radar propagation

레이더의 전파과정에서 이전까지 자유공간에서 전파되는 것처럼 이동을 가정했다.

더욱 레이더 성능을 정확히 예측하기 위해 지구와 그 대기의 영향을 포함하도록 고려한다.

Fp(전파계수)=(매질에서의 전기장/자유공간에서의 전기장)

위의 경우에 레이더 방정식의 SNR이 위와 같이 주어진다

지구의 대기를 총 3개로 나누게 된다

Troposphere(대류권) ~30km

대류권에서 전자기파는 굴절하고 이러한 굴절은 레이더의 에너지의 손실을 불러온다.

대기 중 기체, 수증기가 많을 때 이러한 감쇠는 더욱 증가하게 된다.

interference zone(간섭 영역) 30~80km

이 구간에서는 자유공간처럼 행동하고, 굴절도 거의 발생하지 않는다.

ioosphere(전리층) 85~1000km

대류권에 비해 기체의 밀도가 낮지만 이온화된 자유전자가 많이 존재한다.

이온화된 전자는 전파의 굴절, 흡수, 잡음등에 영향을 미친다.

또한 주파수가 4 MHZ보다 낮을 시 전리층 하부에서 완전한 반사를 하게 되고 30 MHZ보다 높은 주파수 일시 일정 수준의 감쇠를 가지고 전리층을 통과한다.

그림을 보게 되면 자유 공간에서 경로에 비해 지구의 대기가 존재하면 전자기파는 굴절한다.

굴절률은 날씨, 시간, 지리적 위치에 따라 달라지기 때문에 대기 모델을 통해 분석해야 한다.

 

안테나의 고도에 따라 굴절은 두 가지 방식으로 결정된다.

100미터 이상일 경우 High altitude effect, 그보다 낮을 경우 low altitude effect를 사용한다.

High altitude effect: 안테나의 고도가 높을 때 발생하는 현상으로 이 안테나에서 발생하는 전파는 대기의 밀도가 낮은 곳을 통과하게 되고 그에 따라 전파의 속도가 빨라진다. 그러면 전파는 지표면으로 굴절을 하게 되고 더 넓은 범위에 전파를 전송가능하다.

Low altitude effect: 안테나의 고도가 낮을 때 발생하는 현상으로 안테나에서 발생하는 전파는 대기의 밀도가 높은 곳을 통과하게 되고 그에 따라 전파의 속도가 느려진다. 그러면 전파는 대기로 굴절을 하게 되고 짧은 범위의 전파를 전송할 수 있다.

고도가 높은 목표일 경우는 대기의 밀도 변화로 인한 굴절 효과 때문에 레이더의 위치 측정 능력의 제한이 생긴다. 이러한 밀도변화로 인해 전파의 굴절률이 변하고, 이는 레이더가 목표의 위치를 정확하게 측정하는 것을 어렵게 만든다. 결론적으로 이를 통해 고도 각도 측정의 오차를 사용해야 한다.

고도가 낮은 목표일 경우에는 대기의 밀도가 상대적으로 일정하기 때문에 굴절률도 일정하다. 이는 목표물의 위치를 더욱 측정할 수 있게 해 준다.

굴절률이 충분히 클 경우에는 지구의 표면의 각도에 따라 굽혀지고 이는 레이더의 범위를 수평선까지 확장하는 결과를 가져온다. 이를 ducting이라고 한다. 이를 활용하여 레이더의 성능을 향상하는데 쓸 수 있다