[논문]물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용한 레이다 단면적 해석 기법

신호근; 박용배

물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용한 레이다 단면적 해석 기법 원문보기

電磁波技術 : 韓國電磁波學會誌 = The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.6, 2017년, pp.34 - 39

신호근 (아주대학교 전자공학과) , 박용배 (아주대학교 전자공학과)

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문제 정의

본 논문에서는 물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용 하여 산란체의 레이다 단면적을 계산하는 방법을 소개하고자 한다. 산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 평판에 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다.
본 논문에서는 물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용하여 표적의 레이다 단면적을 계산하는 방법에 대해 살펴보았다. 산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 물리광학법을 이용하여 평판에서의 산란파를 계산하며, 물리광학 회절 이론을 이용하여 모서리에서의 회절파를 계산하였다.

가설 설정

산란체를 완전도체로 가정하고, 입사파와 산란파가 모두 평면파이면, 물리광학법을 이용하여 산란파를 정확하게 계산할 수 있다. 물리광학법은 전자파가 직접 입사하는 부분에 표면 등가전류를 정의하고, 정의된 전류로부터 산란파를 계산하는 방법으로 다음과 같다^[10].

제안 방법

이중 반사가 발생하는 구조에서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 마지막 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산하였다. 그리고 2층 사각피라미드, 단순선박에 대한 레이다 단면적 해석 결과를 제시하였다. 본 논문에서 소개한 계산 방법은 임의의 형상을 갖는 산란체의 레이다 단면적 계산에 사용될 수 있다.
이중반사가 발생하는 구조에 대해서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다. 마지막으로, 2층 사각 피라미드, 단순선박에 대한 레이다 단면적 해석 결과를 소개한다.
그리고 2층 사각피라미드, 단순선박에 대한 레이다 단면적 해석 결과를 제시하였다. 본 논문에서 소개한 계산 방법은 임의의 형상을 갖는 산란체의 레이다 단면적 계산에 사용될 수 있다.
본 논문에서는 물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용하여 표적의 레이다 단면적을 계산하는 방법에 대해 살펴보았다. 산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 물리광학법을 이용하여 평판에서의 산란파를 계산하며, 물리광학 회절 이론을 이용하여 모서리에서의 회절파를 계산하였다. 이중 반사가 발생하는 구조에서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 마지막 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산하였다.

이론/모형

본 논문에서는 물리광학법과 물리광학 회절이론을 이용 하여 산란체의 레이다 단면적을 계산하는 방법을 소개하고자 한다. 산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 평판에 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다. 산란체의 기하학적으로 불연속인 모서리에는 물리광학 회절이론을 적용 하여 회절파를 계산한다.
산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 평판에 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다. 산란체의 기하학적으로 불연속인 모서리에는 물리광학 회절이론을 적용 하여 회절파를 계산한다. 이중반사가 발생하는 구조에 대해서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다.
산란체를 삼각평판의 합으로 모델링하고, 물리광학법을 이용하여 평판에서의 산란파를 계산하며, 물리광학 회절 이론을 이용하여 모서리에서의 회절파를 계산하였다. 이중 반사가 발생하는 구조에서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 마지막 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산하였다. 그리고 2층 사각피라미드, 단순선박에 대한 레이다 단면적 해석 결과를 제시하였다.
산란체의 기하학적으로 불연속인 모서리에는 물리광학 회절이론을 적용 하여 회절파를 계산한다. 이중반사가 발생하는 구조에 대해서는 광선 추적법을 이용하여 전자파의 경로를 추적하고, 전자파가 도달하는 면에서 물리광학법을 적용하여 산란파를 계산한다. 마지막으로, 2층 사각 피라미드, 단순선박에 대한 레이다 단면적 해석 결과를 소개한다.

