일반적으로 모노펄스 레이더의 오차 수준은 다중경로 간섭, 글린트, 동적 지연오차 등의 환경적 오차 요인이 제거된 이상적인 경우를 가정하고 있다. 따라서 지금까지는 외부 환경적 오차 요인이 포함된 모노펄스 레이더의 계측 불확도를 추정하여 왔다. 본 연구에서는 각기 다른 특성의 표적에 대해서 어떤 종류의 오차 요인이 모노펄스 레이더 계측 불확도 에 영향을 미치는지 살펴보았다. 이를 실험적으로 증명하기 위해서 먼저 환경적 오차 요인이 완벽히 제거된 이상적인 환경에서의 모의 실험 결과를 기술하였다. 이 결과와 함께 지상에 고정된 교정장치, 저속으로 기동하는 교정구, 고속으로 기동하는 비행표적에 대한 불확도를 추정함으로써 오차 요인이 포함된 각기 다른 특성의 표적에 대한 모노펄스 레이더 계측 불확도를 정량적으로 비교 고찰하였다.
일반적으로 모노펄스 레이더의 오차 수준은 다중경로 간섭, 글린트, 동적 지연오차 등의 환경적 오차 요인이 제거된 이상적인 경우를 가정하고 있다. 따라서 지금까지는 외부 환경적 오차 요인이 포함된 모노펄스 레이더의 계측 불확도를 추정하여 왔다. 본 연구에서는 각기 다른 특성의 표적에 대해서 어떤 종류의 오차 요인이 모노펄스 레이더 계측 불확도 에 영향을 미치는지 살펴보았다. 이를 실험적으로 증명하기 위해서 먼저 환경적 오차 요인이 완벽히 제거된 이상적인 환경에서의 모의 실험 결과를 기술하였다. 이 결과와 함께 지상에 고정된 교정장치, 저속으로 기동하는 교정구, 고속으로 기동하는 비행표적에 대한 불확도를 추정함으로써 오차 요인이 포함된 각기 다른 특성의 표적에 대한 모노펄스 레이더 계측 불확도를 정량적으로 비교 고찰하였다.
In general, an error budget of monopulse radar is proposed by manufacturer who assuming that all of external enviromental error resources such as multipath, glint, dynamic lag variation are removed. So until now, a measurement uncertainty of monopulse radar can be discussed including external enviro...
In general, an error budget of monopulse radar is proposed by manufacturer who assuming that all of external enviromental error resources such as multipath, glint, dynamic lag variation are removed. So until now, a measurement uncertainty of monopulse radar can be discussed including external enviromental error resources. In this paper, it is described that which kinds of error resource can effect on monopulse radar measurement uncertainty for different target property. To prove it experimentally, at first a simulation result is described assuming that all of external enviromental error resources are removed. It only includes receiver thermal noise. And then, monopulse radar measurement uncertainty estimation results tracking on calibration target which is fixed on specific position, calibration sphere which is moving slowly, weapon systems firing test which is moving fast are described quantitativly. All of these targets have different dynamic property.
In general, an error budget of monopulse radar is proposed by manufacturer who assuming that all of external enviromental error resources such as multipath, glint, dynamic lag variation are removed. So until now, a measurement uncertainty of monopulse radar can be discussed including external enviromental error resources. In this paper, it is described that which kinds of error resource can effect on monopulse radar measurement uncertainty for different target property. To prove it experimentally, at first a simulation result is described assuming that all of external enviromental error resources are removed. It only includes receiver thermal noise. And then, monopulse radar measurement uncertainty estimation results tracking on calibration target which is fixed on specific position, calibration sphere which is moving slowly, weapon systems firing test which is moving fast are described quantitativly. All of these targets have different dynamic property.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 먼저 모노펄스 계측 레이더의 불확도에 영향을 미치는 여러 가지 오차 요인을 살펴본 뒤, 각각의 오차 요인이 완벽히 제거된 이상적인 환경에서의 모의실험 결과와, 오차 요인이 포함된 추적 환경에서 특성이 서로 다른 표적에 대한 계측 불확도를 정량적으로 비교 고찰하고자 한다. 이를 위하여 먼저 레이더 시스템 사양서에서 제시된 수준으로 오차 신호를 생성하는 모의실험을 수행하여 불확도를 추정하고, 그 결과를 실제 추적 환경에서 특성이 서로 다른 몇 가지 종류의 표적에 대한 불확도 추정결과와 비교 기술함으로써, 각기 다른 특성의 표적에 따라 어떤 오차 요인이 모노펄스 레이더의 계측 불확도에 영향을 미치는지 살펴보고자한다.
