AESA レーダーにも世代差が存在するのに, 1世代は 1990年代に最初に登場し始めた APAR, AN/APG-77, OPS-24, J/APG-1のようなレーダーだ. それぞれの放射素子ごとに半導体送受信モジュールを適用して, アナログビーム形成期あるいは単一デジタル信号変換器を構成して送受信祈ることを形成した.
その次に出始めた 2世代 AESA レーダーは 1世代 AESA レーダーが持っていた構造的複雑性と信号損失が大きい問題を解決するためにデジタルビムポミング(Digital Beam Foaming) 技術を取り入れた. アメリカの最新 APG-79や SPY-6 AMDR みたいなレーダーがここに属する.
2世代 AESA レーダーはデジタルビムポミングが可能になりながら同時多重 Beamと適応 Beamを形成することができるようになった. したがって 対電子展能力も大きく向上したし, 同時多機能任務遂行が可能になった.
しかし数千個の配列素子で構成されるレーダー受信信号を全部デジタルで変換して処理しようとすれば大容量のデータ連動能力と大規模デジタル演算処理能力が要求される. この当時には個別的な素子皆にデジタル信号変換をすることはハードウェア, 費用, 物理的な大きさ制限などの限界があって小規模単位の実験的具現は可能でも現実的に適用するのに限界があった.
2300余個のアンテナと RX 受信機を持った AESA レーダーがチャンネルだ 4Mbpsのデータを受信すると仮定した時, Beam Foaming 機能なしに受信 I/Q データ処理のために処理部に入って来るデータさんは約 470 Gbps(58.75 GB/s)に至る水準だ.(”面型 能動位相多機能レーダーのデジタルビムポミング技術開発”, 韓国軍社科学技術学会 2016 総合学術大会).
出処 : 再帰的素子交換方式を利用した能動位相配列アンテナ Subarray 構造最適化アルゴリズム(韓国電磁波学会論文誌, 2016.08)
それでデジタル受信部で各配列グループ(Subarray)からデジタル方式で変換する. Sub arrayとも呼ぶのにコピー素子をグループ化して Sub arrayで構成して, それぞれの Sub arrayから入って来る信号をデジタル信号で変換するのだ.
時間が経って技術が発展するによって 2世代 AESA レーダーでは具現することができなかった個別素子単位でのデジタル信号変換を通じる送受信 Beam 形成が可能になった.
個別素子単位で DAC(Digital to Analog Converter)と ADC(Analog to Digital Converter)がそれぞれ送信/受信経路に含まれてそれぞれ送信/受信波型を発生させて送信 Beamを生成して, 受信信号をデジタル信号で変換後デジタルビーム形成期で受信 Beamを形成するアンテナを具現することができるようになったのだ. これが 3世代 AESA レーダーである完全デジタル能動位相配列レーダー(Full Digital AESA)だ.
が新しい AESA レーダーは多くの側面で長所が多いのに, モジュール単位でデジタル Beam 形成が可能だから Sub Arrayで利用する多重 Beamより利得や浮葉(side lobe) レベルの 劣化が消える.
多重 Beam 一部を Side Lobe 除去受信 Beamに割り当てして Jamming 信号をとり除くことができるし, デジタル受信を通じて Low Side Lobeの多重 Beamやモノーパルス Beamを同時に形成することもできる. そして各レーダー素子ごとに並列的に同時にデジタル信号に変換されるからリアルタイムで具現が可能で, 反応速度を大きく進めることができる.
完全に自由に Beam 運用が可能になりながらドップラー解像度とクルロト抑制能力が向上して低高も, 高速標的のような脅威標的の探知及び精密追跡能力が向上するなど既存 AESA レーダー備え性能が大きく向上した.
そして大韓民国海軍の FFX-B3 護衛艦は世界最初の 3世代 Full Digital 技術が適用された Sバンド AESA レーダーを搭載する世界最初の艦船になる. アメリカの AN/SPY-6 AMDRより技術的に優秀であり, AN/SPY-1の性能を 凌駕するレーダーが国産化されたのだ.
結局レーダーも半導体固まりだから, 半導体分野で 神の位置にある大韓民国がまた世界最高の席に上がるしかなくなった. ^ ^
대한민국의 AESA 레이더 기술, 미국도 凌駕
AESA 레이더에도 세대 차이가 존재하는데, 1세대는 1990년대에 최초로 등장하기 시작한 APAR, AN/APG-77, OPS-24, J/APG-1와 같은 레이더이다. 각각의 방사 소자마다 반도체 송수신 모듈을 적용하고, 아날로그 빔 형성기 혹은 단일 디지털 신호 변환기를 구성하여 송수신 빔을 형성했다.
