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지미 창
5 years ago
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1 한국산학기술학회논문지 Vol. 10, No. 10, pp , 2009 채규수 1*, 임중수 1, 김민년 1 1 백석대학교정보통신학부 An anti-arm technique using decoy antennas Gyoo-Soo Chae 1*, Joong-Soo Lim 1 and Min-Nyun Kim 1 1 Division of Information Communication Eng., Baekseok University/RDRC KAIST 요약본논문은디코이 (Decoy) 안테나를사용하여레이다를보호하기위한레이다전파회피기술에대한것이다. 디코이안테나의효과를알아보기위해대방미사일 (ARM) 수신기에도달하는감시레이다신호와디코이신호의합성신호의위상과진폭을분석하였다. 그리고다수디코이의배치방법과배치거리에따른 ARM의요격효과를시뮬레이션하고, ARM 방어를위한효과적인디코이배치방법및배치거리를제안한다. Abstract This paper describes an anti-arm technique using multiple decoy antennas. We investigate the radar and decoy antenna signal received at the ARM receiver to verify the effect of decoy antennas. And we develop a simulation program using Matlab for optimum positions of the decoys and the effect of ARM by distance between decoys. We suggest optimum positions and distance between decoys based on our simulation results. Key Words : Decoy antenna, ARM, Anti-ARM, Radar 1. 서론 전파회피기술은한반도와같은산악지형에서최적의레이다운용사이트를선정하고다른발생신호장치를추가하여레이다에발생되는전파를효율적으로관리함으로써레이다운용을적에게최소로노출시켜대방사미사일 (ARM: Anti Radiation Missile) 등의공격을피하면서원하는정보를충분히획득할수있도록하는기술을말한다. 특히, 현대전에서는적의대공방어망을억제하기위한정밀유도무기, 대방사미사일에의한공격이급격히증대되고, 전파방해전용무인기가등장하면서레이다를보호하기위한레이다전파회피기술에대한연구가매우활발하게진행되고있다 [1-5]. 대방사미사일은레이다가레이다기지에서운용되는동안에레이다가방사한전파를 ARM의수신기가수신하여전파가도래하는방향을탐지한후에전파가도래되는방향에레이다가있다고가정하고레이다기지를공격하는미사일이다. 이러한대방사미사일은 1983년 9월이스라엘이시리아와전 쟁에서 Baika Valley 에있는 19개의 SA-6 미사일기지의레이다를이스라엘이 ARM을사용하여파괴했으며, 걸프전에서도개전초기에연합군의 ARM과정밀유도무기가이라크의레이다기지공격에많이사용되었다. 대방사미사일은공대지, 지대지, 함대지미사일형태가있으며미국이나유럽에서사용하는미사일의직경은최대직경이약 40cm이고, 러시아에의해서개발된 ARM 미사일의직경은최대직경은약 1m 정도이다. ARM은능동형미사일의탄두에부착되는탐색기대신에적의레이다에서발사되는전파를수신하는전자전장비의방향탐지기와유사한수동형레이다추적기를보유하고있다. 현재사용되는대부분의레이다추적기는수동형방향추적기로전자지원장비의수신기및방탐기와구성및기능이유사하다. ARM을방어하는주요전파회피기술은직접타격 (Hard kill), 채프 (Chaff), 디코이안테나, 디코이안테나와블링킹 (Blinking) 병행, 레이다파라메타변경등이있으며이중에서도디코이안테나를사용하는기법과블링 본연구는한국과학기술원전파탐지특화연구센터를통한국방과학연구소의연구비지원으로수행되었습니다. * 교신저자 : 채규수 (gschae@bu.ac.kr) 접수일 09년 09월 15일수정일 09년 10월 07일게재확정일 09년 10월 14일 2646

