Dr. Jang's VTS Library

G1111-3 VTS 레이더 요건 작성 (요약·한영 대역)

원문: IALA Guideline G1111-3, Producing Requirements for Radar, Edition 1.0 (2022년 12월) · 번역: 장은규 교수

이 페이지는 IALA 원문(영문)을 장은규 교수가 국문으로 번역한 것입니다. 법적·계약적 근거가 필요한 경우 반드시 IALA 원문을 기준으로 확인하시기 바랍니다.

핵심 요약

  • 위치와 목적: G1111-3은 G1111 시리즈의 하위 가이드라인으로, VTS 레이더 성능을 이해하고 레이더 서비스를 설계하며 기능·성능 요건과 인수 요건을 수립하도록 돕는다. 요건은 G1150에 따른 사업 타당성 분석과 실행 가능성 연구(위험평가 등)에 근거하고, VTS 요원·이해관계자·공급업체와 협의하여 정하는 것이 바람직하다. VTS 제공기관은 특정 기술 해결책이나 안테나 세부 특성을 규정하지 말고 운영 해역과 성능 요건을 명시하는 것이 바람직하다.
  • 운영 해역별 요건: 내륙 수로, 항만, 항만 접근수역, 연안 해역 및 근해(풍력발전단지 포함)마다 요건이 다르므로 해역별로 수립하도록 권고한다. 내륙 수로와 항만은 정확도와 분리가 결정적이며(최대 탐지거리 대개 1~10 km, S밴드는 대개 부적합), 연안은 장거리 센서와 기상·전파 조건 대응이 과제이다. 미터법(km)은 내륙 수로에만 쓰고 그 밖의 해역은 해리를 쓴다.
  • 요건의 세 묶음: ① 핵심 성능(탐지범위, 물표 탐지·거리, 물표 분리, 위치 정확도), ② 동적 환경 대응(허위 반향·사이드로브, 동적 범위, 환경·계절 영향, 장애물), ③ 기능(갱신율, 관제사 기능, 운영 출력, 클러터·잡음·간섭 처리, 추적과 오경보율, 견고성·가용성·정비성). 계산용 IALA 물표 유형 1~7(표 1)은 S·X·Ku밴드별 RCS(예: 유형 4 소형 금속 선박 X밴드 100 m², 높이 5 m)와 높이를 제시한다.
  • 설치·견고성: 최대 운용 풍속에서 레이더 탑의 비틀림은 경험칙상 안테나 수평 빔폭의 25%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 생존 풍속과 운용 풍속을 따로 명시할 수 있다. 송수신기 상부·하부 설치의 장단점, 짧은 도파관과 제습 장치, 피뢰침을 블랭킹 구역에 두는 방안도 다룬다.
  • 부속서 A(레이더 기술 해설): 마그네트론 펄스, 펄스 압축, FMCW 레이더의 특성과 S·X·Ku밴드 선택(X밴드가 대개 좋은 절충안), 편파(일반적으로 수평 편파가 비용 대비 성능 최선, 유류 탐지는 수직 편파), 레이더 수평선 식(2.2 × (htarget0.5 + hantenna0.5) NM), 수신 전력·클러터·감쇠·증발 덕트·스월링 탐지확률 계산식을 제시한다. 가상의 7개 레이더 구성(S1~Ku2)으로 계산한 거리 성능 예시표가 포함된다.
  • 대표 수치: 최대 탐지범위에서 단일 스캔 탐지확률은 대개 70~90%, 레이더 영상 기준 오경보율은 10-4~10-5. 펄스 압축 레이더의 대표 위치 정확도(RMS)는 내륙·항만 10~20 m/0.25~0.5°, 연안 25~100 m. 갱신율은 연안 2~6초, 그 밖 1.5~3초. 동적 범위는 해역에 따라 80~120 dB, 사이드로브는 근접 -52~-56 dB, 원격 -66~-70 dB(왕복 기준)를 제시한다.
  • 부속서 B·C(인수 시험): 임의 물표, 통제 물표, 통제·교정 물표(대개 RCS 1~10 m²)를 이용한 최소·최대 탐지거리, 거리·방위 분리, 거리·방위 정확도(n ≥ 20회 관측, 최대 오차 = |진도| + 3σ), 동적 범위 시험 절차를 제시한다. 점 물표 시험은 로빙 때문에 재현이 어려우므로 RCS를 측정한 소형 선박처럼 높이로 분포한 물표가 실용적이며, 루네베르크 기준 반사기로 시험 물표 RCS를 교정하는 절차를 부속서 C에 둔다.

실무 시사점

이 가이드라인은 레이더 구매 사양서를 "제조사 수치"가 아니라 "해역별 운영 요건"으로 쓰도록 이끈다. 첫째, VTS 구역을 내륙·항만·접근수역·연안으로 나누고 해역마다 관심 물표 유형(표 1), 최소·최대 탐지거리, 분리·정확도, 갱신율을 따로 정하는 것이 출발점이다. 둘째, 강우 성능은 그 지역에서 실제로 전형적인 강우 조건에 맞추어 정하고, 드문 극한 강우에 맞추느라 평상시 분리·정확도 성능을 희생하지 않도록 비용 대비 효과를 따지는 것이 바람직하다. 셋째, 부속서 A의 계산 예시는 지침일 뿐이므로 설치 지점별 계산과 현장 실측으로 보완해야 하며, 일부 도구의 누적 탐지(Cumulative Detection) 값에 기대어서는 안 된다. 넷째, 인수 시험은 부속서 B의 절차를 기준으로 시험 물표·기상 조건·판정 기준(예: 스캔 10회 중 8회 탐지)을 계약 단계에서 미리 합의해 두는 것이 분쟁을 줄인다. 추적 기능과 시스템 전반은 G1111, G1111-1과, 인수 체계는 G1111-9와 함께 보아야 한다.

G1111 총괄 가이드라인 국문 보기

한영 대역 전문

왼쪽은 원문(영문), 오른쪽은 국문 번역이다. 반복되는 머리말·꼬리말·쪽 번호는 생략하였다. 수식은 원문 기호를 그대로 살려 텍스트로 옮겼고, 그림은 한 줄 설명으로 대신하였다. 원문의 오기로 보이는 부분은 고치지 않고 ※ 표시로 따로 밝혔다.

Front matter · 표지

IALA GUIDELINE G1111-3
PRODUCING REQUIREMENTS FOR RADAR

Edition 1.0, December 2022
urn:mrn:iala:pub:g1111-3:ed1.0

IALA 가이드라인 G1111-3
VTS 레이더 요건 작성

제1.0판, 2022년 12월
urn:mrn:iala:pub:g1111-3:ed1.0

Document Revision · 문서 개정 이력

Revisions to this document are to be noted in the table prior to the issue of a revised document.

이 문서의 개정 사항은 개정 문서를 발행하기 전에 아래 표에 기록한다.

일자 (Date)세부 내용 (Details)승인 (Approval)
2022년 12월초판 발간. G1111 가이드라인의 각 절을 대폭 개정하여 하위 가이드라인 G1111-1부터 G1111-9까지로 분할, 제1.0판. 절 구성을 개정하여 "기본(Basic)", "표준(Standard)", "고급(Advanced)" 구분을 내륙 VTS, 항만, 항만 접근수역, 연안 VTS 등 특정 해역별 지침으로 대체. 해상(offshore) 관련 VTS 지침과 VTS 레이더 시스템 인수 지침 추가. 미터법 단위는 내륙 수로에 한하여 채택. (참고: G1111은 2015년 5월 권고안 V-128 제3판의 부속서에서 유래하였다.)
(First issue. Major revision of Guideline G1111 sections, divided into sub-guidelines G1111-1 to G1111-9. Edition 1.0. Section structure revised, "Basic", "Standard" and "Advanced" substituted with guidance on specific areas including Inland VTS, Ports, Ports Approach and Coastal VTS. Guidance on offshore related VTS and Acceptance of VTS Radar Systems added. Measurements in metric terms adopted for Inland Waterways only. (Note - G1111 originated from annex of Recommendation V-128 Ed 3 in May 2015))
제76차 이사회 (Council 76)

Contents · 목차

1. Introduction
  1.1 The IALA G1111 guideline series
  1.2 Target types
2. Operational areas
  2.1 Inland waterway
  2.2 Port
  2.3 Port approach
  2.4 Coastal area and offshore
3. Producing functional and performance requirements
  3.1 Core radar performance
    3.1.1 Radar coverage
    3.1.2 Target detection and range performance
    3.1.3 Target separation
    3.1.4 Target positional accuracy
  3.2 Radar performance versus the dynamic environment
    3.2.1 False echoes
    3.2.2 Handling of dynamic range, targets and surroundings
    3.2.3 Handling of environmental conditions
  3.3 Radar functions and other features
    3.3.1 Target time-stamping and update rate
    3.3.2 Operator functions
    3.3.3 Operational outputs
    3.3.4 Clutter and noise reduction/management
    3.3.5 Target tracking
    3.3.6 Interfaces
    3.3.7 Robustness, availability, and serviceability
4. Defintions
5. Abbreviations
6. References
Annex A VTS radar considerations
  A.1 Radar technologies (A.1.1 Pulse radar; A.1.2 Pulse compression radar; A.1.3 Frequency modulated continuous wave radar)
  A.2 Frequency bands
  A.3 Antennas (A.3.1 Antenna principles; A.3.2 Antenna polarization)
  A.4 Target characteristics (A.4.1 Radar cross-section; A.4.2 Target models versus detailed characteristics; A.4.2.1 Target RCS fluctuations; A.4.3 Multipath effects; A.4.3.1 Reflections from large objects; A.4.3.2 Probability of detection and false alarm rate)
  A.5 Radar coverage (A.5.1 Radar configuration examples; A.5.2 Minimum detection range; A.5.3 Radar horizon; A.5.4 Analysis of radar detection performance; A.5.4.1 Symbols; A.5.4.2 Received powers; A.5.4.3 Attenuation; A.5.4.4 Evaporation ducting; A.5.4.5 Detection probability; A.5.4.6 Calculation examples, comparison of technologies)
  A.6 Target separation (A.6.1 Angular separation; A.6.2 Range separation)
  A.7 Target positional accuracy
  A.8 Target positional update rate
  A.9 Dynamic characteristics (A.9.1 Dynamic range; A.9.2 Sidelobes)
  A.10 Environmental influence (A.10.1 Precipitation and sea; A.10.2 Reduced visibility - fog, sand and dust; A.10.3 Air mass (propagation); A.10.3.1 to A.10.3.7)
  A.11 Other influencing factors (A.11.1 Shadowing effects; A.11.2 Interference; A.11.3 Radar susceptibility; A.11.4 Radar compatibility with other users; A.11.5 Influence of wind farms)
  A.12 Signal processing and tracking
Annex B Acceptance of VTS radar systems
  B.1 Test targets (B.1.1 Target of opportunity; B.1.2 Controlled target; B.1.3 Controlled and calibrated target)
  B.2 Lobing
  B.3 Test methodology (B.3.1 Radar functions and other features; B.3.2 Core radar performance; B.3.3 Radar performance versus the dynamic environment; B.3.4 Target tracking)
Annex C Test targets and their calibration

