펄스도플러레이더

2012 포스팅 자료실 2012.08.04 15:17

펄스도플러레이더 ?

- Pulse doppler radar -

 

 

이번엔 요즘 한창 화제가 되고 있는 F-16 레이더 계량사업과 관련된 AESA, 능동전자주사배열 레이더의 원리인

펄스도플러레이더에 대해 알아보려 한다.

 

'전투기의 이해'에서는 먼저 CW레이더와 펄스레이더를 구분해 주고 있다.

 

『 전투기 레이더는 전파 방식에 따라 크게 CW(Continuous Wave : 연속파) 레이더와 펄스(Pulse)레이더로 구분할 수 있다.

CW레이더는 전파를 연속적으로 방사하는 방식이기 때문에 방사된 전파가 언제 돌아오는지를 알 수 없다.

따라서 전투기용 거리측정 레이더로는 부적합하기 때문에 반능동레이더 유도 미사일의 유도장비 등으로 제한적으로 사용되고 있다.

 

펄스레이더는 전파를 일정한 시간 내에 끊어서 방사하는 레이더이다. 극히 짧은 시간에 전파 펄스를 방사하고 되돌아오는 전파를 분석하여 물체의 특성과 정보를 파악한다. 펄스레이더는 펄스파(Pulse wave)에 변조를 가하지 않는 무변조 펄스레이더와 펄스를 압축하여 송신하는 펄스압축레이더로 다시 세분되며, 대부분의 전투기 레이더는 펄스레이더에 해당한다. 』

 

 

PRF와 PRI

 

PRI(Pulse Repetition Interval : 펄스반복주기)는 레이더에서 펄스가 반복되는 주기를 말한다.

PRI는 표적의 거리를 측정하는 데 영향을 미치는 요소이다.

 

PRF(Pulse Repetition Frequency : 펄스반복주파수)는 초당 송신되는 펄스의 수를 의미한다.

PRF는 탐지거리와 표적의 속도를 측정하는 데 영향을 미치는 요소이다.

(전투기 레이더는 대부분 1kHz에서 30kHz 사이의 PRF 값을 지니고 있다)

 

이 PRI와 PRF는 레이더의 특성을 결정하는 중요한 요소이며, 잘못된 PRF를 사용하면 표적의 거리 측정과 속도 측정에 문제가 발생하게 된다.

 

 

 

  PRF 

  장점  

  단점 

 저 PRF

 2kHz(모노펄스) 

 - 정밀거리측정

 - 상방탐색에서 장거리 탐지 

 - 지상 클러터로 인한 하방탐색 취약 

 중 PRF

 6~16kHz 

 - 하방탐색

 - 중거리 교전에서 최적 

 - 데이터 처리 증대 

 - 신호 손실로 인한 탐지거리 감소

 고 PRF

 30kHz(펄스도플러) 

 - 하방탐색에서 고속접근 표적 탐지

 - 탐지거리 증대 

 - 거리측정 불량

 - 저접근속도 표적 탐지 불량 

 

 

도플러 효과를 이용한 클러터 제거

 

전투기 레이더가 전파 빔을 지면이나 해면에 방사할 경우 표적의 반사파 외에도 지상이나 해면에서 반사된 수많은 반사파가 도달하게 된다. 이렇게 난반사되어 돌아오는 신호를 클러터(clutter)라고 한다. 높은 고도에서 운용되는 전투기 레이더는 이 클러터를 제거하고 표적의 반사파만을 얻기 위해 도플러 효과(Doppler effect)를 이용한다.

 

도플러 효과를 이용한 레이더는 이동표적에서 돌아오는 레이더 에너지 주파수가 고정되어 있는 지표에서 돌아오는 레이더 에너지 주파수와 이동속도 만큼 차이가 난다는 원리를 이용한 것이다. 상대속도에 의해 발생하는 이러한 차이를 도플러 편이(Doppler shift)라고 한다. 전투기가 수평 아래 방향으로 적기를 탐지할 때는 이 도플러 효과를 이용하게 되며, 이렇게 수평 아래를 탐색할 수 있는 기능을 하방탐색이라고 한다. 그리고 이동하는 물체를 시현하는 기능을 MTI(Moving Target Indicator : 이동표적표시)라고 한다.

 

전투기의 펄스레이더 중에서 도플러 편이를 이용하여 하방탐색이 가능한 레이더를 총칭하여 펄스도플러레이더라고 한다.

 

MTI 기능은 지상과 이동표적의 상대속도 차이를 이용하는데, 상대속도가 작으면 표적은 클러터에 묻혀버린다. 반면, 미세한 상대속도도 검출할 수 있도록 필터링 레벨을 높이면 저속의 구름이나 해면의 파도까지 이동표적으로 검출되는 현상이 발생한다. 현대 전투기는 이러한 문제점을 해결하기 위해 MTD(Moving Target Detector : 이동표적탐지기) 도플러 필터를 사용하고 있다. MTD 필터는 고정되어 있는 클러터를 메모리시키고, 펄스 반사파를 대조하여 이동하는 반사체만 검출하는 원리를 이용한다. MTD 필터는 도플러 편이가 작아서 상대속도 검출이 어려운 블라인드 속도(이동표적지시기 내에서 이동표적을 고정표적으로부터 식별할 수 없는 레이더 표적의 속도)의 표적을 검출할 수 있으며, 낮은 PRF에서 운용되는 것이 특징이다.

 

 

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