는다.
많은 레이다 경보 수신기와 재머는 PRI의 특성을 이용하며 PRI 데이터는 일반적으로 랩에서의 오프라인 분석을 위해 저장된다.
레이다 펄스는 보통 반복된다.
그러나 펄스 간의 간격은 변화할 수 있다.
여기서 PRI란 용어는 첫 번째 레이다 펄스의 선행하는 엣지(Leading Edge)부터 그 다음 레이다 펄스의 선행 엣지까지의 간격이란 의미로 사용된다.
가까운 간격으로 존재하는 여러 그룹이나 burst를 사용하는 레이다 시스템에서의 PRI는 그룹의 첫 펄스의 선행 엣지부터 다음 그룹 첫 번째 펄스의 선행 엣지까지를 말한다.
이를 펄스 그룹 반복 간격이란 뜻의 PGRI(Pulse Groupe Repetition Interval)이라고 부른다.
펄스 외형선 모양에 대한 정밀한 조사를 통해 레이다의 성능과 변조기의 메카니즘을 알아낼 수 있으며 펄스 간격에 대해서 정밀 조사를 하면 레이다의 다른 성능과 펄스 타이밍 회로의 메카니즘을 알아 낼 수 있다.
PRI 분서에서 자주 얘기되는 주제는 카우트다운 회로를 이용하여 짧은 간격의 배수가 되는 PRI를 만드는 것이다.
레이다 설계에서 정확한 거리 계산을 위해서는 레이다 송신 펄스와 발진기가 생성하는 타이밍 마크 간에 동기화를 하는 것이 편리하다.
따라서 PRI는 이 발진기 주기의 어떤 특정 배수가 된다.
초기의 카운트다운 회로는 아날로그 멀티바이브레이터(Multi-Vibrator)를 사용하여 최소의 펄스 간격을 만들어냈다.
그리고 레이다의 전송은 아날로그 지연 만료 후에 타이밍 발진기로부터 첫 번째 펄스가 발생되었다.
이 지연의 안정성에 의존해서 많은 서로 다른 배수의 타이밍 발진기 주기 중 하나가 PRI로 선택된다.
디지털 카운트다운 회로는 이에 비해 훨씬 적은 카운트 오류가 생긴다.
PRI 분석의 또 다른 한 측면 중 하나는 누락 펄스나 약한 펄스가 있다.
이는 마그네트론 레이다가 다른 타입의 레이다보다 더욱 심각한 문제를 일으킨다.
일반적인 제조사의 규격에 의하면 0.01%에서 0.1%까지 펄스 누락을 정의한다.
이는 레이다 측면에서는 눈에 띄는 레이다 성능 저하가 일어나지 않는 반면에 ELINT 분석의 측면에서는 한 burst에서 몇몇의 펄스 누락으로 혼돈이 만들어 질 수 있다.
물론 탐지 임계치 레벨 가까이에서의 약한 펄스들도 누락될 수 있다.
가장 좋은 방법은 탐지 확률(1-펄스 누락부분)을 보다 커지도록 설정하여 송신기에 의해 어쩔수 없이 놓치는 펄스들보다 더 많은 펄스들을 놓치는 것을 방지할 수 있다.
일반적 PRI 카테고리 (1)
ELINT 분석가들은 PRI의 변화를 탐구하고 레이다 에미터를 어느 하나의 카테고리에 국한시키는 노력을 해왔다.
아래의 테이블은 이러한 노력으로 분류한 내용을 보여준다.
각 PRI 카테고리는 레이다의 다른 기능과 연계되어 있는 것을 볼 수 있다.
| 유형 | 일반적인 기능 | 비고 |
| Constant | 일반적으로 탐색 또는 추적 레이다 | 변화는 평균 PRI 값의 1% 이하 매우 안정적인 constant PRI 레이다는 MTI 나 펄스 도플러 레이다에서 사용 |
| Jittered | 몇몇 재밍의 에 대한 영향성을 줄임 | 많은 PRI의 변화 : 평균 PRI에서 약 30%까지 변화 |
| Dwell and Switch | 펄스 도플러 레이다에서 거리나 속도 모호성을 해결 | Burst 간 몇몇 안정적인 PRI가 스위치 됨 |
| Stagger | MTI 레이다 시스템에서 blind speed를 제거 | 펄스 간 주기적으로 몇몇의 안정적인 PRI가 스위치 됨 |
| Sliding | 고각 스캐닝 중 일정한 고도 영역을 제공하거나 eclipsing을 회피할 수 있음 | 최대 고도각에서 최대 PRI는 보통 6번 이하의 최소 PRI |
| Scheduled | 전자 스캔과 다기능에서 사용 및 소프트웨어적 제어 | 표적의 위치에 따라 수 많은 복잡한 패턴을 보유 |
| Periodic Variation | Eclipsing을 회피하면서 미사일 유도 | 평균 5%까지의 거의 정현파에 가까운 변화 속도는 50 Hz나 그 이상 |
| Pulse Groups | 거리나 속도 해상도의 향상 | IFF나 비컨 interrogation에 사용 |
[ Constant PRI ]
최대 변화값이 평균 PRI의 1%보다 작으면 일반적 constant PRI라고 부른다.
