Proteus AWT, 레이더 입문서 - 02

목표물 속도 측정

주파수 차이는 속도의 두 배를 파장으로 나눈 값에 해당하며, 반송파 주파수에 비해 매우 작은 주파수 증감으로 나타납니다. 마찬가지로, 도플러 주파수도 모호할 수 있습니다. 도플러 주파수가 펄스 반복 주파수(PRF)보다 크면 측정이 부정확해지며, 최대 속도는 파장과 PRF의 곱보다 클 수 없습니다.

그림 9

 

그림 9에서 볼 수 있듯이, 도플러 주파수는 반송파 주파수에 비해 매우 낮기 때문에 여러 펄스를 통해 측정해야 합니다. 이전에 거리 빈 개념을 논의했듯이, 도플러를 측정하기 위해서는 작은 주파수 차이를 여러 거리 빈에 걸쳐 관찰해야 하며, 이는 수평축에 거리 빈, 수직축에 도플러 빈을 포함하는 2차원 행렬을 형성합니다.

 

목표물 위치 결정

거리와 속도를 측정할 수 있지만, 목표물이 어디에 있는지 어떻게 알 수 있을까요? 한 가지 방법은 레이더를 기계적으로 움직여 빔이 넓은 영역을 커버하도록 하는 것입니다. 전통적인 레이더의 이미지는 회전하는 안테나를 특징으로 합니다. 안테나는 수평면(방위각)에서 약 5RPM의 속도로 회전하거나, 수직면(고도)에서 위아래로 움직일 수 있습니다. 기계적 방법은 분해능이 중요하지 않은 장거리 목표물 탐지에 적합하지만, 더 높은 분해능이 필요한 레이더에는 더 정교한 기술이 필요합니다.

 

화력 통제를 위해서는 목표물을 조준선 내에 유지해야 합니다. 한 가지 방법은 빔을 조준선을 중심으로 원뿔 형태로 기계적으로 회전시키는 것입니다. 목표물이 조준선에서 벗어나면 레이더는 목표물이 빔을 통과했음을 감지하고, 화력 통제 시스템을 기계적으로 움직여 목표물을 다시 조준선에 맞춥니다.

그림 10. 화력 통제 레이더의 예시

 

기계적 시스템과 소형 안테나 배열은 오랫동안 탐색 및 화력 통제에 사용되어 왔지만, 현대 레이더는 위치를 결정하기 위해 더 정교한 전자적 기술을 사용합니다. 화력 통제를 위해 모노펄스 시스템이 사용되며, 이는 동시에 여러 빔 위치를 활용하여 방위각과 고도를 계산할 수 있지만, 배열은 대략적으로 올바른 방향을 가리켜야 합니다. AESA 레이더(능동 전자 주사 배열)는 컴퓨터로 제어되는 안테나 요소 배열로, 안테나를 움직이지 않고도 전파 빔을 전자적으로 다양한 방향으로 조향할 수 있습니다. AESA 레이더는 하늘을 넓게 스캔하고, 여러 레이더 모드와 임무를 단일 시스템으로 수행할 수 있습니다.

 

 

레이더 타겟 생성기

새로운 레이더 설계의 임무 준비 상태를 검증할 때, 레이더 타겟 생성기(RTG)가 자주 사용됩니다. RTG는 테스트 중인 레이더의 신호를 수신한 후, 거리, 속도, 단면적, 클러터 등을 추가하여 이 신호를 다시 레이더로 재전송함으로써 실제 목표물이나 복잡한 시나리오를 시뮬레이션합니다. 이는 실제 범위 테스트보다 비용 효율적입니다.

 

RTG에는 다양한 유형이 있으며, 단순한 지연선, 기존 레이더의 재활용, 또는 고속 RF DAC와 ADC를 FPGA로 제어하는 DRFM(디지털 RF 메모리) 기반 시스템 등이 있습니다.

