레이더 신호 특성

레이더 시스템은 표적에서 반사된 무선주파수 전자기 신호를 사용하여 해당 표적에 대한 정보를 결정한다. 모든 레이더 시스템에서 송신 및 수신되는 신호는 아래에 설명된 많은 특성을 나타낸다.

## 시간 영역에서
아래 도표는 시간 영역에서의 송신 신호 특성을 보여준다. 이 도표와 이 문서 내의 모든 도표에서 x축은 설명을 명확하게 하기 위해 과장되었다.

### 반송파
center|레이더 펄스 열
반송파는 일반적으로 마이크로파 주파수의 RF 신호이며, 시스템이 필요한 데이터를 캡처할 수 있도록 대개(항상은 아님) 변조된다. 단순 거리 측정 레이더에서 반송파는 펄스 변조되며, 도플러 레이더와 같은 연속파 시스템에서는 변조가 필요하지 않을 수 있다. 대부분의 시스템은 다른 보조 변조 신호의 유무에 관계없이 펄스 변조를 사용한다. 펄스 변조의 경우, 반송파는 단순히 펄스와 동기화되어 켜지고 꺼지는 것에 불과하다. 변조 파형은 실제로 송신 신호에 존재하지 않으며, 펄스 파형의 포락선은 수신기의 복조된 반송파에서 추출된다. 설명하면 당연해 보이지만, 펄스 송신을 처음 공부할 때 이 점을 놓치는 경우가 많아 신호의 본질에 대한 오해를 불러일으킨다.

### 펄스 폭

송신 신호의 펄스 폭(\tau)(또는 펄스 지속 시간)은 각 펄스가 지속되는 시간으로, 일반적으로 마이크로초 단위이다. 펄스가 완벽한 방형파가 아닌 경우, 시간은 일반적으로 펄스의 상승 및 하강 에지의 50% 전력 레벨 사이에서 측정된다.

펄스 폭은 레이더가 충분한 에너지를 방출하여 반사된 펄스가 수신기에서 감지될 수 있을 만큼 충분히 길어야 한다. 먼 표적에 전달될 수 있는 에너지의 양은 송신기의 피크 출력 전력과 송신 지속 시간의 두 가지 곱이다. 따라서 펄스 폭은 표적의 최대 탐지 거리를 제한한다.

펄스 폭은 또한 거리 분해능, 즉 서로 가까이 있는 두 표적을 구별하는 레이더의 능력을 제한한다. 방위각과 고각이 유사하고 변조되지 않은 펄스를 사용하는 레이더로 볼 때, 모든 거리에서 거리 분해능은 대략 펄스 지속 시간의 절반에 빛의 속력을 곱한 값(마이크로초당 약 300미터)과 같다.

left|반송파를 표현한 레이더 에코

펄스 폭은 또한 근거리에서 레이더의 사각지대를 결정한다. 레이더 송신기가 작동하는 동안 수신기 입력은 증폭기가 포화되거나(더 가능성 있게는) 손상되는 것을 방지하기 위해 차단(blanked)된다. 간단한 계산에 따르면 레이더 에코가 1법정마일(statute mile) 떨어진 표적에서 돌아오는 데는 약 10.8&nbsp;μs가 소요된다(송신기 펄스의 앞선 에지(T0)부터 계산). 편의상 이 수치는 1해리당 12.4&nbsp;μs 또는 1km당 6.7&nbsp;μs로 표현될 수도 있다. (단순화를 위해 이후 모든 논의에서는 미터법 수치를 사용한다.) 만약 레이더 펄스 폭이 1&nbsp;μs라면 수신기가 차단되기 때문에 약 150&nbsp;m보다 가까운 표적은 탐지할 수 없다.

이 모든 것은 설계자가 다른 성능 요인에 영향을 주지 않으면서 단순히 더 큰 거리를 얻기 위해 펄스 폭을 늘릴 수는 없음을 의미한다. 레이더 시스템의 다른 모든 요소와 마찬가지로, 역할에 따른 최적의 성능을 제공하기 위해 레이더 시스템 설계에서는 타협이 이루어져야 한다.

