[논문]함정용 통합 마스트의 레이다 단면적 분석

신호근; 이석곤; 박동민; 신진우; 정명수; 박상현; 박용배

doi:10.5515/kjkiees.2017.28.7.584

함정용 통합 마스트의 레이다 단면적 분석
Analysis of Radar Cross Section of the Integrated Mast Module for Battleship 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.7, 2017년, pp.584 - 587

신호근 (아주대학교 전자공학과) , 이석곤 (한화시스템) , 박동민 (한화시스템) , 신진우 (국방과학연구소) , 정명수 (국방과학연구소) , 박상현 (국방과학연구소) , 박용배 (아주대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 함정용 통합 마스트의 레이다 단면적을 분석한다. 레이다 단면적 분석을 위한 물리 광학법 및 물리 광학 회절이론 기반의 계산 프로그램을 개발하고, 상용 시뮬레이터와 비교를 통해 계산의 정확도를 확인한다. 함정용 마스트의 형상과 입사각, 편파에 따른 레이다 단면적 변화를 계산하고 분석한다. 마스트의 측면 기울기 변화 및 모따기가 있는 마스트 구조를 통해 레이다 단면적을 감소시킬 수 있고, 이것을 저 RCS 함정 마스트 개발에 활용할 수 있음을 확인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the radar cross section of the integrated mast module for battleship is analyzed. The computation program based on physical optics and physical theory of diffraction is developed and the computed results are compared with those of commercial simulator to check the accuracy of computations. The radar cross section is calculated in terms of the mast shape, incident angle, and polarization. The radar cross section can be reduced through the change of the mast slope and the chamfered mast, which can be applied to a mast with a low radar cross section.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 함정 마스트 형상 변화에 따른 모노스테틱 RCS를 분석하였다. RCS는 고주파 근사법인 물리광학법 및 물리 광학 회절이론을 이용하여 계산하였다.

제안 방법

5배 빠르며, 두 결과가 잘일치함을 확인할 수 있다. 논문의 RCS 계산은 자체적으로 개발한 프로그램을 이용하여 계산하였다.
본 논문에서는 함정용 레이다 체계 구조를 고려한 함정용 통합 마스트를 PEC로 가정하고, 마스트의 기하학적형상 변화에 따른 모노스테틱 RCS를 S band에서 계산하고, 입사파의 입사각도와 편파에 따른 RCS 변화를 분석하였다.

데이터처리

그림 1과 같은 통합마스트 기본형상을 수평면에서 방위각이 0～360°로 변할 때, 자체적으로 개발한 프로그램으로 계산하여 EM 해석 시뮬레이터인 newFASANT[5]의 시뮬레이션 결과와 함께 그림 2에도시하였다.

이론/모형

본 논문에서는 함정 마스트 형상 변화에 따른 모노스테틱 RCS를 분석하였다. RCS는 고주파 근사법인 물리광학법 및 물리 광학 회절이론을 이용하여 계산하였다. 마스트의 측면 기울기 변화로 RCS 감소 효과를 가져올 수 있음을 확인하였으며, 모따기가 있는 마스트 구조에서는 편파에 따라 RCS 값을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

