우리가 그냥 AESA라고 부르긴 해도 사실 이것도 세대차이가 존재하는데, 1세대는 1990년대에 최초로 등장하기 시작한 APAR나 OPS-24와 같은 레이다임. 각각의 복사소자마다 반도체 송수신모듈을 적용하고, 아날로그 빔 형성기 혹은 단일 디지털 신호변환기를 구성하여 송수신 빔을 형성했음.
그 다음으로 나오기 시작한 2세대 AESA 레이다는 1세대 AESA 레이다가 가지고 있던 구조적 복잡성과 신호손실이 큰 문제를 해결하기 위해 디지털 빔포밍 기술을 도입함. 우리가 흔히 아는 AESA 레이다들 - APG-79나 SPY-6 AMDR 같은 레이다가 여기에 속함.
2세대부터 디지털 빔포밍이 가능해지면서 동시 다중빔과 적응빔을 형성할 수 있게 되었음. 이를 통해 대전자전 능력도 크게 향상되었고, 동시 다기능 임무수행이 가능해지게 됨.
하지만 수천 개의 배열소자로 구성되는 레이다 수신신호를 전부 디지털로 변환해서 처리하려면 대용량 데이터 연동능력과 대규모 디지털 연산 처리능력이 요구됨. 이 당시에는 각 소자별로 디지털 신호변환을 하는건 하드웨어, 비용, 물리적인 크기 제한 등의 한계가 있어서 소규모 단위의 실험적 구현은 가능해도 현실적으로 적용하기에 한계가 있었음.
2300여개의 안테나와 RX 수신기를 가진 면형 능동 위상배열레이다는 채널당 4Mbps의 데이터를 수신한다고 가정했을 때, 빔포밍없이 수신 I/Q 데이터 처리를 위해 처리부에 들어오는 데이터양은 약 470 Gbps(58.75 GB/s)에 이르는 수준임('면형 능동위상 다기능 레이다의 디지털 빔포밍 기술 개발', 한국군사과학기술학회 2016 종합학술대회).
출처 : 재귀적 소자 교환 방식을 이용한 능동위상배열안테나 부배열 구조 최적화 알고리즘(한국전자파학회논문지, 2016.08)
그래서 디지털 수신부에서 배열 그룹(Subarray)별로 디지털 방식으로 변환함. 부배열이라고도 부르는데 복사소자를 그룹화하여 부배열구조로 구성하고, 각각의 부배열에서 들어오는 신호를 디지털 신호로 변환하는 것으로 세부적인 구현 방법은 다르겠지만 큰 틀에서 대부분 이 방식으로 AESA를 구현하고 있음.
시간이 지나며 기술이 발전함에 따라 2세대 AESA 레이다에서 구현하지 못했던 개별 소자 단위에서의 디지털 신호변환을 통한 송수신 빔 형성이 가능하게 되었음.
개별 소자 단위에서 DAC(Digital to Analog Converter)와 ADC(Analog to Digital Converter)가 각각 송/수신 경로에 포함되어 각각 송신파형을 발생시켜 송신 빔을 생성하고, 수신 신호를 디지털 신호로 변환 후 디지털 빔 형성기에서 수신 빔을 형성하는 안테나를 구현할 수 있게 된 것임. 이게 완전 디지털 능동 위상배열 레이다(Full Digital AESA)임.
여러 측면에서 장점이 많은데, 모듈 단에서 디지털 빔형성이 가능한 덕분에 부배열에서 이용하는 다중빔보다 이득이나 부엽(side lobe) 레벨의 열화 없이 이용할 수 있음. 재밍 신호 제거도 다중빔 일부를 부엽제거 수신빔으로 할당해서 재밍신호를 제거할 수 있고, 디지털 수신을 통해 저부엽의 다중 빔이나 모노펄스 빔을 동시에 형성할 수도 있음. 그리고 각 소자마다 병렬적으로 동시에 디지털 신호로 변환되기 때문에 실시간으로 구현이 가능하고, 레이다의 반응속도를 크게 향상시킬 수 있는 것도 장점임.
완전히 자유롭게 빔 운용이 가능해지면서 도플러 해상도와 클러터 억제능력이 향상되고 저고도, 고속표적과 같은 위협 표적의 탐지 및 정밀 추적능력이 향상되는 등 기존 AESA 레이다 대비 성능이 크게 향상됨.
그리고 그게 FFX-B3 레이다부터 적용되고, KFX 레이다를 제외하고 이후 개발되는 모든 레이다는 완전 디지털 AESA 레이다로 개발될 전망임.
따지고보면 FFX-B3 레이다가 SPY-6 AMDR보다 기술적으로 발전된 레이다임.
ps. 항공기용 레이다에 적용하기에는 초소형 고집적 송수신 모듈이 요구되고 있기 때문에 완전 디지털 방식이 적용되려면 시간이 좀 걸릴거라고 생각됨.
작성일 : 20-03-04 14:47
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