### 펄스 반복 주파수 (PRF)

식별 가능한 에코를 형성하기 위해 대부분의 레이더 시스템은 펄스를 지속적으로 방출하며, 이러한 펄스의 반복률은 시스템의 역할에 의해 결정된다. 따라서 새로운 펄스가 송신될 때마다 표적의 에코가 디스플레이에 '그려지거나' 신호 처리기 내에서 통합되어 복귀 신호를 강화하고 탐지를 쉽게 만든다. 사용되는 PRF가 높을수록 표적이 더 많이 그려진다. 그러나 PRF가 높을수록 레이더가 "볼 수 있는" 거리는 줄어든다. 레이더 설계자는 아래에 설명된 대로 이를 제한하는 다른 요인들과 조화를 이루는 범위 내에서 가능한 가장 높은 PRF를 사용하려고 노력한다.

설계자가 매우 신중하게 고려해야 할 PRF와 관련된 두 가지 다른 측면이 있다. 안테나의 빔폭 특성과 레이더가 시야를 스윕(sweep)해야 하는 주기성이다. 수평 빔폭이 1°인 레이더가 1080&nbsp;Hz의 PRF로 2초마다 360° 지평선 전체를 스윕한다면, 각 1도 호(arc)에 대해 6개의 펄스를 방사하게 된다. 수신기가 허용 가능한 탐지 확률을 달성하기 위해 유사한 진폭의 반사 펄스를 최소 12개 필요로 한다면 설계자에게는 세 가지 선택지가 있다. PRF를 두 배로 늘리거나, 스윕 속도를 절반으로 줄이거나, 빔폭을 두 배로 늘리는 것이다. 실제로 세 가지 선택지 모두 다양한 정도로 사용되며, 레이더 설계는 상충되는 압박 사이의 타협에 관한 것이다.

### 스태거 PRF
스태거 PRF(Staggered PRF)는 레이더의 질문 간격 시간이 패턴화되고 쉽게 식별 가능한 반복 방식으로 약간씩 변하는 송신 프로세스이다. 반복 주파수의 변경을 통해 레이더는 펄스 대 펄스 기반으로 자체 송신에 의한 복귀 신호와 동일한 PRF 및 유사한 무선 주파수를 가진 다른 레이더 시스템의 복귀 신호를 구별할 수 있다. 펄스 사이의 간격이 일정한 레이더를 가정해 보자. 표적 반사는 펄스의 비행 시간과 관련된 비교적 일정한 거리에 나타난다. 오늘날 매우 혼잡한 무선 스펙트럼에서는 송신기에서 직접 오거나 다른 곳에서 반사된 다른 많은 펄스가 수신기에 감지될 수 있다. 그들의 겉보기 "거리"는 "우리" 레이더가 송신한 마지막 펄스를 기준으로 시간을 측정하여 정의되므로, 이러한 "재밍" 펄스는 어떤 겉보기 거리에서도 나타날 수 있다. "재밍" 레이더의 PRF가 "우리" 레이더와 매우 유사할 때, 그 겉보기 거리는 실제 표적처럼 매우 느리게 변할 수 있다. 스태거를 사용함으로써 레이더 설계자는 "재밍"이 겉보기 거리에서 불규칙하게 뛰어다니도록 강제하여 통합을 방해하고 실제 표적 탐지에 미치는 영향을 줄이거나 억제할 수 있다.

스태거 PRF가 없으면 동일한 무선 주파수를 사용하는 다른 레이더에서 발생하는 모든 펄스가 시간상 안정적으로 나타나 레이더 자체의 송신에 의한 반사로 오인될 수 있다. 스태거 PRF를 사용하면 레이더 자체의 표적은 송신 펄스와 관련하여 거리상 안정적으로 나타나는 반면, '재밍' 에코는 겉보기 거리에서 이리저리 움직여(비상관) 수신기에서 거부된다. 스태거 PRF는 이를 위해 사용되는 몇 가지 유사한 기술 중 하나일 뿐이며, 여기에는 지터 PRF(펄스 타이밍이 덜 예측 가능한 방식으로 변함), 펄스 주파수 변조 및 비의도적 동기화 가능성을 줄이는 것을 주요 목적으로 하는 여러 다른 유사한 기술이 포함된다. 이러한 기술은 오늘날 지구상에서 가장 수적으로 많은 레이더인 해상 안전 및 항법 레이더에서 널리 사용되고 있다.