1. 서론
  1.1 IALA G1111 가이드라인 시리즈
  1.2 물표 유형
2. 운영 해역
  2.1 내륙 수로
  2.2 항만
  2.3 항만 접근수역
  2.4 연안 해역 및 근해(offshore)
3. 기능 및 성능 요건 작성
  3.1 레이더 핵심 성능
    3.1.1 레이더 탐지범위(커버리지)
    3.1.2 물표 탐지 및 거리 성능
    3.1.3 물표 분리
    3.1.4 물표 위치 정확도
  3.2 동적 환경에 대한 레이더 성능
    3.2.1 허위 반향
    3.2.2 동적 범위, 물표 및 주변 환경의 처리
    3.2.3 환경 조건의 처리
  3.3 레이더 기능 및 기타 특성
    3.3.1 물표 시각 표시(타임스탬프) 및 갱신율
    3.3.2 관제사 기능
    3.3.3 운영 출력
    3.3.4 클러터 및 잡음 저감·관리
    3.3.5 물표 추적
    3.3.6 인터페이스
    3.3.7 견고성, 가용성 및 정비 용이성
4. 정의
5. 약어
6. 참고문헌
부속서 A VTS 레이더 고려사항
  A.1 레이더 기술(A.1.1 펄스 레이더, A.1.2 펄스 압축 레이더, A.1.3 주파수 변조 연속파 레이더)
  A.2 주파수 대역
  A.3 안테나(A.3.1 안테나 원리, A.3.2 안테나 편파)
  A.4 물표 특성(A.4.1 레이더 반사면적, A.4.2 물표 모델과 세부 특성, A.4.2.1 물표 RCS 변동, A.4.3 다중경로 효과, A.4.3.1 대형 물체로부터의 반사, A.4.3.2 탐지확률과 오경보율)
  A.5 레이더 탐지범위(A.5.1 레이더 구성 예시, A.5.2 최소 탐지거리, A.5.3 레이더 수평선, A.5.4 레이더 탐지 성능 분석, A.5.4.1 기호, A.5.4.2 수신 전력, A.5.4.3 감쇠, A.5.4.4 증발 덕팅, A.5.4.5 탐지확률, A.5.4.6 계산 예시 및 기술 비교)
  A.6 물표 분리(A.6.1 방위 분리, A.6.2 거리 분리)
  A.7 물표 위치 정확도
  A.8 물표 위치 갱신율
  A.9 동적 특성(A.9.1 동적 범위, A.9.2 사이드로브)
  A.10 환경의 영향(A.10.1 강수와 해면, A.10.2 시정 저하: 안개·모래·먼지, A.10.3 기단(전파), A.10.3.1~A.10.3.7)
  A.11 기타 영향 요인(A.11.1 차폐 효과, A.11.2 간섭, A.11.3 레이더 감수성, A.11.4 다른 사용자와의 레이더 양립성, A.11.5 풍력발전단지의 영향)
  A.12 신호 처리 및 추적
부속서 B VTS 레이더 시스템의 인수
  B.1 시험 물표(B.1.1 임의 물표, B.1.2 통제 물표, B.1.3 통제·교정 물표)
  B.2 로빙(lobing)
  B.3 시험 방법(B.3.1 레이더 기능 및 기타 특성, B.3.2 레이더 핵심 성능, B.3.3 동적 환경에 대한 레이더 성능, B.3.4 물표 추적)
부속서 C 시험 물표와 그 교정

List of Tables and Figures · 표 및 그림 목록

Table 1 IALA Target Types; Table 2 Detailed target characteristics; Table 3 Imaginary, simplified VTS Radar System configurations and associated key parameters; Table 4 Calculated minimum range as a function of antenna characteristics and antenna hight; Table 5 Calculation of radar horizon; Table 6 Atmospheric attenuation for various radar frequencies; Table 7 Swerling Cases; Table 8 Example of performance across various radar types and weather situations; Table 9 Example of performance across various radar types, longer range; Table 10 Comparison between Horizontal and Circular polarization; Table 11 Typical azimuth separation as a function of system type and range; Table 12 Typical target positional accuracies for pulse compression radars; Table 13 Update rate; Table 14 Example of a dynamic range evaluation for an imaginary pulse compression radar; Table 15 Dynamic range typical for VTS applications; Table 16 Typical requirements to maximum side lobe level relative to non-saturating target signals.

Figure 1 Elements included in producing requirements; Figure 2 Illustration of radar coverage; Figure 3 Target separation; Figure 4 Minimum detection range as a function of antenna height and lookdown angle; Figure 5 Geometry, antenna height and target height; Figure 6 Example of received power versus range; Figure 7 Probability of detection; Figure 8 Example of Return from two identical targets placed at the 0.6° and 1.4° angles; Figure 9 Range discrimination; Figure 10 Definition of trueness and precision; Figure 11 Dynamic characteristics of the signal received versus target RCS and target range; Figure 12 Range and antenna (azimuth) side lobe effects; Figure 13 Coverage diagram, in standard atmosphere (left) and including an evaporation duct (right); Figure 14 Example of simulated radar coverage in surface based + evaporation ducting conditions; Figure 15 Coverage diagram, elevated duct; Figure 16 Coverage diagram based on a measured condition; Figure 17 One hour of recordings with trials (snail tracks) shown in red; Figure 18 Multipath propagation resulting in Ghost images; Figure 19 Possible scenarios for ghost target analysis; Figure 20 Multi-path reflections (lobing); Figure 21 Example of a video capture with "snail tracks"; Figure 22 Example of a test trajectory for range detection testing; Figure 23 Measurement of range separation; Figure 24 Luneberg reflectors; Figure 25 Target aspect angle relative to the radar antenna.

표 1 IALA 물표 유형, 표 2 물표 세부 특성, 표 3 가상의 단순화된 VTS 레이더 시스템 구성과 주요 파라미터, 표 4 안테나 특성 및 안테나 높이에 따른 최소 거리 계산값, 표 5 레이더 수평선 계산, 표 6 레이더 주파수별 대기 감쇠, 표 7 스월링(Swerling) 사례, 표 8 레이더 유형 및 기상 상황별 성능 예시, 표 9 레이더 유형별 성능 예시(장거리), 표 10 수평 편파와 원형 편파 비교, 표 11 시스템 유형 및 거리에 따른 대표적 방위 분리, 표 12 펄스 압축 레이더의 대표적 물표 위치 정확도, 표 13 갱신율, 표 14 가상의 펄스 압축 레이더에 대한 동적 범위 평가 예시, 표 15 VTS 용도의 대표적 동적 범위, 표 16 비포화 물표 신호 대비 최대 사이드로브 레벨에 대한 대표적 요건.

그림 1 요건 작성에 포함되는 요소, 그림 2 레이더 탐지범위 예시, 그림 3 물표 분리, 그림 4 안테나 높이와 하향각에 따른 최소 탐지거리, 그림 5 기하 구조·안테나 높이·물표 높이, 그림 6 거리에 따른 수신 전력 예시, 그림 7 탐지확률, 그림 8 0.6°와 1.4° 각도에 놓인 동일한 두 물표의 반사 예시, 그림 9 거리 식별, 그림 10 진도(trueness)와 정밀도(precision)의 정의, 그림 11 물표 RCS 및 물표 거리에 따른 수신 신호의 동적 특성, 그림 12 거리 및 안테나(방위) 사이드로브 효과, 그림 13 표준 대기(왼쪽)와 증발 덕트 포함(오른쪽)의 탐지범위 도표, 그림 14 지표 덕트+증발 덕팅 조건에서의 레이더 탐지범위 모의 예시, 그림 15 상층 덕트 탐지범위 도표, 그림 16 실측 조건 기반 탐지범위 도표, 그림 17 시험 항적(스네일 트랙)을 적색으로 표시한 1시간 기록, 그림 18 다중경로 전파로 인한 허상(ghost) 영상, 그림 19 허상 물표 분석을 위한 가능한 시나리오, 그림 20 다중경로 반사(로빙), 그림 21 "스네일 트랙"이 나타난 영상 캡처 예시, 그림 22 거리 탐지 시험용 시험 궤적 예시, 그림 23 거리 분리 측정, 그림 24 루네베르크 반사기, 그림 25 레이더 안테나에 대한 물표 자세각.

1. Introduction · 1. 서론

The intent of this Guideline is:

  • to be a common source of information on vessel traffic services (VTS) radar;
  • to assist VTS Providers in the understanding of radar performance;
  • to support the design of a radar service and its contribution to the VTS traffic image; and
  • to assist VTS Providers in establishing appropriate radar functional, performance and associated acceptance requirements.

이 가이드라인의 목적은 다음과 같다.

  • 선박교통관제(VTS) 레이더에 관한 공통 정보원이 되는 것
  • VTS 제공기관이 레이더 성능을 이해하도록 돕는 것
  • 레이더 서비스의 설계와 그것이 VTS 교통 이미지에 기여하는 바를 뒷받침하는 것
  • VTS 제공기관이 적절한 레이더 기능 요건, 성능 요건 및 이에 따른 인수 요건을 수립하도록 돕는 것

The Guideline considers radar surveillance in different operational areas (e.g., inland waterways, ports, coastal area and offshore). This includes considerations, related to environmental conditions such as weather and sea state, geographical constraints, and obstructions, which all pose challenges to the detection and coverage of radar sensors.

이 가이드라인은 다양한 운영 해역(예: 내륙 수로, 항만, 연안 해역 및 근해)에서의 레이더 감시를 다룬다. 여기에는 기상과 해상 상태 같은 환경 조건, 지리적 제약, 장애물에 관한 고려사항이 포함되며, 이들은 모두 레이더 센서의 탐지와 탐지범위에 어려움을 준다.

1.1. The IALA G1111 Guideline Series · 1.1 IALA G1111 가이드라인 시리즈

This sub-Guideline is one of the G1111 series of guideline documents. The purpose of the G1111 series is to assist the VTS provider in preparing the definition, specification, establishment, operation, and upgrades of a VTS system. The documents address the relationship between the operational requirements and VTS system performance (technical) requirements and how these requirements affect system design and sub system requirements.

이 하위 가이드라인은 G1111 시리즈 가이드라인 문서 중 하나이다. G1111 시리즈의 목적은 VTS 제공기관이 VTS 시스템의 정의, 사양 작성, 구축, 운영 및 고도화를 준비하도록 돕는 데 있다. 이 문서들은 운영 요건과 VTS 시스템 성능(기술) 요건 사이의 관계, 그리고 이러한 요건이 시스템 설계와 하위 시스템 요건에 미치는 영향을 다룬다.

The G1111 series of guideline documents present system design, sensors, communications, processing, and acceptance, without inferring priority. The guideline documents are numbered and titled as follows:

  • G1111 Establishing Functional & Performance Requirements for VTS Systems and equipment
  • G1111-1 Producing Requirements for the Core VTS System
  • G1111-2 Producing Requirements for Voice Communications
  • G1111-3 Producing Requirements for Radar
  • G1111-4 Producing Requirements for AIS
  • G1111-5 Producing Requirements for Environment Monitoring Systems
  • G1111-6 Producing Requirements for Electro Optical Systems
  • G1111-7 Producing Requirements for Radio Direction Finders
  • G1111-8 Producing Requirements for Long Range Sensors
  • G1111-9 Framework for Acceptance of VTS Systems

G1111 시리즈 가이드라인 문서는 시스템 설계, 센서, 통신, 처리 및 인수를 우선순위 없이 제시한다. 각 가이드라인 문서의 번호와 제목은 다음과 같다.

  • G1111 VTS 시스템 및 장비의 기능·성능 요건 수립
  • G1111-1 핵심 VTS 시스템 요건 작성
  • G1111-2 음성 통신 요건 작성
  • G1111-3 레이더 요건 작성
  • G1111-4 AIS 요건 작성
  • G1111-5 환경 감시 시스템 요건 작성
  • G1111-6 전자광학 시스템 요건 작성
  • G1111-7 무선방향탐지기 요건 작성
  • G1111-8 장거리 센서 요건 작성
  • G1111-9 VTS 시스템 인수 체계

1.2. Target Types · 1.2 물표 유형

For calculation purposes, the IALA simplified target types are listed in Table 1.

