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작성일 : 19-02-23 09:07
[잡담] 레이다 원리나, 스텔스의 원리에대해서 정확하게 알고 있는건 아닌데
 글쓴이 : 모래니
조회 : 2,501  

대충 어림짐작으로 때리자면.

레이다가 두종류로 나뉘는 이유가 전자기파의 특성때문일거에요.

장파장은 간섭이 심하고, 단파장은 산란이 잘되죠.
(하늘은 왜 파란가? 노을은 왜 붉은가? 단파장이 먼저 산란되기때문에)

간섭이 심하다는 것은 오가는 중에 공기분자도 있겠지만, 비행기의 모양새때문에도
전자기파가 간섭이 되서, 제대로된 위치를 파악하기 어렵지만.
장파장은 오가는 중에 에너지(포톤) 손실이 적죠.

반면, 단파장은 간섭이 적지만, 얘들은 공기분자로 인한 산란을 잘하죠.
( 산란 = 공기분자와 부딪혀서 이리저리 날라가버린다는 말입니다.)
따라서, 전투기에 반사되서 돌아오는 양이 장파장에 비하면 적어지죠.

그러니, 장파장으론 뭔가 있다는 걸 알기는 쉬운데, 정확히 어디에 있는지는 모르고
단파장으로는 걸리면 제대로된 위치추적은 가능한데, 멀리있으면 아에 잡아내질 못하는거죠.
그러니, 두개를 같이쓰면 되겠네요.

장파장 레이더로 뭔가 다가온다는걸 확인하고, 준비태세를 갖추고.
가까이 왔을때(단파장 레이더로 잡을수 있는) 단파장 레이더로 고넘을 락온 거는거죠.

또, 단순히 장파장/단파장 만의 문제는 아닐겁니다.
예전에 말했듯이 모든 물질은 전자기파의 흡수/반사율이 "파장별로" 달라요.
스텔스기 도료를 막무가내로 모든 파장의 영역내에서 흡수율이 높은 넘으로
바르면 행복하겠지만, 그런 물질은 없으므로(물론 흑체에 가까운 애들이 있긴 하지만)
상대방의 사격통제 레이다의 파장의 흡수율이 높은 애들로 선택하면 좋겠죠.

레이다의 파장의 흡수율만 높으면 좋냐면 그것도 아닐겁니다.
뭐, 거의 금속성일거라서 상관 없을순 있는데.
이건 진짜로 스텔스 도료의 특징을 연구한 애들만 알거고, 저같은 인간들은 추측만 하는데.
흡수한 전자기파를 복사하는 물질들이 있어요. (물질들이 마냥 에너지를 흡수하면 큰일이죠)
이때 복사하는 전자기파가 흡수한 전자기파랑 완전히 똑같은 것은 아닌데
흡수한 전자기파의 파장대랑 동일한 파장대를 복사할수 있음(물론 열손실, 비선형 현상등으로 손실은 크지만)
게다가 이것의 안좋은 점은 "난반사"에 가깝다는거죠. (사방으로 복사함)
그러니, 흡수에만 의존할순 없고.
전반사와 흡수를 같이 쓸수 밖에 없는게 아닌가하고 생각이 드네요.
뭐, 그냥 상상입니다.


여담인데, 이 빛(전자기파)의 간섭과 회절때문에 망원경의 배율에 한계가 있다는 것은 아시나요?
출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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내안의Blue 19-02-23 10:34
   
파리고기 19-02-23 11:01
   
그래서 탐색레이더는 L밴드, 추적레이더는 X밴드레이더를 사용하는겁니다.
이미 옛날부터 그렇게 쓰고 있어요.
     
모래니 19-02-23 11:07
   
그러게요.
Anarchist 19-02-23 11:20
   
간섭이 어떻고 산란이 어떻고를 떠나 원래 파장이 길면 분해능이 낮아서 장파장으로는 표적 획득 및 추적이 쉽지 않음..
     
모래니 19-02-23 11:33
   
L밴드 파장길이가 1m 정도인거 같던데.
비행기 크기는 15m이고, 그런데도 분해능이 문제가 되요?