### 클러터

클러터는 레이더 운용자에게 흥미롭지 않은 표적에서 반환된 무선 주파수(RF) 에코를 의미한다. 이러한 표적에는 지면, 바다, 강수(비, 눈 또는 우박), 모래 폭풍, 동물(특히 새), 대기 난류 및 전리층 반사, 유성 흔적, 삼체 산란 스파이크와 같은 기타 대기 효과가 포함된다. 클러터는 건물과 같은 인공물에서 반환될 수도 있으며, 의도적으로는 채프와 같은 레이더 대항책에 의해 발생하기도 한다.

일부 클러터는 레이더 송수신기와 안테나 사이의 긴 레이더 도파관에 의해 발생할 수도 있다. 회전 안테나가 있는 전형적인 평면 위치 표시기(PPI) 레이더에서 이는 일반적으로 수신기가 도파관 내의 먼지 입자와 잘못 유도된 RF 에코에 반응함에 따라 디스플레이 중앙에 "태양" 또는 "선버스트(sunburst)" 형태로 나타난다. 송신기가 펄스를 보내는 시점과 수신기 단계가 활성화되는 시점 사이의 타이밍을 조정하면 대부분의 선버스트가 안테나를 떠나기 전에 반사된 확산 송신 펄스에 의해 발생하기 때문에 거리 정확도에 영향을 주지 않고 선버스트를 줄일 수 있다. 클러터는 레이더가 보낸 레이더 신호에 반응해서만 나타나기 때문에 수동적 간섭원으로 간주된다.

클러터는 여러 가지 방법으로 탐지되고 중화된다. 클러터는 레이더 스캔 사이에서 정적인 경향이 있다. 후속 스캔 에코에서 원하는 표적은 움직이는 것처럼 보이며 모든 정지된 에코는 제거될 수 있다. 해면 클러터는 수평 편파를 사용하여 줄일 수 있는 반면, 비는 원편파로 줄일 수 있다(기상 레이더는 반대 효과를 원하므로 강수를 탐지하기 위해 선형 편광을 사용한다). 다른 방법들은 신호 대 클러터 비(signal-to-clutter ratio)를 높이려고 시도한다.

클러터는 바람과 함께 이동하거나 정지해 있다. 클러터 환경에서 성능을 개선하기 위한 두 가지 일반적인 전략은 다음과 같다.
:* 연속적인 펄스를 통합하는 이동 표적 표시기(MTI)
:* 필터를 사용하여 클러터와 원하는 신호를 분리하는 도플러 처리

가장 효과적인 클러터 감소 기술은 하향 탐색/하향 공격 능력을 갖춘 펄스 도플러 레이더이다. 도플러는 주파수 스펙트럼을 사용하여 항공기 및 우주선에서 클러터를 분리하므로, 속도 차이를 사용하여 동일한 공간에 위치한 여러 반사체로부터 개별 신호를 분리할 수 있다. 이를 위해서는 간섭성(coherent) 송신기가 필요하다. 또 다른 기술은 위상을 사용하여 두 개의 연속적인 펄스에서 수신 신호를 빼서 느리게 움직이는 물체의 신호를 줄이는 이동 표적 표시기를 사용한다. 이는 시간 영역 펄스 진폭 레이더와 같이 간섭성 송신기가 없는 시스템에 적용될 수 있다.

자동 이득 제어(AGC)의 한 형태인 일정 오경보율(CFAR)은 클러터 복귀가 관심 있는 표적의 에코보다 훨씬 많다는 점에 의존하는 방법이다. 수신기의 이득은 전체적으로 보이는 클러터 레벨을 일정하게 유지하도록 자동으로 조정된다. 이것이 더 강한 주변 클러터에 가려진 표적을 탐지하는 데 도움이 되지는 않지만, 강한 표적 신원을 구별하는 데는 도움이 된다. 과거에 레이더 AGC는 전자적으로 제어되어 전체 레이더 수신기의 이득에 영향을 미쳤다. 레이더가 발전함에 따라 AGC는 컴퓨터 소프트웨어로 제어되게 되었으며 특정 탐지 셀에서 더 세밀하게 이득에 영향을 미치게 되었다.

