탐색/추적기술 레포트레이더의 기원 레이더의 역사 레이더의 원리 레이더의 분류 , 종류 레이더의 발전추세 목차레이더의 기원레이더의 기원 박쥐는 어두운 동굴 속에서도 자유롭게 활동함 박쥐가 목젖의 근육과 성대로 초음파를 내면서 그 반사파를 이용하여 날아다니는 것을 발견함 여기에서 힌트를 얻어 레이더의 개발이 이루어짐레이더의 역 사레이더의 역사 전파의 반사를 이용하여 물체의 존재를 알게 된 역사 1925 년 영국 E. 애플턴이 전리층 ( 電離層 ) 의 존재를 증명하기 위하여 전파로서 실험함 미국의 G. 브레이트와 M.A. 튜브는 펄스파를 상공에 발사하여 전리층에서의 반사파를 포착하는 데 성공 R. 윗슨 - 와트를 중심으로 한 과학단체가 전파를 이용하여 전리층을 검출한 방법을 응용 1935 년에 처음으로 실험용 펄스 레이더 약 30 마일 거리에 있는 비행기를 추적하는 데 성공 1938 년에는 이미 영국의 방공 ( 防空 ) 레이더망의 중추가 완성되어 유효거리가 100~200km 인 레이더를 실용화 1940 년 영 - 미 군사기술자료 교환협정에 따라 마이크로파 레이더의 연구개발은 주로 미국이 담당 1943 년 펄스방식 레이더의 실용화 연구가 육 · 해군에 의해서 실시 1944 년 전파경계기 · 전파표정기 ( 電波標定機 ) 가 급속히 개발되고 이어서 비행기 탑재용이 정비되어 실용화레이더의 역사 제 2 차 세계대전을 계기로 레이더 공업시대가 시작 민간용으로 선박용 레이더가 많이 쓰임 제 2 차세계대전당시의 카사블랑카레이더의 원리레이더의 원 리 RADAR( RAdio Detection And Ranging) 란 전파의 발사로 물체에서 반사되는 반사파를 이용하여 목표물의 존재와 그 거리를 탐지하는 무선감시 장치이다 . 전파는 송신 에너지가 초당 약 16 만 2000 마일의 속도로 전파되는 정속성 ( 定速性 ) 을 이용 전파가 1 마일 가는 데는 6.18μs 가 걸리며 , 1 마일을 왕복하는 시간 2×6.18 ＝ 12.36μs 를 1 레이더마일 (radar mile) 이라 한다 수신된 출력을 비교하여 추적하는 방식 진폭의 차 : 안테나 방위축으로 부터 표적의 각도 변위 척도 부호 : 안테나가 이동해야 하는 방향 결정 전압 일치 : 표적은 안테나 방위축상에 있음 지속적으로 표적을 추적하기 위해서는 반사되어 오는 신호의 세기가 일정하도록 안테나 축을 이동 , 그림에서 빔 2 쪽으로 안테나 축을 이동시킨다 .추적 레이더의 종류 원추주사 레이더 . 안테나빔의 지향선은 조준점과 일치하지 않고 지향선 주위를 돌면서 표적을 탐지 . 원추빔의 회전축 ( 조준선 ) 상에 존재하는 표적은 그림의 S1 처럼 최대 이득은 아니나 일정하게 주사 . 표적의 위치에 따라 그림의 S2, S3 처럼 회전에 따라 수신 신호가 변한다 . . 수신된 변조신호의 변위는 표적이 조준선으로 부터 이격된 정도를 나타내고 변조의 위상은 표적의 방향을 지시한다 . 이격된 정도와 방향을 검출하여 Servo 계에 의 하여 안테나를 구동하여 오차가 0 이 되도록 추적한다 .추적 레이더의 종류 지상 이동형 / 레이더 / 특수기능 - 패트리어트 미사일 시스템의 유도레이더 AN/MPQ-53다기능 레이더의 특성 및 장비 종류다기능 레이더의 특성 정밀타격용 대공유도 무기체계의 경우 목적을 달성하기 위해서는 다양한 추적센서 및 조명기를 필요로하며 , 탐지 및 식별센서와 중거리급 이상의 추적 및 조명기는 주로 레이더를 사용하고 있다. 