[논문]레이다 시스템 상호 간 운용을 위한 간섭 보호 기준 분석

김정; 정정수; 곽영길; 김진국; 전용찬

doi:10.5515/kjkiees.2014.25.4.434

레이다 시스템 상호 간 운용을 위한 간섭 보호 기준 분석
Analysis of Interference Protection Criteria for Interoperability of Radar Systems 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.25 no.4, 2014년, pp.434 - 441

김정 (한국항공대학교 항공전자공학과) , 정정수 (한국항공대학교 항공전자공학과) , 곽영길 (한국항공대학교 항공전자공학과) , 김진국 (한국항공대학교 항공전자공학과) , 전용찬 (한국항공대학교 항공전자공학과)

초록
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최근 군용 레이다 사용이 급증하면서 인접 시스템 상호 간의 전자파 간섭의 영향이 높아지고 있다. 본 논문에서는 레이다의 효율적인 운용을 위하여 국제 표준화 규정에 근거하여 군 무기체계 레이다의 탐지거리 및 탐지확률에 미치는 영향을 분석하여 상호운용에 대한 간섭 보호 기준을 제안한다. 레이다 상호 간 간섭이 존재 할 경우에도 요구 탐지거리 및 탐지확률을 확보하기 위한 허용 INR을 제시하였으며, 특히 INR이 -6 dB인 경우 5 %의 탐지거리 손실을 허용하는 조건에서 최대 탐지확률을 확보하기 위한 SNR을 시뮬레이션을 통하여 결과를 제시하였다. 향후 군 통합무기 체계에서 레이다 상호간의 간섭의 영향에 대한 보호기준을 정립하는데 활용될 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, a mutual interference threat has been increasing among the radar systems due to the rapid growth of the military radar operation. In this paper, the radar interference protection criteria is presented for interoperability in terms of the radar coverage and target detection probability in association with the international recommendation on the interference spectrum by ITU-R. The required criteria for the minimum allowable interference is also presented in terms of INR. In order to ensure the maximum detection probability of the radar under the mutual interference situation, only 5 % of detection range loss is allowed for the case of INR of -6 dB, and required SNR is presented at each INR in terms of the detection range and detection probability. This result will be useful for establishing the interference protection criteria in the combined military radar systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 INR에 따른 레이다 탐지 성능 지표로서 최대 탐지거리 및 탐지확률의 저하를 이용하며, 국제 간섭 보호 기준에서 INR이 –6 dB인 경우 확보 가능한 레이다 성능을 분석한다. 또한 동일한 간섭 조건에서 레이다 임무 수행에 요구되는 탐지 성능을 유지하기 위한 SNR을 제시한다. 이를 근거하여 통합군 작전 수행 시 레이다 임무 수행에 큰 영향을 받지 않고, 탐지 성능 감소를 허용할 수 있는 간섭 보호 기준 안을 정립한다.
본 논문에서는 레이다 무기체계의 안정적이고 효율적인 운용방안을 위해 국제 표준화 규정에 근거하여 레이다 방사 전력에 따른 탐지거리 및 탐지확률에서 군 무기체계의 레이다 간섭 보호 기준을 정립하였다. 2장에서는 국제 간섭 보호 기준을 설명하고, 3장에서는 간섭 영향 평가를 위한 레이다 성능 지표을 제시하였다.
그러나 전장 환경에서 군 작전 시 레이다 성능 유지를 위해서는 최대 탐지거리 및 표적 탐지확률을 확보하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하고, 피 간섭원의 보호를 위해 탐지확률, 위치추정 결정을 위한 탐지거리 확보 등 성능 특성의 양적인 지표를 기준으로 간섭 보호 기준을 제시하였다. 또한, 임무수행에 영향을 주지 않고 탐지성능 감소를 허용할 수 있는 간섭 대 잡음비(INR) 및 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 등으로 효율적으로 개선된 간섭 보호 기준 안을 제시하였다.

