[논문]레이더의 추적오차 예측 시뮬레이터 구현

채규수; 임중수; 김민년

레이더의 추적오차 예측 시뮬레이터 구현
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본 논문은 추적레이더의 추적 오차를 예측하기위한 레이더 시뮬레이터 개발에 관한 것이다. 본 연구에서는 다중경로 전파특성, 표적 모델링, RPY 보상, DTM 지형데이터 등을 이용한 전파의 전파특성 분석을 통한 표적추적레이더의 추적 오차 요인을 분석하였다. 이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성과 서보 구동의 지연보상을 위한 $\alpha-\beta$ 필터를 사용하였다. 표적 추적레이더의 추적 상황을 종합적으로 고려하여 추적 상황을 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이터를 구현 하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 기존에 여러 문헌에서 소개된 저고도 추적 레이더의 연구내용을 분석 하였고 이를 바탕으로 Matlab를 이용한 추적오차 계산용 수치해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 기존 연구내용과 비교 하였고 결과가 잘 일치되었다.

가설 설정

K_a는 서보의 오차보정을 위해 가장 중요한 요인이다. 본 연구에서는 K_a가 1, 2인 경우를 가정하고 시뮬레이터를 구성하였다.

제안 방법

기존 연구에서는 일반적인 오차 값의 경향을 예측하는 내용이었으나 본 연구에서 제시된 시뮬레이션 결과들은 실제 환경을 고려한 고도 오차 계산 방법이 제시된 것이다. 그리고 다중경로 전파특성, 표적 모델링, RPY 보상, DTM 지형데이터 등을 이용한 전파의 전파특성 분석을 통한 표적추적레이더의 추적 오차 요인을 분석하였다. 이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성과 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 사용 하였다.
먼저 주파수, 거리, 표적 속도 등의 입력 파라미터를 결정한다. 그리고 수신기에 수신되는 필드의 세기를 계산하고 각 안테나에 수신된 전계로부터 진폭차를 구한다. 진폭차이가 0이 되는 위치로 표적의 추적 방향이 결정되고 다음 위치로 이동하게 된다.
개발된 프로그램의 검증을 위해 기존 연구내용과 비교 하였고 결과가 잘 일치되었다. 기존 연구에서는 일반적인 오차 값의 경향을 예측하는 내용이었으나 본 연구에서 제시된 시뮬레이션 결과들은 실제 환경을 고려한 고도 오차 계산 방법이 제시된 것이다. 그리고 다중경로 전파특성, 표적 모델링, RPY 보상, DTM 지형데이터 등을 이용한 전파의 전파특성 분석을 통한 표적추적레이더의 추적 오차 요인을 분석하였다.
본 논문에서는 추적레이더의 주요 오차 요인인 다중 경로 전파, 표적의 전파 반사 특성, 비행체의 RPY, 불규칙한 반사면 등을 고려한 전파의 전파특성을 분석 하였다[2-7]. 이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성을 고려하였으며 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 적용하였다.
그림 3에서는 기존 연구[8]에서 제시되었던 결과를 이용하여 시뮬레이터를 사용하여 표적추적오차를 모사하는 시뮬레이터의 실제 화면을 보여주고 있다. 사용자의 편의를 위해 GUI로 구성이 되었으며 화면 왼쪽에 다양한 파라미터를 입력 할 수 있게 하였고 오른쪽에서 결과도시 화면을 배치하였다. 입력 파라미터는 주파수, 서보상수(K_a), 필터파라미터(ζ), 거리 등으로 구성되었다.
그리고 다중경로 전파특성, 표적 모델링, RPY 보상, DTM 지형데이터 등을 이용한 전파의 전파특성 분석을 통한 표적추적레이더의 추적 오차 요인을 분석하였다. 이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성과 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 사용 하였다. 표적 추적레이더의 추적 상황을 종합적으로 고려하여 추적 상황을 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이터를 구현 하였다.
이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성을 고려하였으며 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 적용하였다.
이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성과 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 사용 하였다. 표적 추적레이더의 추적 상황을 종합적으로 고려하여 추적 상황을 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이터를 구현 하였다.
이를 바탕으로 추적 오차를 줄이기 위해 추적 레이더의 서보 특성을 고려하였으며 서보 구동의 지연보상을 위한 α - β 필터를 적용하였다. 표적 추적레이더의 추적 상황을 종합적으로 고려하여 추적 상황을 정확히 예측할 수 있는 시뮬레이터를 설계하고 구현 하였다.

대상 데이터

그림 1에서 표적추적 시뮬레이터의 전체 구성도가 나타나있다. 구현된 시뮬레이터는 운용시나리오 모듈, 추적연산모듈, 환경 변수 설정 모듈 그리고 결과도시 모듈로 구성되어있다. 운용 시나리오 모듈에서는 예상 비행궤적 설정, 표적의 RCS, 레이더 안테나의 빔 패턴, DTM지형데이터, 레이더 파라미터 등이 설정된다.

성능/효과

본 논문에서는 기존에 여러 문헌에서 소개된 저고도 추적 레이더의 연구내용을 분석 하였고 이를 바탕으로 Matlab를 이용한 추적오차 계산용 수치해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위해 기존 연구내용과 비교 하였고 결과가 잘 일치되었다. 기존 연구에서는 일반적인 오차 값의 경향을 예측하는 내용이었으나 본 연구에서 제시된 시뮬레이션 결과들은 실제 환경을 고려한 고도 오차 계산 방법이 제시된 것이다.

후속연구

다중표적 추적, 급 기동 표적 추적, 저고도 비행표적 추적 등 고난이도의 추적레이더 계측 시 추적실패 가능성이 존재한다. 그래서 비행시험 계측 전에 보유중인 다수의 계측 레이더의 추적 상황을 미리 모사함으로서 실제 비행시험 수행 시 계측 성공률을 높이고 다수의 계측 레이더를 보다 효과적으로 운용할 수 있는 방안 도출이 필요하다. 추적 레이더는 표적의 상대적인 위치 즉, 거리, 고각, 방위각, 속도 등을 계산하는데 사용된다[1].

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