AESA 레이더 간략한 개념(패시브 레이더, 액티브 레이더)과 오픈 소스

그림 1. Raytheon PhantomStrike

 

그림 2. AESA 레이더

 

AESA 레이더

AESA (Active Electronically Scanned Array) 레이더는 현대의 레이더 기술 중 하나입니다. 이 기술은 전통적인 패시브 레이더와 달리, 레이더 빔을 전자적으로 스캔하여 방향성을 조절할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.

 

기존의 레이더 시스템은 기체를 움직여 빔을 스캔하는 방식을 사용하였지만, AESA 레이더는 많은 개별적인 송수신 모듈로 구성된 배열을 사용하여 전자적으로 빔을 스캔합니다. 각 모듈은 독립적으로 작동하며, 레이더 빔의 방향을 조정하고 집중할 수 있습니다. 이는 빠른 탐지, 정확한 추적, 다중 임무 수행 등 다양한 이점을 제공합니다.

 

AESA 레이더의 주요 장점은 다음과 같습니다:

 

1. 고성능: AESA 레이더는 빠른 반응 속도, 높은 정확도, 장거리 탐지 등 고성능을 제공합니다.
   
   
2. 다중 임무 수행: AESA 레이더는 여러 임무를 동시에 수행할 수 있으며, 공중 및 지상 목표의 탐지, 추적, 식별 등 다양한 작전 요구에 대응할 수 있습니다.
   
   
3. 전자 차단 및 회피 기능: AESA 레이더는 전자 차단 기능을 갖추고 있어 적의 전자 전투 수단을 탐지하고 대응할 수 있습니다. 또한, 회피 기능도 강화되어 적의 미사일 등을 탐지하고 방어할 수 있습니다.
   
   
4. 신뢰성과 내구성: AESA 레이더는 모듈식 구조로 설계되어 있어 하나의 모듈이 고장 나더라도 다른 모듈들은 정상 작동을 유지할 수 있습니다. 이는 전체 시스템의 신뢰성과 내구성을 향상시킵니다.

 

AESA 레이더는 군사 및 항공우주 분야에서 주로 사용되지만, 민간 분야에서도 적용되고 있습니다. 예를 들어 항공기의 탐지 및 관제, 해상 안전, 날씨 예보 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.

 

 

그림 3. 패시브 레이더

 

패시브 레이더

패시브 레이더(Passive Radar)는 송신기를 사용하지 않고 주변의 전파 신호를 수신하여 대상을 탐지하는 레이더 시스템입니다. 기존의 액티브 레이더(Active Radar)는 자체적으로 전파를 발사하고 반사되는 신호를 수신하여 대상을 탐지하는 반면, 패시브 레이더는 다른 송신기의 신호를 이용합니다.

 

패시브 레이더는 일반적으로 두 가지 방식으로 동작합니다. 첫 번째 방식은 민첩한 수신기를 사용하여 주변에서 방출되는 기존의 신호(예: FM 라디오, 텔레비전, 휴대폰 등)를 수신하여 분석하는 것입니다. 이 신호들은 대상에 반사되어 수신되는데, 이를 분석하여 대상의 위치, 속도, 크기 등을 파악할 수 있습니다.

 

두 번째 방식은 신호 재사용 혹은 다중지점 수신(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 기술을 사용하는 것입니다. 패시브 레이더는 기존의 통신 송신기의 신호를 이용하여 다수의 수신 안테나로 수신한 후, 신호의 차이를 분석하여 대상을 탐지합니다. 이 방식은 다중 경로 간섭(Multipath Interference)를 이용하여 대상의 위치를 정확하게 추정할 수 있습니다.

 

패시브 레이더의 장점은 다음과 같습니다:

1. 무선 환경 활용: 기존의 통신 신호를 활용하기 때문에, 별도의 전파 발사기가 필요하지 않습니다. 따라서 전파를 발사하지 않고도 대상을 탐지할 수 있어 전파 감시나 무선 통신 환경 분석에 유용합니다.
   
   
2. 저렴한 운용 비용: 송신기의 설치와 운용에 필요한 비용이 없으므로 상대적으로 저렴합니다.
   
   
3. 감지가 어려운 대상 탐지: 패시브 레이더는 자체적으로 전파를 발사하지 않기 때문에, 대상이 자신을 감지하는 레이더를 인지하기 어려운 경우에 유리합니다. 이는 군사용으로 활용되는 경우에 특히 중요합니다.

 

 

액티브 레이더

 

액티브 레이더

액티브 레이더(Active Radar)는 전자기파를 발사하여 대상에 반사된 신호를 수신하여 대상의 위치, 속도, 크기 등을 탐지하는 레이더 시스템입니다. 액티브 레이더는 자체적으로 전파를 발사하여 대상과의 상호작용을 통해 정보를 수집합니다.

액티브 레이더 시스템은 일반적으로 다음과 같은 주요 요소로 구성됩니다.

 

1. 송신기(Transmitter): 액티브 레이더에서는 송신기가 전파를 발사합니다. 이 송신기는 고주파 신호를 생성하여 안테나를 통해 외부로 전파합니다.
   
   
2. 안테나(Antenna): 안테나는 송신된 전파를 공간으로 방출하고, 대상에 반사된 전파를 수신합니다. 레이더 시스템은 주로 방사형 안테나를 사용하며, 안테나의 형태와 크기는 시스템의 용도와 성능 요구에 따라 다양합니다.
   