가설 설정

. 이 때, 신호 진폭은 Rayleigh 분포를 따르며, 잡음은 백색 가우시안 잡음이라고 가정하였다.

제안 방법

본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하고, 피 간섭원의 보호를 위해 탐지확률, 위치추정 결정을 위한 탐지거리 확보 등 성능 특성의 양적인 지표를 기준으로 간섭 보호 기준을 제시하였다. 또한, 임무수행에 영향을 주지 않고 탐지성능 감소를 허용할 수 있는 간섭 대 잡음비(INR) 및 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 등으로 효율적으로 개선된 간섭 보호 기준 안을 제시하였다. 즉, 간섭이 존재할 경우, 레이다 탐지거리 감소와 탐지확률 저하에 따른 허용 가능한 INR을 제시함으로써 군 작전 환경에서의 효율적인 레이다 운용을 위한 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 INR에 따른 레이다 탐지 성능 지표로서 최대 탐지거리 및 탐지확률의 저하를 이용하며, 국제 간섭 보호 기준에서 INR이 –6 dB인 경우 확보 가능한 레이다 성능을 분석한다.
즉, 간섭 존재 시 레이다 성능 유지를 위해서는 INR에 따른 간섭전력이 많은 영향을 끼치지만, 시스템 잡음 레벨 이상의 신호 레벨(SNR)이 확보되어야 함을 의미한다. 이를 확인하기 위해 표 3의 장거리 레이다 파라미터를 이용하여^[11] 탐지 성능에 따른 허용 INR 및 요구 SNR 분석을 근거로 하여 레이다 간섭 보호 기준 정립 요소를 도출하였다.
또한, 임무수행에 영향을 주지 않고 탐지성능 감소를 허용할 수 있는 간섭 대 잡음비(INR) 및 신호 대 간섭 잡음비(SINR) 등으로 효율적으로 개선된 간섭 보호 기준 안을 제시하였다. 즉, 간섭이 존재할 경우, 레이다 탐지거리 감소와 탐지확률 저하에 따른 허용 가능한 INR을 제시함으로써 군 작전 환경에서의 효율적인 레이다 운용을 위한 방안을 제시하였다. 특히, 허용 INR에 따른 최소 요구 SNR 및 탐지거리를 제시함으로써 레이다 성능 확보를 위한 출력전력과 무기체계 간 허용 가능 이격거리를 추정할 수 있도록 효율적인 간섭 보호 기준을 제시하였다.
즉, 간섭이 존재할 경우, 레이다 탐지거리 감소와 탐지확률 저하에 따른 허용 가능한 INR을 제시함으로써 군 작전 환경에서의 효율적인 레이다 운용을 위한 방안을 제시하였다. 특히, 허용 INR에 따른 최소 요구 SNR 및 탐지거리를 제시함으로써 레이다 성능 확보를 위한 출력전력과 무기체계 간 허용 가능 이격거리를 추정할 수 있도록 효율적인 간섭 보호 기준을 제시하였다. 제시된 보호기준은 특정 대역뿐만 아니라, 다양한 환경에서 운용되는 일반적인 레이다에 적용이 가능하며, 향후 군 통합무기 체계에서 레이다 상호 간의 간섭의 영향에 대한 보호기준을 정립하는데 활용될 것으로 기대한다.

