[논문]소형 추적 레이다용 종합성능시험 시설 개발

김홍락; 김윤진; 우선걸; 안세환

doi:10.7236/jiibc.2020.20.3.121

소형 추적 레이다용 종합성능시험 시설 개발
Development of a Comprehensive Performance Test Facility for Small Millimeter-wave Tracking Radar 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.20 no.3, 2020년, pp.121 - 127

김홍락 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 김윤진 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 우선걸 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 안세환 (LIG넥스원(주) 탐색기)

초록
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소형 추적 레이다는 저속으로 기동 중인 큰 RCS를 갖는 바다위의 함정 표적 및 고속으로 기동하는 작은 RCS를 갖는 항공기(전투기, 무인기, 헬기 등)에 대하여 빠른 김발구동으로 표적을 향하고 실시간으로 표적을 탐색/ 탐지 하여 추적하는 펄스 방식의 레이더이다. 추적 레이다를 실제 환경에서 성능시험을 수행하는 것은 많은 비용이 발생을 한다. 또한 실제 환경에서는 성능을 정량적으로 측정하기가 어렵다. 본 논문에서는 소형 추적 레이다의 성능을 확인하기 위한 실험실 환경의 종합성능시험 시설의 구성과 각 구성의 주요 요구사항 및 구현에 대하여 설명한다. 실 환경을 모사하기 위한 무반향 챔버, 실 표적의 신호를 모사하기 위한 모의표적발생부, 표적의 이동을 모의하기 위한 혼안테나 구동장치, 추적레이다의 비행환경을 모사하기 위한 FMS(Flight Motion Simulatior)로 구성되며 각각의 설계와 구현에 대하여 설명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The small tracking radar targets the target in a real-time, fast-moving, fast-moving target against aircraft with a large RCS that is maneuvering at low speed and a small RCS aircraft maneuvering at high speed (fighters, drones, helicopters, etc.) It is a pulsed radar that detects and tracks. Performing a performance test on a tracking radar in a real environment is expensive, and it is difficult to quantitatively measure performance in a real environment. Describes the composition of the laboratory environment's comprehensive performance test facility and the main requirements and implementation of each configuration.Anechoic chambers to simulate the room environment, simulation target generator to simulate the signal of the room target, target It is composed of a horn antenna driving device to simulate the movement of a vehicle and a Flight Motion Simulatior (FMS) to simulate the flight environment of a tracking radar, and each design and implementation has been described.

주제어

표/그림 (19)

그림 그림 1. 종합성능시험 시설 Fig. 1. Comprehensivel Performance Test Facility
표 표 1. 무반향 챔버 요구사항 Table 1. Anechoic Chamber Requirement
그림 그림 2. 무반향 챔버 구성도 Fig. 2. Anechoic Chamber Configuration Diagram
그림 그림 3. 종합성능시험용 FMS Fig. 3. FMS for Comprehensive Performance Test
그림 그림 4. 대공 표적 구동장치 Fig. 4. Simulated Aircraft Targets Drive System
표 표 2. FMS 요구사항 Table 2. FMS Requirements
표 표 3. 대공표적 구동장치 요구사항 Table 3. Anti-aircraft Targets Drive System Requirements
그림 그림 5. 대함 표적 구동장치 Fig. 5. Anti-ship Targets Drive System
그림 그림 6. 복합센서 모의 표적 Fig. 6. Complex sensor Simulated Targets
표 표 4. 모의 대함표적 구동장치 요구사항 Table 4. Simulated Ship Targets Drive System Requirements
표 표 5. 모의표적 발생장치 요구사항 Table 5. Simulated Targets Generating System Requirements
그림 그림 7. 모의표적 발생장치 Fig. 7. Simulated Targets Generating System
그림 그림 8. 종합성능시험 운용SW CSCI Fig. 8. Comprehensive Performance Test Operating SW CSCI
그림 그림 9. 종합성능시험 GUI 프로그램 Fig. 9. Comprehensive Performance Test GUI Program
그림 그림 10. 무반향 챔버 바닥 시공 Fig. 10. Anechoic Chamber Floor Construction
그림 그림 11. 3축 FMS Fig. 11. 3 Axis FMS
그림 그림 12. 추적 레이다 장착후 운용 모습 Fig. 12. Operation after mounting a tracking radar
그림 그림 13. 모의 항공기 표적 구동시스템 Fig. 13. Simulated Aircraft Targets Drive System
그림 그림 14. 모의 함정 표적 구동시스템 Fig. 14. Simulated Ship Targets Drive System

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 추적 레이다의 성능시험을 위한 종합성능시험 시설을 개발하였다. 함정표적 및 항공기 표적에대한 추적 레이다를 각각 시험할 수 있도록 별도의 모의표적 구동시스템으로 구현하였고 DRFM 구조의 모의표적신호 발생장치를 구현하였다.
반면에 몇 개의 채널을 이용하여 정해진 레일에서 이동하는 혼안테나 구조는빠른 속도의 표적을 모사하는 데는 한계가 있지만 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 본 논문에서는 항공기 표적과 함정표적에 대한 추적 레이다의 종합 성능을 시험하기 위하여 레일에서 구동하는 혼안테나 형태로 설계/제작한다. 종합 성능시험은 무반향 챔버, 항공기표적용 레이구동 장치, 함정표적용 레이구동장치 및 DRFM 구조의 레이다 모의신호 생성장치로 이루어진다.

