Chapter 3 Electronic Warfare RF Band Sensor Systems

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1 Chapter 3 Electronic Warfare RF Band Sensor Systems
3.5.3 ~ 3.11 전자파연구실

2 3.5 EW Radar Band Sensor Architectures
3.5.3 DSP Technologies DSP는 digital receiver(DRx)의 성능에서 매우 중요한 역할을 수행하고있다. 이러한 DSP의 특성은 다음 항목에 의해 판단된다. High-speed sampling Large bandwidth and spectral purity of the ADC High-speed systolic processing with large computation resource (FPGA) High-speed connectivity 따라서 위의 항목에 대해 간략하게 알아보도록 한다. DRx Bandwidth = 1/2 sampling frequency ADC에서는 다음 항목에 의해 성능을 판단하게 된다. Large analog bandwidth Flatness Spectral purity 전자파연구실

3 3.5 EW Radar Band Sensor Architectures
3.5.3 DSP Technologies 다음은 일반적인 ADC의 스펙이다. ENOB : effective number of bits SFDR : spurious free dynamic range 전자파연구실

4 3.5 EW Radar Band Sensor Architectures
3.5.3 DSP Technologies DRx의 성능은 안에 들어가는 프로세싱 디바이스의 성능에 따라 좌우되는데 여기에 쓰이는 디바이스는 ASIC나 FPGA가 쓰인다. ASIC은 FPGA보다 빠르지만 FPGA는 프로그래밍을 여러 번 할 수 있다. 또한 AISC에 비해 가격이 싸기 때문에 사용자가 둘 중 원하는 것을 사용하면 된다. The number of receivers to be built The need to reprogram the device The required processing speed 프로세싱 디바이스에서 고려해야 할 사항은 다음과 같다 Computational power Memory Connectivity 전자파연구실

5 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
매우 낮은 전송 전력 낮은 sidelobe 안테나 넓은 주파수 BW 를 갖는 전송파 Coherent integration processing 또한 LPI radar는 다음과 같은 WB modulation 기술을 이용하고있다. LFM-NLFM (Linear and nonlinear frequency modulation) PSK (phase coding modulation) FH modulation (Frequency hopping) PN waveforms (Pseudo-Noise) LPI radar는 수신된 신호를 처리하는 방식이 두 가지가 있다. 1. 하나는 LPI radar 신호의 존재만을 감지하는 것이고, 2. 다른 하나는 이 신호를 분석해서 어떠한 emitter에서 나온 것인지 분류해내는 것이다. 전자파연구실

6 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
LPI radar 신호를 감지하기 위해선 cross-correlation technique를 이용해야한다. 𝑟 𝑀 𝑘 =𝑠 𝑘 + 𝑛 𝐶 𝑘 +𝑗 𝑛 𝑠 𝑘 𝑠 𝑘 = 𝐸∙ 𝑇 𝑐 /𝑃𝑊 ∙ exp 𝑗∙2𝜋∙ 𝑓 𝑅 ∙𝑘 𝑇 𝑐 +𝑗∙Φ 𝑘 𝑇 𝑥 ( 𝑇 𝑐 : phase modulation) 전자파연구실

7 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
LPI radar 신호를 감지하기 위해선 cross-correlation technique를 이용해야한다. Φ 𝑡 = 𝑘=0 𝑁 𝑐ℎ𝑖𝑝 −1 𝜑 𝑘 ∙𝑟𝑒𝑐 𝑡 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 𝑡−𝑘∙ 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 𝑟𝑒𝑐 𝑡 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 𝑡−𝑘∙ 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 : pulse of unit amplitude 전자파연구실

8 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
Power signal density 𝐸 𝑆 𝑓 2 ≅𝐸∙ 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 ∙ sinc 𝜋∙ 𝑓− 𝑓 0 ∙ 𝑇 𝑐ℎ𝑖𝑝 2 SNR out at the output of the cross-correlator 𝑆𝑁 𝑅 𝑜𝑢𝑡 = 𝐸 𝑅𝑒 𝑋 𝐶 𝑀 𝐸 𝐼𝑚 𝑋 𝐶 𝑀 𝑉𝑎𝑟 𝑅𝑒 𝑋 𝐶 𝑀 +𝑉𝑎𝑟 𝐼𝑚 𝑋 𝐶 𝑀 SNR out 𝑆𝑁 𝑅 𝑜𝑢𝑡 = 𝐵 𝑁 ∙𝑃𝑊∙𝑆𝑁 𝑅 𝐼𝑁 2 𝑇 𝐶𝑂𝑅𝑅 /𝑃𝑊 +2∙𝑆𝑁 𝑅 𝐼𝑁 ( 𝑇 𝐶𝑂𝑅𝑅 >𝑃𝑊) 𝐵 𝑁 ∙ 𝑇 𝐶𝑂𝑅𝑅 ∙𝑆𝑁 𝑅 𝐼𝑁 ∙𝑆𝑁 𝑅 𝐼𝑁 ( 𝑇 𝐶𝑂𝑅𝑅 <𝑃𝑊) 𝑇 𝐶𝑂𝑅𝑅 : time interval 전자파연구실