대공무기의 발사 및 표적으로의 유도를 위한 레이더 시스템의 구성은 표적을 조기에 탐지하기 위한 탐지레이더, 탐지레이더와 연동되어 피아를 식별하는 피아식별기 , 탐지된 표적을 추적레이더가 획득되도록 조력하는 표적획득레이더, 표적의 사격제원을 추출하기 위한 추적레이더(1개 표적당 1대 소요), 추적레이더와 연동되어 피동형 유도무기를 표적으로 유도하는 조명기 등 복잡한 레이더시스템의 구성을 필요로 한다.다기능 레이더의 특성 시스템의 구성이 복잡할수록 이동, 전개, 운용절차 수행, 운영유지 등에 많은 문제를 유발하므로 적시/적소에 적절한 무기체계를 배치/적용하기 어렵다. 이 없으나 궤도비행 주기에 의하여 원하는 시간에 관측하지 못하고 원거리 관측으로 인한 지구곡면 효과 보상필요 등과 같은 단점이 있다.영상 레이더의 특성 요구되는 해상도는 식별목표에 따라 다르며 한 번의 비행으로 다수의 목표에 대한 정찰을 수행하는 것이 일반적이므로 레이다는 다양한 모드로 운용될 수 있도록 설계된다. 현재 일반적으로 운용되고 있는 모드는 스트립, 스포트라이트, 스캔 등이 있다.영상 레이더의 장비 종류 가장 일반적이고 원천적인 영상모드로써 정찰 범위가 가장 넓은 반면 해상도는 떨어진다. 영상형성 범위는 비행방향과 직각인 지역에 대하여 띠모양으로 영상을 형성한다. 특정 목표물이나 물체를 식별하기 위하여 좁은 지역에 대하여 일반영상 합성시간 이상 동안 특정지역에 빔을 집중조사하여 정밀영상을 형성하는 모드로써 사각형 모양의 영상이 형성된다. 안테나 빔폭 이상 넓은 지역의 영상을 획득하기 위하여 전자적으로 빔을 조향하면서 영상을 형성하는 모드로써 해상도는 상대적으로 가장 나빠진다. 위성탑재의 경우 거리방향으로 조향하여 Swath폭을 상대적으로 넓히는데 사용하며, 항공기 탑재의 경우 빔을 방위방향으로 조향하면서 DBS(Doppler Beam Sharping)기법을 사용하여 영상을 중복/ 비교하므로써 이동물체를 탐지할 수도 있다. MODE 스트립 (strip) 모드 스캔 (Scan) 모드 스폿라이트 ( Spotlight) 모드영상 레이더의 장비 종류 오늘날에는 공간상에서 안테나 개구면을 합성한 합성 개구면 레이더(SAR)로 발전하였다. 최초의 합성 개구면 레이더 시스템은 1953년에 제작하여 DC-3 항공기에 탑재되었으며, 주파수는 930 MHz, 레이다 빔폭은 100도인 실구경 안테나를 사용하여 빔폭이 1도인 합성 안테나를 형성하므로 방위 해상도를 상당히 개선하였다.위성 탑재형 SAR 영상 레이더의 장비 종류 기 종 주 파 수 ( GHz ) 편 파 해 상 도( m ) Swath폭 (Km) 비 고 SEASAT (1978) 1.275 HH 25 100 ShutAN/UPX-6 미 Radio Recepter - 지상 피아식별 장비, 항공관제 레이더에 설치 AN/UPX-23 미 Zenith Radio - 지상 피아식별 장비, 이동형 레이더에 설치 KY-532/ASQ 미 Collins - 요격 관제용탐지 레이더의 분류 및 장비 종류탐지 레이더의 분류 탐지레이더는 대상 표적에 따라 대공탐지레이더, 해면탐색레이더 그리고 전장 감시/통제레이더 등으로 분류되며, 탐지거리에 따라 단거리, 중/장거리 및 초장거리 레이더로 구분되며, 탐지된 표적의 표적정보 추출능력에 따라 2차원(방위, 거리) 또는 3차원(방위, 거리, 고도) 레이더로 구분된다. 