성능/효과

국제 간섭 보호 기준에 의한 INR=–6 dB를 준수할 경우, 레이다 탐지확률 95 % 이상의 성능을 확보할 수 있음을 확인하였다.
따라서 레이다 상호간 간섭 보호 기준이 기존 ITU-R에서 권고하는 INR의 지표에만 의존할 경우, 잡음에 대한 간섭전력의 크기 만으로 표현되므로, 실제 수신 신호의 크기와는 무관하여 시스템의 탐지 반경과 탐지확률에 미치는 영향을 파악하기 어려운 문제점이 있음을 확인하였다. 그러나 본 논문에서는 실제 레이다 시스템의 신호와 잡음비에 대한 영향을 도입함으로써 간섭의 조건인 INR에 따라 탐지거리와 탐지확률을 제시할 수 있으므로 특정 대역뿐만 아니라, 다양한 레이다 운영 환경에서 보다 효율적인 간섭 보호 기준의 모델로 사용할 수 있음을 확인하였다.
그림 4와 표 4는 레이다 성능에 따른 허용 INR을 나타내며, 국제 간섭 보호 기준인 INR=–6 dB의 간섭전력이 인가되는 경우 레이다 최대 탐지거리 70 % 내에서 탐지 확률이 90 % 이상 확보할 수 있음을 확인하였다.
따라서 레이다 상호간 간섭 보호 기준이 기존 ITU-R에서 권고하는 INR의 지표에만 의존할 경우, 잡음에 대한 간섭전력의 크기 만으로 표현되므로, 실제 수신 신호의 크기와는 무관하여 시스템의 탐지 반경과 탐지확률에 미치는 영향을 파악하기 어려운 문제점이 있음을 확인하였다. 그러나 본 논문에서는 실제 레이다 시스템의 신호와 잡음비에 대한 영향을 도입함으로써 간섭의 조건인 INR에 따라 탐지거리와 탐지확률을 제시할 수 있으므로 특정 대역뿐만 아니라, 다양한 레이다 운영 환경에서 보다 효율적인 간섭 보호 기준의 모델로 사용할 수 있음을 확인하였다.
레이다 성능을 유지하기 위한 최소 SNR이 15 dB일 때, INR에 따른 탐지거리 감소를 나타내며, 국제 간섭 보호 기준에 의한 INR –6 dB를 적용하면 레이다 최대 탐지거리의 5 % 정도가 감소되는 것을 확인할 수 있다.
앞서 수신기에서의 최소 요구 SNR이 15 dB인 장거리 레이다가 70 % 이상의 탐지거리 및 90 % 이상의 탐지확률을 확보하기 위해서는 최대 INR –6 dB까지 허용 가능하며, 국제 간섭 보호 기준을 유지하면서 95 % 이상의 탐지거리 확보 및 95 % 이상의 탐지확률을 획득하기 위해서는 최소 SNR 20 dB 이상이 요구됨을 확인하였다.
레이다 최대 탐지거리 95 % 이상, 탐지확률 90 % 이상 확보를 위해서는 20 dB 이상의 SNR이 요구된다. 즉, 간섭으로 인한 시스템 잡음에 비해 19 dB 이상의 레이다 신호전력이 필요함을 확인하였다. 앞서 수신기에서의 최소 요구 SNR이 15 dB인 장거리 레이다가 70 % 이상의 탐지거리 및 90 % 이상의 탐지확률을 확보하기 위해서는 최대 INR –6 dB까지 허용 가능하며, 국제 간섭 보호 기준을 유지하면서 95 % 이상의 탐지거리 확보 및 95 % 이상의 탐지확률을 획득하기 위해서는 최소 SNR 20 dB 이상이 요구됨을 확인하였다.
또한 간섭 레벨 증가할 경우, 레이다 탐지거리와 탐지확률의 상충 관계에 의해 성능 저하를 고려해야 한다. 해당 레이다 시스템에 간섭 신호가 INR=0 dB로 인가되어 탐지거리 70 % 이상의 성능 확보를 할 경우, 탐지확률이 50 % 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 간섭 인가 시 탐지거리 및 탐지확률의 확보를 위해서는 요구 SNR 및 시스템 전력을 증가해야 한다.

