레이더 탐지거리, 구성과 원리

전파를 이용해 물체 탐지 및 거리 측정 주야간 및 기상 영향 안받는 전천후 센서

 

전자파(Electromagnetic waves)란 사전적으로 ‘전기 및 자기의 흐름에서 발생하는 일종의 전자기 에너지’로 정의되는데, 전기가 흐를 때 그 주위에 동시에 발생하는 전기장(電氣場 electric field)과 자기장(磁氣場·magnetic field)이 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동을 말한다.

 

레이더의 일반적 원리.

 

이런 전자파를 대상물(표적)을 향해 쏜 뒤 부딪혀 돌아오는 반사파를 수신·측정하여 대상물의 존재 여부를 탐지하고, 그 거리와 방위각·고도·속도 등의 정보를 획득하고 식별하는 장치가 레이더이다. 레이더의 RADAR는 ‘RAdio Detection And Ranging’의 머리글자를 조합한 약어 직역하자면 ‘전파를 이용한 탐지 및 거리측정’이라는 뜻이다.

 

 

레이더는 주·야간, 기상에 영향을 받지 않는 전천후 센서로서 군사적으로 적 항공기 탐지 등의 군사적 용도로만 사용되었으나 현재는 항공기의 항법, 해상에서의 탐색 및 구조, 조기경보, 사격 거리 내에 들어올 표적에 대한 화력 제어, 미사일 유도, 피아식별, 지형 영상 획득 등 다양한 용도로 이용되고 있다.

 

레이더는 안테나, 송수신기(송신기와 수신기), 신호처리기, 운용자콘솔(통제·전시기) 등의 부체계로 구성된다. 발진기에서 생성된 전자기파는 송신기를 통해 방사된 후 표적에 반사되어 안테나로 수신된다.

 

이 반사 수신된 신호는 표적의 크기와 관련된 신호 강도, 표적의 거리와 관계된 도착 시간, 표적의 이동속도와 관련된 도플러 주파수 변화를 포함하고 있어 신호 처리기에서 이를 처리하여 표적의 위치와 이동속도를 측정한다.

 

 

■ 레이더의 구성 및 역할

발진기 및 송수신기

발진기(exciter)는 안정적인 저출력 주파수 신호를 지속적으로 발생시킨다. 송신기(transmitter)는 발진기에서 전달되는 입력 신호를 펄스 형태로 만들면서 레이다가 요구하는 높은 출격으로 증폭시킨다. 송신기에서 증폭된 전자기파는 수~수십 GHz의 마이크로파 대역의 주파수를 사용하므로 파이프 모양의 도파관(wave guide)을 통해 안테나로 전달된다.

 

 

송수신 전환기

송수신 전환기(duplexer)는 안테나를 송신 및 수신을 겸용으로 사용할 수 있게 해주는 장치이다. 전자기파를 송수신할 때 한 방향으로만 진행시키고 반대 방향으로는 진행하지 못하도록 한다. 즉 송신간에는 전자기파를 안테나 방향으로만 나가도록 하고 수신할 때에는 수신기 방향으로만 들어가도록 한다.

 

안테나

안테나(antenna)는 송수신 전환기를 거쳐온 전자기파를 원하는 방향의 공중으로 방사하고 표적에서 반사된 신호를 수신하는 장치. 일반적으로 피드혼(feed horn)과 반사판으로 구성된다. 표적으로 방사된 전자기파는 표적에서 반사되어 다시 안테나 반사판을 거쳐 급전혼으로 수신되며 송수신전환기를 통해 수신기로 전달된다.

 

 

수신기

수신기는 안테나로부터 받은 미약한 수신 신호를 증폭하고 신호처리가 용이하도록 고주파를 저주파로 변환시킨 후 신호처리기로 보내주는 부분으로서 일정 세기 이상의 강한 신호가 들어올 시 손상될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 수신기 보호장치가 설치된다.

 

신호처리기

신호처리기는 수신기로부터 전달된 수신신호를 분석하여 표적 신호로 전환하도록 처리하는 장치로서. 표적신호를 탐지하게 되면 표적까지의 거리와 이동속도등을 계산한다.

 

 

 

운용자 콘솔

운용자 콘솔은 운용자가 요구한 제어 상태를 감시하고 시스템의 모든 구성요소를 제어하며 탐지한 표적에 대한 정보를 운용자에게 보여주는 장치이다. 필요시 바탕화면에 디지털지도를 전시할 수도 있다.

 

안테나 서보

안테나 서보(servo) 장치는 안테나의 방향을 운용자가 요구하는 방향 즉, 표적 방향으로 회전시키는 장치이다. 안테나 방향은 운용자 콘솔에서 운용자에 의해 제어되는데 안테나 방향과 송신기, 수신기, 전시기 간의 제어신호 동기를 맞춤으로써 이뤄진다.