레이더 원리와 종류

레이더(RADAR)란?

기본 원리

• 전파(전자기파)를 탐지하려는 대상에 쏘고 탐지 대상에 반사되어 돌아오는 전파를 확인하여 탐지 대상이 어디 있는지 확인 하는 장치
• 돌아온 전파를 분석하면 위치 외에도 여러 정보를 함께 파악 가능

 

파악 가능한 정보 및 원리

• 방위: 레이더로부터 송신한 전파의 방향, 수신된 전파의 방향을 통해 확인
• 거리: 전파가 반사되어 돌아온 시간을 통해 계산
• 속도 및 이동방향: 돌아온 전파의 파장 변이(도플러 효과)

 

레이더에서 사용하는 주파수

• 주로 300MHz ~ 30GH 범위 내의 주파수를 사용
• 고주파수를 사용하면 작은 안테나로도 좁은 빔을 발생시킬 수 있고, 해상도가 높아 탐지 정확성이 높으나, 탐지거리가 짧고, 스텔스 형상의 구조물 탐지가 어려움
• 저주파수를 사용하면 빔 폭을 좁게 만들기 어려워 안테나가 대형화된다는 단점이 있으나, 장거리 탐지가 가능

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※ 주파수가 높을 수록 에너지 손실이 잘 일어나며 회절이 잘 되지 않음에 기인(주파수가 낮으면 에너지 손실이 비교적 적게 일어나고 회절이 잘 됨)

레이더의 종류(구동 방식을 기준으로)

기계식 레이더(Mechanically scanned array)

• 일반적으로 레이더하면 떠올리는 회전하고 있는 안테나. 기계적 구동을 통해 탐지하고자 하는 방향으로 회전하여 전파를 발신

 

전자주사식 위상배열 레이더(Electronically Scanned array)

두 구면파의 간섭으로 인한 파장의 증폭과 상쇄

• 위 그림과 같이 인접한 두 발신기에서 나온 전파가 일으키는 간섭효과를 이용하여 특정 방향에 강한 전파를 발신 할 수 있음
• 각 발신기가 내보내는 전파의 위상을 조절하면 레이더 자체를 회전하지 않고도 전파 방향을 조절(빔을 조향) 할 수 있음
• 단, 기계식 레이더 대비 시야가 좁아 이를 극복하기 위한 방법이 도입됨(기계식과의 하이브리드, 다른 레이더 정보로 보조 등)
• 단시간에 광범위한 지역을 스캔 가능 & 빠르게 이동하는 표적을 추적 가능

 

PESA(Passive Electronically Scanned Array, 비능동형 전자주사식 위상배열 레이더)

• PESA는 1개의 전파발생기를 가지고 있으며, 전파 방향을 조절하기 위해서는 이 발생기에서 나온 전파를 각 안테나에 있는 위상변조기로 전파 위상을 바꾸어 송출

 

AESA(Active Electronically Scanned Array, 능동형 전자주사식 위상배열 레이더)

• AESA는 다수의 전파발생기가 존재하여 여러 주파수를 동시에 송신 가능
• 능동의 의미: 주파수를 능동적으로 조절 가능
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• AESA의 장점
  • 저피탐성: 자연상에 존재하는 배경전파로 위장 가능하여 역탐지 가능성 감소
  • 재밍: 상대 레이더의 주파수에 맞추어 강한 전파빔을 쏘아 상대 레이더 무력화 가능
  • 항재밍: 재밍을 당하면 주파수 변경하여 재밍 회피 가능
  • 경량, 소형, 고신뢰성: 대부분의 부품이 기계적 부품 대신 반도체로 구성됨에 기인하며 안테나, 송수신모듈에 5%까지 고장나도 정상 운용 가능
  • 다기능성: 다중빔 기능을 활용해 다수 지역, 다수 스캔을 동시 스캔
• AESA의 단점
  • 높은 소비전력
  • 측면에서의 낮은 탐지효율
  • 높은 설계 난이도

PESA와 AESA의 구조 비교(출처: 기술기획포럼, 국방기술품질원)

형상적응배열(Conformal Array) 레이더

• AESA의 발전된 형태로 항공기나 함정의 구조와 레이더가 통합되어 두 역할을 동시에 구현하는 형태의 레이더
• 낮은 수준의 형상적응배열은 추가적인 구조물을 요구하지만, 고도로 형상적응배열이 적응될 경우 외피와 일체성이 높아져 외피와 구분이 되지 않음