Constant PRI 레이다 신호에서 관심있는 파라미터는 평균 PRI와 피크 간 우발적인(incidental) PRI 변화, PRI 드리프트(drift)의 양, 그리고 드리프트가 측정된 시간 주기이다.
만약 평균 PRI 값이 레이다의 최대 모호성 거리를 예측하는데 사용된다면, PRI를 결정하는데 있어서 약 1%의 정확도면 충분하다.
반면에 PRI를 제어하는 크리스탈 발진기의 평균 주파수 변화를 조사하기 위함이라면 매우 높은 정확도가 요구된다.
펄스 간격에서 우발적인 변화는 레이다의 트리거 생성 회로의 특성을 알아내는데 유용하게 사용될 수 있다.
예를 들면, 트리거 생성과 고정 표적으로부터의 반사파를 제거하기 위해 지연선(dely line)을 사용하는 MTI 시스템은 펄스 간격을 정밀하게 제어하는 것이 필요하다.
PRI 지터에 의한 MTI 개선 계수(Improvement Factor)의 한계는 다음의 식과 같다.
여기서,
Ijitter = Jitter에 의해 MTI 개선 계수 제한
PRIJ = RMS PRI jitter
PD = Pulse duration
이것은 30-dB MTI 개선을 위해서 1 ㎲의 펄스폭을 갖는 레이다 시스템은 최대 15.8 ㎲ 까지의 RMS PRI 지터를 허용할 수 있다는 의미가 된다.
그러나 각 개별의 PRI를 이러한 정확도로 측정하는 것은 매우 어렵다.
이를 위해서는 높은 SNR과 함께 레이다 스캔에 따른 펄스 크기 변화로 PRI가 변화하는 것을 피하기 위한 기법이 필요하다.
현실적으로 10에서 20 ㎲ 보다 작은 지터의 측정은 어렵다.
확실한 것은 SNR과 다른 제한을 분석가들이 마주한다 하더라도 레이다로 인한 최대 지터는 수신 신호로부터 예측될 수 있다.
PRI 드리프트 특성 또한 관심있는 파라미터이며 그 이유는 레이다가 사용하는 PRI 안정화의 형태를 알 수 있기 때문이다.
드리프트는 특정 기간 동안 평균 PRI의 한 일부처럼 표현된다.
처리 절차는 짧은 시간 동안 평균 PRI를 결정하는 것이며 짧은 시간은 예를 들면 레이다의 주빔이 한 스캔 동안 ELINT 수신 안테나를 지나는 동안을 말한다.
이 짧은 시간 동안의 평균 PRI는 전 관측 시간 동안의 평균 PRI와 비교한다.
다음의 그림은 한 예를 나타낸다.
짧은 기간(short-term) PRI 평균의 최대는 긴 시간(long-term) 평균 PRI로 나누어 한 fraction을 얻는다.
Constant PRI 레이다에서 여러 개의 서로 다른 PRI를 사용하는 것은 흔한 경우이며 수동이나 소프트웨어에 의해 자동으로 선택되기도 한다.
이것은 거리나 도플러 해상도를 개선하거나 eclipsing 현상을 피하기 위해서 사용된다.
이 경우에 ELINT 분석가들은 모든 PRI를 이용하여 송신을 찾아야 하고 각각에 대해 동일한 지터와 드리프트 분석을 수행해야 한다.
[ Jittered PRI ]
의도적인 PRI의 변화는 앞에서의 표에서 봤듯이 다양한 레이다의 목적을 위해 사용된다.
이러한 다양한 PRI의 사용은 constant PRI 레이다의 부족한 기능을 보완하기 위함도 있다.
의도적인 jitter(큰 범위의 랜덤 PRI 변화)는 전자기 보호(EP)를 위해 사용되며 따라서 ELINT 분석가들에게는 흥미로울수 밖에 없다.
지터의 유형과 범위는 레이다 송신의 종류를 식별하는데 도움을 준다.
관심되는 파라미터는 constant PRI 레이다와 동일하지만 jitter는 파형의 분석이 강조된다.
일반적으로 jitter 파형과 통계를 나타내기 위하여 각각의 간격이 매우 정확하게 측정되어야 하다.
몇몇 레이다는 디스크리트한 간격의 값 중에서 랜덤한 선택으로 구성된 jitter를 사용하기도 한다.
다른 경우는 특정 범위내에서의 값을 갖는 간격을 가지기도 한다.
디스크리트한 간격의 경우에 ELINT 분석가들은 어떤 값을 사용하는지를 결정해야 한다.
디스크리트한 경우나 연속적인 PRI 변화를 갖는 경우나 모두 PRI가 변화하는 전 구간에서의 분포 형태가 결정되어야 한다.
다음 2부에서는 남은 PRI 변조 타입에 대해 알아보고 PRI를 분석하는 기법에 대해 알아본다.
출처 : ELINT - The Interception and Analysis of Radar Signals
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