[섬네일|지면 반사로 인해 발생하는 표적의 다중 경로 [빛 에코|에코는 고스트 현상을 일으킨다.]]

클러터는 지면 반사, 대기 덕트 또는 전리층 반사/굴절(예: 이상 전파)로 인해 발생하는 유효한 표적의 다중 경로 에코에서 기인할 수도 있다. 이 클러터 유형은 관심 있는 다른 정상적인(점) 표적처럼 움직이고 행동하기 때문에 특히 성가시다. 전형적인 시나리오에서 항공기 에코는 아래 지면에서 반사되어 수신기에는 올바른 표적 아래에 동일한 표적이 있는 것처럼 나타난다. 레이더는 표적을 통합하려고 시도하여 잘못된 높이에서 표적을 보고하거나, 지터 또는 물리적 불가능성을 근거로 표적을 제거할 수 있다. 지면 반사 재밍(Terrain bounce jamming)은 레이더 신호를 증폭하여 아래쪽으로 유도함으로써 이러한 반응을 이용한다. 이러한 문제는 레이더 주변의 지면 지도를 통합하고 지면 아래나 특정 높이 위에서 발생하는 것처럼 보이는 모든 에코를 제거함으로써 극복할 수 있다. 모노펄스는 낮은 고도에서 사용되는 고도 알고리즘을 수정하여 개선할 수 있다. 최신 항공 교통 관제 레이더 장비에서는 현재의 펄스 복귀 신호를 인접한 신호와 비교하고 복귀 불가능성을 계산하여 허위 표적을 식별하는 알고리즘이 사용된다.

### 감도 시간 제어 (STC)
STC는 거리의 함수로서 수신기의 감쇠를 조정함으로써 근거리 지면 클러터로부터 수신기가 포화되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 근거리 복귀 신호에는 더 많은 감쇠가 적용되며 거리가 증가함에 따라 감쇠가 줄어든다.

### 비모호 거리
; 단일 PRF
right|레이더 에코
단순한 시스템에서는 거리 모호성을 피하기 위해 다음 송신기 펄스가 생성되기 전에 표적의 에코가 탐지되고 처리되어야 한다. 거리 모호성은 표적에서 에코가 돌아오는 데 걸리는 시간이 펄스 반복 주기(T)보다 클 때 발생한다. 만약 송신 펄스 사이의 간격이 1000마이크로초이고, 먼 표적에서 펄스가 돌아오는 시간이 1200마이크로초라면 표적의 겉보기 거리는 200마이크로초에 불과하다. 요컨대, 이러한 '두 번째 에코'는 디스플레이상에서 실제보다 더 가까이 있는 표적으로 나타난다.

다음 예를 고려해 보자. 레이더 안테나가 해수면 위 약 15m에 위치한다면 지평선까지의 거리는 꽤 가깝다(약 15km). 이 거리보다 먼 지면 표적은 탐지될 수 없으므로 PRF를 상당히 높게 잡을 수 있다. 7.5&nbsp;kHz의 PRF를 가진 레이더는 약 20km 거리 또는 지평선 너머의 표적으로부터 모호한 에코를 반환할 것이다. 그러나 PRF가 15&nbsp;kHz로 두 배가 되면 비모호 거리는 10km로 줄어들고 이 거리 너머의 표적은 송신기가 다른 펄스를 방출한 후에야 디스플레이에 나타날 것이다. 12km에 있는 표적은 2km 떨어진 것처럼 보일 것이지만, 에코의 강도는 2km에 있는 실제 표적보다 훨씬 약할 수 있다.

최대 비모호 거리는 PRF에 반비례하며 다음과 같이 주어진다.