2 킹기법이매우효과적이다 [6-8]. 이러한전파회피기술들이소개되었지만디코이안테나의배치에대한이론적인모델이제시되지않았다. 본논문에서는디코이안테나를사용한전파회피가효과적으로이루어지기위해디코이안테나의최적배치간격을시뮬레이션을통해구하고자한다. 2. 디코이안테나를사용한 ARM 방어기술 감시레이다를보호하기위해서많이사용하는방법은감시레이다주변에디코이안테나를설치하여 ARM의표적추적기가감시레이다대신디코이안테나를추적하거나또는디코이안테나송신신호와감시레이다의송신신호의합성에의해서감시레이다와디코이안테나의중간지점을추적하도록하는방법이다. 그림 1은 ARM 방어를위한디코이안테나를이용한레이다사이트운용개념도이다. [ 그림 1] 레이다와디코이안테나운용개념도 ARM 디코이안테나를사용하는전파회피기술은감시레이다와디코이안테나의신호크기만을조정하여운용하는방법과신호크기와위상을함께조정하여운용하는방법이있다. 감시레이다의주엽 (Main-lobe) 이 ARM 추적기와조우하는시간은감시레이다의회전또는스캔속도에비례하므로 ARM은대부분의경우감시레이다의주엽과조우하지않고부엽 (Side-lobe) 과조우하게된다. 디코이안테나의출력을감시레이다의부엽출력보다크게할경우 ARM은디코이안테나를추적할확률이높다. 디코이안테나의중요성이증대되어최근에와서는여러개의디코이안테나를설치하기도하고, 이와별도로여러종류의레이다를능동적으로모의할수있는능동디코이가개발되어설치되기도한다. 능동디코이는넒은주파수대역의레이다신호를복제할수있으며, 펄스폭과펄스간격등도다양하게복제할수있다. 추적 ARM의각도오차판별기가선형특성을가지고진폭비교방법으로방향을판별하는경우에, 두디코이안테나의가운데지점에서나타나는각도오차 ( ) 는 (1) 와같이표현할수있으며, 는두안테나의상대전압진폭비이며, 이다. 이경우 D는안테나사이의거리, 은추적 ARM과레이더안테나의중간지점과의거리, 는추적 ARM 지향축과레이다사이를수직이등분하는선과이루는각도를각각나타낸다. 이관계식은부정합안테나의송신세기가동일한경우, 두안테나의가운데지점을추적하게된다는결과를보여준다. 만약한쪽안테나의세기가더강하게되면, 추적 ARM의안테나방향은강한안테나의송신신호쪽에가깝게될것이다. ARM은 30~100km 거리에서발사되지만표적추적을개시하는거리는감시레이다로부터 15~20km 정도떨어진곳에서부터시작한다. 이경우디코이안테나가효과적으로동작하기위해서는감시레이다를운용중지하든지그렇지않으면디코이안테나를감시레이다와인접한 ( 약 100~300m) 위치에설치해야 ARM의표적추적기가감시레이다와디코이안테나를동시에추적하게된다. 이경우 ARM 추적기의방향추적분해능이중요하며, 일반적으로약 8 o, 성능이우수한경우는 2~3 o 로추정된다. 그림 2는 ARM 수신기에도달하는감시레이다신호와디코이신호의합성신호의위상과진폭을분석하기위해공간상떨어져있는 2개의부정합디코이안테나가추적 ARM의빔폭내에위치하는경우를보여주고있다. [ 그림 2] 디코이안테나배치와 ARM 수신기 2647

3 한국산학기술학회논문지제 10 권제 10 호, 2009 (2) [ 표 1] ARM 수신기의방탐정확도에따른디코이안테나배치방법 (3) (4) (5) (6) (7) (8) 식 (2)-(5) 는디코이안테나로부터 ARM 수신기의안테나로수신되는신호를표시하고있다 [9-10]. 그리고식 (6), (7) 은수신기에도달한신호의위상을표시하며그차이가식 (8) 에나타나있다. ARM은이위상차이 ( ) 가 0이되는방향을찾아서공격하게된다. 본논문에서는이위상차이가 0인경로를따라 ARM이비행하는경로를 Matlab 프로그램으로구현하였다 [11-12]. 그림 3에서는디코이안테나의배치방법을나타내었다. ARM이레이다사이트에근접함에따라디코이안테나만운용한다고가정할때, 디코이안테나의배치방법을제안하는것이다. 디코이안테나가 ARM수신기의방향탐지빔폭내에서최적의배치방법을제안하고있다. 표 1에서는방향탐지정확도에따른디코이안테나의최대이격거리가나타나있다. ARM 수신기의방향탐지정확도에따라디코이의배치간격이결정되어야한다. 디코이안테나가 ARM 수신기의방향탐지정확도를벗어나면다른목표물로인식하여디코이안테나의효과가없어지기때문이다. 방탐정확도디코이수 ±1 o ±2 o ±3 o ±5 o 1 D m m m m 2 D m m m m 3 4 D m m 569.5m 932.7m D m m 328.9m 538.5m D m 377.9m 557.7m m D m 267.2m 394.3m m D : 디코이사이의거리, D1 : 레이다와디코이사이의거리 [ 그림 4] 레이다의주엽과 Decoy 안테나로부터교란 (1GHz, 110m, 위상차 90 o ) [ 그림 5] 레이다의부엽과 Decoy 안테나로부터의교란 (1GHz, 110m, 위상차 90 o ) 그림 4는 ARM이레이다의주엽과조우할때, 수신기에서수신되는신호의세기가나타나있으며그림 5에서는부엽과조우하는경우신호의세기가나타나있다. ARM이주엽과조우하는경우는디코이안테나의효과가거의없는것을알수있고부엽과조우하는경우에디코이안테나의효과가나타나게된다. [ 그림 3] 디코이안테나배치방법 2648