Typical targets of interest are modelled as point targets with conservative estimate of Radar Cross Section (RCS) and height. This is normally sufficient to estimate the detection range for considering VTS radar sensor coverage.

The term fluctuation in the table means that the signal returns will vary in amplitude, from pulse to and from antenna rotation to antenna rotation. This, the hight of the target, the radar cross section and other parameters affects the ability to detect specific targets as further discussed in ANNEX A

계산 목적으로 IALA의 단순화된 물표 유형을 표 1에 제시한다.

대표적인 관심 물표는 레이더 반사면적(RCS)과 높이를 보수적으로 추정한 점 물표로 모델링한다. VTS 레이더 센서의 탐지범위를 검토하기 위한 탐지거리 추정에는 보통 이것으로 충분하다.

표의 "변동(fluctuation)"이라는 용어는 반사 신호의 진폭이 펄스마다, 그리고 안테나 회전마다 달라진다는 뜻이다. 이 변동, 물표의 높이, 레이더 반사면적 및 그 밖의 파라미터가 특정 물표의 탐지 능력에 영향을 미치며, 이에 대해서는 부속서 A에서 더 논의한다.

표 1 IALA 물표 유형 (Table 1 IALA Target Types)

유형
(Type)
대표 물표 (Typically Representing)레이더 반사면적 (Radar Cross Section)높이 (Height, ASL)변동 (Fluctuation)
S밴드X밴드Ku밴드
1레이더 반사기가 없는 항로표지. 유리섬유·목재·고무 재질의 소형 무갑판 보트 (AtoN without radar reflector. Small open boats, fiberglass, wood or rubber)<<1 m²1 m²1 m²1 m빠름. 해상 상태와 물표 움직임에 따라 다름 (Rapid, depending on sea state and target movement)
2연안 어선, 범선 및 고속보트 (In-shore fishing vessels, sailing boats and speedboats)1 m²3 m²4 m²2 m
3레이더 반사기를 갖춘 항로표지 (Aids to Navigation with radar reflector)4 m²10 m²12 m²3 m
4소형 금속 선박, 어선 및 경비정 (Small metal ships, fishing vessels and patrol vessels)40 m²100 m²120 m²5 m
5소형 연안선 및 대형 트롤 어선 (Small coasters and large fishing trawlers)400 m²1,000 m²1,200 m²8 m보통 (Moderate)
6대형 연안선, 산적화물선 및 일반화물선 (Large coasters, bulk carriers, and cargo ships)4,000 m²10,000 m²12,000 m²12 m무시할 수준 (Negligible)
7컨테이너선 및 유조선 (Container carriers and tankers)40,000 m²100,000 m²120,000 m²18 m

Notes:

1 The RCS values assume linear polarized antennas.
a A general reduction of 5 dB can be assumed in the case of circular polarized antennas.
b The reduction of RCS will typically be even larger for non-metallic targets, trihedral reflectors and most Lunenburg reflectors, often omitting detection of such targets in the case of circular polarized antennas.

2 The indicated values include allowance for the RCS-limiting effect of the cell size in the case of radars with high-resolution. See Table 2 for detailed target characteristics.

주:

1 RCS 값은 선형 편파 안테나를 가정한 것이다.
a 원형 편파 안테나의 경우 일반적으로 5 dB 감소를 가정할 수 있다.
b 비금속 물표, 삼면 반사기 및 대부분의 루네베르크(Lunenburg) 반사기에서는 RCS 감소가 대개 더 커서, 원형 편파 안테나를 쓰면 이러한 물표가 탐지되지 않는 경우가 많다.

2 제시된 값에는 고분해능 레이더에서 셀 크기가 RCS를 제한하는 효과에 대한 여유가 포함되어 있다. 물표의 세부 특성은 표 2를 참조한다.

2. Operational Areas · 2. 운영 해역

This guideline considers the application of radar to different operational areas. These areas vary in the types of risks, vessels and their interactions, the required sensor ranges and the types of services. Within the total VTS area, there are generally several different operational areas.

이 가이드라인은 서로 다른 운영 해역에 대한 레이더의 적용을 다룬다. 이 해역들은 위험의 유형, 선박과 그 상호작용, 필요한 센서 거리, 서비스의 유형에서 차이가 있다. 전체 VTS 구역 안에는 일반적으로 여러 개의 서로 다른 운영 해역이 있다.

The functional and performance requirements are likely to differ across the VTS area. It is, therefore, recommended to establish the functional and performance requirements for each operational area to make sure the navigational risks are mitigated and VTS Operators can provide services smoothly.

The VTS Provider should identify the operational requirements that may impact the functional and performance requirements of radar sensor(s) within the VTS system.

기능 및 성능 요건은 VTS 구역 전반에 걸쳐 달라질 가능성이 크다. 따라서 항해 위험이 완화되고 VTS 관제사가 원활하게 서비스를 제공할 수 있도록 운영 해역마다 기능 및 성능 요건을 수립할 것을 권고한다.

VTS 제공기관은 VTS 시스템 내 레이더 센서의 기능 및 성능 요건에 영향을 줄 수 있는 운영 요건을 파악하는 것이 바람직하다.

Operational requirements arise from:

  • Risk assessment and needs assessment
  • The identified operational areas within the area of interest
  • The types and size of vessels operating within the area of interest
  • The services intended to be provided by the VTS

From a surveillance perspective, operational areas may be characterized as follows:

  • Inland waterways, like rivers and canals
  • The port area
  • The port approach area incl. anchorages
  • Coastal areas and offshore, including shipping lanes, platforms, and windfarms

운영 요건은 다음에서 비롯된다.

  • 위험평가 및 필요성 평가
  • 관심 해역 내에서 식별된 운영 해역
  • 관심 해역에서 운항하는 선박의 유형과 크기
  • VTS가 제공하려는 서비스

감시 관점에서 운영 해역은 다음과 같이 구분할 수 있다.

  • 하천과 운하 같은 내륙 수로
  • 항만 구역
  • 묘박지를 포함한 항만 접근수역
  • 항로, 해상 플랫폼, 풍력발전단지를 포함한 연안 해역 및 근해

Identifying the appropriate radar functional and performance requirements should be a careful process, balancing cost and, sometimes opposing, performance requirements (e.g., probability of detection versus false alarm rate).

적절한 레이더 기능 및 성능 요건을 정하는 일은 비용과, 때로는 서로 상충하는 성능 요건(예: 탐지확률 대 오경보율) 사이의 균형을 맞추는 신중한 과정이어야 한다.

2.1. Inland Waterway · 2.1 내륙 수로

Inland waterways, like rivers and canals, are confined waters that are used by a large variety of vessels, ranging from sea-going vessels (e.g., a river section as part of the port approach), river-trade, allied services vessels, ferries and even recreational vessels. Traffic separation may be as low as a few metres. This requires a high position accuracy and target separation performance.

Locks, bridges, and waterway intersections may be present that will limit target visibility, affect position accuracy or force reduced target separation.

하천과 운하 같은 내륙 수로는 외항선(예: 항만 접근수역의 일부인 하천 구간), 하천 교역선, 연계 서비스 선박, 여객선, 심지어 레저선박에 이르기까지 매우 다양한 선박이 이용하는 제한 수역이다. 선박 간 교통 분리 간격이 수 미터에 불과할 수 있다. 따라서 높은 위치 정확도와 물표 분리 성능이 필요하다.

갑문, 교량, 수로 교차점이 있을 수 있으며, 이는 물표의 가시성을 제한하거나 위치 정확도에 영향을 주거나 물표 분리 간격을 줄어들게 만든다.

Although the required sensor range is limited, the sensor may not have a full view of the waterway due to obstructions. Such obstructions may be permanent or temporary e.g., moored large vessels. For that reason, radar location will require proper attention (especially when location options are limited).

Maximum target detection ranges typically vary from 1 km to 10 km. Considering these ranges, radar detection performance is generally not a critical factor.

The addition of short-range gap-filler radars may be an option to cover specific areas, such as locks.

필요한 센서 거리는 짧지만, 장애물 때문에 센서가 수로 전체를 보지 못할 수 있다. 이러한 장애물은 영구적일 수도 있고 일시적(예: 계류 중인 대형 선박)일 수도 있다. 그러므로 레이더 설치 위치에 적절한 주의를 기울여야 한다(특히 위치 선택지가 제한된 경우).

최대 물표 탐지거리는 대개 1 km에서 10 km이다. 이 거리를 고려하면 레이더 탐지 성능은 일반적으로 결정적인 요소가 아니다.

갑문 같은 특정 구역을 담당하기 위해 단거리 음영보완(gap-filler) 레이더를 추가하는 것도 방안이 될 수 있다.

In this operational area, accuracy and separation are the critical performance parameters. At larger ranges, angular separation becomes the limiting factor.

Given the required high accuracy and separation, S-band radar will generally not be able to meet these requirements.

Note: The distances are normally measured in kilometres (km) for inland waterways. Other areas measure distances in nautical miles (NM).

이 운영 해역에서는 정확도와 분리가 결정적인 성능 파라미터이다. 거리가 멀어지면 방위(각도) 분리가 제한 요소가 된다.

요구되는 높은 정확도와 분리 성능을 고려할 때, S밴드 레이더는 일반적으로 이 요건을 충족하지 못한다.

주: 내륙 수로에서는 거리를 보통 킬로미터(km)로 측정한다. 그 밖의 해역에서는 해리(NM)로 측정한다.

2.2. Port · 2.2 항만

The port area consists of confined waters. Traffic includes sea-going vessels, allied services vessels and, possibly, river-trade vessels (trans-shipping). Required position accuracy and target separation performance are comparable to those of inland waterways. The required radar range is usually very limited, but the radar view will be obstructed or mirrored, even if only temporarily, by cranes, moored or passing vessels, cargo, and buildings. For this reason, special attention should be given to radar siting and the possible occurrence of unwanted reflections.

For port areas, required accuracy and separation performances are like those for inland waterways.

항만 구역은 제한 수역으로 이루어진다. 교통에는 외항선, 연계 서비스 선박, 그리고 경우에 따라 하천 교역선(환적)이 포함된다. 요구되는 위치 정확도와 물표 분리 성능은 내륙 수로와 비슷하다. 필요한 레이더 거리는 대개 매우 짧지만, 크레인, 계류 중이거나 지나가는 선박, 화물, 건물 때문에 레이더 시야가 일시적이라도 가려지거나 반사(거울상)될 수 있다. 이 때문에 레이더 설치 위치 선정과 원치 않는 반사의 발생 가능성에 특별한 주의를 기울이는 것이 바람직하다.

항만 구역에서 요구되는 정확도와 분리 성능은 내륙 수로의 경우와 같다.

Measures to reduce the occurrence and/or impact of false targets may be required in this operational area. This may include:

  • Reduction of emitted power in certain directions (blanking or low power emitted)
  • Identification of reflection areas
  • Short-range gap filler radars to cover specific areas

이 운영 해역에서는 허위 물표의 발생이나 영향을 줄이는 조치가 필요할 수 있다. 여기에는 다음이 포함될 수 있다.