:\text{Range}_{\text{max unambiguous}} = \left( \frac{c}{2 \,PRF}   \right) 

여기서 c는 빛의 속력이다. 이 단순한 시스템에서 더 긴 비모호 거리가 필요한 경우 더 낮은 PRF가 필요하며, 초기 탐색 레이더가 150km를 훨씬 넘는 비모호 거리를 제공하기 위해 수백 Hz 정도로 낮은 PRF를 갖는 것은 매우 일반적이었다. 그러나 낮은 PRF는 좋지 않은 표적 묘사와 펄스 도플러 시스템에서의 속도 모호성(아래 참조)을 포함한 다른 문제들을 야기한다.

; 다중 PRF
현대식 레이더, 특히 군용기의 공대공 전투 레이더는 수십에서 수백 킬로헤르츠의 PRF를 사용하고 펄스 사이의 간격을 스태거하여 올바른 거리를 결정할 수 있도록 한다. 이러한 형태의 스태거 PRF를 사용하면 각 펄스 사이에 고정된 간격으로 펄스 패킷이 송신된 다음, 약간 다른 간격으로 다른 패킷이 송신된다. 표적 반사는 각 패킷에 대해 서로 다른 거리에 나타난다. 이러한 차이가 축적된 다음 간단한 산술 기법을 적용하여 실제 거리를 결정할 수 있다. 이러한 레이더는 반복적인 패킷 패턴을 사용하거나 표적의 겉보기 행동에 반응하는 더 적응력 있는 패킷을 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고 이 기술을 사용하는 레이더는 보편적으로 매우 안정적인 무선 주파수를 가진 시간적 결맞음을 가지며, 특히 PRF가 수백 킬로헤르츠 범위일 때 펄스 패킷은 도플러 이동(속도에 따른 겉보기 무선 주파수의 변화)을 측정하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로 도플러 효과를 이용하는 레이더는 일반적으로 도플러 효과로부터 상대 속도를 먼저 결정한 다음 다른 기술을 사용하여 표적 거리를 도출한다.

; 최대 비모호 거리
가장 단순하게 펄스 스태거 시퀀스에 대한 MUR(Maximum Unambiguous Range, 최대 비모호 거리)은 TSP(Total Sequence Period, 전체 시퀀스 주기)를 사용하여 계산할 수 있다. TSP는 펄스 패턴이 반복되는 데 걸리는 전체 시간으로 정의된다. 이는 스태거 시퀀스의 모든 요소를 더함으로써 구할 수 있다. 공식은 빛의 속력과 시퀀스 길이에서 도출된다.

:MUR = \left( c * 0.5 * TSP   \right) 

여기서 c는 일반적으로 마이크로초당 미터 단위의 빛의 속력이고, TSP는 일반적으로 마이크로초 단위의 스태거 시퀀스의 모든 위치를 더한 값이다. 그러나 스태거 시퀀스에서 일부 간격은 여러 번 반복될 수 있다. 이 경우 TSP를 시퀀스의 모든 **고유한** 간격의 합으로 간주하는 것이 더 적절하다.

또한 MUR과 최대 탐지 거리(반사가 너무 약해 감지되지 않을 것으로 예상되는 거리 너머의 거리) 사이에는 큰 차이가 있을 수 있으며, 최대 계기 거리(instrumented range)는 이들 중 어느 것보다 훨씬 짧을 수 있다는 점을 기억할 가치가 있다. 예를 들어 민간 해상 레이더는 국제법에 따라 사용자가 선택할 수 있는 최대 계기 디스플레이 거리가 72, 96 또는 드물게 120해리일 수 있지만, 최대 비모호 거리는 40,000해리가 넘고 최대 탐지 거리는 약 150해리일 수 있다. 이러한 큰 격차가 관찰될 때, 이는 스태거 PRF의 주요 목적이 비모호 거리 능력을 높이는 것이 아니라 "재밍"을 줄이는 것임을 드러낸다.