4 디코이를사용하는기술은 ARM의레이더공격을방어하는대표적인기술이다. 방탐정확도에따른다수디코이의효과적인배치방법과배치거리에따른 ARM의요격효과를 Matlab 프로그램을사용하여시뮬레이션하였다. 그리고 ARM 방어를위한효과적인디코이배치방법및배치거리를구체적으로제안한다. 본연구를바탕으로디코이안테나를사용한레이다전파회피시뮬레이터를개발하여체계적인레이다방어기술에대한연구가진행될것이다. 참고문헌 [ 그림 6] 디코이안테나를 1 개사용한경우와하지않은경우의 ARM 비행경로 ( 사용주파수 = 9GHz, 거리 = 18km, ARM 방탐정확도 : ±2 o, 레이다와디코이사이간격 : 195m) 그림 6은디코이안테나를 1개사용한경우와사용하지않은경우의 ARM 비행경로를나타내고있고그림 7 은디코이안테나를 2개사용한경우의 ARM 비행경로를나타낸다. 디코이를사용하지않는경우는레이다를타격하고 1개의디코이안테나를사용한경우는디코이안테나를, 2개의디코이를사용한경우는디코이안테나사이를타격하는것을볼수있다. [ 그림 7] 디코이안테나를 2 개사용한경우의 ARM 비행경로 (D 1 : 192m, D : 135m) 3. 결론 본논문에서는디코이안테나를사용하여레이다를보호하기위한레이다전파회피기술에대하여기술하였다. [1] M. Emadi, A. Jafargholi, M. H. S. Moghadam and F. Marvasti, "New anti -ARM technique by using random phase and amplitude active decoys," Progress In Electromagnetics Research, PIER 87, pp , [2] Wang Fan, He RuiLong and Sha Xiang, "Anti -ARM technique: feature analysis of ARM warning radar," 2001 CIE International Conference on Radar, Page(s): , Oct [3] Wang Fan, He RuiLong and Sha Xiang, "Anti -ARM technique: distributed general- purpose decoy series (DGPD)," 2001 CIE International Conference on Radar, Page(s): , Oct [4] Li Neng-Jing, "Radar ECCMs new area: anti -stealth and anti-arm," IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 31, Issue 3, Page(s): , July [5] D. E. Maurer, R. Chamlou, and K. O. Genovese, "Signal processing algorithms for electronic combat receiver applications," Johns Hopkins APL Technical Digest, Vol. 18, No. 1, [6] G. D. Curtis Schleher, A Electronic Warfare in the Information Age, Artech House, Boston,1999. [7] Filippo Neri, Introduction to Electronic Defense Systems, Artech House, Boston, [8] Leroy B. Van Brunt, Applied ECM, Volume 3, EW Engineering, Inc. VA, [9] W. L. Stutzman, Antenna Theory and Design, John Wiley & Sons Inc, [10] R. J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, Artech House, Norwood, MA, [11] B. R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design Using Matlab, Chapman and Hall/CRC, NY,

한국산학기술학회논문지제 10 권제 10 호, 2009 [12] David K. Barton, Radar System Analysis and Modeling, Artech House, Norwood, MA, 2005.

Amphenol Mobile (RF manager) 2003 년 3 월 ~ 현재 : 백석대학교정보통신학부교수 안테나설계, 초고주파이론 임중수 (Joong-Soo Lim) [ 정회원 ] 1978 년 2 월 : 경북대학교전자공학과

~ 현재 : 백석대학교정보통신학부교수 전자파이론, 광대역주파수소자설계, 레이다및전자전장비설계 / 분석 김민년 (Min-Nyun Kim) [ 종신회원 ] 1993 년 2 월 : 홍익대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1995 년 2 월

5 한국산학기술학회논문지제 10 권제 10 호, 2009 [12] David K. Barton, Radar System Analysis and Modeling, Artech House, Norwood, MA, 채규수 (Gyoo-Soo Chae) [ 종신회원 ] 1995 년 2 월 : 경북대학교전자공학과 ( 공학석사 ) 2000 년 12 월 : Virginia Tech ( 공학박사 ) 2001 년 1 월 ~ 2003 년 2 월 : Amphenol Mobile (RF manager) 2003 년 3 월 ~ 현재 : 백석대학교정보통신학부교수 안테나설계, 초고주파이론 임중수 (Joong-Soo Lim) [ 정회원 ] 1978 년 2 월 : 경북대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1987 년 8 월 : 충남대학교전자공학과 ( 공학석사 ) 1994 년 3 월 : Auburn University ( 공학박사 ) 1980 년 8 월 ~ 2003 년 12 월 : 국방과학연구소 2003 년 3 월 ~ 현재 : 백석대학교정보통신학부교수 전자파이론, 광대역주파수소자설계, 레이다및전자전장비설계 / 분석 김민년 (Min-Nyun Kim) [ 종신회원 ] 1993 년 2 월 : 홍익대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1995 년 2 월 : 홍익대학교대학원전자공학과 ( 공학석사 ) 1995 년 : 대우전자전략기술연구소 2003 년 6 월 : 홍익대학교대학원전자공학과 ( 공학박사 ) 2002 년 3 월 : 백석대학교정보통신학부전임강사 초고주파, 레이다, 전파산란, 광파 2650

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE Jun.; 27(6),

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2016 Jun.; 276), 504511. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2016.27.6.504 ISSN 1226-3133 Print)ISSN 2288-226X Online) Near-Field