  • 특정 방향의 송신 전력 저감(블랭킹 또는 저전력 송신)
  • 반사 구역의 식별
  • 특정 구역을 담당하는 단거리 음영보완 레이더

2.3. Port Approach · 2.3 항만 접근수역

The port approach area is usually within the 12 NM zone but may extend beyond. There may be several types of operations within this area:

  • Vessels entering and leaving port, possibly crossing coastal traffic lanes
  • Pilot (dis-)embarkation
  • Anchorages with supply vessel traffic and, possibly, trans-shipping operations
  • Fishery
  • Maritime traffic exclusion areas including renewable energy harvesting, fish farms, etcetera.
  • Recreation

항만 접근수역은 대개 12해리 수역 이내이지만 그 밖으로 확장될 수도 있다. 이 해역에서는 여러 유형의 활동이 있을 수 있다.

  • 입출항 선박(연안 통항로를 횡단할 수 있음)
  • 도선사 승하선
  • 보급선 통항과, 경우에 따라 환적 작업이 이루어지는 묘박지
  • 어업
  • 재생에너지 발전시설, 양식장 등을 포함한 해상교통 배제구역
  • 레저 활동

Coverage of this area translates into a medium required sensor range. Traffic of interest may range from small sailing boats up to >20 k TEU container vessels. In dense traffic areas, e.g., pilot boarding areas, radar separation performance is important to be able to separate individual vessels.

이 해역을 담당하려면 중간 정도의 센서 거리가 필요하다. 관심 교통은 소형 범선부터 20k TEU 초과 컨테이너선까지 다양할 수 있다. 도선사 승선 구역처럼 교통이 밀집한 해역에서는 개별 선박을 분리하기 위해 레이더 분리 성능이 중요하다.

2.4. Coastal Area and Offshore · 2.4 연안 해역 및 근해

The coastal area may extend well beyond the 12 NM zone, and the number of offshore installations in the coastal areas are increasing world-wide. Ranges to be covered are, in general long, however, radar installation on offshore platforms is typically set up for shorter range than coastal.

Typical operations are traffic monitoring for

  • Protection of oil/gas platforms and renewable energy harvesting, like windfarms.
  • Protection of the environment
  • Regular traffic monitoring and Search and Rescue (SAR)

연안 해역은 12해리 수역을 훨씬 넘어설 수 있으며, 연안 해역의 해상 설비 수는 전 세계적으로 늘고 있다. 담당해야 할 거리는 일반적으로 길지만, 해상 플랫폼에 설치하는 레이더는 대개 연안 레이더보다 짧은 거리에 맞추어 설정된다.

대표적인 활동은 다음을 위한 교통 감시이다.

  • 석유·가스 플랫폼 및 풍력발전단지 같은 재생에너지 발전시설의 보호
  • 환경 보호
  • 일상적인 교통 감시 및 수색구조(SAR)

Coverage of coastal areas usually requires long-range sensors. Traffic of interest may include fishing vessels and larger vessels, but also significantly smaller vessels or even helicopters in case of SAR operations. Monitoring of Marine Aids to Navigation (AtoN) positions including Racons may also be an operational requirement.

Weather, including varying propagation conditions and weather causing clutter, is often challenging.

Separation may be important in busy coastal area, especially with many SOLAS vessels navigating near each other.

연안 해역을 담당하려면 대개 장거리 센서가 필요하다. 관심 교통에는 어선과 대형 선박뿐 아니라, 수색구조 작전 시에는 훨씬 작은 선박이나 헬리콥터까지 포함될 수 있다. 레이콘을 포함한 항로표지(AtoN)의 위치 감시도 운영 요건이 될 수 있다.

변화하는 전파 조건과 클러터를 일으키는 기상을 포함하여, 기상은 흔히 어려운 과제가 된다.

교통이 많은 연안 해역, 특히 다수의 SOLAS 선박이 서로 가까이 항행하는 곳에서는 분리 성능이 중요할 수 있다.

Depending on siting and the extent of a windfarm, a short to long sensor range may be needed. Traffic of interest may include fishing vessels and larger vessels in the vicinity, as well as inter-turbine traffic.

Special attention should be given to siting to minimize multipath reflections between wind turbines and larger vessels in the coverage area.

풍력발전단지의 위치와 규모에 따라 단거리에서 장거리에 이르는 센서 거리가 필요할 수 있다. 관심 교통에는 주변의 어선과 대형 선박뿐 아니라 터빈 사이를 오가는 교통도 포함될 수 있다.

탐지범위 안에서 풍력 터빈과 대형 선박 사이의 다중경로 반사를 최소화하도록 설치 위치 선정에 특별한 주의를 기울이는 것이 바람직하다.

3. Producing Functional and Performance Requirements · 3. 기능 및 성능 요건 작성

Producing functional and performance requirements for VTS radar is a challenging task involving iterations, including evaluation of achievable performance versus overall system cost.

The requirements should be based on a business case and a feasibility study (risk assessment, operational feasibility, legality, technical capability, available budget, and time) as described in IALA Guideline G1150 Establishing, Planning and Implementing a VTS. The risk assessment should address the specific risks within areas of interest and the way to handle or mitigate the risks.

VTS 레이더의 기능 및 성능 요건을 작성하는 일은 반복 과정을 거치는 어려운 작업이며, 달성 가능한 성능과 전체 시스템 비용을 비교 평가하는 일도 포함된다.

요건은 IALA 가이드라인 G1150 「VTS의 설치, 계획 및 구현」에 기술된 사업 타당성 분석(business case)과 실행 가능성 연구(위험평가, 운영상 실현 가능성, 적법성, 기술 역량, 가용 예산 및 기간)에 근거하는 것이 바람직하다. 위험평가는 관심 해역 내의 구체적인 위험과 그 위험을 처리하거나 완화하는 방법을 다루는 것이 바람직하다.

The use of radar sensors is one of the options to mitigate such risks by providing dynamic maritime situational awareness. When used, the radar sensor's functional and performance requirements, see Figure 1, should be established in consultation with VTS personnel, other stakeholders, and the supplier. The planning or design of the VTS System should specify the requirement or role of the radar sensor(s) to present and track all detectable targets of interest simultaneously in normal and predefined conditions.

레이더 센서의 사용은 동적인 해상 상황인식을 제공함으로써 이러한 위험을 완화하는 방안 중 하나이다. 레이더 센서를 사용하는 경우, 그 기능 및 성능 요건(그림 1 참조)은 VTS 요원, 그 밖의 이해관계자 및 공급업체와 협의하여 수립하는 것이 바람직하다. VTS 시스템의 계획 또는 설계에서는 정상 조건과 사전에 정한 조건에서 탐지 가능한 모든 관심 물표를 동시에 표시하고 추적하기 위한 레이더 센서의 요건 또는 역할을 명시하는 것이 바람직하다.

그림 1 요건 작성에 포함되는 요소 (Figure 1 Elements included in producing requirements): 레이더 탐지범위 안에서 최대 탐지거리, 최소 탐지거리, 방위 분리, 거리 분리, 그리고 동적 환경에 대응하는 레이더 성능을 표시한 개념도.

The requirements should be established for the identified areas of interest and with characteristics including:

  • Core radar performance:
    • Radar coverage, target detection and range performance
    • Target separation
    • Target positional accuracy
  • Radar performance versus the dynamic environment:
    • Elimination of false echoes, sidelobes
    • Handling of dynamic characteristics of targets and surrounding
    • Handling of local environmental conditions, including environmental impact on target detection
    • Seasonal impact
    • Handling other influencing factors, e.g., obstructions
  • Radar functions and other features:
    • Target positional update rate
    • Operator functions
    • Operational outputs
    • Clutter, noise, and interference reduction/handling
    • Target tracking and false alarm rate
    • Robustness, availability, and serviceability

요건은 식별된 관심 해역별로, 다음 특성을 포함하여 수립하는 것이 바람직하다.

  • 레이더 핵심 성능:
    • 레이더 탐지범위, 물표 탐지 및 거리 성능
    • 물표 분리
    • 물표 위치 정확도
  • 동적 환경에 대한 레이더 성능:
    • 허위 반향, 사이드로브의 제거
    • 물표와 주변 환경의 동적 특성 처리
    • 물표 탐지에 미치는 환경 영향을 포함한 현지 환경 조건의 처리
    • 계절적 영향
    • 장애물 등 그 밖의 영향 요인 처리
  • 레이더 기능 및 기타 특성:
    • 물표 위치 갱신율
    • 관제사 기능
    • 운영 출력
    • 클러터, 잡음 및 간섭의 저감·처리
    • 물표 추적 및 오경보율
    • 견고성, 가용성 및 정비 용이성

Different suppliers are likely to have unique solutions to the same functional and performance requirements. Therefore, the VTS Provider should avoid prescribing specific technical solutions. In turn, suppliers should propose solutions that meet the operational and functional requirements, as specified by VTS Provider

같은 기능 및 성능 요건에 대해서도 공급업체마다 고유한 해결책을 가지고 있을 가능성이 크다. 따라서 VTS 제공기관은 특정 기술 해결책을 규정하는 것을 피하는 것이 바람직하다. 반면 공급업체는 VTS 제공기관이 명시한 운영 및 기능 요건을 충족하는 해결책을 제안하는 것이 바람직하다.

3.1. Core Radar Performance · 3.1 레이더 핵심 성능

3.1.1. Radar Coverage · 3.1.1 레이더 탐지범위

The radar coverage should comprise the area of interest, i.e., the area where a traffic image is required. This, generally, extends well beyond the defined VTS Area. Relevant aspects include minimum and maximum coverage of individual sensors and the possible use of multiple radar sensors. These may be distributed across the VTS Area to optimize system availability and enhance radar data integrity.

Careful consideration should be given to optimize radar location(s) and antenna height(s) to ensure appropriate radar coverage, accuracy, and radar target separation. Refer to ANNEX A for further guidance on determination of radar coverage.

레이더 탐지범위는 관심 해역, 즉 교통 이미지가 필요한 해역을 포함하는 것이 바람직하다. 이 해역은 일반적으로 지정된 VTS 구역을 훨씬 넘어선다. 관련 사항에는 개별 센서의 최소·최대 탐지범위와 복수 레이더 센서의 사용 가능성이 포함된다. 복수 센서는 시스템 가용성을 최적화하고 레이더 데이터 무결성을 높이기 위해 VTS 구역 전반에 분산 배치할 수 있다.

적절한 레이더 탐지범위, 정확도 및 레이더 물표 분리를 확보하기 위해 레이더 설치 위치와 안테나 높이의 최적화를 신중히 검토하는 것이 바람직하다. 레이더 탐지범위 결정에 관한 추가 지침은 부속서 A를 참조한다.

A single radar coverage can be designed by, first, identifying the necessary coverage and then use radar performance modelling software to calculate coverage, taking antenna height, targets to be detected and environmental conditions into account.

단일 레이더의 탐지범위는 먼저 필요한 탐지범위를 파악한 다음, 레이더 성능 모델링 소프트웨어로 안테나 높이, 탐지할 물표, 환경 조건을 고려하여 탐지범위를 계산하는 방식으로 설계할 수 있다.

그림 2 레이더 탐지범위 예시 (Figure 2 Illustration of radar coverage): 레이더 설치 지점(Radar Site)을 중심으로 육지(Land), 양호한 기상(Good Weather)과 악천후(Bad Weather) 시의 탐지범위, 차폐 구역(Shadow)을 나타낸 도식.

Multiple radar sensors may be utilized to provide coverage over large areas and/or to mitigate shadow effects of other vessels. Combined processing of images from two or more radars may be beneficial for the elimination of false (ghost) echoes and may also improve accuracy and target separation.

Limited options for radar siting and the presence of temporary or permanent obstructions are often important factors and such limitations should be considered when determining requirements.

GIS tools will typically be used to provide graphical illustrations, e.g., as illustrated in Figure 2.