아니아니, 일단 분해능의 문제도 간섭때문에 발생하는거죠.
          
몽골메리 19-02-23 11:50
   
"레이다 원리나, 스텔스의 원리에대해서 정확하게 알고 있는건 아닌데"

파장이 길면 간섭과 상관없이 분해능이 떨어집니다.
               
모래니 19-02-23 12:19
   
                    
몽골메리 19-02-23 13:18
   
저 레이다 장교엿습니다
                    
archwave 19-02-23 14:21
   
링크하신 페이지에 나온 것은 [ 간섭 ] 과는 전혀 관련이 없습니다.
간섭에 의한 것을 설명하고 있지도 않고요.
                         
모래니 19-02-23 15:02
   
두개의 진폭이 합쳐지는것을 간섭이라고 하죠. 제가 뭘 착각했나요?
                         
다잇글힘 19-02-23 15:08
   
두개의 진폭이 합쳐지는건 간섭이 아니라 중첩이라고 해야죠. 간섭이란 두개의 파동이 합쳐질때 위상요소에 의해 진폭이 줄어드는 특정한 경우에 해당됩니다. 이건 기초적인거라 잘 아실건데 ;;;;

펄스레이더의 경우 반대위상이 없기 때문에 중첩만 존재할 수 있습니다.
                         
archwave 19-02-23 15:10
   
일반적인 의미에서의 분해능이란 주파수 영역에서 근접한 두 개의 주파수를 얼마나 잘 분간할 수 있는 능력

위에서 말하는 것은 간섭이 아닙니다. 혼선이라고 말하는 편이 더 어울리겠네요.

100 MHz 의 전파와 100.1 MHz 의 전파를 같이 받으면 그 두 주파수를 따로 따로 분리해서 처리하기가 난감하다는 의미죠. 이건 흔히 [ 혼선 ] 이라고 말하는 것임.

레이더가 자신의 쏘는 전파 주파수를 알고 있고 돌아올 주파수도 알고 있는데 이럴 일이 있겠습니까 ? 잡음에 강하게 하는 것은 물론이고 재밍에도 강하게 하기 위해 실시간으로 주파수 엄청 변조하면서 전파 발신하기까지 합니다.

도플러 방식으로 상대의 속도를 파악하는 레이더의 경우에는 상대방의 속도에 따라 반사되서 들어오는 주파수가 달라지는 것을 이용하죠.
                         
archwave 19-02-23 15:15
   
[ 일반적인 의미에서의 분해능이란 주파수 영역에서 근접한 두 개의 주파수를 얼마나 잘 분간할 수 있는 능력 ] --- 이 얘기는 주로 도플러 효과를 이용하는 레이더에 적용될 수 있는 것입니다.

100 MHz 를 쐈는데 이게 미세하게 주파수가 변하면서 수신된다. 변하는 정도가 이 정도면 속도 얼마다 이렇게 계산하는거죠. 따라서 주파수가 몇인지 얼마나 잘 측정해내느냐가 적기의 속도를 정확히 판단할 수 있는 능력이 되는거죠.
                         
다잇글힘 19-02-23 15:18
   
태풍이라든지 토네이도라든지 구름이나 바람의 이동속도를 알아내기 위해 기상레이더에서도 사용되기도 하지만 이동속도까지 알아내는 레이더의 경우라면 주파수 분해능도 중요하긴 하겠지만 분해능이란건 일반적인 의미이기 때문에 주파수나 파장이나 그건 특성에 따라 개별적인 파동을 구별하는 능력이라고 이해하시면 됩니다. ^^
                         
모래니 19-02-23 15:23
   
왜 반대 위상이 없죠? 반사가 국소면적에서만 이뤄지면 모르겠는데
비행기라는 마구잡이로 생긴 물체에 반사한 레이다가 다시 (거리에 비해 작은 점에 가까운)
레이다 기지로 돌아오려면, 여러개의 반사된 레이다 전자기파들이 당연히 서로 간섭현상이
벌어질거 같은데요.
                         
archwave 19-02-23 15:28
   
링크하셨던 페이제 내용을 잘 보세요.

