레이더 경보 수신기 특성화를 위한 고급 트리거 기반 멀티채널 펄스 분석

목표

레이더 경보 수신기(Radar Warning Receiver, RWR, 그림 참조)는 유입되는 레이더 펄스의 방향을 결정하기 위해 일반적으로 평가 작업이 동시에 수행되는 여러 개의 수신기로 구성되어 있습니다. 결합된 수신기의 개수가 증가할수록 방위 각도 정확성이 향상됩니다.

사용하는 애플리케이션에 따라 적용되는 DF 방식도 달라집니다. 일반적인 DF 방식은 신호 도착 시간 차이(Time Difference of Arrival, TDoA) 및 상관 간섭계(correlative interferometer)입니다. 어떠한 방식을 사용하든 R&D 측정에서는 수신기 간의 위상차를 측정하기 위해 위상 동기 수신기(phase coherent receiver)를 필요로 합니다. 개발 단계에서는 이상적인 조건과 더불어 까다로운 시나리오 설정에서 수신기 성능이 주로 측정됩니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프는 타임 도메인 계측기입니다. 오실로스코프의 입력 채널은 시간 상관 신호를 수집하도록 설계되었습니다.

측정 셋업에서 도출한 잠재적인 Skew(전파 지연 차이)는 조정이 가능합니다1). 또한, 고급 트리거 기능을 사용하면 이벤트를 분리하고 상세히 분석할 수 있습니다. 아래에서 까다로운 시나리오에 대한 설명과 함께 강력한 디버깅 도구로서 오실로스코프의 기능을 소개합니다.

측정 셋업

X 밴드(8GHz~12GHz)에서 시나리오를 시뮬레이션하는 R&S®Pulse Sequencer 소프트웨어와 듀얼 채널에서 필요한 신호를 제공하는 R&S®SMW200A Vector Signal Generator가 측정 셋업에 포함되어 있습니다. R&S®RTP Ocilloscope는 R&S®VSE vector signal explorer 소프트웨어와 함께 분석을 처리합니다. 위상차 시연은 RWR에서 두 개의 안테나만을 사용하여 시뮬레이션됩니다. 이 안테나는 항공기 익단의 스타보드에서 포트까지 약 11m 간격으로 설치됩니다. 또한, 시뮬레이션 작업의 편의성을 향상하기 위해 모든 물체를 동일한 높이에 배치하여 두 개의 자유도만 이용할 수 있습니다(예: 동쪽 좌표 및 북쪽 좌표).

모든 상황이 정적 시나리오에서만 발생하는 것은 아니기 때문에 RWR은 동적 시나리오도 대처할 수 있어야 합니다. 이 예시에서 제시된 시나리오는 다양한 진폭을 발생시키는 이동 신호원과 고정 신호원으로 구성되어 있습니다. RWR은 고정되어 있습니다. 그림 1 및 그림 2는 R&S®Pulse Sequencer를 통해 생성된 공간 구성을 보여줍니다. X 밴드에서 작동하는 항공기용 레이더(초계기)는 RWR을 추적하고 측면 방향으로 이동합니다.

RWR 입력에서 항공기용 레이더의 전력 레벨과 유사한 수준의 전력 레벨로 X 밴드에서 작동하는 또 다른 레이더(지상 레이더)가 있습니다. 두 번째 레이더는 RWR 분석에서 방해소스로 작동합니다.

지상 레이더 신호의 펄스 반복 주기(Pulse Repetition Intervals PRIs)와 파워 레벨은 항공기용 레이더의 PRI 및 파워 레벨과 유사합니다. 지상 레이더에서 전송된 신호가 포트 수신기에서 약해지고 스타보드 수신기에서 강해지는 반면, 항공기용 레이더의 파워 레벨은 포트 수신기에서 최고치가 되고 RWR을 통과하면서 점차 감소했다가 스타보드 수신기로 돌아올 때 다시 최고치가 됩니다.

DF 시나리오에서 위상차를 결정하는 것이 중요합니다. R&S®RTP Oscilloscope로 전송된 두 개의 신호에 대한 단순한 초기 트리거링은 다소 엇갈리는 측정 결과를 보여줍니다(그림 3 참조).

오실로스코프는 두 개의 수신기에 대하여 지속시간이 5 μs인 펄스와 5 μs 신호 주변에 무작위로 분포된 간헐적 1 μs 신호를 표시하고 있습니다. 사실 이 데이터는 R&S®Pulse Sequencer 소프트웨어로 시뮬레이션된 시나리오를 위해 사전에 정의된 값입니다.