넓은 해역을 담당하거나 다른 선박에 의한 차폐 효과를 완화하기 위해 복수의 레이더 센서를 활용할 수 있다. 둘 이상의 레이더 영상을 결합 처리하면 허위(허상) 반향 제거에 도움이 되고 정확도와 물표 분리도 향상될 수 있다.

레이더 설치 위치의 선택지가 제한되거나 일시적·영구적 장애물이 있는 것이 흔히 중요한 요인이 되므로, 요건을 정할 때 이러한 제약을 고려하는 것이 바람직하다.

그림 2와 같은 도식 표현에는 대개 GIS 도구를 사용한다.

3.1.2. Target Detection and Range Performance · 3.1.2 물표 탐지 및 거리 성능

Target detection is determined by acquiring of radar plots of the specific targets within the VTS coverage area. The requirements for target detection and range performance can be identified by the target types of interest found within the VTS area, including their minimum and maximum operational range.

The minimum detection range for the radar depends on the antenna height above sea level, the length of the waveguide and the pulse (chirp) length of the transmitted signal. The lookdown angles for the antenna depend on the vertical coverage diagram, e.g., an inverse cosecant beam will typically have look down angles in excess of fan beam antennas.

물표 탐지는 VTS 탐지범위 안에 있는 특정 물표의 레이더 플롯을 획득하는 것으로 판정한다. 물표 탐지 및 거리 성능에 대한 요건은 VTS 구역에 존재하는 관심 물표 유형과 그 최소·최대 운영 거리로 정할 수 있다.

레이더의 최소 탐지거리는 안테나의 해면상 높이, 도파관의 길이, 송신 신호의 펄스(처프) 길이에 따라 달라진다. 안테나의 하향각은 수직 탐지범위 도표에 따라 달라지며, 예를 들어 역코시컨트(inverse cosecant) 빔은 대개 팬 빔 안테나보다 큰 하향각을 갖는다.

The Requirements of target detection and range performance can be determined by:

  • The target types mentioned in Table 1.
  • Minimum and maximum range to be detected
  • Antenna height
  • Weather (such as fog, sea state and rain) and atmospheric propagation conditions.

물표 탐지 및 거리 성능의 요건은 다음으로 정할 수 있다.

  • 표 1에 제시된 물표 유형
  • 탐지해야 할 최소 및 최대 거리
  • 안테나 높이
  • 기상(안개, 해상 상태, 강우 등) 및 대기 전파 조건

3.1.3. Target Separation · 3.1.3 물표 분리

The required target separation, ref Figure 3, should be based on a business case and feasibility study which is conducted in the planning phase. The Feasibility study on Risk should derive the minimum separation requirement between surface objects or vessels for the areas covered by radar and specified for the target types of interest to the VTS.

요구되는 물표 분리(그림 3 참조)는 계획 단계에서 수행하는 사업 타당성 분석과 실행 가능성 연구에 근거하는 것이 바람직하다. 위험에 관한 실행 가능성 연구에서는 레이더가 담당하는 해역에 대하여, VTS가 관심을 두는 물표 유형별로 수상 물체 또는 선박 사이의 최소 분리 요건을 도출하는 것이 바람직하다.

그림 3 물표 분리 (Figure 3 Target separation): 레이더에서 물표까지의 거리(Distance from radar to target) 방향의 거리 분리(Range Separation)와, 이에 직각인 방위 분리(Azimuth Separation, 거리 단위)·각도 분리(Angular Separation)를 나타낸 도식.

Requirements can be determined by:

  • The target types mentioned by Table 1.
  • Minimum separation of above targets
  • Range to require target separation, which should be within detection coverage

요건은 다음으로 정할 수 있다.

  • 표 1에 제시된 물표 유형
  • 위 물표들의 최소 분리 간격
  • 물표 분리가 요구되는 거리(탐지범위 안이어야 함)

3.1.4. Target Positional Accuracy · 3.1.4 물표 위치 정확도

Target Positional Accuracy should be based upon the results of the business case and a feasibility study.

The operational requirements in terms of accuracy should consider:

  • Limitations of ships in the VTS area that may impose restrictions on the navigation of other ships (e.g., manoeuvrability), or any other potential hindrances
  • VTS space allocation
  • Route advice
  • Navigation assistance
  • Responding to unsafe situations

Refer to Annex A for further guidance on the subject

물표 위치 정확도는 사업 타당성 분석과 실행 가능성 연구의 결과에 근거하는 것이 바람직하다.

정확도에 관한 운영 요건은 다음을 고려하는 것이 바람직하다.

  • 다른 선박의 항행에 제약을 줄 수 있는 VTS 구역 내 선박의 한계(예: 조종성) 또는 그 밖의 잠재적 장애 요인
  • VTS 공간 배정
  • 항로 조언
  • 항행 지원
  • 불안전 상황에 대한 대응

이에 관한 추가 지침은 부속서 A를 참조한다.

3.2. Radar Performance versus the Dynamic Environment · 3.2 동적 환경에 대한 레이더 성능

3.2.1. False Echoes · 3.2.1 허위 반향

False echoes are undesirable radar echoes resulting from various sources, including:

  • Multipath caused by large structures and surface reflections
  • Radar range (time) sidelobes and antenna azimuth sidelobes

Refer to Annex A for further guidance on the subject.

허위 반향은 여러 원인에서 생기는 원치 않는 레이더 반향으로, 그 원인에는 다음이 포함된다.

  • 대형 구조물과 해면 반사로 인한 다중경로
  • 레이더 거리(시간) 사이드로브 및 안테나 방위 사이드로브

이에 관한 추가 지침은 부속서 A를 참조한다.

3.2.2. Handling of Dynamic Range, Targets and Surroundings · 3.2.2 동적 범위, 물표 및 주변 환경의 처리

Received radar returns vary widely in signal strength from quite strong for targets close to the radar to extremely weak for targets far away from the radar. The dynamic range of the radar should be sufficient to maintain detection and processing of the surface objects as specified by the VTS Provider under the weather and propagation conditions typical for the VTS area. This should be achieved without significant side lobes, degradation of target appearance, degradation of detection or degradation of separation capability.

Refer to ANNEX A for further guidance on the subject

수신되는 레이더 반사 신호의 세기는 레이더 가까이 있는 물표의 매우 강한 신호부터 멀리 있는 물표의 극히 약한 신호까지 폭넓게 변한다. 레이더의 동적 범위는 VTS 구역에서 전형적인 기상 및 전파 조건 아래에서 VTS 제공기관이 명시한 수상 물체의 탐지와 처리를 유지하기에 충분한 것이 바람직하다. 이는 큰 사이드로브, 물표 표시 형태의 저하, 탐지 성능의 저하, 분리 능력의 저하 없이 달성되는 것이 바람직하다.

이에 관한 추가 지침은 부속서 A를 참조한다.

3.2.3. Handling of Environmental Conditions · 3.2.3 환경 조건의 처리

The environmental conditions of the VTS area should be described, including environmental conditions to be expected as normal over twelve months as well as extreme events. The environmental information can be obtained from meteorological services and be used to set requirements (e.g., temperature ranges, operational/sustainable wind, and sea conditions.

Seasonal impact and restrictions with respect to operation and access to the site(s) in all weather conditions should also be considered.

The VTS provider should define the required radar performance requirements in clear conditions as well as for precipitation conditions typical for the VTS area.

VTS 구역의 환경 조건은 12개월 동안 정상적으로 예상되는 환경 조건과 극한 사건을 포함하여 기술하는 것이 바람직하다. 환경 정보는 기상 기관에서 얻을 수 있으며, 요건(예: 온도 범위, 운용·내구 풍속, 해상 조건)을 정하는 데 사용할 수 있다.

모든 기상 조건에서의 운용 및 설치 지점 접근과 관련된 계절적 영향과 제약도 고려하는 것이 바람직하다.

VTS 제공기관은 맑은 조건뿐 아니라 VTS 구역에서 전형적인 강수 조건에 대해서도 요구되는 레이더 성능 요건을 정의하는 것이 바람직하다.

3.2.3.1. Impact from precipitation and sea clutter · 3.2.3.1 강수 및 해면 클러터의 영향

Precipitation and sea clutter can significantly affect the radar coverage of the VTS system due to the reduction of radar signal propagation and backscatter from rain as well as backscatter from the sea.

Note that rainfall is rare in dry/hot regions, maybe only once or twice per year, and the VTS provider should consider if performance in the rain should be specified at all.

Also, note that designing a system to perform in tropical rain showers will typically call for lower frequency (typically S-band) radars. However, the worst rain conditions may only be present for a few hours per year, and reduction in performance on other parameters in typical weather conditions should be considered carefully to justify the additional investment.

Refer to ANNEX A for guidance on what is possible and formulas for calculations.

강수와 해면 클러터는 레이더 신호 전파의 감소, 비에 의한 후방산란, 해면에 의한 후방산란 때문에 VTS 시스템의 레이더 탐지범위에 크게 영향을 줄 수 있다.

건조·고온 지역에서는 강우가 드물어 1년에 한두 번 정도일 수 있으므로, VTS 제공기관은 강우 시 성능을 굳이 명시할 필요가 있는지 검토하는 것이 바람직하다.

또한 열대성 소나기에서도 성능을 발휘하도록 시스템을 설계하려면 대개 더 낮은 주파수(보통 S밴드) 레이더가 필요하다는 점에 유의한다. 그러나 최악의 강우 조건은 1년에 몇 시간밖에 나타나지 않을 수 있으므로, 추가 투자를 정당화하려면 전형적인 기상 조건에서 다른 파라미터의 성능이 떨어지는 점을 신중히 고려하는 것이 바람직하다.

달성 가능한 수준과 계산식에 관한 지침은 부속서 A를 참조한다.

3.3. Radar Functions and Other Features · 3.3 레이더 기능 및 기타 특성

The radar service in a VTS should, as a minimum, support the operational functions specified by G1111-1 (target tracking included) as well as the functions listed below.

Note that the tracking functions may be hosted by the radar sensors or other parts of the VTS system.

VTS의 레이더 서비스는 최소한 G1111-1에 명시된 운영 기능(물표 추적 포함)과 아래에 열거한 기능을 지원하는 것이 바람직하다.

추적 기능은 레이더 센서에 두거나 VTS 시스템의 다른 부분에 둘 수 있다는 점에 유의한다.

3.3.1. Target Time-stamping and Update Rate · 3.3.1 물표 타임스탬프 및 갱신율

The VTS operation and, especially, the tracking function depends on accurate time stamping and timely update of the radar information. It is recommended to perform time-stamping at the radar site and to use a time source that is synchronized to the overall system time. Refer to annex 8 for further guidance.

VTS 운영, 특히 추적 기능은 레이더 정보의 정확한 타임스탬프와 적시 갱신에 의존한다. 타임스탬프는 레이더 설치 지점에서 부여하고, 전체 시스템 시각에 동기화된 시각원을 사용할 것을 권고한다. 추가 지침은 부속서 A.8을 참조한다.

※ 원문은 "annex 8"로 되어 있으나, 내용상 부속서 A의 A.8(물표 위치 갱신율)을 가리키는 것으로 보아 그렇게 옮겼다.

3.3.2. Operator Functions · 3.3.2 관제사 기능

Radar functions should be designed and implemented to optimize performance and minimize VTS operator workload to the level practical. The VTS operator typically need to control basic functions of radar(s) such as start and stop.

It may be necessary to adapt radar settings to the changing weather conditions, etc., automatically, or manually to reduce VTS Operator workload. However, it might be necessary to implement dedicated operational modes (e.g., heavy rain and high sea modes) for adaptation to changing weather.