초장거리(OTH: Over The Horizon)레이더 대공 및 해면탐색레이더로서 기존의 레이더 수평선을 넘어 탐지와 추적 능력을 증대시키기 위한 새로운 방식의 레이더이다. 전자파의 전리층 반사원리를 이용하는 것(OTH-B)과 지표파를 이용하여 HF(3-30MHz)대역에서 운용되는 레이더가 있다. 전리층 반사레이더의 경우 탐지거리는 수천km이상이 되는 반면 가까운 지역에 대해서는 보지 못하며 전리층의 조건과 먼 거리에 의한 낮은 분해능이 제한점이 된다.탐지 레이더의 분류 대공탐지레이더 지상설치 장거리용 대공탐지레이더는 운용에 따른 제한조건이 가장 적은 레이더로서 주로 높은 고지에 설치하여 장거리 고공표적(항공기, 미사일 등)을 탐지, 표적 제원을 추출하여 우군지휘/통제 체계에 전파하는 조기경보/공중 전장감시 및 통제용으로서 무중단 운용되는 주요 센서이다. 중/ 고고도에 대한 탐지성능이 우수한 반면 저고도 표적에 대해서는 지형차폐의 영향으로 취약하다. 지형차폐 효과를 이용한 침투를 최대한 방지하기 위해서는 항공기에 탑재하여 고고도에서 하방감시형태로 운용하므로써 저고도 비행표적 및 순항미사일 등을 장거리에서 탐지할 수 있다. 해면 탐색레이더 선박 또는 지상에 설치되어 선박항행, 해역감시 그리고 대함 작전을 수행하는데 필요한 정보를 제공하기 위하여 운용되는 것으로서, 해면상태에 의하여 발생되는 클을 유도 ) 은 스탠다드 미사일의 조사 기능을 담당할 뿐만 아니라 , 추적 과정에도 도움을 줄 수 있다 . STIR 240 은 강력한 재밍과 클러터의 위협을 고려해 설계되었으며 , 함정의 무장 통제 체계와 연계하여 개함방어뿐만 아니라 구역방어도 가능하게 해준다 . 구역방어를 하기 위해서는 목표추적과 미사일유도를 위해 개함방어 보다 더 넓은 탐지거리가 필요한데 STIR 240 은 TWT 송신기와 직경 2.4m 짜리 안테나로 이런 넓은 탐지 거리를 제공 .PW(Pulse Wave) 레이더 펄스파 (Pulse Wave : PW) 레이더 : 전자파를 직사각형 펄스로 변조시킨 것을 목표물에 전파하여 그 목표물로부터의 미약한 반사파를 검출 펄스의 왕복시간으로 거리 측정 반사되는 펄스의 크기와 변화로 형상과 속도 측정 - 69 -PW(Pulse Wave) 레이더 - 70 - 그림 1. 변조 , 송수신 파형CW(Continuous Wave) 레이더 CW(Continuous Wave) 레이더 연속파를 쏘아서 관측 점으로부터 반사되어 돌아오는 신호가 주파수 변화를 겪은 양을 측정하는 것으로서 주로 도플러 효과를 이용하여 물체의 속도 측정 가장 간단한 형태의 레이더로 주파수의 변조 없이 계속 전파를 발사 - 71 -CW(Continuous Wave) 레이더 - 72 - 그림 2. CW 레이더의 블록도CW(Continuous Wave) 레이더 1 개 안테나 Vs. 2 개 안테나 연속파 레이더는 송수신이 동시에 이루어지므로 송수신의 분리를 위하여 2 개의 안테나를 사용해야 함 한 개의 안테나를 이용하여 송수신을 동시에 수행해야 하는 경우 많은 양의 송신 신호가 수신 단에 유입되기 때문에 수신 단의 성능이 나빠져서 정확도가 떨어짐 1 개의 안테나 존재 시 송수신단 사이에 써큘레이터 , 하이브리드 접합 등으로 아이솔레이션이 가능하지만 , 송수신단에 2 개의 안테나가 존재할 때 아이솔레이션이 더 잘 됨 - 73 -CW 레이더의 단점 CW 레이더는 속도 측정만 가능 이중 도플러 (Dual
