[논문]레이더 전파의 왜곡현상에서 오는 탐지 오류 저감 방안 연구

김진희; 김창은; 이용수

doi:10.20931/jkics.2019.2.1.036

초록
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현 시대는 인공지능(AI), 사물 인터넷(Iot), 빅 데이터(Big Data), 모바일(Mobile) 등과 같은 기술을 토대로 한 Digital화 문명사회로써, 이와 더불어 레이더 분야 또한 탐지 범위가 날이 갈수록 장거리화 되어가고 있다. 사람은 가시거리가 최대 20Km 정도이고, 가청 주파수는 20~20000Hz이다. 이렇게 제한적인 인간의 한계를 초월한 거리를 보기 위한 것이 레이더이며, 이러한 레이더들은 모두 장비 특성상 허위 항적을 발생하고 이로 인한 탐지 오류의 과실을 범하게 된다. 레이더의 왜곡 현상은 "비임의 굴절, 회절, 반사성, 허위 항적"이라는 부정확한 정보를 제공하며 이와 함께 초래되는 인간(방공 관제사)의 판단력 저하와 인적 과실은 전투기 출격을 야기하는 등 엄청난 손실을 초래할 수 있다. 또한, 긴박한 상황이나 중요 표적을 추적 감시할 때 가짜 항적을 추적 한다면 실질적 목표 표적을 놓칠뿐 만 아니라 재 추적을 위한 시간 지연이 불가피하다. 보완 대책으로써, 서로 다른 위치와 각도에서의 레이더 포착 자료를 서로의 레이더 자료로 전송하여 합성하면 왜곡된 자료의 분석, 교정이 가능하고 허위 항적 발생 감소와 더불어 목표물 추적의 정확도 향상이 기대되기에 본 방안을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

$21^{st}$ century is digitally civilized era. Technologies such as AI, Iot, Big Data, Mobile and etc makes this era digitally advanced. These advancement of the technology greatly impacted detection range of the radar. Human's eye sight can see about 20Km and hear 20 ~ 20000 Hz. These lim...

$21^{st}$ century is digitally civilized era. Technologies such as AI, Iot, Big Data, Mobile and etc makes this era digitally advanced. These advancement of the technology greatly impacted detection range of the radar. Human's eye sight can see about 20Km and hear 20 ~ 20000 Hz. These limitations can be overcome using radar. This radar technology is used in military, aircraft, ship, vehicle and etc. to replace human eye. However, radar technology is capable of making False Alarm Rate. This document will propose the fix of these problems. Radar's distortion includes beam refraction, diffraction and reflection. These inaccurate data result in deterioration of human judgements and my cause various casualties and damages. Radar goes through annual testing to test how many false alarm is being produced. Normal radar usually makes 10 to 20 False alarms. In emergency situation, if operator were to follow this false alarm, this might result in following false object or take 12 more seconds to follow the right object. This problem can be overcome by using different radar data from different places and angles. This helps reduces False Alarm rate and track the object twice as fast.

주제어

표/그림 (19)

$Fig. 1. Refraction of Radar waveform$ 그림 Fig. 1. Refraction of Radar waveform
그림 Fig. 2. Sea Clutter
그림 Fig. 3. Ground Clutter
그림 Fig. 4. Weather Clutter
그림 Fig. 5. Being unidentified Clutter
표 Table 1. Phase change of Echo Signal
표 Table 2. Calculation formula of induction BLIND SPEED Echo
표 Table 3. BLIND SPEED에 대한 DOPPLER frequency
그림 Fig. 6. SPEED relations and DOPPLER frequency
그림 Fig. 7. DOPPLER FILTER application Result explanain diagram
그림 Fig. 8. MLD (Mean Level Detector)
$Fig. 9. Traction capture by refraction beam$ 그림 Fig. 9. Traction capture by refraction beam
그림 Fig. 10. True Target and False Target Diagram
$Fig. 11. Verification technique of the target using beam’s refraction$ 그림 Fig. 11. Verification technique of the target using beam’s refraction
그림 Fig. 12. Radar data comparison table for friendly force distinguishment
그림 Fig. 13. 2 Hour Recording Data· of 00 Radar Base
그림 Fig. 14. Result of recording data combination (North upper part)
그림 Fig. 15. Materials 1Radar and 2Radar of composite subject
그림 Fig. 16. Clutter compare and remove applicable Zone