## 주파수 영역에서
순수 CW 레이더는 스펙트럼 분석기 디스플레이에서 단일 선으로 나타나며, 다른 정현파 신호로 변조될 때의 스펙트럼은 주파수 변조와 같이 통신 시스템에서 사용되는 표준 아날로그 변조 방식에서 얻은 것과 거의 다르지 않으며 반송파와 비교적 적은 수의 측파대로 구성된다. 레이더 신호가 위에서 보여준 것과 같이 펄스파 열로 변조되면 스펙트럼은 훨씬 더 복잡해지고 시각화하기가 훨씬 더 어려워진다.

left|섬네일|기본 레이더 송신 주파수 스펙트럼
섬네일|13비트 바커 코드를 보여주는 3D 도플러 레이더 스펙트럼

기본 푸리에 해석학에 따르면 모든 반복적인 복합 신호는 수많은 조화 관계의 사인파로 구성된다. 레이더 펄스파 열은 방형파의 일종으로, 순수한 형태는 기본파와 모든 홀수 고조파로 구성된다. 펄스파의 정확한 구성은 펄스 폭과 PRF에 따라 달라지지만, 수학적 분석을 사용하여 스펙트럼의 모든 주파수를 계산할 수 있다. 펄스 열이 레이더 반송파를 변조하는 데 사용되면 왼쪽과 같은 전형적인 스펙트럼을 얻게 된다.

이 스펙트럼 응답을 검사하면 두 가지 기본 구조를 포함하고 있음을 알 수 있다. 거친 구조(왼쪽 도표의 피크 또는 '로브')와 아래에 표시된 개별 주파수 성분을 포함하는 미세 구조이다. 거친 구조에서 로브의 포락선은  \frac{1}{\pi\,f}로 주어진다.

펄스 폭(\,\tau)이 로브 간격을 결정한다는 점에 유의하라. 펄스 폭이 작을수록 로브가 넓어지므로 대역폭이 넓어진다.

right|섬네일|레이더 송신 주파수 미세 스펙트럼

오른쪽에 표시된 것처럼 스펙트럼 응답을 더 자세히 검사하면 미세 구조가 개별 선 또는 점 주파수를 포함하고 있음을 알 수 있다. 미세 구조에 대한 공식은  \frac{N}{T}로 주어지며, PRF의 주기(T)가 미세 스펙트럼 방정식의 하단에 나타나기 때문에 더 높은 PRF를 사용하면 선의 수가 적어진다. 이러한 사실은 레이더 신호에 영향을 미치는 모호성을 극복하기 위해 필요한 절충안을 고려할 때 레이더 설계자의 결정에 영향을 미친다.

### 펄스 프로파일링
변조 펄스의 상승 및 하강 시간이 0이면(예: 펄스 에지가 무한히 날카로우면) 측파대는 위의 스펙트럼 도표와 같이 나타날 것이다. 이 송신에 의해 소모되는 대역폭은 엄청날 수 있으며 송신된 총 전력은 수백 개의 스펙트럼 선에 분산된다. 이는 다른 장치에 잠재적인 간섭원이 되며, 송신 체인의 주파수 의존적 결함으로 인해 이 전력의 일부는 안테나에 도달하지 못한다. 실제로는 물론 그렇게 날카로운 에지를 달성하는 것이 불가능하므로, 실제 시스템에서 측파대는 완벽한 시스템보다 훨씬 적은 수의 선을 포함한다. 펄스 에지를 의도적으로 완만하게 하여 비교적 적은 수의 측파대를 포함하도록 대역폭을 제한할 수 있다면 인근 장비와의 간섭 가능성을 최소화하면서 효율적인 시스템을 구현할 수 있다. 그러나 이에 대한 절충안은 에지가 느려지면 거리 분해능이 떨어진다는 것이다. 초기 레이더는 도파관, 스캐너 등 송신 체인의 필터링을 통해 대역폭을 제한했지만, 원격 주파수에서 원치 않는 신호가 발생하고 복구된 펄스의 에지가 불확실해지는 등 성능이 산발적일 수 있었다. 위에서 보여준 기본 레이더 스펙트럼을 더 검사하면 거친 스펙트럼의 다양한 로브에 있는 정보가 메인 로브에 포함된 정보와 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서 송수신 대역폭을 그 정도로 제한하면 효율성과 노이즈 감소 측면에서 상당한 이점을 얻을 수 있다.