반대위상끼리 합쳐서 어쩌고 그런 것 전혀 없습니다. 위상 중첩 근처도 안 갔는데요.

그림 그려진거 보면 중첩하는 것으로 보이는데, 이건 파형 또는 위상이 중첩되는 것을 의미하는 것이 아닙니다. X 축이 시간축이 아니고 주파수축이거든요. 어느 한 순간에 여러 주파수가 동시에 들어와서 주파수끼리 중첩되는 것을 그려놓은 것입니다.

그리고 전투기 표면에서 반사된 전파가 하필이면 반대위상 중첩이라서 반사파가 제로가 되는 확율 매우 적습니다.

복잡한 형상일수록 그나마 그 적은 확률이 또 더 적어져서 더욱 더 뚜렷한 반사파가 잡힙니다. 괜히 스텔스기에 외부 무장하면 스텔스 효과 떨어진다고 하겠습니까 ?

-------

즉 실제로 위상이 섞여서 상쇄되는 간섭은 별 영향이 없다는 얘기입니다.
                         
다잇글힘 19-02-23 15:44
   
펄스파도 어떻게 펄스파를 만드느냐에 따라 반대쪽 위상이 존재할 수 있지만 펄스파 자체는 그냥 파동을 한쪽위상으로 몰아주면서 각각의 파동의 중첩효과를 극대화해서 일종의 wave packet화 시킨 것입니다. 물론 반대쪽 위상을 잘래내거나 아예 평평하게 만드는 정류같은 방법도 있지만

https://i.stack.imgur.com/eND9I.png

푸리에변환으로 주파수 요소에 대한 강도를 찾아내는건 중첩,간섭문제와는 전혀 관계없이 그냥 주파수 요소를 찾아내는거니 간섭과는 전혀 상관없는 문제고

보통 광학에서 분해능이란건 두개의 파동(소스든 반사되어 나온 소스든)을 구별하는 능력을 말하는거에요.

https://indiecinemaacademy.com/wp-content/uploads/2018/03/Optical-Resolution-600px-1.jpg
archwave 19-02-23 14:18
   
공기분자에 의한 산란은 극히 작은 영향만이 있고 주로 공기중 먼지나 액체, 에어러졸 등의 영향을 받는겁니다.
공기중 먼지/액체 성분의 영향을 받는 것도 빛 ( 가시광선 근처 대역 포함 ) 에서나 그렇습니다.

X 밴드든 뭐든 전파 정도의 대역은 빛보다 훠얼씬 더 파장이 길기 때문에 공기분자는 물론이고 공지중 먼지의 영향조차 안 받습니다.

물론 아주 굵은 입자가 하늘에 떠돌고 있다면 파장이 짧은 X 밴드부터 영향을 받겠지만요. ( 모래먼지 수준 ? )

레이더에서 단파장이라 해서 돌아오는 전파가 적은 것이 아닙니다. 돌아오는 전파는 마찬가지임.
단지 파장이 짧기 때문에 훨씬 정밀하게 대상을 추적할 수 있으므로,
스텔스 이전에도 단파장 대역의 전파를 되도록 덜 반사하도록 신경 써왔었죠.
그래서 현실에서는 단파장은 돌아오는 전파가 적다는 이상한 결과가 된 것이고요.

빛이면 몰라도 레이더 전파에서는 산란 때문에 분해능 낮아지는 일은 없습니다.

분해능은 파장과 반비례합니다.

레이더에서 장파장 쓰는 이유는 비용이 적게 들기 때문이죠.

------------------------

그리고 진짜(?) 장파장은  초수평선 레이더 ( Over The Horizon Radar ) 에서 쓰고 있고요.
이건 진짜 어딘가 근처에 뭔가 있긴 있다고 알 수 있는 정도의 분해능이고,
감지된 것의 속도와 반사된 전파 강도를 보고 저게 전투기려나 짐작하는 수준이죠.
지상이나 해상의 물체도 역시 같은 방식으로 뭐가 뭔지 판단하는 식이 되고요.
     