AI 본문요약
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문제 정의

지금까지 레이더 전파의 왜곡현상(비임 굴절, 회절성, 반사성, 허위 항적)에서 오는 탐지 오류의 문제점은 공중 감시 관제사들로 하여금 판단력 저하와 인적 과실을 초래하고 이에 따른 2차적 피해는 전투기 긴급 출동 등을 야기할 수있는 엄청난 손실을 야기한다. 따라서, 레이더 전파의 왜곡현상 원인과 적용 기법을 알아보고 대책을 제시 하였다. 우리나라의 지형적 특성상 근접 레이더의 포착 자료를 공유하여 Clutter를 제거하는 방식의 기대효과로써, 레이더 전파의 왜곡현상 개선은 물론, 허상 항적의 현저한 저감, 차폐 구역 상호 보완, 포착 능력 성능 비교, 평균 12초 주기의 표시기 감시 상태를 6초 또는 3초에 시현 설정이 가능하다.
오늘날 레이더의 성능이 제아무리 향상되었다 할지라도 수많은 허위 항적과 기상에 의한 제한성, 레이더 장비의 성능저하 등으로 인한 항적에 대한 식별의 오류는 여전한 문제점으로 남아있다. 따라서, 이러한 레이더의 특성에서 오는 문제에 대하여 보다 향상된 대책을 제시하고자 한다.
이 기법은 레이더의 포착 성능점검용으로도 유익할 뿐 아니라, 반복된 데이터 분석을 통한 비임 굴절 우려 구역을 지정해 놓을수 있다. 이 대책은 이미 레이더에서 적용된 기법에서 착안하여 국내 레이더망의 중첩 감시 이점을 살려 적용하기 위한 방법이다. 아래 [Fig.
이와 같은 현상 외에도 지표면이나 해면에서 반사되어 시현 되는 항적들이 Clutter로 나타난다. 이러한 일상적인 Clutter와 더불어 발생하는 레이더 전파의 왜곡 현상의 원인에 대하여 알아보겠다.
이와 같이 각종 Clutter와 더불어 왜곡된 항적은 식별의 혼란을 초래하며 레이더의 고질적인 문제로 지속되고 있으며, 이를 해결하기 위한 레이더 성능상의 어떠한 기법들이 있는지 살펴보자.
이는 PSR의 경우 파란색 원형(◇), SSR의 경우 적색(+)으로 구현된다. 이와 같이 인근 레이더 기지의 자료 공유를 통하여 데이터의 비교 분석 및 적용으로 비임 굴절에서 오는 오류 확률의 대처가 가능함을 제시하는 바이다.