본 연구에서는 모노펄스 레이더의 불확도에 영향을 미치는 여러 가지 오차 요인을 제시하고, 무기체계 시험 평가 목적으로 운용중인 모노펄스 레이더(RIR-778X)의 시스템 사양서 수준으로 모의실험을 시행하여 이상적인 계측 불확도를 살펴보았다.
모노펄스 레이더는 RCS(Radar Cross Section) 교정을 위해 교정구 추적을 실시한다. 본 절에서는 교정구 계측 불확도를 설명한다. 헬륨가스를 가득 채운 풍선에 알루미늄 재질의 6인치 교정구를 매단 후 모노펄스 레이더로 추적을 실시하였으며, 추적결과와 함께 획득된 IORF, UDRF, LRRF 오차 신호를 이용하여, 4.
가설 설정
모노펄스 레이더의 잡음은 표적 추적 도중 발생하는 시스템 손실, 수신기 열화에 의한 열잡음, 경로손실, 다중경로간섭 등, 다양한 경로 상에서 발생 할 수 있다. 본 연구에서는 바이어스 성분 오차는 교정을 통해 0이라 가정하고, 무작위 오차만 고려하기로 한다.
이 각각의 오차성분은 서로 독립적이고 평균이 0, 분산이 각각 σr2, σθ2, σΦ2인 가우시안(gaussian) 잡음으로 가정하였다.
제안 방법
본 연구에서는, 20ms 간격으로 획득되는 모노펄스 레이더 오차 신호를 50개씩 1초 단위로 이동 윈도우(moving window) 방식을 적용하여, 거리, 방위각, 고각에 대한 각각의 잡음 오차의 표준편차를 A형 불확도로 산출하였다[8].
본 절에서는 모노펄스 레이더 제작사의 사양서에서 제시하는 이상적인 잡음환경, 즉 수신기 열잡음만을 고려한 오차 신호를 모의로 생성하고, 생성된 오차 신호를 이용하여 계측 불확도를 추정하였다.
따라서 본 연구에서는 먼저 모노펄스 계측 레이더의 불확도에 영향을 미치는 여러 가지 오차 요인을 살펴본 뒤, 각각의 오차 요인이 완벽히 제거된 이상적인 환경에서의 모의실험 결과와, 오차 요인이 포함된 추적 환경에서 특성이 서로 다른 표적에 대한 계측 불확도를 정량적으로 비교 고찰하고자 한다. 이를 위하여 먼저 레이더 시스템 사양서에서 제시된 수준으로 오차 신호를 생성하는 모의실험을 수행하여 불확도를 추정하고, 그 결과를 실제 추적 환경에서 특성이 서로 다른 몇 가지 종류의 표적에 대한 불확도 추정결과와 비교 기술함으로써, 각기 다른 특성의 표적에 따라 어떤 오차 요인이 모노펄스 레이더의 계측 불확도에 영향을 미치는지 살펴보고자한다.
본 절에서는 교정구 계측 불확도를 설명한다. 헬륨가스를 가득 채운 풍선에 알루미늄 재질의 6인치 교정구를 매단 후 모노펄스 레이더로 추적을 실시하였으며, 추적결과와 함께 획득된 IORF, UDRF, LRRF 오차 신호를 이용하여, 4.1절과 동일한 방법으로 거리, 방위각, 고각 불확도를 산출하면 그림 7과 같다.
대상 데이터
모노펄스 레이더의 보어사이트 교정을 위해서 레이더에서 458 m 이격된 지점에 위치한 고정형 교정장치를 추적하였다. 추적결과와 함께 획득된 IORF, UDRF, LRRF 오차 신호를 이용하여, 4.
본 연구에서 소개된 모노펄스 레이더는, 외부 환경에 의한 오차 요소가 없다고 가정할 경우, 거리와 각도의 RMS 오차는 각각 2 m, 0.15 mil 수준이다. 이와 같은 수준으로 거리의 오차 평균이 0, 표준편차가 1m, 각도 오차 평균이 0°, 표준편차가 0.
데이터처리
005° 수준임을 확인할 수 있었다. 그리고 그 결과를 동적 특성이 완벽하게 서로 다른 세 가지 추적 대상에 대한 불확도 추정결과와 비교 기술하였다.