모래니 19-02-23 15:06
   
그럴수도 있겠네요.
archwave 19-02-23 14:29
   
http://www.ktword.co.kr/word/abbr_view.php?nav=&m_temp1=5911&id=1178

레이다와 관련해서는 위 페이지를 보세요.

덧붙여서 좀 더 설명하자면..

레이다에 쓰는 전파 파장이 짧으면 빔 폭을 좁히기 좋습니다.
즉 실제로는 파장이 짧아서 분해능이 좋은 것이 아니라, 빔 폭이 좁기 때문에 분해능이 좋은 겁니다.
같은 파장을 쓰더라도 위성 안테나 식의 모양의 레이더는 빔 폭을 좁히기 어려워서 분해능이 떨어지죠.
같은 기술 수준으로 만든다면 당연히 파장이 짧아야 분해능이 좋다가 성립되겠고요.

planar array 방식 안테나는 빔 폭을 좁히기 좋아서 레이더로 쓰기 좋습니다.
기계식 스캔을 하는 레이더 중에서는 planar array 안테나 쓴 것이 왕이겠고요.

AESA/PESA 같은 위상배열 안테나는 planar array 보다 한 차원 더 빔 폭을 좁힐 수 있습니다.
아울러 물리적 구동없이 전자식 스캔을 하기에 레이더의 끝판왕.
다잇글힘 19-02-23 14:36
   
주파수 대역 테이블
http://www.ktword.co.kr/img_data/1369_1.JPG

Earth's atmospheric transmittance to various wavelengths of electromagnetic radiation
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/34/Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

위에 두 링크를 봐보시기 바라고

전파는 공기분자 수준의 크기에선 존재하지 않는것과 같아서 반사되는 것이 없이 그냥 지나갑니다(회절수준에선). 파장스케일과 분자크기의 스케일이 너무 차이가 많이 납니다. 단 공기분자와 상호작용을 하긴 합니다. 주로 rotation이나 tortion state에 대한 transition 형태로

그리고 모래니님께서 착각하고 있는 것이 CW레이더와 펄스레이더를 구별못하시는 것 같네요. 펄스레이더에선 간섭은 의미가 없습니다.
모래니 19-02-23 15:28
   
간섭에는 '보강.간섭'과 '상쇄간섭'이 있다.

보강.간섭
보강.간섭은 같은 위상의 두 파동이 중첩될 때 일어나는 간섭이다. 마루와 마루 또는 골과 골이 만나서 합성파의 진폭이 2배로 커진다.

같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과로서, 두 파동의 위상이 같아 마루와 마루가 만나고, 골이 골을 만나도록 중첩되는 순간 생기는 파동은 원래의 파동과 진동수는 같고 진폭이 2배이다. 이럴 때 파동은 위상이 같은 보강.간섭을 한다고 말한다.

λ/2(2m)

상쇄간섭
상쇄간섭은 반대 위상의 두 파동이 중첩될 때의 간섭이다. 마루와 골이 만나서 합성파의 진폭이 0이 되는 간섭으로 소멸간섭이라고도 한다.

같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과로서, 두 파동의 위상이 180° 어긋나 있을 때 마루와 골이 중첩되는 순간 생기는 파동은 완전히 상쇄된다. 이럴 때 파동은 위상이 같은 상쇄간섭을 한다고 말한다.

전 제가 착각을 한줄 알았어요. 중첩현상이 바로 간섭현상이죠. -_-;
하도 오래되서, 용어를 착각한줄..
     
다잇글힘 19-02-23 15:53
   
네 보강 간섭과 상쇄 간섭이 있죠.
네 님이 말씀하시는 그러한 간섭이라면 그 간섭에 의한 효과는 맞습니다. ^^
다만 두개의 파동이 중첩이 되기 때문에 두 파동을 구별할 수 없다는 것입니다.

https://indiecinemaacademy.com/wp-content/uploads/2018/03/Optical-Resolution-600px-1.jpg
모래니 19-02-23 15:31
   
중첩이라는게 두개의 파동이 만났을때 "덧셈"으로 파동의 진폭이 겹쳐지는 것을 말하죠.
이 진폭의 계산이 "덧셈"이라서 중첩이라고 합니다. 슈퍼포지션 룰이라고 하던가요?