제안 방법

ECM 상황에서 BURN THROUGH MODE와 겸용 시 효과적인 ECCM 기능을 갖게 된다. MLD(Mean Level Detector)의 설명도 [Fig. 8]과 같이 심한 CLUTTER나 ECM에 대하여 THRESHOLDLEVEL에 필요한 신호를 제거할 정도로 상승되고 이 THRESHOLD를 초과하는 유용한 신호만 추출하게 한다.
모든 레이더에는 NOISE LEVEL 이상으로 THREHOLD(BIAS)를 사용하여 NOISE를 제거하고, THRESHOLD LEVEL을 초과하는 신호만 검출한다. 이 MLD는 THRESHOLD LEVEL이 입력신호의 대소에 의해 가변되어 심한 CLUTTER나NOISE ECM을 제거하는 ECCM 기능이다.
위의 이론적 고찰을 다루면서 레이더의 왜곡 현상에 대한 개념, 종류, 처리 기법을 살펴보았다. 그럼에도 불구하고 지속적으로 발생하는 레이더 왜곡 현상은 여전히 문제점으로 지속 시현되고 있으며, 먼저 레이더의 비임 굴절에 의한 왜곡 현상의 문제점을 [Fig.
첫째, 레이더 시스템에서 발생하는 레이더 전파 왜곡 현상의 개념을 파악하고 둘째, Clutter의 주요 원인과 종류를 알아보았으며 셋째, 이러한 왜곡 현상과 Clutter에 대한 처리 기법은 어떠한 것들이 적용되고 있는가를 연구 범위로 설정 하였으며, 이를 토대로 국내 레이더의 현 운용 환경하에서의 왜곡현상 저감 방안은 무엇인가를 연구하고 대책을 제시하고자 한다.

대상 데이터

우리나라의 최장거리 레이더는 바로 최근 중국과의 마찰을 야기한 사드(THAAD : Terminal High Altitude Area Defense)레이더와 이스라엘 엘타(ELTA)사에서 구입한 조기경보 레이더이다. 이어서 공중 감시용 방공 관제 장거리 레이더 기종이 그 뒤를 이으며, 각각의 탐지 거리는 사드 약 600 Km (개조 시 2000 Km), 조기경보 레이더(Green Pine)는 약 500 Km, 장거리 공중 감시 레이더(약 370 Km)로써, 탐지거리가 상상을 초월한다.

성능/효과

이 RGPD의 원리를 이해하기 위하여 이동 물체가 일으키는 FD : Frequency Doppler(도플러 주파수)와 BLINDSPEED 간의 관계를 이해해야 한다. FD(Table1 : 에코 신호의 위상변화 관계 계산식)와 BLIND SPEED(Table2 :BLIND SPEED의 산출 유도 과정)에 관한 산출 식을 종합하면 [Table 3] BLIND SPEED에 대한 DOPPLER 주파수 관계식과 같이 첫 번 BLIND SPEED에 대한 FD는 PRF와 일치된다.
결국 MTI의 속도 관계 곡선은 도플러 관계곡선도와 일치됨으로 속도 관계 곡선과 DOPPLER 주파수의 관계설명도 참조) MTI는 도플러 필터를 대행하는 단순한 기능에 불과한 결론이 얻어진다. 즉 NOR RX는 목표물의 운동이나 이에 인한 FD 개념과는 무관하게 일정한 성능을 유지한다(“A”도).
첫째, 레이더는 특수 운용 시스템으로써, 학계나 일반기업과의 공동 연구가 상당히 제한적이므로 실현 구현에 많은 제약이 따른다. 둘째, 근접레이더 간 자료 공유를 위한 네트워크 망 형성은, 국가 차원의 공조가 필요하다. 셋째, 근거리 레이더 포착 자료 수용을 위한 Data Processor의 용량이나 소프트웨어 접근 가능 여부에 대한 분석은 레이더의 내부 접근을 필요로 한다.
Clutter는 보는 각도에 따라, 지역적 기후 환경에 따라 엄청난 차이가 있다. 따라서 A레이더와 B레이더의 상호 포착 자료를 PSR, SSR 비교 방법과 같이 합성 처리하면 최소 20% 이상의 Clutter 제거 효과를 가져올 수 있다.
따라서, 레이더 전파의 왜곡현상 원인과 적용 기법을 알아보고 대책을 제시 하였다. 우리나라의 지형적 특성상 근접 레이더의 포착 자료를 공유하여 Clutter를 제거하는 방식의 기대효과로써, 레이더 전파의 왜곡현상 개선은 물론, 허상 항적의 현저한 저감, 차폐 구역 상호 보완, 포착 능력 성능 비교, 평균 12초 주기의 표시기 감시 상태를 6초 또는 3초에 시현 설정이 가능하다. 이 외에도 다수의 기대효과가 있지만, 독자적 연구에서 오는 한계 또한 난제(難題)되어 있다.