9 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
𝑆𝑁 𝑅 𝑜𝑢𝑡 vs. 𝑆𝑁 𝑅 𝑖𝑛 전자파연구실

10 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
cyclostationary signal 특성을 기반으로한 FAM (FFT accumulation method) SSCA (Strip spectral correlation analysis) QMF (quadrature mirror filter) LPI radar 신호를 구분하기위해 noncoherent integration of N maximum detection outputs (NIMD) 방식을 이용한다. 전자파연구실

11 3.6 Detection and Classification of LPI Radars
각기 다른 모듈레이션 방식을 이용한 LPI 신호마다 어떠한 필터를 사용하느냐에 따라 감지 확률 (Pd)가 달라지는 것을 그래프를 통해 확인할 수 있다. 전자파연구실

12 3.7 Emitter Deinterleaving and Sorting
Emitter로부터 나온 신호는 여러 종류가 있다. 이 신호들은 각자의 역할을 수행하기 위한 메시지가 담겨있다. 이러한 신호들을 pulse descriptor message (PDM)이라 부른다. 따라서 적의 PDM을 수신해서 신호를 분류하고 (Sorting), 신호로부터 정보를 얻는 (deinterleaving) 과정은 매우 중요하다. 전자파연구실

13 3.7 Emitter Deinterleaving and Sorting
예전에는 이러한 PDM을 분석하려면 하나의 신호를 분석하는데에 특화된 processing board 여러 개를 이용해야했지만, 요즘에는 하나의 processing board를 이용해서 모든 신호를 분류한다. PDM으로 부터 얻을 수 있는 정보는 다음과 같다. Amplitude (A) Direction of arrival (DOA, usually only azimuth) Carrier frequency (FREQ) Time of arrival (TOA) Pulse width (PW) Modulation on pulse (MOP) 전자파연구실

14 3.7 Emitter Deinterleaving and Sorting
수신된 신호는 DOA(=AOA) , FREQ, PW 축에 의해 그래프화 하여 분류한다. 전자파연구실

15 3.8 Emitter Identification
수신된 신호의 분류가 완료되면 ESM 시스템의 active emitter file (AEF)로서 저장이 되고, 다른 신호가 수신됐을 때 AEF와 비교를 통해 분류를 용이하게 해준다. AEF에서 분류된 emitter는 4가지의 primary parameter(RF, PRI, PW, ASP)를 가지게 되고, MOP의 존재를 알아내는데 사용하는 secondary parameter (FMOP, PMOP, AMOP)를 가지게 된다. 전자파연구실

16 3.9 Communications ESM Communication intercept 시스템에는 CESM (communication ESM)과 COMINT가 있다. CESM의 역할은 communication signal을 찾고 가로채고, 분류를 해내고, 신호의 방향을 알아내는 것이다. COMINT는 emitter 신호를 녹음을 해서 jamming 신호를 만들어내는데 사용한다. 전자파연구실

17 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM CESM 장비는 다음과 같은 unit으로 구성되어있다.
An antenna group, composed of a number of sub-band antenna arrays Antenna front-end receiver and sub-band antenna arrays switching matrix RF receiver Processor and interfaces Auxiliary unit (HMI, databases and emiter libraries, recording devices) 전자파연구실

18 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM 전자파연구실

19 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM
수신된 신호는 DRx channel로 들어가 ADC를 통해 12-14bit 신호로 변환된 후 신호처리를 통해 detection이나 방향을 알아내는데 사용된다. 전자파연구실

20 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM
주파수를 수신을 할 때는 어떤 주파수로 신호가 들어올지 모르기 때문에 주파수를 sweep하면서 수신을 하게 된다. 이 방식을 instantaneous bandwidth (IBW)라 부르고 이렇게 해주면 높은 POI (probability of intercept)를 얻을 수 있다. 전자파연구실

21 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM 전자파연구실

22 3.9 Communications ESM 3.9.1 CESM
앞에 있는 Nandi-Azzouz classifier에서 사용되는 파라미터는 위의 표에 정리되어있다. 전자파연구실

23 3.9 Communications ESM 3.9.2 COMINT
Signal acquisition and feature extraction Signal classification Signal demodulation Voice signal demodulation and listening Signal recording Signal reproduction for fine analysis 전자파연구실

24 3.9 Communications ESM 3.9.2 COMINT
또한 COMINT는 안테나로부터 받은 신호를 많은 수의 operator를 통해 분석하고, 녹음할 수 있다. 이 방법은 HF band에서 안정적으로 동작이 가능하고, 그렇기 때문에 전리층 굴절이 잘 일어나기 때문에 수천 마일 떨어진 곳의 신호도 잡아서 분석이 가능하다. 전자파연구실

25 3.10 SIGINT SIGINT는 COMINT와 ELINT를 합해서 말하는 것이다.
communication service는 큰 BW를 필요로 하기 때문에 SHF band에서, 그리고 군 신호는 신호를 숨겨야하기 때문에 UHF와 VHF band에서 사용을 한다. 따라서 요즘 SIGINT 장비는 이러한 신호들을 하나의 레이더를 통해 전부 받은 후 여러 개의 수신기를 통해 분석을 한다. 전자파연구실