앞서 설명한 바와 같이, 지상 레이더에서 발생하는 펄스는 발생 빈도수가 잦으며 분석에 포함되어서는 안 됩니다. 시뮬레이션 시나리오에서 항공기는 400 m/s의 속도로 3 km 거리를 횡단하고, 결과적으로 편도 이동에 약 7.5초가 소요됩니다. 이 시간 동안 항공기에서는 약 75,000개의 펄스가 발생합니다. 단일 수집(single acquisition)을 통해 7.5초의 시간을 모두 처리하기란 불가능합니다. 2 × 40 Gsample/s × 7.5 s 계산식에 따라 총 600 Gsample의 메모리가 필요하기 때문입니다. 따라서 시간 도메인에서 1 μs 펄스를 분리할 수 있는 적절한 트리거 조건이 필수적입니다.

트리거 조건

트리거 조건에 관한 자세한 설명은 "오실로스코프를 이용한 레이더 RF 펄스 트리거"(PD 3609.2000.92) 애플리케이션 카드에서 확인하실 수 있습니다. 트리거 설정 설명에 따라 초계기에서 발생하는 펄스를 분리할 수 있습니다.

• 트리거 A(오프타임이 100 ns인 폭 트리거). 분석에 포함되지 않은 펄스를 포함하여 모든 펄스에 안정적인 트리거를 제공합니다.

• 트리거 B(타임아웃 트리거) 펄스가 10 ns 동안 임계 값 수준 아래로 유지되었을 때 발생하는 트리거입니다. 트리거 B는 의도된 펄스 기간 대비 다소 미미한 지연(예: 95% 후)이 발생한 후에 평가됩니다. 이 조건에서는 해당 지연보다 더 긴 지연을 포함하여 모든 펄스가 캡처됩니다.

• 트리거 C(의도된 펄스 기간보다 다소 더 높은(예: 10%) 리셋 타임아웃). 이 조건에서는 지정된 타임아웃보다 시간이 더 긴 펄스를 모두 거부합니다. 그 결과 1 μs 펄스만 분석에 포함됩니다.

분석 설정

분석은 R&S®RTP(애플리케이션 카드 "Analyzing RF radar pulses with an oscilloscope" (PD 5215.4781.92) 및 애플리케이션 노트 "Automotive Radar – Chirp Analysis with R&S®RTP Oscilloscope" (GFM318))에서 직접 수행하거나 전용 분석 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있습니다. R&S®VSE-K6A Multichannel Pulse Analysis Option을 제공하는 R&S®VSE 벡터 신호 탐색기 소프트웨어는 위상차뿐만 아니라 펄스 폭과 강하 등 중요한 레이더 파라미터를 신속하게 결정합니다.

채널 1과 채널 3이 입력 채널로 선택되며, 파형 모드가 지정됩니다. 결과적으로 R&S®RTP의 두 가지 채널이 모두 40 Gsample/s 속도로 샘플링됩니다.

중심 주파수, 수집 시간, 감지 알고리듬 환경 설정 등 주요 파라미터를 설정한 후 R&S®VSE를 매뉴얼 트리거 모드로 설정합니다. R&S®RTP에 앞에서 설명한 트리거 설정을 적용합니다. 트리거 마크를 따라 트리거가 펄스 수집을 왼쪽으로 이동시키므로, 적절한 타이밍을 보장하기 위해 음극성 트리거 오프셋도 정의할 수 있습니다. 이제 오실로스코프의 신호 수집 준비가 끝났습니다.

멀티채널 분석에 사용되는 주요 분석 도구 가운데 랩핑된 펄스 위상과 랩핑이 해제된 펄스 위상 측정 기능이 있습니다(그림 4 우측 하단 참조). 새로운 트레이스가 생성되고 채널 3에 지정됩니다. 이제 두 곡선에 마커를 배치하고 마커를 연결하여 위상차를 측정할 수 있습니다. 이 예시에서는 델타 마커가 279°의 위상차를 나타냅니다. 또한, 위상차는 결과표(우측 상단)에 표시된 값에서도 확인할 수 있습니다.

요약

위상차를 측정하기 위해서는 위상 동기 수신기가 필요합니다. 특히 까다로운 시나리오에서는 적절한 트리거 조건을 통해 분석 대상인 레이더 신호의 분석 속도를 단축할 수 있습니다. R&S®VSE-K6A Multichannel Pulse Analysis 옵션은 R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프에서 이용 가능한 디지털 트리거 기능의 전체 범위를 활용합니다. 자동 위상차 측정을 통해 가장 중요한 레이더 파라미터에 대한 자동 분석을 제공합니다.