탐색/추적기술 레포트 6 조 09910 김기훈 09910 김기표 09910 김상현 09910 정연호 09910 최봉재레이더의 기원 레이더의 역사 레이더의 원리 레이더의 분류 , 종류 레이더의 발전추세 목차레이더의 기원레이더의 기원 박쥐는 어두운 동굴 속에서도 자유롭게 활동함 박쥐가 목젖의 근육과 성대로 초음파를 내면서 그 반사파를 이용하여 날아다니는 것을 발견함 여기에서 힌트를 얻어 레이더의 개발이 이루어짐레이더의 역 사레이더의 역사 전파의 반사를 이용하여 물체의 존재를 알게 된 역사 1925 년 영국 E. 애플턴이 전리층 ( 電離層 ) 의 존재를 증명하기 위하여 전파로서 실험함 미국의 G. 브레이트와 M.A. 튜브는 펄스파를 상공에 발사하여 전리층에서의 반사파를 포착하는 데 성공 R. 윗슨 - 와트를 중심으로 한 과학단체가 전파를 이용하여 전리층을 검출한 방법을 응용 1935 년에 처음으로 실험용 펄스 레이더 약 30 마일 거리에 있는 비행기를 추적하는 데 성공 1938 년에는 이미 영국의 방공 ( 防空 ) 레이더망의 중추가 완성되어 유효거리가 100~200km 인 레이더를 실용화 1940 년 영 - 미 군사기술자료 교환협정에 따라 마이크로파 레이더의 연구개발은 주로 미국이 담당 1943 년 펄스방식 레이더의 실용화 연구가 육 · 해군에 의해서 실시 1944 년 전파경계기 · 전파표정기 ( 電波標定機 ) 가 급속히 개발되고 이어서 비행기 탑재용이 정비되어 실용화레이더의 역사 제 2 차 세계대전을 계기로 레이더 공업시대가 시작 민간용으로 선박용 레이더가 많이 쓰임 제 2 차세계대전당시의 카사블랑카레이더의 원리레이더의 원 리 RADAR( RAdio Detection And Ranging) 란 전파의 발사로 물체에서 반사되는 반사파를 이용하여 목표물의 존재와 그 거리를 탐지하는 무선감시 장치이다 . 전파는 송신 에너지가 초당 약 16 만 2000 마일의 속도로 전파되는 정속성 ( 定速性 ) 을 이용 전파가 1 마일 가는 데는 6.18μs 가 걸리며 , 1 마일을 여 추적하는 방식 진폭의 차 : 안테나 방위축으로 부터 표적의 각도 변위 척도 부호 : 안테나가 이동해야 하는 방향 결정 전압 일치 : 표적은 안테나 방위축상에 있음 지속적으로 표적을 추적하기 위해서는 반사되어 오는 신호의 세기가 일정하도록 안테나 축을 이동 , 그림에서 빔 2 쪽으로 안테나 축을 이동시킨다 .추적 레이더의 종류 원추주사 레이더 . 안테나빔의 지향선은 조준점과 일치하지 않고 지향선 주위를 돌면서 표적을 탐지 . 원추빔의 회전축 ( 조준선 ) 상에 존재하는 표적은 그림의 S1 처럼 최대 이득은 아니나 일정하게 주사 . 표적의 위치에 따라 그림의 S2, S3 처럼 회전에 따라 수신 신호가 변한다 . . 수신된 변조신호의 변위는 표적이 조준선으로 부터 이격된 정도를 나타내고 변조의 위상은 표적의 방향을 지시한다 . 이격된 정도와 방향을 검출하여 Servo 계에 의 하여 안테나를 구동하여 오차가 0 이 되도록 추적한다 .추적 레이더의 종류 지상 이동형 / 레이더 / 특수기능 - 패트리어트 미사일 시스템의 유도레이더 AN/MPQ-53다기능 레이더의 특성 및 장비 종류다기능 레이더의 특성 정밀타격용 대공유도 무기체계의 경우 목적을 달성하기 위해서는 다양한 추적센서 및 조명기를 필요로하며 , 탐지 및 식별센서와 중거리급 이상의 추적 및 조명기는 주로 레이더를 사용하고 있다. 