중첩이란 단어를 여기서만 쓰지 않구요, 물리에서 더해져서 나오는 모든 방식에다가 "중첩"이라고 쓰죠.
그러니, 간섭도 더해져서 나오는 중첩이므로, 중첩현상중 하나가 되는거죠.
모래니 19-02-23 15:31
   
아무리 오래되도, 이런 착각을 했을까하며, 깜짝놀랬네요-_-
archwave 19-02-23 15:36
   
간섭은 중첩에 의해 일어나는데,
중첩이 간섭에 의해 일어나는 일은 없습니다.

중첩의 결과가 (간섭이라 부를 수 있는) 특정 조건을 만족할 때 비로소 간섭으로 대접받는 것이죠.

레이더 반사파에서 매우 많은 중첩이 일어나지만, 그것이 [간섭] 이라는 결과를 만들어낼 확률은 매우 작습니다.
레이더와 전투기 둘 다 수시로 상대위치, 속도가 바뀌기 때문에 매우 적은 확률이나마 한 순간 간섭이 일어나서 레이더 기능이 상실된다 해도 다음 스캔시에는 금방 회복될 것이기 때문에 그냥 [노이즈] 로 보면 그만인 셈이 되죠.

레이더는 원래 온갖 환경 특히 적의 방해도 고려해야 하기 때문에 어쩌다 생기는 오류 정도는 충분히 필터링하게 만들어지고요.
     
모래니 19-02-23 15:39
   
[중첩이 간섭에 의해 일어나는 일] 이라는게 무슨 말씀인지 모르겠네요, 제가 그런 의미를 갖는 말을 쓴적이 있나요...

ps 위에 댓글중 하나는 생각중입니다.
          
archwave 19-02-23 15:41
   
중첩이 원인, 간섭이 결과라는 것을 강조하려다보니 나온 표현입니다.
               
모래니 19-02-23 15:47
   
어렵네요, 일단은 분해능 결과식은 봤습니다.
여튼, 결론은 분해능은 파장의 길이의 함수인거죠. 그건 같은 결론인거고.

분해능이 전 간섭으로 벌어지는 현상으로 본거고.
아크웨이브님은 그게 아니다라는거죠. 애당초 간섭이 없어도 파장의 길이의 함수이다라는거고요. 여튼, 알겠습니다.
모래니 19-02-23 15:41
   
제가 좀 헷갈리고 있는데, 첫번째로 100Mhz로 쏜 전자기파는 순수하게 100Mhz만 샤프하게 쏘는 경운 없습니다.
항상 밴드위드스(bandwidth)를 가지고 쏘죠. 그걸 고려하고, 다시 한번 읽어보세요. 전 무슨 말씀을 하시는지 잘모르겠네요.
모래니 19-02-23 15:50
   
위상이 쏠때는 한쪽으로 몰아서 쏴도, 반사되면 위상이 바뀌어요. 당연히, 같은 위치에서 반사되면 같은 위상이겠는데. 비행기가 완전 평면으로 생긴게 아니죠.

예로 날개쪽에서 반사되서 돌아오는 전자기파와
꼬리쪽 날개에서 반사되서 돌아오는 전자기파가
긴 거리를 통해서 (거리에 비해 작은 점인 레이다 기지로 돌아오면) 돌아올때
간섭현상이 벌어질수 있죠.
     
다잇글힘 19-02-23 15:57
   
그래서 펄스파에서는 의미가 없다는 것입니다.
더군다나 입사되어 나가는 공기와 반사되는 대상(비행기)의 밀도의 차는 공기<<대상이겠죠. 따라서 어디는 위상이 바뀌고 어디는 안바뀌고 그런건 없습니다
          
모래니 19-02-23 16:01
   
솔직히 잘모르겠네요. 비행기가 딱히 불연속으로 생긴것도 아닌데
간섭현상이 있을거 같은데! 펄스파가 꽤 짧으면, 그런일이 벌어지지 않는다는다고 말씀하시는거 같아요. 제가 이해를 제대로 했는지 모르겠는데.