후속연구

따라서, 레이더 특성에 대한 지식과 역량을 토대로한 연구 개선은 우선적 과제이다. 공중감시망을 네트워크화 하고자 하는 본 기법의 제안을 계기로 자국의 공중 영역을 빈틈없이 감시하고 제어할 수 있는 전력구조를 갖추기를 희망한다. 아울러 현 대책 연구는 물론, “레이더 종사자에 대한 인체에 미치는 영향” 및 “레이더 이론”에 대한 부실한 국내 교재 발간에 대하여 관련 종사자 모두 공동의 책임을 느끼고 협력과 노력을 통한 분야 발전을 도모하길 희망한다.
셋째, 근거리 레이더 포착 자료 수용을 위한 Data Processor의 용량이나 소프트웨어 접근 가능 여부에 대한 분석은 레이더의 내부 접근을 필요로 한다. 이와 같이 풀어야 할 문제들이 있지만, 현시점의 국내 기술및 전산 체계는 본 제안의 실현 구현이 가능하며, 4차 산업혁명이 가져온 빅 데이터(Big Data), 인공지능(AI), 플렛폼(Platform)의 적용 여부에 따라 레이더의 성능의 상당한 발전과 더불어 저 비용 투자 대비 엄청난 효과를 기대 할 수있을 것이다. 현대전은 첨단 정보통신 및 전자 무기의 폭넓은 응용과 함께 공중전이 전승을 좌우하는 시대이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이더의 왜곡 현상이란 무엇인가?	레이더의 왜곡 현상이란 비임의 굴절, 회절, 반사로 인하여 전시되는 부정확한 자료 또는 허위로 전시되는 항적을 말한다. 레이더의 왜곡 현상 중 첫번째로, 레이더 주위의 대기 조건에 의해 전파의 진행 방향이 여러 각도로 변화되는 현상이다.
	레이더의 왜곡 현상으로 인한 손실에는 어떠한 것이 있는가?	이렇게 제한적인 인간의 한계를 초월한 거리를 보기 위한 것이 레이더이며, 이러한 레이더들은 모두 장비 특성상 허위 항적을 발생하고 이로 인한 탐지 오류의 과실을 범하게 된다. 레이더의 왜곡 현상은 "비임의 굴절, 회절, 반사성, 허위 항적"이라는 부정확한 정보를 제공하며 이와 함께 초래되는 인간(방공 관제사)의 판단력 저하와 인적 과실은 전투기 출격을 야기하는 등 엄청난 손실을 초래할 수 있다. 또한, 긴박한 상황이나 중요 표적을 추적 감시할 때 가짜 항적을 추적 한다면 실질적 목표 표적을 놓칠뿐 만 아니라 재 추적을 위한 시간 지연이 불가피하다. 보완 대책으로써, 서로 다른 위치와 각도에서의 레이더 포착 자료를 서로의 레이더 자료로 전송하여 합성하면 왜곡된 자료의 분석, 교정이 가능하고 허위 항적 발생 감소와 더불어 목표물 추적의 정확도 향상이 기대되기에 본 방안을 제시한다.
	가시거리와 가청주파수의 인간의 한계는?	현 시대는 인공지능(AI), 사물 인터넷(Iot), 빅 데이터(Big Data), 모바일(Mobile) 등과 같은 기술을 토대로 한 Digital화 문명사회로써, 이와 더불어 레이더 분야 또한 탐지 범위가 날이 갈수록 장거리화 되어가고 있다. 사람은 가시거리가 최대 20Km 정도이고, 가청 주파수는 20~20000Hz이다. 이렇게 제한적인 인간의 한계를 초월한 거리를 보기 위한 것이 레이더이며, 이러한 레이더들은 모두 장비 특성상 허위 항적을 발생하고 이로 인한 탐지 오류의 과실을 범하게 된다.

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