대공무기의 발사 및 표적으로의 유도를 위한 레이더 시스템의 구성은 표적을 조기에 탐지하기 위한 탐지레이더, 탐지레이더와 연동되어 피아를 식별하는 피아식별기 , 탐지된 표적을 추적레이더가 획득되도록 조력하는 표적획득레이더, 표적의 사격제원을 추출하기 위한 추적레이더(1개 표적당 1대 소요), 추적레이더와 연동되어 피동형 유도무기를 표적으로 유도하는 조명기 등 복잡한 레이더시스템의 구성을 필요로 한다.다기능 레이더의 특성 시스템의 구성이 복잡할수록 이동, 전개, 운용절차 수행, 운영유지 등에 많은 문제를 유발하므로 적시/적소에 적절한 무기체계를 배치/적용하기 어렵다. 레이더 기술의 발달 특이더의 특성 요구되는 해상도는 식별목표에 따라 다르며 한 번의 비행으로 다수의 목표에 대한 정찰을 수행하는 것이 일반적이므로 레이다는 다양한 모드로 운용될 수 있도록 설계된다. 현재 일반적으로 운용되고 있는 모드는 스트립, 스포트라이트, 스캔 등이 있다.영상 레이더의 장비 종류 가장 일반적이고 원천적인 영상모드로써 정찰 범위가 가장 넓은 반면 해상도는 떨어진다. 영상형성 범위는 비행방향과 직각인 지역에 대하여 띠모양으로 영상을 형성한다. 특정 목표물이나 물체를 식별하기 위하여 좁은 지역에 대하여 일반영상 합성시간 이상 동안 특정지역에 빔을 집중조사하여 정밀영상을 형성하는 모드로써 사각형 모양의 영상이 형성된다. 안테나 빔폭 이상 넓은 지역의 영상을 획득하기 위하여 전자적으로 빔을 조향하면서 영상을 형성하는 모드로써 해상도는 상대적으로 가장 나빠진다. 위성탑재의 경우 거리방향으로 조향하여 Swath폭을 상대적으로 넓히는데 사용하며, 항공기 탑재의 경우 빔을 방위방향으로 조향하면서 DBS(Doppler Beam Sharping)기법을 사용하여 영상을 중복/ 비교하므로써 이동물체를 탐지할 수도 있다. MODE 스트립 (strip) 모드 스캔 (Scan) 모드 스폿라이트 ( Spotlight) 모드영상 레이더의 장비 종류 오늘날에는 공간상에서 안테나 개구면을 합성한 합성 개구면 레이더(SAR)로 발전하였다. 최초의 합성 개구면 레이더 시스템은 1953년에 제작하여 DC-3 항공기에 탑재되었으며, 주파수는 930 MHz, 레이다 빔폭은 100도인 실구경 안테나를 사용하여 빔폭이 1도인 합성 안테나를 형성하므로 방위 해상도를 상당히 개선하였다.위성 탑재형 SAR 영상 레이더의 장비 종류 기 종 주 파 수 ( GHz ) 편 파 해 상 도( m ) Swath폭 (Km) 비 고 SEASAT (1978) 1.275 HH 25 100 Shuttle용 SIR-A/B (1981,1984) 1.275 (L밴드) HH 20(A),40(B) 30-50 Shuttle용 SIR-C/D (19, RAPCON에 설치 AN/TPX-46,46V 미 Hazeltine - 지상피아식별 장비, 나이키, 호크탐지레이더에 설치 OX-60 미 Hazeltine - 지상 MARK XⅡ체계, AN/FPS-117에 설치 AN/TPX-54(V) 미 Hazeltine - 해군 FF, PCC, 관제소에 설치피아식별 레이더의 종류 종 류 제 작 사 방 식 비 고 AN/UPX-27,25 미 CARDION - 해군 DDH, FF, PCC에 설치 AN/UPX-6 미 Radio Recepter - 지상 피아식별 장비, 항공관제 레이더에 설치 AN/UPX-23 미 Zenith Radio - 지상 피아식별 장비, 이동형 레이더에 설치 KY-532/ASQ 미 Collins - 요격 관제용탐지 레이더의 분류 및 장비 종류탐지 레이더의 분류 탐지레이더는 대상 표적에 따라 대공탐지레이더, 해면탐색레이더 그리고 전장 감시/통제레이더 등으로 분류되며, 탐지거리에 따라 단거리, 중/장거리 및 초장거리 레이더로 구분되며, 탐지된 표적의 표적정보 추출능력에 따라 2차원(방위, 거리) 또는 3차원(방위, 거리, 고도) 레이더로 구분된다. 