아, 위상이 거리의 함수죠. 거리가 바뀌면 위상이 당연히 바뀌죠. (레이다 기지에서 날아간 전자기파의 거리)
          
다잇글힘 19-02-23 16:09
   
보강 간섭과 같은 중첩만이 존재합니다. 레이더에서 대상이 탐지될때 특정한 모양이 형상화ㄷ될수도 있지만 먼거리에 있는 작은 대상의 경우는 보통 점으로 보일 것입니다. 그럼 그 점으로 보이게 되기까지 파동들이 어떻게 서로 지지고볶고 할까요? 대상이 크면 보다 점이 강하게 탐지될테고 대상이 작으면 보다 점이 약하게 탐지되겠죠. 단순히 반사되는 면적의 차이는 수신기에서 받아들일때의 신호의 강도로 차이가 나겠죠. 그게 중첩(님이 말하는 보강 간섭)이에요. 위상차까지 고려해야 된다면 ++++,---- 위상이 합쳐져서 0가 될수 있겠죠. 뭐 이건 결맞음까지 설명을 해야 하는 문제긴 하지만
     
archwave 19-02-23 16:37
   
상쇄간섭현상이 벌어지려면 단순히 위상만 반대인 것으로 되는 것이 아니라,
세기도 같아야 합니다.

위상 0 도 세기 10 인 반사파와
위상 180 도 세기 5 인 반사파가 합쳐지면
세기 5 만큼만 상쇄되고 여전히 5 라는 성분은 반사되서 레이더에 잡힙니다.

비행기 전체에 걸쳐서 나오는 위상이 다른 반사파들이 세기도 아주 운 좋게 교묘히 잘 맞아서 전체적으로 모두 상쇄되거나 매우 약화된다는 것은 매우 낮은 확률이죠.

그 확률을 조금이라도 높이려고 나온 것이 스텔스 형상이기도 합니다.
모래니 19-02-23 16:04
   
전 포기하겠습니다. -_-/
archwave 19-02-23 16:23
   
[ 100Mhz로 쏜 전자기파는 순수하게 100Mhz만 샤프하게 쏘는 경운 없습니다.
항상 밴드위드스(bandwidth)를 가지고 쏘죠. ] ---- 이 부분에 대해서 몇 마디..

트릭(?) 같은 것 없이 그냥 무식하게 전파 쏘고 받아서 처리하는 레이더라면
밴드위스 0 로 쏘는 것이나 마찬가지가 됩니다.
이런 레이더도 잘 동작할 수 있습니다. 트릭(?)쓰는 것에 비해 상대적으로 성능이 떨어져서 문제일뿐.

예를 들어 100 MHz 전파를 100 KHz 진폭변조시키면 99.9 ~ 100.1 MHz 전파가 송출됩니다.
기준 주파수 100 MHz 발진기에 오차가 생길 경우, 위 진폭변조 신호를 받은 수신기에서는
DC 성분 오차가 나타나고요. 송신측의 주파수 오차가 수신측의 DC 성분 오차로 바뀜.
그래서 수신기측은 반드시 DC 성분 컷을 합니다.
아나로그 시대의 시각으로 보면 이런 식이 되죠.

현대에 와서는 레이더는 물론이고 몇 세대전 휴대폰조차 이런 오차가 사실상 없습니다.
데이터를 싣거나 트릭(?)을 위해 변조하니까 그 정보량만큼 밴드위스가 결과로 나타날 뿐이죠.

일부러 주파수 도약을 하거나 스프레드 스펙트럼등을 해서 의도적으로 밴드위스를 넓히기까지 하고요.
당연히 반사파 처리에 송신시 쓴 트릭(?)을 반영하게 하고요.
푸바다 19-02-24 08:38
   
레이다의 원리라면 전자기학 반도체 광학 이런거 공부해보셔요