레이더 기능은 성능을 최적화하고 VTS 관제사의 업무 부담을 실무적으로 가능한 수준까지 최소화하도록 설계·구현하는 것이 바람직하다. VTS 관제사는 대개 레이더의 기동과 정지 같은 기본 기능을 제어할 필요가 있다.

VTS 관제사의 업무 부담을 줄이기 위해 변화하는 기상 조건 등에 맞추어 레이더 설정을 자동 또는 수동으로 조정해야 할 수 있다. 다만 변화하는 기상에 적응하기 위해 전용 운용 모드(예: 폭우 모드, 고파랑 모드)를 구현해야 할 수도 있다.

3.3.3. Operational Outputs · 3.3.3 운영 출력

The output from a radar service should include radar image data and, when appropriate, track data. In addition, the output from the radar service may include clutter data to enable the identification of squalls, oil spills, ice detection, wave height, etc.

레이더 서비스의 출력에는 레이더 영상 데이터와, 적절한 경우 항적 데이터가 포함되는 것이 바람직하다. 아울러 레이더 서비스의 출력에는 스콜, 유류 유출, 결빙 탐지, 파고 등의 식별을 가능하게 하는 클러터 데이터가 포함될 수 있다.

3.3.4. Clutter and Noise Reduction/Management · 3.3.4 클러터 및 잡음 저감·관리

Appropriate clutter reduction or clutter management should be available to meet the performance requirements. This will typically include:

  • White noise suppression
  • Interference rejection
  • Sea and rain clutter processing
  • Adaptation to varying propagation conditions.

The features should preferably be automatic. These functions may be hosted by the radar sensors or other parts of the VTS system; however, they are normally most efficient and saves bandwidth in the transmission of data if hosted within the radar sensor system or at the individual radar site.

The availability of extra data, such as weather data, may help as well.

성능 요건을 충족하기 위해 적절한 클러터 저감 또는 클러터 관리 기능을 갖추는 것이 바람직하다. 여기에는 대개 다음이 포함된다.

  • 백색 잡음 억제
  • 간섭 제거
  • 해면 및 강우 클러터 처리
  • 변화하는 전파 조건에 대한 적응

이 기능들은 자동인 것이 바람직하다. 이 기능은 레이더 센서나 VTS 시스템의 다른 부분에 둘 수 있으나, 레이더 센서 시스템 안이나 개별 레이더 설치 지점에 둘 때 보통 가장 효율적이며 데이터 전송 대역폭도 절약된다.

기상 데이터 같은 추가 데이터를 이용할 수 있으면 이 또한 도움이 될 수 있다.

3.3.5. Target Tracking · 3.3.5 물표 추적

Target tracking is often part of the core VTS system but may also be integrated in the radar sensor processing. Refer to IALA G1111-1 for guidance on the subject.

물표 추적은 흔히 핵심 VTS 시스템의 일부이지만, 레이더 센서 처리에 통합될 수도 있다. 이에 관한 지침은 IALA G1111-1을 참조한다.

3.3.6. Interfaces · 3.3.6 인터페이스

When establishing a VTS system, all internal interfacing between the radars, other VTS equipment and the overall VTS system should be well defined and harmonized.

When updating or expanding an existing VTS system or VTS equipment, it is recommended to include requirements for radar sensor interfaces, including protocols, standards, and bandwidth. This ensures that radar sensors and the updated or expanded VTS system or VTS equipment will interact as intended.

Cybersecurity risks and considerations should be properly reflected in the requirements.

VTS 시스템을 구축할 때에는 레이더, 다른 VTS 장비, 전체 VTS 시스템 사이의 모든 내부 인터페이스를 잘 정의하고 조화시키는 것이 바람직하다.

기존 VTS 시스템이나 VTS 장비를 갱신하거나 확장할 때에는 프로토콜, 표준, 대역폭을 포함한 레이더 센서 인터페이스 요건을 포함할 것을 권고한다. 이렇게 하면 레이더 센서와 갱신·확장된 VTS 시스템 또는 VTS 장비가 의도한 대로 연동된다.

사이버보안 위험과 고려사항을 요건에 적절히 반영하는 것이 바람직하다.

3.3.7. Robustness, Availability, and Serviceability · 3.3.7 견고성, 가용성 및 정비 용이성

The radar systems should be designed taking robustness, availability, and serviceability into account.

Special safety precautions for radar should include but not be limited to those applicable to rotating machinery, radiation hazards and electrical shock.

Special precautions should also consider lightning protection, wind load on antennas and access to the systems, including antennas for installation and maintenance. Turbulence, asymmetrical wind and vertical wind components should be considered with reference to the descriptions in ANNEX A

레이더 시스템은 견고성, 가용성 및 정비 용이성을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.

레이더에 대한 특별 안전 예방조치에는 회전 기계, 전자파 방사 위험, 감전에 적용되는 조치가 포함되는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않는다.

특별 예방조치에서는 낙뢰 보호, 안테나 풍하중, 설치와 유지보수를 위한 안테나 등 시스템 접근성도 고려하는 것이 바람직하다. 난류, 비대칭 바람, 수직 바람 성분은 부속서 A의 설명을 참고하여 고려하는 것이 바람직하다.

3.3.7.1. Antenna robustness against wind load · 3.3.7.1 풍하중에 대한 안테나 견고성

The functional requirement of radars should consider potential problems resulting from high winds. In some cases, it may be appropriate to separately specify both the survival wind limits and a lower operational wind limit within which the system should not be degraded due to the normal weather conditions specified for that location. High winds can affect the antenna's physical motor and gearbox design and the instantaneous rotation rate at varying angles to the predominant wind direction. The build-up of ice in some climates should also be a consideration.

High winds can affect plot accuracy, and the overall system azimuth accuracy should consider torsional errors arising from high winds. As a rule of thumb, the maximum torsion of the radar tower should not exceed 25% of the antenna's horizontal beamwidth at the maximum operational wind.

레이더의 기능 요건은 강풍으로 인한 잠재적 문제를 고려하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는 생존(내구) 풍속 한계와, 해당 위치에 대해 명시된 정상 기상 조건에서 시스템 성능이 저하되지 않아야 하는 그보다 낮은 운용 풍속 한계를 따로 명시하는 것이 적절할 수 있다. 강풍은 안테나의 구동 모터와 기어박스 설계, 그리고 주풍향에 대한 각도에 따라 달라지는 순간 회전 속도에 영향을 줄 수 있다. 일부 기후에서는 결빙 누적도 고려 대상이 되는 것이 바람직하다.

강풍은 플롯 정확도에 영향을 줄 수 있으므로, 전체 시스템 방위 정확도에서는 강풍으로 생기는 비틀림 오차를 고려하는 것이 바람직하다. 경험칙으로, 최대 운용 풍속에서 레이더 탑의 최대 비틀림은 안테나 수평 빔폭의 25%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

Note that vertical wind components or asymmetrical wind loads may cause stresses to the rotating antennas. This may restrict how antennas are geographically and physically installed, how the tower constructions are made or call for other mitigation methods. Turbulent wind gradients nearby large structures and mountain lee waves may also stress equipment beyond its design limits

In extreme conditions, it may be appropriate to house the rotating radar antenna within a static radome. However, this can increase overall costs, RF losses and maintenance costs.

수직 바람 성분이나 비대칭 풍하중은 회전 안테나에 응력을 줄 수 있다는 점에 유의한다. 이는 안테나의 지리적·물리적 설치 방식이나 탑 구조물의 건설 방식을 제약하거나, 다른 완화 방법을 요구할 수 있다. 대형 구조물 주변의 난류성 풍속 경도와 산악 풍하파(lee wave)도 장비에 설계 한계를 넘는 응력을 줄 수 있다.

극한 조건에서는 회전하는 레이더 안테나를 고정식 레이돔 안에 수용하는 것이 적절할 수 있다. 다만 이 경우 전체 비용, RF 손실 및 유지보수 비용이 늘어날 수 있다.

3.3.7.2. Choice of up-mast versus down-mast transceivers · 3.3.7.2 송수신기의 마스트 상부 설치와 하부 설치 선택

Careful consideration should be given whether to locate the transceiver up-mast or down-mast. A down-mast transceiver may benefit from an environmentally controlled location that improves equipment reliability at the expense of increased waveguide losses.

Conversely, an up-mast transceiver installation may be more difficult to access for maintenance and service.

Another issue may be the required network bandwidth to transfer the radar video (on copper, fibre or microwave link etc.) which can also influence whether to use an up-mast or down-mast transceiver. Incorporation of transceiver redundancy can also influence the choice of transceiver location.

송수신기를 마스트 상부(up-mast)에 둘지 하부(down-mast)에 둘지 신중히 검토하는 것이 바람직하다. 하부 설치 송수신기는 환경이 제어되는 장소에 두어 장비 신뢰성을 높일 수 있지만, 그 대가로 도파관 손실이 늘어난다.

반대로 상부 설치 송수신기는 유지보수와 정비를 위한 접근이 더 어려울 수 있다.

레이더 영상을 (동선, 광섬유, 마이크로파 링크 등으로) 전송하는 데 필요한 네트워크 대역폭도 상부·하부 설치 선택에 영향을 줄 수 있는 또 다른 문제이다. 송수신기 이중화의 채택 여부도 송수신기 위치 선택에 영향을 줄 수 있다.

3.3.7.3. Waveguide considerations · 3.3.7.3 도파관 고려사항

Waveguides should be kept as short as possible. Their length and associated losses need to be included when determining system performance.

Waveguides should always be equipped with dehumidifiers or simple desiccators.

도파관은 가능한 한 짧게 유지하는 것이 바람직하다. 시스템 성능을 산정할 때에는 도파관 길이와 그에 따른 손실을 포함하여야 한다.

도파관에는 항상 제습기나 간단한 건조제 장치를 갖추는 것이 바람직하다.

3.3.7.4. Position of the lightning rod · 3.3.7.4 피뢰침의 위치

lightning rods are preferably positioned in a blanked sector or a direction of low practical importance.

피뢰침은 블랭킹 구역이나 실무상 중요도가 낮은 방향에 두는 것이 바람직하다.

4. Defintions · 4. 정의

The definitions used in this Guideline can be found in the International Dictionary of Marine Aids to Navigation (IALA Dictionary) and were checked as correct at the time of going to print.

Useful definitions used in this document:

이 가이드라인에서 사용하는 정의는 국제 항로표지 사전(IALA Dictionary)에서 찾을 수 있으며, 발간 시점에 정확한 것으로 확인되었다.

이 문서에서 사용하는 유용한 정의는 다음과 같다.

※ 원문의 장 제목은 "DEFINTIONS"로 오기되어 있다.

Azimuth (Antenna) Side Lobes - antenna responses (in azimuth) outside the intended radiation beam. Weighting of the illumination function allows a significant reduction of these lobes, but some response outside the intended direction is unavoidable, normally presenting an irregular pattern with "peaks" and "nulls". The side lobes may produce responses from targets in unwanted directions, allowing disturbing signals (intentional or not) to enter the receiver, and in addition makes the radar detectable by receivers, which are not illuminated by the main beam.

방위(안테나) 사이드로브(Azimuth (Antenna) Side Lobes): 의도한 방사 빔 밖에서 나타나는 (방위 방향의) 안테나 응답. 조사(illumination) 함수에 가중치를 주면 이 로브를 크게 줄일 수 있으나, 의도한 방향 밖의 응답을 완전히 없앨 수는 없으며 보통 "피크"와 "널"이 있는 불규칙한 패턴으로 나타난다. 사이드로브는 원치 않는 방향의 물표로부터 응답을 만들어 내고, (의도적이든 아니든) 방해 신호가 수신기에 들어오게 하며, 아울러 주 빔이 비추지 않는 수신기에도 레이더가 탐지되게 만든다.