성능/효과
거리 불확도는 모의 오차신호 수준인 1 m, 방위각, 고각 불확도는 각각 0.005 ° 이하임을 확인할 수 있다.
결과적으로 표적의 동적 특성에 따라서 거리 계측 불확도는 최대 약 10배(1m와 10m), 각도 계측 불확도는 최대 4배(0.005°와 0.02°)까지 이상적인 계측 불확도와 정량적으로 차이가 난다는 것을 확인할 수 있었다.
결론적으로 본 연구를 통해, 동적 특성이 각기 다른 표적의 레이더 계측자료에 대한 학술적인 정량적인 불확도 추정방안을 제시함으로써, 무기체계의 전술적 가치를 제고하는 동시에 시험의뢰자의 고객만족도를 극대화시킬 수 있는 계기를 마련할 수 있었다.
둘째, 특별한 기동과 저고도 구간 비행을 하지 않는 교정구를 20km까지 추적한 결과, 거리 계측 불확도는 2m, 각도 계측 불확도는 0.005∼0.008° 수준임을 확인할 수 있었다.
모의실험 결과, 최대 거리 계측 불확도는 1m, 각도 계측 불확도는 0.005° 수준임을 확인할 수 있었다.
모의실험의 경우, 시간이 경과하더라도 추적 오차가 일정한 수준을 유지하기 때문에 거리, 방위각, 고각 불확도 결과도 일정한 수준을 유지함을 확인할 수 있다.
셋째, 고속으로 기동하는 30km 탄착 사거리의 비행 표적을 추적한 결과, 거리 계측 불확도는 최대 10m, 각도 계측 불확도는 최대 0.02° 수준임을 확인할 수 있었다.
첫째, 고정된 위치의 레이더 보어사이트 교정장치를 추적한 결과, 거리 계측 불확도는 1m, 각도 계측 불확도는 0.003° 수준임을 확인할 수 있었다.
후속연구
오차는 계통적인(systematic) 요소인 바이어스 성분과 무작위 성분인 잡음(noise)으로 구별할 수 있다. 오차 성분이 모두 상수로 기술되는 이상적인 경우에는 하나의 숫자로 표시 가능할 것이며, 이 숫자로 정규화한 자료를 사용하여 오차 보정 자료로 사용할 수 있을 것이다. 바이어스 성분은 오차의 평균값으로 표현하며 계측 자료의 정확도를 나타내고, 무작위 성분인 잡음은 오차의 표준편차로 표현하며 정밀도를 나타낸다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시스템 제작사가 제시하는 모노펄스 레이더의 오차 수준의 한계는?
일반적으로 모노펄스 레이더의 오차 수준은 시스템 제작사의 사양서에 의해서 획일적으로 제시되고 있다. 그러나 이러한 오차 수준은 외부의 환경적 오차 요인이 제거된 이상적인 경우를 가정하고 있다. 따라서 지금까지는 모든 외부 환경적 오차 요인이 포함된 추적 환경에서의 모노펄스 레이더 계측 불확도를 경험적으로 추정하였다. 그리고 환경적 오차 요인이 완벽히 제거될 경우, 오차 요인이 포함된 추적 환경에서의 계측 불확도보다 막연히 일정 수준 이상 향상된 수준일 것이라 추측하여온 것이 현실이다.
고속 표적의 모노펄스 레이더 추적 비용이 증가하는 이유는?
또한 고속으로 기동하는 표적에 대한 위치 정보를 모노펄스 레이더로 추적할 경우, 참값과 측정값의 차이인 오차 성분이 커지면 추적 실패의 위험성이 증가할 뿐 아니라, 추적 실패에 대비하여 계측 여유성을 확보하기 위해서 고가의 레이더를 추가로 병행 운용해야 한다.
계측자료가 얼마나 정확한지의 여부는 어떻게 알 수 있는가?
일반적으로 계측자료가 얼마나 정확한지의 여부는 참값(true value)과 측정값(measured value)에 대한 비교를 통해 알 수 있다. 그러나 고속으로 기동하는 표적에 대한 위치 정보의 경우, 정확한 참값을 알 수 없다.
참고문헌 (11)
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C. H. Ryu, G. H. Hwang, "Instrumentation Radar Accuracy Analysis," ADDR-514-101055, pp. 4-12, 2010.
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