성능/효과

5 m의 크기를 갖는다. VV 편파와 HH 편파 모두 newFASANT의 시뮬레이션 결과와 동일한 계산 결과를 얻은 것으로 보아, 정확하게 레이다 단면적을 계산한 것을 알 수 있다. 또한, 이중반사를 고려하지 않은 경우에는, 약 θ=10∼80°에서 계산결과가 크게 차이나는 것을 확인할 수 있다.
계산결과는 상용 EM 해석 소프트웨어인 newFASANT의 시뮬레이션 결과와 함께 [그림 9], [그림 10]에 도시하였다. 계산 결과는 newFASANT 시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. 2층 사각피라미드와 마찬가지로 이중반사를 고려하지 않은 경우에는 계산결과가 크게 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
또한, 이중반사를 고려하지 않은 경우에는, 약 θ=10∼80°에서 계산결과가 크게 차이나는 것을 확인할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이다(radar)는 무엇인가?	레이다(radar)는 송신한 전자파가 산란체에 의해 수신기 방향으로 되돌아오는 신호를 탐지하여 산란체에 대한 정보를 획득하는 시스템이다. 이 때, 레이다 관점에서 바라본 산란체의 크기를 레이다 단면적(Radar Cross Section)이라고 한다.
	레이다 단면적을 계산하는 방법은 무엇인가?	레이다 단면적은 레이다 및 스텔스 설계에서 매우 중요한 설계요소 중 하나이다. 레이다 단면적을 계산하는 방법으로는 변수분리법, 수치해석법, 고주파 해석기법 등이 있다 [1]∼[3] . 변수분리법은 정확한 해의 유도는 가능하지만, 구, 원기둥과 같은 특수한 경우에만 적용 가능하다.
	산란체에 기하학적인 불연속이 존재하여 물리광학법을 적용하여 정확한 산란파를 계산할 수 없을 때 어떻게 해야하는가?	하지만 [그림 3]과 같이 산란체에 기하학적인 불연속이 존재하면 회절파가 발생하기 때문에 물리광학법만 이용해서는 정확한 산란파를 계산할 수 없다. 따라서 물리광학 회절 이론을 함께 이용해야 정확한 산란파를 계산할 수 있다[2]∼[6]. 물리광학 회절이론은 모서리에서 전류를 정의하고, 정의된 전류로부터 산란파를 계산한다.

참고문헌 (14)

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석성하, 서태일, 전상미, 박해성, 김효태, "복합구조물의 RCS 예측", 한국전자파학회논문지, 11(6), pp. 929-938, 2000년 9월.

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신호근, 이석곤, 박동민, 신진우, 정명수, 박상현, 박용배, "함정용 통합 마스트의 레이다 단면적 분석", 한국 전자파학회논문지, 28(9), pp. 584-587, 2017년 7월.
신호근, 송성찬, 김지형, 박용배, "밀리미터파 W-대역에서 전차의 레이다 단면적 해석 및 응용", 한국전자파학회논문지, 28(9), pp. 756-759, 2017년 9월.

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H. Shin, S. Lee, D. Park, J. Shin, M. Chung, S. Park, and Y. B. Park, "Analysis of radar cross section of a battleship equipped with an integrated mast module based on PO and PTD", Journal of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 17, no. 4, pp. 238-240, Oct. 2017.

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이현수, 정기환, 채대영, 고일석, "RCS 계산을 위한 효율적인 IPO 계산 방법", 한국전자파학회논문지, 25(5), pp. 601-606, 2014년 5월.

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Vera B. Anand, Computer Graphics and Geometric Modeling for Engineers, John Wiley & Sons, 1993.
Tomas Moller, Real-Time Rendering, AK Peters, 2002.
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N. A. Albayrak, "RCS computations with PO/PTD for conducting and impedance objects modeled as large flat plates," M.S. thesis, Dep. Elect. Electron. Eng., Inst. Eng. Sci. Bilkent Univ., Ankara, Turkey, 2005.
E. F. Knott, J. F. Shaeffer, and M. Y. Tuley, Radar Cross Section 2nd Edition, Artech House, 1993.
신호근, 박용배, "복합 산란체의 레이다 단면적 해석을 위한 은면처리 알고리즘", 한국전자파학회 하계종합학술대회 논문집, pp. 99, 2017년 8월.
newFASANT. [Online]. Available: www.fasant.com

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