Availability - is the probability that a system will perform its specified function without failure when required.

가용성(Availability): 필요할 때 시스템이 고장 없이 명시된 기능을 수행할 확률.

Blind Spots – typically resulting from either blind range (the range corresponding to an echo delay of one or more pulse repetition intervals: the echo then arrives at the receiver while the radar is transmitting a new pulse and the receiver is blanked) or Blind speed (target speeds which produce Doppler shift which are integer multiples of the radar pulse repetition frequency (PRF), which are therefore aliased to zero Doppler and cancelled by the clutter rejection filtering). Blind spots can also arise behind significant obstructions in the field of view (buildings, land masses, oil tankers).

맹점(Blind Spots): 대개 맹목 거리(blind range: 반향 지연이 펄스 반복 간격의 1배 이상에 해당하는 거리. 이때 반향은 레이더가 새 펄스를 송신하여 수신기가 차단된 동안 도착한다) 또는 맹목 속도(blind speed: 레이더 펄스 반복 주파수(PRF)의 정수배가 되는 도플러 편이를 일으키는 물표 속도. 이 경우 도플러가 0으로 겹쳐져(aliasing) 클러터 제거 필터에 의해 상쇄된다)에서 생긴다. 맹점은 시야 안의 큰 장애물(건물, 육지, 유조선) 뒤에서도 생길 수 있다.

BITE: Built in Test Equipment

BITE: 내장 시험 장치(Built in Test Equipment).

Chirp - frequency modulation of the carrier frequency applied within the radar pulse to increase its bandwidth and therefore the range resolution (see also pulse compression).

처프(Chirp): 레이더 펄스의 대역폭, 나아가 거리 분해능을 높이기 위해 펄스 안에서 반송파 주파수에 가하는 주파수 변조(펄스 압축 항목도 참조).

Coherence - capability of a system to keep a stable phase reference during the target illumination time in order to properly exploit the received phase information for moving target indication (MTI), pulse Doppler processing or other purposes.

코히어런스(Coherence): 이동 표적 표시(MTI), 펄스 도플러 처리 등의 목적으로 수신 위상 정보를 제대로 활용하기 위해, 물표 조사 시간 동안 안정된 위상 기준을 유지하는 시스템의 능력.

Doppler Shift - shift in frequency of a wave due to the relative motion between the transmitter and the receiver. Frequency shift is relative target velocity/wavelength. Radar echoes are shifted twice this value because this shift must be accounted for in both the forward and the return path.

도플러 편이(Doppler Shift): 송신기와 수신기 사이의 상대 운동 때문에 생기는 파동의 주파수 변화. 주파수 편이는 물표의 상대 속도/파장이다. 레이더 반향은 송신 경로와 귀환 경로 모두에서 이 편이를 고려해야 하므로 이 값의 두 배만큼 편이된다.

Doppler Side Lobes - when using Doppler processing (or MTI) the integrated ideal pulse always presents a response outside the integration peak (across all Doppler filters) known as Doppler side lobes. Their main effect is to limit the capability to discriminate weak returns in the proximity of strong returns (with side lobes of the same order of magnitude as the primary response of the weak return).

도플러 사이드로브(Doppler Side Lobes): 도플러 처리(또는 MTI)를 사용할 때 적분된 이상 펄스는 항상 적분 피크 밖(모든 도플러 필터에 걸쳐)에서 응답을 보이는데, 이를 도플러 사이드로브라 한다. 주된 영향은 강한 반사 신호 가까이에 있는 약한 반사 신호를 식별하는 능력을 제한하는 것이다(사이드로브가 약한 반사 신호의 주 응답과 같은 크기 수준일 때).

FMCW - Frequency Modulation - Continuous Wave - a type of radar where a continuous wave instead of pulse is transmitted. The range information is derived by frequency modulating the carrier with a saw tooth waveform and comparing the echo FM modulation envelope with the reference.

FMCW(주파수 변조 연속파): 펄스 대신 연속파를 송신하는 레이더 방식. 반송파를 톱니파형으로 주파수 변조하고 반향의 FM 변조 포락선을 기준 신호와 비교하여 거리 정보를 얻는다.

Gap Filler - a radar used to supplement the coverage of a principal radar in areas where coverage is inadequate.

음영보완 레이더(Gap Filler): 주 레이더의 탐지범위가 불충분한 구역에서 그 탐지범위를 보완하기 위해 사용하는 레이더.

Ghost Targets (Ghost Echoes) – undesirable radar echoes resulting from a number of sources. For example, multipath related wave reflections caused by large structures or surface reflections, time sidelobes, antenna azimuth sidelobes, and Doppler sidelobes.

허상 물표(허상 반향, Ghost Targets (Ghost Echoes)): 여러 원인에서 생기는 원치 않는 레이더 반향. 예를 들어 대형 구조물이나 해면 반사로 인한 다중경로 반사, 시간 사이드로브, 안테나 방위 사이드로브, 도플러 사이드로브가 있다.

Interference Rejection - this function reduce or eliminate interference received from transmitters utilising the same or nearby frequencies. One common technique is to compare adjacent range cells in the present "live" video signal with the video signal from the previous sweep. The output video signal to the display device is inhibited should the comparison indicate the presence of interference.

간섭 제거(Interference Rejection): 같거나 인접한 주파수를 쓰는 송신기로부터 수신되는 간섭을 줄이거나 없애는 기능. 흔한 기법 하나는 현재 "실시간" 영상 신호의 인접 거리 셀을 이전 소인(sweep)의 영상 신호와 비교하는 것이다. 비교 결과 간섭이 있다고 판단되면 표시장치로 나가는 출력 영상 신호를 억제한다.

Normal Weather and Propagation Conditions - are normal conditions as defined by the individual VTS Provider. The rest of the time is considered having adverse weather and propagation conditions.

정상 기상 및 전파 조건(Normal Weather and Propagation Conditions): 개별 VTS 제공기관이 정의하는 정상 조건. 그 밖의 시간은 악기상 및 불량 전파 조건으로 본다.

Plot Extraction – the process of determining the likely target related radar returns from the radar video signal. This typically consists of comparing the video level with a threshold which can be (dynamically) adapted to local background noise and clutter conditions.

플롯 추출(Plot Extraction): 레이더 영상 신호에서 물표에 해당할 가능성이 높은 레이더 반사 신호를 판정하는 과정. 대개 영상 레벨을, 국지 배경 잡음과 클러터 조건에 (동적으로) 맞추어 조정할 수 있는 임계값과 비교하는 방식으로 이루어진다.

Polarization – of a radar signal is determined by the orientation of the electrical field. In the case of circular polarization, the field rotates left or right.

편파(Polarization): 레이더 신호의 편파는 전기장의 방향으로 정해진다. 원형 편파의 경우 전기장이 좌 또는 우로 회전한다.

Pulse – typically a pulse (which is modulated in the case of pulse compression radar) of RF energy transmitted from the radar.

펄스(Pulse): 일반적으로 레이더에서 송신되는 RF 에너지의 펄스(펄스 압축 레이더의 경우 변조된 펄스).

Pulse Compression – a technique used to achieve a wide pulse bandwidth (and, therefore, enhanced range resolution) using long pulse (for high pulse energy with limited peak power) by introducing an intra-pulse modulation (e.g., chirp frequency modulation or Barker discrete phase modulation) and performing a correlation on the received echo.

펄스 압축(Pulse Compression): 펄스 내 변조(예: 처프 주파수 변조 또는 바커(Barker) 이산 위상 변조)를 넣고 수신 반향에 상관 처리를 수행함으로써, (제한된 첨두 전력으로 높은 펄스 에너지를 얻기 위한) 긴 펄스를 쓰면서도 넓은 펄스 대역폭(따라서 향상된 거리 분해능)을 얻는 기법.

Radar Cross Section (RCS) – an assessment of the cross-sectional area presented by a reflector (typically a target or unwanted "clutter") to the transmitted radar energy. The RCS can vary with frequency and target attitude.

레이더 반사면적(RCS): 반사체(대개 물표 또는 원치 않는 "클러터")가 송신된 레이더 에너지에 대해 나타내는 단면적의 평가값. RCS는 주파수와 물표 자세에 따라 달라질 수 있다.

Radar Information – a generic term potentially referring to the radar picture/video, target data, clutter data, topographical data, aids to navigation SARTs etc.

레이더 정보(Radar Information): 레이더 화상·영상, 물표 데이터, 클러터 데이터, 지형 데이터, 항로표지, SART 등을 가리킬 수 있는 포괄적 용어.

Radar PD – is the probability of target detection at the output of a radar, after plot extraction, but prior to tracking, and presentation. Note, in some systems the boundary of the radar and its achieved PD complicate this definition – clarification may be required to avoid misunderstanding arising from, for example, data compression or video processing.

레이더 PD: 플롯 추출 후, 추적 및 표시 전 단계의 레이더 출력에서의 물표 탐지확률. 일부 시스템에서는 레이더의 경계와 그 달성 PD 때문에 이 정의가 복잡해질 수 있으므로, 예컨대 데이터 압축이나 영상 처리에서 비롯되는 오해를 피하기 위해 명확히 할 필요가 있을 수 있다.

Radar PFA – is the probability of false alarm at the output of a radar, subsequent to plot extraction, but prior to tracking, and presentation. In this context, the PFA is defined as relating to the number of false target declarations per radar cell (range cell x azimuth cells), arising from a noise plus clutter environment (only). Note, in some systems the boundary of the radar and its achieved PFA complicate this definition – clarification may be required to avoid misunderstanding arising from, for example, noise related threshold crossings vs. unwanted radar energy reflections (unwanted targets, ghost targets etc.).

레이더 PFA: 플롯 추출 후, 추적 및 표시 전 단계의 레이더 출력에서의 오경보 확률. 여기서 PFA는 (오직) 잡음과 클러터 환경에서 생기는, 레이더 셀(거리 셀 × 방위 셀)당 허위 물표 판정 수와 관련된 것으로 정의한다. 일부 시스템에서는 레이더의 경계와 그 달성 PFA 때문에 이 정의가 복잡해질 수 있으므로, 예컨대 잡음에 의한 임계값 초과와 원치 않는 레이더 에너지 반사(원치 않는 물표, 허상 물표 등)를 혼동하는 오해를 피하기 위해 명확히 할 필요가 있을 수 있다.

Radar Plot – is the generic term to describe the report resulting from a radar sensor observation. Each report contains positional information, possibly supplemented by other data.

레이더 플롯(Radar Plot): 레이더 센서 관측에서 나오는 보고를 가리키는 포괄적 용어. 각 보고에는 위치 정보가 들어 있으며, 다른 데이터가 덧붙을 수 있다.

Radar Target – an object about which information is sought with radar equipment.

레이더 물표(Radar Target): 레이더 장비로 정보를 얻고자 하는 대상 물체.

Radar Video – a time-varying signal, proportional to the sum of the radio frequency (RF) signals being received and the RF noise inherent in the receiver itself. Traditionally, radar video is an analogue signal with associated azimuth reference information. Recently, radar systems have become available which provide equivalent data in digital format.

레이더 영상(Radar Video): 수신되는 무선 주파수(RF) 신호와 수신기 자체에 내재한 RF 잡음의 합에 비례하는 시변 신호. 전통적으로 레이더 영상은 방위 기준 정보가 함께 따르는 아날로그 신호이다. 최근에는 같은 데이터를 디지털 형식으로 제공하는 레이더 시스템도 나와 있다.

Radar Sensor – the transmitting, receiving and signal handling apparatus, delivering radar information to the tracking and presentation features of VTS.