left|섬네일|사다리꼴 펄스 프로파일의 레이더 송신 주파수 스펙트럼

최근 신호 처리 기술의 발전으로 펄스 프로파일링 또는 쉐이핑의 사용이 더 일반해졌다. 송신 장치에 적용하기 전에 펄스 포락선을 코사인 법칙이나 사다리꼴 등으로 형성함으로써 필터링에 대한 의존도를 줄이면서 소스에서 대역폭을 제한할 수 있다. 이 기술이 펄스 압축과 결합되면 효율성, 성능 및 거리 분해능 사이의 좋은 타협을 이룰 수 있다. 왼쪽 도표는 사다리꼴 펄스 프로파일을 채택했을 때 스펙트럼에 미치는 영향을 보여준다. 측파대의 에너지가 메인 로브에 비해 크게 감소하고 메인 로브의 진폭이 증가하는 것을 볼 수 있다.

right|섬네일|코사인 펄스 프로파일의 레이더 송신 주파수 스펙트럼

마찬가지로, 코사인 펄스 프로파일을 사용하면 부엽(sidelobe)의 진폭이 사실상 무시할 수 있는 수준이 되어 더욱 뚜렷한 효과를 나타낸다. 메인 로브의 진폭은 다시 증가하고 부엽은 그에 상응하여 감소하여 성능이 크게 향상된다.

시스템의 성능을 최적화하기 위해 채택할 수 있는 다른 많은 프로파일이 있지만, 일반적으로 코사인 및 사다리꼴 프로파일이 효율성과 분해능 사이의 좋은 절충안을 제공하므로 가장 자주 사용되는 경향이 있다.

### 비모호 속도
right|섬네일|도플러 스펙트럼. 단위는 의도적으로 제공되지 않음 (예를 들어 dBu 및 MHz가 될 수 있음).
이는 특정 유형의 시스템, 즉 레이더 장치와 관련하여 순 방사 속도를 갖는 표적에 의해 발생하는 겉보기 주파수 변화로부터 속도를 분해하기 위해 도플러 효과를 사용하는 펄스 도플러 레이더에서만 발생하는 문제이다. 위에서 보여준 펄스 송신기에서 생성된 스펙트럼을 검사하면 각 측파대(거친 구조와 미세 구조 모두)가 도플러 효과의 영향을 받는다는 것을 알 수 있으며, 이는 펄스 프로파일링을 통해 대역폭과 스펙트럼 복잡성을 제한해야 하는 또 다른 좋은 이유가 된다.

명확성을 위해 고도로 단순화된 도표에서 접근하는 표적에 의해 발생하는 양의 이동(positive shift)을 고려해 보자.
상대 속도가 증가함에 따라 에코를 구성하는 스펙트럼 선이 변조된 반송파의 다음 측파대에 가려지거나 에일리어싱되는 지점에 도달하게 됨을 알 수 있다.
서로 다른 PRF 값을 갖는 다중 펄스 패킷(예: 스태거 PRF)을 송신하면 이 모호성이 해결된다. 각 새로운 PRF 값은 새로운 측파대 위치를 생성하여 수신기에 속도를 드러내기 때문이다. 최대 비모호 표적 속도는 다음과 같이 주어진다.

:\pm \frac{c\,PRF}{4\,f}

## 일반적인 시스템 파라미터
위의 모든 특성을 고려하면 레이더 설계자에게 특정 제약 조건이 부과된다. 예를 들어, 3&nbsp;GHz의 반송파 주파수와 1&nbsp;μs의 펄스 폭을 가진 시스템은 약 333&nbsp;ps의 반송파 주기를 갖게 된다. 각 송신 펄스에는 약 3000회의 반송파 주기가 포함되며, 이러한 시스템의 속도 및 거리 모호성 값은 다음과 같다.

## 같이 보기
* 에일리어싱: 모호한 속도 추정의 원인
* 연속파 레이더 (비펄스형, 순수 도플러 처리)
* 기상 레이더 (도플러 처리를 포함한 펄스형)

## 각주

* Modern Radar Systems by Hamish Meikle ()
* Advanced Radar Techniques and Systems edited by Gaspare Galati ()

분류:신호 처리