성능/효과

이는 RCS 패턴에서 확인할 수 있듯이, 특정각도에서 큰 RCS 값을 갖는 경우에 산술평균과 기하평균의 차가 크다는 관계도 확인할 수 있다. 결과적으로는 특정 각도를 제외하면 마스트의 측면 기울기가 감소할수록 RCS 감소효과가 있음을 확인하였다.
RCS는 고주파 근사법인 물리광학법 및 물리 광학 회절이론을 이용하여 계산하였다. 마스트의 측면 기울기 변화로 RCS 감소 효과를 가져올 수 있음을 확인하였으며, 모따기가 있는 마스트 구조에서는 편파에 따라 RCS 값을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.이러한 결과를 토대로 측면 기울기 조정, 형상 변경 등을 통한 저 RCS 함정 마스트 개발에 활용될 수 있다.
그림 1과 같은 통합마스트 기본형상을 수평면에서 방위각이 0～360°로 변할 때, 자체적으로 개발한 프로그램으로 계산하여 EM 해석 시뮬레이터인 newFASANT^[5]의 시뮬레이션 결과와 함께 그림 2에도시하였다. 본 구조에 대해서 개발한 프로그램의 계산속도는 newFASANT보다 약 1.5배 빠르며, 두 결과가 잘일치함을 확인할 수 있다. 논문의 RCS 계산은 자체적으로 개발한 프로그램을 이용하여 계산하였다.
산술평균은 큰 값에 더 가중치를 갖기 때문에 최대값의 증가로 산술평균이 증가한 것으로보인다. 이는 RCS 패턴에서 확인할 수 있듯이, 특정각도에서 큰 RCS 값을 갖는 경우에 산술평균과 기하평균의 차가 크다는 관계도 확인할 수 있다. 결과적으로는 특정 각도를 제외하면 마스트의 측면 기울기가 감소할수록 RCS 감소효과가 있음을 확인하였다.
그림 1의 마스트 윗면을 각각 2,000×2,000, 1,000×1,000mm로 변환하여 마스트 측면의 기울기 변화에 따른 RCS 패턴 변화를 그림 3에 도시하였다. 전체적인 RCS 패턴은마스트 윗면의 크기가 감소하여 측면 기울기가 감소할수록 RCS 크기 역시 줄어드는 것을 볼 수 있다. 표 1을 살펴보면 RCS 최대값과 산술평균은 증가 또는 감소하지만, 중간값 및 기하평균값은 윗면의 크기가 감소할수록 줄어드는 경향을 보였다.
계산 결과는 기본마스트 형상의 RCS 결과와 함께 각각 그림 5에 도시하였다. 전체적인 RCS 패턴을 살펴보면 VV 편파의 경우는 기존의 RCS 값보다조금 감소한 반면에, HH 편파의 경우는 조금 증가함을보였다. 표 2의 RCS 대푯값을 살펴보면 VV 편파는 기본마스트 형상보다 모든 대푯값 RCS가 감소함을 보인 반면에 HH 편파는 모든 대푯값 RCS가 증가함을 보였다.
전체적인 RCS 패턴은마스트 윗면의 크기가 감소하여 측면 기울기가 감소할수록 RCS 크기 역시 줄어드는 것을 볼 수 있다. 표 1을 살펴보면 RCS 최대값과 산술평균은 증가 또는 감소하지만, 중간값 및 기하평균값은 윗면의 크기가 감소할수록 줄어드는 경향을 보였다. 산술평균은 큰 값에 더 가중치를 갖기 때문에 최대값의 증가로 산술평균이 증가한 것으로보인다.
전체적인 RCS 패턴을 살펴보면 VV 편파의 경우는 기존의 RCS 값보다조금 감소한 반면에, HH 편파의 경우는 조금 증가함을보였다. 표 2의 RCS 대푯값을 살펴보면 VV 편파는 기본마스트 형상보다 모든 대푯값 RCS가 감소함을 보인 반면에 HH 편파는 모든 대푯값 RCS가 증가함을 보였다.

후속연구

마스트의 측면 기울기 변화로 RCS 감소 효과를 가져올 수 있음을 확인하였으며, 모따기가 있는 마스트 구조에서는 편파에 따라 RCS 값을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.이러한 결과를 토대로 측면 기울기 조정, 형상 변경 등을 통한 저 RCS 함정 마스트 개발에 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고주파 영역에서 RCS를 계산하는 가장 대표적인 방법은?	고주파 영역에서 RCS를 계산하는 가장 대표적인 방법은 물리광학법이다. 물리 광학법은 식 (1)과 같이 산란체에 전자파가 직접 입사하는 경우에 대해서만 표면 등가전류를 정의하고, 이로부터 산란파를 계산한다[3].
	RCS 값의 대푯값에는 무엇이 있는가?	RCS 값은 전자파의 입사각도 및 편파특성에 따라 그값이 변하기 때문에, RCS 성능의 기준치/목표치 달성을위해 대푯값을 사용한다. 대푯값은 최대값, 최소값, 중간값, 평균값 등이 있다. 평균값은 산술평균과 기하평균을사용하며 각각 식 (1) 및 식 (2)와 같다.
	물리 광학법의 단점은?	물리 광학법은 매우 정확한 산란파를 계산하지만, 산란체가 기하학적으로 불연속이 있을 때 오차를 발생시킨다. 이는 모서리에 의한 회절파의 영향으로, 이를 고려하는 물리 광학 회절이론을 함께 고려해 주어야 정확한 산란파를 계산할 수 있다[4].

참고문헌 (6)

권현웅, 홍석윤, 이광국, 김종철, 나인찬, 송지훈, "첨단 함형의 레이다 반사면적 해석", 해양환경안전학회지, 20(5), pp. 593-600, 2014년 10월.
안병준, 서상규, "함정 RCS 기준치 및 설계 목표치 설정을 위한 절차 연구", 한국전자파학회논문지, 26(6), pp. 581-588, 2015년 6월.

원문보기 상세보기
C. A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, John Wiley & Sons., pp. 286-344, 2012.
E. F. Knott, T. Senior, "Equivalent currents for a ring discontinuity", IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. 21, no. 5, pp. 693-695, Sep. 1973.

상세보기
newFASANT. [Online]. Available : www.fasant.com
안병준, "함정 RCS 저감 설계를 위한 최신 분석기법 연구", 한국전자파학회논문지, 25(3), pp. 333-338, 2014년 3월.

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