그림 11. RTG 블록 다이어그램

 

 

Tabor Proteus 임의 파형 송수신기(AWT)

임의 파형 송수신기(AWT)는 최신 RF DAC 및 ADC 기술과 고속 FPGA 제어 및 처리를 결합하여 양자 물리학, RF 반도체 테스트, 레이더 및 전자전과 같은 복잡한 측정 및 시뮬레이션 문제를 해결하는 제품군입니다. 그 블록 다이어그램은 DRFM 시스템과 유사하지만, 제어 및 설정 시스템이 단순화되어 목표물과 시나리오를 쉽게 설정할 수 있습니다.

 

Tabor Electronics의 Proteus 제품군은 업계 최고의 성능 사양을 갖춘 임의 파형 송수신기입니다. 이는 PXIe 표준을 기반으로 한 모듈형 솔루션으로, 모듈, 벤치탑, 데스크탑의 세 가지 폼 팩터로 제공되어 다양한 애플리케이션 요구에 맞게 구성할 수 있습니다.

 

Tabor Proteus AWT 시리즈는 단일 FPGA에서 AWG와 디지타이저를 결합한 독특한 아키텍처를 제공합니다.

 

그 모듈성은 다중 채널 RF 빔을 구성할 수 있게 하며, 이는 모노펄스 또는 AESA 레이더를 에뮬레이션하거나, 복잡한 다중 목표물 시나리오를 생성할 수 있습니다.

 

 

Proteus  주요 특징

• 최대 4채널, 최대 9 GSa/s DAC 샘플 속도
• 최대 16비트 DAC 해상도
• 모든 채널에서 RF 업컨버전을 위한 DUC/NCO 모드
• 채널 간 스큐 < 25ps
• 모듈당 최대 2개의 디지타이저 채널
• 최대 5.4 GSa/s 샘플 속도
• 12비트 ADC 수직 해상도
• 모든 채널에서 RF 다운컨버전을 위한 DDC 모드
• 루프백 모드
• 루프 지연 최소 400ns
• DAC에 직접 스트리밍

 

RTG로서의 Tabor Proteus AWT

Proteus RF 임의 파형 송수신기는 매우 컴팩트한 크기와 폼 팩터를 갖추고 있습니다. 각 기본 모듈은 DUC가 장착된 4개의  위상 동기 DAC 채널과 DDC 기능이 있는 2개의 위상 동기 ADC 채널을 제공합니다.

 

ADC 채널은 목표물에서 반사된 에코 펄스를 수신하고, DDC를 통해 이를 처리합니다. 낮은 주파수부터 X-밴드까지 다양한 Nyquist 존에서 작동할 수 있습니다. 더 높은 충실도와 아이더 주파수 성능을 위해 Proteus AWT는 외부 IQ 변/복조기 및 LUCID 시리즈의 로컬 오실러레이터와 함께 사용할 수 있습니다.

 

 

넓은 대역폭 작동

Tabor AWT는 DAC를 사용하여 최대 2GHz의 대역폭 신호 생성을, ADC를 통해 2.7GHz의 대역폭을 지원합니다. 또한 DAC와 ADC의 대역폭 내에서 빠르고 위상 일관된 주파수 호핑도 구현할 수 있습니다.

 

 

요약

Proteus AWT는 레이더 신호 생성 및 시뮬레이션 장치로 설계되었으며, 선택적인 디지타이저를 통해 분석 도구로도 활용할 수 있습니다. FPGA를 활용하여 실시간 루프백도 가능합니다.​

• 독립형 레이더 신호 생성기​
• 루프백 모드에서의 임의 파형 송수신기 기능​
• DAC에 직접 데이터 스트리밍​
• 사용자가 내부 FPGA의 작동을 유연하게 구성할 수 있는 FPGA 셸 모드

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Proteus AWT series 또는 본문 내용과 관련하여 더 궁금한 점이 있다면 아래 링크로 방문하여 문의를 남겨주시기 바랍니다.

 

견적 및 개발문의 글쓰기 | CTI KOREA