레이다 신호 특성 탐구

레이다(Radar)는 현대 기술에서 매우 중요한 역할을 수행하는 시스템입니다. 이를 통해 거리 측정, 물체 탐지, 이동 감지 등 다양한 응용이 가능해졌습니다.

 

레이다 기술의 핵심은 신호의 특성에 있으며, 이 특성들은 레이다의 성능을 결정짓는 중요한 요소들입니다. 본 글에서는 레이다 신호의 다양한 특성과 그 의미를 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

레이다 신호의 기본 특성

레이다 신호는 송신기에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호로, 여러 가지 고유한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성들은 레이다의 성능을 정의하는 데 필수적이며, 이는 동시에 성능 제한의 기준이 되기도 합니다.

 

레이다 신호의 주요 특성으로는 펄스 폭(PW), 펄스 반복 시간(PRT), 펄스 반복 주파수(PRF), 전력(Power) 등이 있습니다. 이들 특성을 이해하는 것은 레이다 운용의 이해에 필수적입니다.

특성	설명
펄스 폭 (PW)	송신기가 RF 에너지를 송출하는 시간
펄스 반복 시간 (PRI)	하나의 송신 사이클이 완료되는 시간
펄스 반복 주파수 (PRF)	송신되는 펄스의 속도
전력 (Power)	레이다 신호의 송출 전력

펄스 폭(PW)

펄스 폭은 레이다 송신기가 RF 에너지를 송출하는 시간을 나타내며, 보통 마이크로초 단위로 측정됩니다. 이 값은 레이다의 해상도와 직접적인 관계가 있습니다.

 

해상도란 인접한 두 표적을 얼마나 정확하게 구분할 수 있는지를 나타내며, PW가 작을수록 해상도가 높아집니다. 하지만 PW를 줄이면 송출되는 RF 에너지가 줄어들게 되어 탐지 거리에 영향을 미칠 수 있습니다.

 

따라서 현대 레이다 시스템에서는 펄스 압축 기법을 적용하여 좁은 PW를 유지하면서도 탐지 거리 성능을 유지합니다.

펄스 반복 시간(PRT)

PRT는 하나의 RF 펄스가 시작된 후 다음 펄스가 시작될 때까지의 시간을 의미합니다. PRT는 레이다의 최대 탐지 거리와 밀접한 관계가 있으며, 마이크로초 단위로 측정됩니다.

 

이 값은 레이다의 작동 주기와 밀접하게 연관되어 있습니다.

펄스 반복 주파수(PRF)

PRF는 1초당 생성되는 펄스의 수를 나타내며, Hz로 표현됩니다. PRF는 PRT의 역수로 계산되며, 레이다의 중요한 특성 중 하나입니다.

 

고정 PRF 레이다는 일정한 PRF로 운영되며, 이는 특정한 탐지 환경에서 안정적인 작동을 보장합니다. 반면, PRF Stagger나 PRF Jitter와 같은 전자 보호 기법을 통해 다양한 환경에서의 안정성을 높일 수 있습니다.

전력(Power)

레이다의 전력은 최대 출력과 평균 출력을 포함합니다. 최대 출력은 각 펄스의 크기를 나타내며, 일반적으로 와트 또는 메가와트 단위로 측정됩니다.

 

그러나 레이다의 탐지 거리 성능은 전력뿐만 아니라 송출되는 에너지에 의해 결정됩니다. 에너지는 최대 전력에 송신 시간(PW)을 곱하여 계산됩니다.

 

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레이다 수신기의 특성

레이다 시스템에서 송신기와 수신기의 특성은 서로 다르며, 각각의 특성이 레이다의 성능에 미치는 영향을 알아보는 것이 필요합니다. 수신기와 관련된 주요 신호 특성으로는 휴지 시간(Rest Time), 회복 시간(Recovery Time), 청취 시간(Listening Time) 등이 있습니다.

특성	설명
휴지 시간 (Rest Time)	송신된 펄스의 끝부터 다음 펄스의 시작까지의 시간
회복 시간 (Recovery Time)	송신이 끝난 직후 수신기가 반사된 신호를 처리하지 못하는 시간
청취 시간 (Listening Time)	수신기가 신호를 처리할 수 있는 시간

휴지 시간(Rest Time)

휴지 시간은 송신된 펄스가 끝난 후 다음 송신이 시작되기 전까지의 시간을 나타냅니다. 이 시간 동안 레이다는 송신을 하지 않으며, 일반적으로 마이크로초 단위로 측정됩니다.

 

휴지 시간은 레이다 시스템의 신뢰성과 성능에 중요한 영향을 줍니다.

회복 시간(Recovery Time)

회복 시간은 송신이 끝난 직후 레이다 수신기가 신호를 처리하지 못하는 구간을 의미합니다. 이 시간은 송신기와 수신기 간의 격리 정도와 duplexer의 효율에 따라 결정되며, 높은 출력의 송신기는 수신기에 영향을 미쳐 포화 상태에 이를 수 있습니다.

 

이 경우 회복 시간이 길어질 수 있습니다.

청취 시간(Listening Time)

청취 시간은 수신기가 반사된 신호를 처리할 수 있는 시간으로, 회복 시간이 끝난 후 다음 펄스가 송신될 때까지의 시간을 나타냅니다. 이 시간은 레이다의 탐지 능력에 큰 영향을 미치며, 충분한 청취 시간이 보장되어야 정확한 신호 처리가 가능합니다.

레이다의 변조 기법

레이다 신호는 정보를 전달하기 위해 변조 과정을 거칩니다. 변조는 반송파에 정보를 실어 송신하는 방법으로, 여러 변조 기법이 존재합니다.

 

대표적인 변조 기법으로는 AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Pulse Modulation) 등이 있습니다.

변조 기법	설명
AM (Amplitude Modulation)	반송파의 크기를 변화시켜 정보를 전송하는 기법
FM (Frequency Modulation)	반송파의 주파수를 변화시켜 정보를 전송하는 기법
PM (Pulse Modulation)	펄스형태의 신호를 사용하여 정보를 전송하는 기법

AM(Amplitude Modulation)

AM은 반송파의 크기를 변화시켜 정보를 전달하는 기법으로, 통신 및 방송 분야에서 널리 사용됩니다. 이 방식은 반송파의 주파수는 일정하게 유지하면서, 변조 신호의 정보에 따라 신호의 크기가 변화하는 형태로 송신됩니다.

FM(Frequency Modulation)

FM은 반송파의 주파수를 변화시켜 정보를 전달하는 기법으로, 주로 라디오 방송 및 CW(CW 레이다)에서 사용됩니다. 이 방식은 반송파의 크기는 일정하게 유지하면서, 변조 신호의 정보에 따라 주파수가 변화하는 형태로 송신됩니다.

PM(Pulse Modulation)

PM은 펄스 변조 방식으로, 짧고 강력한 펄스 에너지를 생성하기 위해 사용됩니다. 이 기법은 반송파에 직사각형 펄스를 합쳐서 송신기를 켜고 미리 설정된 시간만큼 유지한 후 송신기를 끄는 방식으로 동작합니다.

 

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결론

레이다 신호의 특성을 이해하는 것은 레이다 시스템의 성능을 최적화하는 데 필수적입니다. 다양한 특성들, 특히 송신기와 수신기의 특성, 변조 기법 등을 종합적으로 고려하여 레이다를 운용하면 더욱 효과적인 탐지 및 측정이 가능합니다.

 

앞으로의 레이다 기술 발전을 통해 더욱 정밀하고 효율적인 시스템이 구축되기를 기대합니다.

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