초장거리(OTH: Over The Horizon)레이더 대공 및 해면탐색레이더로서 기존의 레이더 수평선을 넘어 탐지와 추적 능력을 증대시키기 위한 새로운 방식의 레이더이다. 전자파의 전리층 반사원리를 이용하는 것(OTH-B)과 지표파를 이용하여 HF(3-30MHz)대역에서 운용되는 레이더가 있다. 전리층 반사레이더의 경우 탐지거리는 수천km이상이 되는 반면 가까운 지역에 대해서는 보지 못하며 전리층의 조건과 먼 거리에 의한 낮은 분해능이 제한점이 된다.탐지 레이더의 분류 대공탐지레이더 지상설치 장거리용 대공탐지레이더는 운용에 따른 제한조건이 가장 적은 레이더로서 주로 높은 고지에 설치하여 장거리 고공표적(항공기, 미사일 등)을 탐지, 표적 제원을 추출하여 우군지휘/통제 체계에 전파하는 조기경보/공중 전장감시 및 통제용으로서 무중단 운용되는 주요 센서이다. 중/ 고고도에 가 반드시 필요하다 . SM-2 대공 미사일은 먼저 SPY-1D(V) 의 전파에 의해 유도되고 , SPG-62 는 SM-2 대공 미사일이 목표에 최종단계로 접근할 때 목표에 향하여 유도전파를 최종 조사하는 역할을 한다 .사격 통제 레이더의 종류 (STIR 240) TNN 사의 STIR 240 ( 스탠다드 미사일을 유도 ) 은 스탠다드 미사일의 조사 기능을 담당할 뿐만 아니라 , 추적 과정에도 도움을 줄 수 있다 . STIR 240 은 강력한 재밍과 클러터의 위협을 고려해 설계되었으며 , 함정의 무장 통제 체계와 연계하여 개함방어뿐만 아니라 구역방어도 가능하게 해준다 . 구역방어를 하기 위해서는 목표추적과 미사일유도를 위해 개함방어 보다 더 넓은 탐지거리가 필요한데 STIR 240 은 TWT 송신기와 직경 2.4m 짜리 안테나로 이런 넓은 탐지 거리를 제공 .PW(Pulse Wave) 레이더 펄스파 (Pulse Wave : PW) 레이더 : 전자파를 직사각형 펄스로 변조시킨 것을 목표물에 전파하여 그 목표물로부터의 미약한 반사파를 검출 펄스의 왕복시간으로 거리 측정 반사되는 펄스의 크기와 변화로 형상과 속도 측정 - 69 -PW(Pulse Wave) 레이더 - 70 - 그림 1. 변조 , 송수신 파형CW(Continuous Wave) 레이더 CW(Continuous Wave) 레이더 연속파를 쏘아서 관측 점으로부터 반사되어 돌아오는 신호가 주파수 변화를 겪은 양을 측정하는 것으로서 주로 도플러 효과를 이용하여 물체의 속도 측정 가장 간단한 형태의 레이더로 주파수의 변조 없이 계속 전파를 발사 - 71 -CW(Continuous Wave) 레이더 - 72 - 그림 2. CW 레이더의 블록도CW(Continuous Wave) 레이더 1 개 안테나 Vs. 2 개 안테나 연속파 레이더는 송수신이 동시에 이루어지므로 송수신의 분리를 위하여 2 개의 안테나를 사용해야 함 한 개의 안테나를 이용하여 송수신을 동시에 수행해야 하는 경우 많은 양의 송신 신호가 수신 단에 유입되ow}