그 다음으로 나오기 시작한 2세대 AESA 레이더는 1세대 AESA 레이더가 가지고 있던 구조적 복잡성과 신호손실이 큰 문제를 해결하기 위해 디지털 빔포밍(Digital Beam Foaming) 기술을 도입했다. 미국의 최신 APG-79나 SPY-6 AMDR 같은 레이더가 여기에 속한다.
2세대 AESA 레이더는 디지털 빔포밍이 가능해지면서 동시 다중 Beam과 적응 Beam을 형성할 수 있게 되었다. 따라서 對전자전 능력도 크게 향상되었고, 동시 다기능 임무 수행이 가능해졌다.
하지만 수천 개의 배열소자로 구성되는 레이더 수신 신호를 전부 디지털로 변환해서 처리하려면 대용량의 데이터 연동능력과 대규모 디지털 연산 처리능력이 요구된다. 이 당시에는 개별적인 소자 모두에 디지털 신호변환을 하는 것은 하드웨어, 비용, 물리적인 크기 제한 등의 한계가 있어서 소규모 단위의 실험적 구현은 가능해도 현실적으로 적용하기에 한계가 있었다.
2300여개의 안테나와 RX 수신기를 가진 AESA 레이더가 채널당 4Mbps의 데이터를 수신한다고 가정했을 때, Beam Foaming 기능 없이 수신 I/Q 데이터 처리를 위해 처리부에 들어오는 데이터양은 약 470 Gbps(58.75 GB/s)에 이르는 수준이다.("面型 능동 위상 다기능 레이더의 디지털 빔포밍 기술 개발", 한국군사과학기술학회 2016 종합학술대회).
출처 : 재귀적 소자 교환 방식을 이용한 능동 위상 배열 안테나 Subarray 구조 최적화 알고리즘(한국 전자파 학회 논문지, 2016.08)
그래서 디지털 수신부에서 각 배열 그룹(Subarray)에서 디지털 방식으로 변환한다. Sub array라고도 부르는데 복사소자를 그룹화하여 Sub array로 구성하고, 각각의 Sub array에서 들어오는 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다.
시간이 지나며 기술이 발전함에 따라 2세대 AESA 레이더에서는 구현하지 못했던 개별 소자 단위에서의 디지털 신호 변환을 통한 송수신 Beam 형성이 가능하게 되었다.
개별 소자 단위에서 DAC(Digital to Analog Converter)와 ADC(Analog to Digital Converter)가 각각 송신/수신 경로에 포함되어 각각 송신/수신波型을 발생시켜 송신 Beam을 생성하고, 수신 신호를 디지털 신호로 변환 후 디지털 빔 형성기에서 수신 Beam을 형성하는 안테나를 구현할 수 있게 된 것이다. 이것이 3세대 AESA 레이더인 완전 디지털 능동 위상배열 레이더(Full Digital AESA)이다.
이 새로운 AESA 레이더는 여러 측면에서 장점이 많은데, 모듈 단위에서 디지털 Beam 형성이 가능하기 때문에 Sub Array에서 이용하는 다중 Beam보다 이득이나 부엽(side lobe) 레벨의 劣化가 없어진다.
다중 Beam 일부를 Side Lobe 제거 수신 Beam으로 할당해서 Jamming 신호를 제거할 수 있고, 디지털 수신을 통해 Low Side Lobe의 다중 Beam이나 모노펄스 Beam을 동시에 형성할 수도 있다. 그리고 각 레이더 소자마다 병렬적으로 동시에 디지털 신호로 변환되기 때문에 실시간으로 구현이 가능하고, 반응속도를 크게 향상시킬 수 있다.
완전히 자유롭게 Beam 운용이 가능해지면서 도플러 해상도와 클러터 억제 능력이 향상되고 저고도, 고속표적과 같은 위협 표적의 탐지 및 정밀 추적능력이 향상되는 등 기존 AESA 레이더 대비 성능이 크게 향상되었다.
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그리고 대한민국 해군의 FFX-B3 호위艦은 세계 최초의 3세대 Full Digital 기술이 적용된 S밴드 AESA 레이더를 탑재하는 세계 최초의 함선이 된다. 미국의 AN/SPY-6 AMDR보다 기술적으로 우수하며, AN/SPY-1의 성능을 凌駕하는 레이더가 국산화된 것이다.
결국 레이더 역시 반도체 덩어리이기 때문에, 반도체 분야에서 神의 위치에 있는 대한민국이 또한 세계 최고의 자리에 오를 수 밖에 없게 되었던. ^ ^