레이더

레이더(RADAR, Radio Detection And Ranging)는 전파를 쏘아 목표물에 반사되어 돌아온 신호로 목표물의 거리·방향·속도를 알아내는 장치이다.

개요

레이더는 송신기가 짧은 펄스나 연속파를 안테나로 내보내고, 목표물에서 되돌아온 반사파(에코)를 수신기가 받는다. 전파는 빛의 속도로 일정하게 가므로 왕복에 걸린 시간으로 거리를, 안테나가 향한 방향으로 방위를, 반사파 주파수의 도플러 편이로 접근·이탈 속도를 구한다. 파장이 짧아 작은 안테나로 날카로운 빔을 만들 수 있는 마이크로파 대역(L·S·C·X·Ku 밴드 등)을 주로 쓴다.

거리 측정

전파가 목표물까지 갔다가 돌아오므로 왕복 시간의 절반이 편도 시간이다.

R = \frac{c t}{2}

R : 목표물까지의 거리, c : 전파 속도(3×10⁸ m/s), t : 펄스를 쏜 뒤 반사파가 돌아올 때까지의 시간
예: t = 300µs 이면 R = 3×10⁸ × 300×10^-6 / 2 = 45,000m = 45km 이다
1µs 의 왕복 시간은 150m 의 거리에 해당한다
2로 나누는 것을 잊고 ct 로 계산하면 두 배(90km)가 나온다. 편도 시간만 재는 수동형 무선항법은 2로 나누지 않는다

펄스 반복 주파수와 최대 거리

펄스 레이더는 펄스를 일정한 간격으로 되풀이해 쏜다. 다음 펄스가 나가기 전에 앞 펄스의 반사파가 돌아와야 어느 펄스의 에코인지 헷갈리지 않으므로, 펄스 반복 주파수(PRF) f_r 이 높을수록 모호하지 않게 잴 수 있는 최대 거리가 짧아진다.

R_{m a x} = \frac{c}{2 f_{r}}

거리 분해능

가까이 붙은 두 목표물을 따로 구별할 수 있는 최소 거리 간격은 펄스 폭 τ 로 정해진다.

Δ R = \frac{c τ}{2}

펄스 폭이 좁을수록 분해능이 좋아지지만 펄스 하나의 에너지가 줄어 먼 목표물을 찾기 어려워진다 → 펄스

속도 측정

움직이는 목표물에서 반사된 전파는 주파수가 바뀐다. 레이더는 전파가 갔다가 돌아오므로 도플러 편이가 편도의 두 배다.

f_{d} = \frac{2 v}{λ} \cos θ

이것을 이용하는 것이 도플러 레이더다(기상 레이더, 과속 단속기, 항공 관제) → 도플러 효과

종류

구분	방식	특징
1차 레이더	목표물의 반사파를 받는다	목표물이 협조하지 않아도 잡는다. 군사·기상 레이더
2차 레이더	질문 신호를 보내면 목표물의 응답기(트랜스폰더)가 답한다	항공기 식별 부호·고도까지 받는다. 항공 관제
펄스 레이더	짧은 펄스를 쏘고 왕복 시간을 잰다	거리 측정이 기본
연속파(CW)·FMCW 레이더	연속파를 쏘고 도플러 편이나 주파수 차로 잰다	속도 측정, 자동차 레이더

같이 보기