제안 방법

모의표적 방생장치는 DRFM 기반으로 설계되었다. 2채널의 표적신호, 클러터신호, 재밍신호를 발생시키고,각 채널은 다이나믹 레인지를 고려하여 출력신호의 이득을 선형적으로 제어할 수 있도록 설계되었다. 주파수는Ku 밴드, Ka 밴드를 기반으로 설계되었으며 W 밴드로의 확장성을 고려하여 모듈단위로 설계되었다.
유도탄의 비행에 따른 환경을 모사하기 위하여 추적레이다는 FMS에 장착이 된다. FMS는 요, 피치, 롤 축에대하여 다양한 운동을 모사할 수 있도록 구현되며 회전축은 안테나의 중심축과 일치되도록 설계하였다. 표2는FMS의 주요 요구사항에 대하여 나타내고 있다.
양쪽에는 고정된 혼안테나, 가운데는 움직이는 혼안테나로 제작되었다. 고정된 안테나를 이용하여 stand off jammer, towed decoy 등을 구현한다.그림 13은 모의 항공기 표적 구동시스템의 제작된 모습이다.
다양한 전자전환경과 넓은 대양의 함정표적을 위하여 2축으로 구동되는 시스템으로 구현되었다. 적외선 영상 센서와 가시광영상센서의 모의표적 또한 구현되었다.
함정표적 및 항공기 표적에대한 추적 레이다를 각각 시험할 수 있도록 별도의 모의표적 구동시스템으로 구현하였고 DRFM 구조의 모의표적신호 발생장치를 구현하였다. 또한 무반향 챔버를 통하여 주변환경의 영향없이 실제환경과 유사한 환경에서 성능을 확인할 수 있도록 구현하였다.
대공 유도탄의 측추력기가 동작되어 큰 가속도를 받는 순간에 대하여 모사가 가능하다. 또한 시나리오별FMS를 구동하기 위하여 별도의 구동제어장치를 구현하였다.
표1과 그림2와 같이 무반향 챔버는 Ku 밴드와 Ka 밴드를 동시에 운영할 수 있도록 Pyramidal FoamAbsorber와 Flat Absorber를 배치하였고 두 가지의 표적에 따른 혼안테나 구동장치의 배치를 위하여 8m ×6m × 6 m 의 직육면체 공간으로 설계하였다. 또한 전원 필터를 통하여 내부에 사용되는 전원에 대하여 전원잡음을 차폐하였다.
앞에서 언급된 종합성능시험 시설의 설계에 따라서 구축하였다. 무반향 챔버에 설치되는 혼안테나 구동장치의성능을 고려한 평평도를 유지하기 위하여 메탈 실드 후에 각관구조의 구조물로 지지대를 시공하고 판넬 격자로마무리 시공을 하였다. 그림 10은 바닥시공을 보여주고있다.
함정표적의 속도를 고려하여 구동속도는 최대10 deg/sec 이어야 한다. 방위각과 고각의 2축으로 이동해야 하고 추적레이다의 안테나면과 같은 거리에서 혼안테나가 이동을 해야하기 때문에 그림 5와 같이 혼안테나가 방위각 및 고각으로 이동을 하더라도 추적 레이다로 빔폭의 센터가 갈 수 있도록 설계 되었다. 고각으로는레일의 안테나가 움직이고 방위각으로는 고각 레일 전체가 움직이는 구조로 설계되었다.
고각으로는레일의 안테나가 움직이고 방위각으로는 고각 레일 전체가 움직이는 구조로 설계되었다. 방위각의 하중을 고려하여 두 개의 모터를 이용하여 구동각 정밀도를 만족하면서 이동하도록 설계했다.
앞에서 언급된 종합성능시험 시설의 설계에 따라서 구축하였다. 무반향 챔버에 설치되는 혼안테나 구동장치의성능을 고려한 평평도를 유지하기 위하여 메탈 실드 후에 각관구조의 구조물로 지지대를 시공하고 판넬 격자로마무리 시공을 하였다.
2채널의 표적신호, 클러터신호, 재밍신호를 발생시키고,각 채널은 다이나믹 레인지를 고려하여 출력신호의 이득을 선형적으로 제어할 수 있도록 설계되었다. 주파수는Ku 밴드, Ka 밴드를 기반으로 설계되었으며 W 밴드로의 확장성을 고려하여 모듈단위로 설계되었다. 또한 전자전 대응 능력에 대한 시험을 위하여 stand on jammer,stand off jammer, spot jammer 등 다양한 재밍기법을 포함하고 있고, RGPO, VGPO 등의 기만신호에 대한기법이 포함되어 있다.
추적 레이다의 종합 성능시험을 위한 시험시설은 무반향 챔버, 모의표적 생성장치, 혼안테나 구동장치 및FMS(Flight Motion Simulator)로 구성된다.
표1과 그림2와 같이 무반향 챔버는 Ku 밴드와 Ka 밴드를 동시에 운영할 수 있도록 Pyramidal FoamAbsorber와 Flat Absorber를 배치하였고 두 가지의 표적에 따른 혼안테나 구동장치의 배치를 위하여 8m ×6m × 6 m 의 직육면체 공간으로 설계하였다.
본 논문에서는 추적 레이다의 성능시험을 위한 종합성능시험 시설을 개발하였다. 함정표적 및 항공기 표적에대한 추적 레이다를 각각 시험할 수 있도록 별도의 모의표적 구동시스템으로 구현하였고 DRFM 구조의 모의표적신호 발생장치를 구현하였다. 또한 무반향 챔버를 통하여 주변환경의 영향없이 실제환경과 유사한 환경에서 성능을 확인할 수 있도록 구현하였다.