후속연구

특히, 허용 INR에 따른 최소 요구 SNR 및 탐지거리를 제시함으로써 레이다 성능 확보를 위한 출력전력과 무기체계 간 허용 가능 이격거리를 추정할 수 있도록 효율적인 간섭 보호 기준을 제시하였다. 제시된 보호기준은 특정 대역뿐만 아니라, 다양한 환경에서 운용되는 일반적인 레이다에 적용이 가능하며, 향후 군 통합무기 체계에서 레이다 상호 간의 간섭의 영향에 대한 보호기준을 정립하는데 활용될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	통합 무기 체계의 정보 전자전 양상으로 변모되면서 군사무기에 어떤 영향을 미치고있는가?	최근 현대전이 통합 무기 체계의 정보 전자전 양상으로 변모되면서 군사 무기 체계의 첨단화, 복합화, 그리고 고도 정밀화가 가속되고 있다. 다양한 군사 무기 체계 중 레이다는 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 표적의 존재 유무를 탐지하고, 표적의 위치와 이동 속도 등의 정보를 추출하는 국가 방위의 핵심 센서로, 초기에는 적 항공기 탐지 등의 군사적 용도로만 사용되었으나, 현재는 비행기의 항법, 해상에서의 탐색 및 구조, 조기경보, 사격거리 내에 들어올 표적에 대한 화력 제어, 미사일 유도, 피아식별, 지형 영상 획득 등 다양한 분야에 이용되고 있다.
	레이다의 역할은?	최근 현대전이 통합 무기 체계의 정보 전자전 양상으로 변모되면서 군사 무기 체계의 첨단화, 복합화, 그리고 고도 정밀화가 가속되고 있다. 다양한 군사 무기 체계 중 레이다는 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 표적의 존재 유무를 탐지하고, 표적의 위치와 이동 속도 등의 정보를 추출하는 국가 방위의 핵심 센서로, 초기에는 적 항공기 탐지 등의 군사적 용도로만 사용되었으나, 현재는 비행기의 항법, 해상에서의 탐색 및 구조, 조기경보, 사격거리 내에 들어올 표적에 대한 화력 제어, 미사일 유도, 피아식별, 지형 영상 획득 등 다양한 분야에 이용되고 있다. 레이다의 광대역 주파수 사용은 고해상도, 고정밀, 그리고 대용량의 정보의 실시간 획득과 다양한 임무수행을 가능하게 한다.
	레이다 무기체계 간의 상호 간섭 위협이 증가됨에따라 무엇이 요구되는가?	그러나 동일 대역의 새로운 무기체계의 추가 배치 및 신⋅구형 레이다의 혼재 운용 등 군 주파수 사용범위가 확대되면서 레이다 무기체계 간의 상호 간섭 위협이 증가하고 있다[1]～[3]. 따라서 작전 반경 내 레이다 무기체계를 보호하기 위한 간섭 보호 기준이 요구된다. 하지만 군사정보의 보안성으로 인하여 공식적인 군 주파수 공유가 어려우며, 주파수 분석 체계 미 정립으로 인하여 레이다 체계의 간섭 영향에 대한 분석과 해결방법 등에 대한 연구가 제한적인 실정이다[4],[5].

참고문헌 (18)

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양주열, 정정수, 곽영길, "레이다 간섭 보호 기준에 따른 레이다 간 상호 간섭 영향 분석", 한국전자파학회논문지, 19(6), pp. 657-662, 2008년 6월.

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곽영길, 이강웅 "효율적인 항공 주파수 대역 분배와 관리 정책 연구", 한국전자파학회논문지, 23(8), pp. 878 -887, 2012년 8월.

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신용섭, "군 주파수 관리체계 개선방안 연구", 안보과정우수논문집 제13집, pp. 395-444, 2007년.
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ITU-R, "Technical and operational characteristics, and criteria for protecting the mission of radars in the radiolocation and radionavigation service operating in the frequency band 13.75-14 GHz", ITU-R Recommendation M.1644, Jun. 2003.
ITU-R, "Characteristics of and protection criteria for radars operating in the radionavigation service in the frequency band 31.8-33.4 GHz", ITU-R Recommendation M.1466, May 2000.
ITU-R, "Characteristics of, and protection criteria for sharing studies for radars operating in the radiodetermination service in the frequency band 33.4-36 GHz", ITU-R Recommendation M.1640, Jun. 2003.
Bassem R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design using MATLAB, Champman & Hall/CRC, pp. 145-152, 2005.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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