   
3. 수신기(Receiver): 수신기는 안테나를 통해 수신된 반사 신호를 감지하고 측정합니다. 이러한 신호 처리를 통해 대상의 위치, 속도, 크기 등의 정보를 추출합니다.

 

액티브 레이더의 주요 장점은 다음과 같습니다:

1. 고정밀 탐지 및 추적: 액티브 레이더는 자체적으로 전파를 발사하여 대상과의 상호작용을 통해 탐지하므로 정밀한 위치 및 속도 정보를 제공할 수 있습니다. 이는 항공기, 우주선, 미사일 등의 추적에 유용합니다.
   
   
2. 독립적인 운용: 액티브 레이더는 자체적으로 전파를 발사하므로 다른 소스에 의존하지 않고 독립적으로 운용할 수 있습니다. 이는 군사 작전에서 중요한 요소로 작용하며, 전장에서 대상을 식별하고 공격 대상을 선별하는 데에 활용됩니다.
   
   
3. 장거리 탐지: 액티브 레이더는 직접 전파를 발사하기 때문에 장거리에서 대상을 탐지할 수 있습니다. 이는 항공 교통 통제, 기상 관측, 해상 안전 등 다양한 응용 분야에서 유용합니다.

 

액티브 레이더 시스템에서 데이터 처리 단계는 다음과 같이 이루어집니다.

1. 수신된 신호 처리: 수신된 반사 신호는 수신기에서 감지됩니다. 이 신호는 노이즈 제거 및 필터링과 같은 신호 처리 과정을 거쳐 정확한 정보를 추출할 수 있도록 준비됩니다.
   
   
2. 신호 분석: 수신된 신호는 파형 분석, 주파수 분석, 펄스 압축 등의 기술을 사용하여 신호에서 포함된 정보를 추출합니다. 이 과정에서 대상의 위치, 속도, 크기 등과 같은 정보를 파악할 수 있습니다.
   
   
3. 신호 처리 및 표현: 추출된 정보는 신호 처리 알고리즘을 통해 필터링, 플로터링 등의 작업을 거쳐 정제됩니다. 이후, 레이더 화면에 대상의 위치를 표시하거나 필요한 형태로 표현됩니다. 일반적으로 레이더 화면은 PPI(Plan Position Indicator) 또는 B-Scan과 같은 형태로 대상의 위치와 움직임을 표시합니다.
   
   
4. 추적 및 식별: 액티브 레이더는 대상의 위치 정보를 추적하고, 이동 경로, 속도, 가속도 등의 동적인 정보를 계산할 수 있습니다. 또한, 대상의 특성을 분석하여 식별하고, 적대적인 대상인지 아군인지 등을 판별하는 작업을 수행할 수도 있습니다.

 

액티브 레이더는 위의 과정을 반복하여 실시간으로 대상의 위치와 특성을 감지하고 추적할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 응용 분야에서 광범위하게 사용되며, 항공 교통 통제, 방어 및 보안, 기상 예보, 탐지 및 타겟팅 시스템 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

 

 

국내 동향

KF-21 AESA 레이다 (능동형위상배열레이다)는 적항공기와 지상, 해상에서 표적을 탐지·추적하고 유도탄 유도 기능을 보유한 최첨단 전투기탑재 사격통제 다기능레이다입니다.

 

KF-21 AESA(능동형위상배열) 레이다는 전투기(KF-21)의 눈에 해당하는 핵심장비입니다. 기존 비능동형 위상배열 레이다는 동일한 주파수를 가진 전파만 발사할 수 있었던 반면, AESA(능동형위상배열)는 임의의 방향으로 임의의 주파수를 가진 전파를 발사할 수 있습니다. 이에, 레이다 추적미사일의 공격을 받을 확률이 훨씬 낮아졌습니다. 또한 대부분의 부품을 반도체로 대체함에 따라 무게는 더욱 가벼워지고, 신뢰성은 높아졌습니다.

 

AESA 레이다는 표적을 탐지, 추적하고 표적까지의 거리 및 방위, 고도, 속도 등의 정보를 획득하는 무기체계입니다. 한화시스템이 국내 최초로 개발 중인 한국형 전투기(KF-21) AESA(Active Electronically Scanned Array: 능동형 위상배열) 레이다는 전투기의 눈 역할을 수행하는 항전센서로 공중과 지상 표적에 대한 탐지, 추적 및 영상 형성 등 다양한 임무를 수행하는 미래 전투기의 핵심 장비입니다.

 

미국·영국·프랑스·스웨덴·이스라엘 등 일부 선진국만 원천기술을 보유하고 있을 만큼 개발이 어려운 최첨단 기술이기도 합니다. AESA의 안테나 및 반도체 송수신 모듈 등 핵심 구성품들은 동일한 주파수대역의 다기능레이다에 100% 재활용 할 수 있어 향 후 신규 사업으로까지확장 가능합니다.

 

https://www.hanwhasystems.com/kr/business/defense/isr/radar01-aesa.do

KF-21 AESA 레이다 | 다기능레이다 | 레이다 | 감시·정찰 | Defense | 한화시스템

 

 

해외 동향

https://www.raytheonintelligenceandspace.com/lang/ko/capabilities/products/phantomstrike

 

 

 

AESA 오픈소스

https://forsyde.github.io/docs/aesa-radar/

Design of Sensor Signal Processing with ForSyDe 0.3.1

 

ForSyde Github 정보

https://github.com/forsyde/aesa-radar

GitHub - forsyde/aesa-radar