2차원 굴절률을 고려한 포물형 방정식 기반의 장거리 전자파 전파 분석 및 응용
Analysis and Application of Long Range Electromagnetic Wave Propagation Based on Parabolic Equation Method Considering Two-Dimensional Refractive Index
- 주제(키워드) 레이다 성능 , 레이다 탐지 , 전자파의 굴절 , 전자파 전파 , 포물형 방정식 기법
- 주제(DDC) 004.6
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 박용배
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 AI융합네트워크학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000033300
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
대기는 거리와 고도에 대해서 기온, 기압, 습도가 모두 변하는 비균질 한 매질이다. 공간에 대한 이 세 값들의 변화는 전자파의 전파 속도를 늦추고, 위나 아래로 휘면서 전파되는 굴절 현상을 발생시킨다. 전자파의 굴절 현상은 레이다로부터 방사된 전자파가 예상했던 경로와 다르게 전파할 가능성을 만들고, 미식별 물체를 탐지했을 때 그 위치 탐지 결과에 오차를 발생시킨다. 따라서, 레이다를 운용하는 영역에 대한 환경을 모델링하고, 환경의 영향을 고려한 전자파 전파 분석이 반드시 선행되어야 한다. 제 2 장에서는 전자파 전파 분석에 필요한 분석 환경 관련 파라미터, 특히 비균질 한 대기를 모델링한 거리, 고도 에 따른 2차원 굴절률과 지형의 고도 모델링에 대한 내용들을 기술한다. 또한, 환경 파라미터를 고려한 전자파 전파 분석에 사용되는 수치해석 방법인 포물형 방정식 기법을 소개하고, 전자파 전파 각도에 대한 분류 : NAPE(narrow angle parabolic equation)와 WAPE(wide angle parabolic equation), 경계 조건에 대한 분류 : SSFT(split step Fourier transform) 기반과 DMFT(discrete mixed Fourier transform) 기반의 포물형 방정식 기법, 그리고 안테나에서 방사된 방향으로 진행하는 성분과 반대로 진행하는 성분의 고려 여부에 대한 분류 : 1WPE(one way parabolic equation), 2WPE(two way parabolic equation)로 나누어 각각의 기법들의 구현 상세와, 장단점 및 특성을 확인한다. 제 3 장에서는 포물형 방정식 기법 기반의 전자파 전파 분석의 결과를 기반으로 레이다의 탐지 오차를 예측하는 방법을 제안한다. 임피던스 경계 조건을 고려하기 위해 DMFT 기반의 포물형 방정식 기법을 사용하고, 지구 곡률을 고려한 2차원 수정 굴절률을 이용해 장거리에서의 전자파 전파 분석을 진행한다. 그리고, 전자파의 굴절 경로를 계산하고 실제 표적의 위치를 판단한다. 그 후, 레이다가 판단한 표적의 위치와 실제 표적의 위치를 비교하여 slant range error와 angular error를 예측한다. 마지막으로, 제 4 장에서는 장거리 환경에서 원하는 탐지 영역에 정확하게 전자파를 전파 시켜, 레이다의 탐지 성능을 개선할 수 있도록 안테나 고도 각 보정 방법을 제안한다. 탐지하려는 영역을 임의로 가정하여 포물형 방정식 기법으로 전자파 전파 분석을 수행한다. 그리고, 실제로 전자파가 집중되고 있는 영역을 계산하고, 의도했던 탐지 영역과 비교한다. 그 후, 원하는 탐지 영역과 전자파가 집중되고 있는 영역의 위치 차이를 분석해 안테나 고도 각을 보정한다. 주제어 : 레이다 성능, 레이다 탐지, 전자파의 굴절, 전자파 전파, 포물형 방정식 기법
more목차
제 1 장 서론 1
제 1 절 구성 3
제 2 장 환경 모델링, 포물형 방정식 기법 구현 8
제 1 절 서론 8
제 2 절 거리, 고도에 대한 2차원 대기와 지형 모델링 10
2.2.1 굴절 계수 및 수정 굴절 계수에 따른 전자파 전파 경향 10
2.2.2 실제 기상 정보를 활용한 2차원 수정 굴절 계수 계산 16
2.2.3 지형 정보의 획득 및 모델링 19
제 3 절 포물형 방정식 기법의 구현 20
2.3.1 가우시안 안테나 패턴을 이용한 초기 소스 모델링 20
2.3.2 포물형 방정식 22
2.3.3 완전 도체 경계 조건에서의 SSFT NAPE/WAPE 구현 26
2.3.4 임피던스 경계 조건에서의 DMFT 구현 33
2.3.5 Two way 포물형 방정식 기법 구현 37
제 4 절 결론 44
제 3 장 장거리 환경에서의 비균질 대기를 고려한 레이다의 탐지 오차 예측 방법 46
제 1 절 서론 46
제 2 절 장거리 환경에서 발생하는 전자파 굴절 현상 48
3.2.1 지구의 곡률을 고려한 안테나 보어사이트 48
3.2.2 지구의 곡률을 고려한 장거리 환경에서의 전자파 굴절 현상 분석 52
제 3 절 포물형 방정식 기반의 레이다 탐지 오차 분석 56
3.3.1 분석 환경 모델링 56
3.3.2 레이다 탐지 오차의 계산 58
제 4 절 결론 69
제 4 장 장거리 환경에서의 레이다 탐지 성능 개선을 위한 안테나 고도 각 보정 방법 71
제 1 절 서론 71
제 2 절 안테나 고도 각 보정 방법 73
제 3 절 분석 결과 77
4.3.1 아굴절 대기에서의 안테나 고도 보정 과정과 전자파 집중도 분석 77
4.3.2 일반 굴절 대기에서의 안테나 고도 보정 과정과 전자파 집중도 분석 85
4.3.3 덕트 대기에서의 안테나 고도 보정 과정과 전자파 집중도 분석 93
제 4 절 결론 107
제 5 장 결론 109
참고문헌 111
Abstract 117