대상 데이터

그림 1은 종합성능시험 시설의 전체 구조에 대한 구성도이다. 두가지 표적에 대한 각각의 혼안테나 레일구동장치와 추적 레이다가 장착되는 2축 FMS, FMS 구동장치,모의표적 발생장치 및 무반향챔버로 구성된다.
본 논문에서는 항공기 표적과 함정표적에 대한 추적 레이다의 종합 성능을 시험하기 위하여 레일에서 구동하는 혼안테나 형태로 설계/제작한다. 종합 성능시험은 무반향 챔버, 항공기표적용 레이구동 장치, 함정표적용 레이구동장치 및 DRFM 구조의 레이다 모의신호 생성장치로 이루어진다. 모의신호 생성장치는 클러터 환경에서 먼거리의 표적신호를 구현하기 위하여 비선형성을 만들지 않고 감지 할 수 있는 가장약한 신호와 가장 강한 신로로 정의되는 다이나믹 레이지를 충족할 수 있어야 한다.

이론/모형

모의표적 방생장치는 DRFM 기반으로 설계되었다. 2채널의 표적신호, 클러터신호, 재밍신호를 발생시키고,각 채널은 다이나믹 레인지를 고려하여 출력신호의 이득을 선형적으로 제어할 수 있도록 설계되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소형 추적 레이다는 무엇인가?	소형 추적 레이다는 저속으로 기동 중인 큰 RCS를 갖는 바다위의 함정 표적 및 고속으로 기동하는 작은 RCS를 갖는 항공기(전투기, 무인기, 헬기 등)에 대하여 빠른 김발구동으로 표적을 향하고 실시간으로 표적을 탐색/ 탐지 하여 추적하는 펄스 방식의 레이더이다. 추적 레이다를 실제 환경에서 성능시험을 수행하는 것은 많은 비용이 발생을 한다.
	본 논문에 적용되는 소형 추적레이다의 표적은 어떻게 분류되는가?	본 논문에 적용되는 소형 추적레이다의 표적은 크게대양의 함정표적, 공중의 항공기표적으로 분류된다. 함정표적은 RCS는 크지만 상대적으로 전자전(EW, ElectronicWarfare) 시스템이 잘 갖춰져 있기 때문에 종합성능시험 시설에서는 함정에서 운용하는 채프, 디코이, 노이즈재밍등을 대응하기 위한 다양한 알고리즘 및 운영 파형에 대한 성능을 시험하기 위한 성능사항들이 요구된다.
	공중의 항공기표적을 위한 소형 추적레이다의 성능 요구사항은 무엇인가?	함정표적은 RCS는 크지만 상대적으로 전자전(EW, ElectronicWarfare) 시스템이 잘 갖춰져 있기 때문에 종합성능시험 시설에서는 함정에서 운용하는 채프, 디코이, 노이즈재밍등을 대응하기 위한 다양한 알고리즘 및 운영 파형에 대한 성능을 시험하기 위한 성능사항들이 요구된다.항공기표적은 RCS가 작고 빠르게 기동하는 특성을 고려하여 종합성능시험 시설에서는 빠르게 이동 및 높은 상대속도를 고려한 모의표적에 대한 성능사항들이 요구된다. [4][5][6] 또한 실제환경을 모사하고 주변의 영향을 최소화 하기 위하여 무반향 챔버내에서 성능시험을 수행하게된다.

참고문헌 (16)

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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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