레이더 센서(Radar Sensor): VTS의 추적 및 표시 기능에 레이더 정보를 전달하는 송신·수신·신호 처리 장치.

Radar Service – a service that delivers all radar-derived data, such as radar image, radar plots and radar tracks.

레이더 서비스(Radar Service): 레이더 영상, 레이더 플롯, 레이더 항적 등 레이더에서 도출되는 모든 데이터를 전달하는 서비스.

Radar Track – an estimate of a target's position and speed vector, resulting from the correlation, by a special algorithm (tracking), of present and past radar-reported positions (radar plots). The report normally contains an identification (e.g., a track number), a timestamp, the estimated position, and a speed vector. Additional information may include e.g., estimated errors, the last associated radar plot and perceived track quality

레이더 항적(Radar Track): 현재와 과거에 레이더가 보고한 위치(레이더 플롯)를 특수 알고리즘(추적)으로 상관 처리하여 얻은 물표의 위치 및 속도 벡터 추정값. 보고에는 보통 식별자(예: 항적 번호), 타임스탬프, 추정 위치, 속도 벡터가 들어 있다. 추가 정보로 추정 오차, 마지막으로 연관된 레이더 플롯, 판단된 항적 품질 등이 포함될 수 있다.

Range Ambiguous Returns – the measured range of a target typically assumes that the target true range is less than the first range ambiguity (the Range corresponding to an echo delay of one pulse repetition interval) whereas large targets beyond this range can be detected but typically with (incorrect) ambiguous range measurement. Techniques exist for the resolution of range ambiguity if required. See also blind spots above.

거리 모호 반사(Range Ambiguous Returns): 물표의 측정 거리는 대개 물표의 실제 거리가 첫 번째 거리 모호 거리(반향 지연이 펄스 반복 간격 1회에 해당하는 거리)보다 짧다고 가정한다. 그러나 이 거리 밖의 대형 물표도 탐지될 수 있으며, 이때는 대개 (잘못된) 모호한 거리로 측정된다. 필요하면 거리 모호성을 해소하는 기법이 있다. 위의 맹점 항목도 참조한다.

Range Side Lobes – see Time Side Lobes (below).

거리 사이드로브(Range Side Lobes): 아래의 시간 사이드로브 참조.

Receiver Dynamic Range – essentially the range of signal levels over which a receiver can operate. The low end of the range is governed by its sensitivity whilst, at the high end, it is governed by its overload or strong signal handling performance.

수신기 동적 범위(Receiver Dynamic Range): 본질적으로 수신기가 동작할 수 있는 신호 레벨의 범위. 범위의 하한은 감도로, 상한은 과부하 또는 강신호 처리 성능으로 정해진다.

Reliability – the probability that a system, when it is available performs a specified function without failure under given conditions for a given period of time.

신뢰도(Reliability): 가용 상태인 시스템이 주어진 조건에서 주어진 기간 동안 고장 없이 명시된 기능을 수행할 확률.

Sea Characteristics – often described by sea state but additional parameters can also be of interest. Sea characteristics include wave/swell height, direction and speed of waves/swell, distance between waves/swell, salinity etc.

해면 특성(Sea Characteristics): 흔히 해상 상태로 기술하지만 추가 파라미터도 관심 대상이 될 수 있다. 해면 특성에는 풍랑·너울의 높이, 풍랑·너울의 방향과 속도, 풍랑·너울 사이의 간격, 염분 등이 포함된다.

Standard Atmospheric Condition – the International Commission of Air Navigation uses a definition for a standard atmosphere, defining temperature and pressure relative to the height. In the troposphere (0 metres to 11,000 metres), the temperature is defined to be 15 °C at the surface and changing -6.5 °C/km.

표준 대기 조건(Standard Atmospheric Condition): 국제항공항행위원회(International Commission of Air Navigation)는 높이에 따른 온도와 압력을 정한 표준 대기 정의를 사용한다. 대류권(0 m~11,000 m)에서 온도는 지표에서 15 °C이고 -6.5 °C/km로 변하는 것으로 정의한다.

Squint – the potential angular difference between antenna boresight and the antenna beam pointing direction. This angular difference may change with transmission frequency. The effect can be fully compensated.

스퀸트(Squint): 안테나 조준축(boresight)과 안테나 빔 지향 방향 사이에 생길 수 있는 각도 차이. 이 각도 차이는 송신 주파수에 따라 변할 수 있다. 이 효과는 완전히 보상할 수 있다.

Swerling Cases – a series of mathematical models representing RCS fluctuations to characterize the statistical behaviour of reflected radar signals from a target (see also target fluctuations).

스월링 사례(Swerling Cases): 물표에서 반사된 레이더 신호의 통계적 거동을 특성화하기 위해 RCS 변동을 나타내는 일련의 수학적 모델(물표 변동 항목도 참조).

Target Fluctuations (also known as Glint or Swerling characteristic) - Fluctuation of a target radar cross section (RCS) (and, therefore, of the received echo amplitude) due to changes in the target attitude and illuminating frequency. For complex targets (consisting of a number of reflecting surfaces), RCS is normally strongly dependent on the angle of observation.

물표 변동(Target Fluctuations, 글린트 또는 스월링 특성이라고도 함): 물표 자세와 조사 주파수의 변화로 인한 물표 레이더 반사면적(RCS)의 변동(따라서 수신 반향 진폭의 변동). (여러 반사면으로 이루어진) 복합 물표의 RCS는 보통 관측 각도에 크게 좌우된다.

Target Separation (also known as Target resolution) – the ability to successfully identify two discrete detectable, similarly sized targets when closely spaced in either range or azimuth.

물표 분리(Target Separation, 물표 분해능이라고도 함): 거리 또는 방위 방향으로 가까이 있는, 탐지 가능하고 크기가 비슷한 두 개의 개별 물표를 성공적으로 구별해 내는 능력.

Track Swapping – the (usually unwanted) transfer of a track identity (track label) to another track. This can break the intended association between a track and a physical object.

항적 바뀜(Track Swapping): 항적 식별자(항적 라벨)가 다른 항적으로 옮겨 가는 (대개 원치 않는) 현상. 이로 인해 항적과 실제 물체 사이의 의도된 연관이 끊어질 수 있다.

Time Side Lobes – when using pulse compression, the correlated pulse always presents responses outside the correlation peak (before and after it) known as time (or range) side lobes. Their main effect is to limit the capability to discriminate weak returns in proximity of strong returns (with side lobes of the same order of magnitude as the primary response of the weak return).

시간 사이드로브(Time Side Lobes): 펄스 압축을 사용할 때 상관 처리된 펄스는 항상 상관 피크 밖(그 앞뒤)에서 응답을 보이는데, 이를 시간(또는 거리) 사이드로브라 한다. 주된 영향은 강한 반사 신호 가까이에 있는 약한 반사 신호를 식별하는 능력을 제한하는 것이다(사이드로브가 약한 반사 신호의 주 응답과 같은 크기 수준일 때).

For general terms used throughout this section refer to IEEE Std 686-2017 [1] IEEE Standard Radar Definitions.

이 장 전반에서 쓰는 일반 용어는 IEEE Std 686-2017 [1] 「IEEE 표준 레이더 정의」를 참조한다.

5. Abbreviations · 5. 약어

Please refer to IALA G1111 Establishing Functional and Performance Requirements for VTS Systems for an extensive list of abbreviations and acronyms covering the entire G1111 series.

G1111 시리즈 전체에 쓰이는 약어와 두문자어의 상세 목록은 IALA G1111 「VTS 시스템의 기능 및 성능 요건 수립」(국문 페이지)을 참조한다.

참고: 아래 표는 이 문서에 나오는 주요 약어를 G1111 공통 약어 목록의 국문 번역에 맞추어 정리한 것이다(번역자 추가).

약어영문국문
AISAutomatic Identification System선박자동식별장치
AREPSAdvanced Refractive Effects Prediction System고급 굴절 효과 예측 시스템
ASLAbove Sea Level해발
AtoNMarine Aid(s) to Navigation항로표지
BITEBuilt In Test Equipment내장 시험 장치
CARPETComputer Aided Radar Performance Evaluation Tool컴퓨터 지원 레이더 성능 평가 도구
CWContinuous Wave연속파
dBdecibel데시벨
dBidecibel isotropic등방성 안테나 기준 데시벨
FMCWFrequency Modulated Continuous Wave주파수 변조 연속파
GHzgigahertz기가헤르츠
GNSSGlobal Navigation Satellite System위성항법시스템
IECInternational Electro-Technical Commission국제전기기술위원회
IEEEThe Institute of Electrical and Electronics Engineers전기전자기술자학회(IEEE)
IMOInternational Maritime Organization국제해사기구
ISOInternational Organization for Standardization국제표준화기구
ITUInternational Telecommunication Union국제전기통신연합
ITU-RInternational Telecommunication Union-Radiocommunication국제전기통신연합 전파통신부문
Ku-band12.0 – 18.0 GHz (radar band)12.0~18.0 GHz (레이더 대역)
kWkilowatt킬로와트
m2square metre제곱미터
MTIMoving Target Indication이동 표적 표시
NThe radio refractivity index전파 굴절률 지수
NMnautical mile해리
PDProbability of Detection탐지 확률
PFAProbability of False Alarm오경보 확률
PRFPulse Repetition Frequency펄스 반복 주파수
PSLRPeak Side Lobe Ratio최대 부엽비
RACONRadar beacon레이더 비컨(레이콘)
RCSRadar Cross Section레이더 반사 단면적
RFRadio Frequency무선 주파수
RMSRoot Mean Squared제곱평균제곱근
SARSearch and Rescue수색구조
SARTSearch and Rescue Transponder수색구조용 트랜스폰더
S-band2.0 – 4.0 GHz (Note: military designation is F-band)2.0~4.0 GHz (참고: 군 명칭은 F 대역)
SOLASSafety of Life at Sea해상인명안전(협약)
SSSea State해상 상태
STCSensitivity-Time Control감도 시간 제어
TEUTwenty-foot Equivalent Unit20피트 컨테이너 환산 단위 (번역자 추가)
VTSVessel Traffic Service or Vessel Traffic Services (dependent on context)선박교통관제(VTS) (문맥에 따라 단수 또는 복수)
Wwatt와트
X-band8.0 – 12.0 GHz (Note: military designation is I-band)8.0~12.0 GHz (참고: 군 명칭은 I 대역)

6. References · 6. 참고문헌

  1. IEEE Std 686-2017, Radar Definitions.
  2. Merrill I. Skolnik – Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill Higher Education, ISBN 0-07-290980-3.
  3. P.D.L. Williams, H.D, Cramp and Kay Curtis – Experimental study of the radar cross section of maritime targets, ELECTRONIC CIRCUITS AND SYSTEMS, July 1978. Vol. 2. No 4.
  4. Ingo Harre – RCS in Radar Range Calculations for Maritime Targets.
  5. International Maritime Organization (IMO) Performance Standards for radar reflectors.
  6. ITU-R SM.1541, Unwanted emissions in the out-of-band domain.
  7. ITU-R SM.329-9, Spurious emissions.
  8. ISO 8729 Ships and marine technology – Marine radar reflectors.
  9. International Commission for Air Navigation – Definition of the Standard Atmosphere.
  10. AREPS: "Advanced Refractive Effects Prediction System", Space and Naval Warfare Systems Center, San Diego, http://sunspot.spawar.navy.mil.
  11. IALA. Guideline G1150, ESTABLISHING, PLANNING, AND IMPLEMENTING VTS.
  12. Radar Handbook, M. I. Skolnik, McGraw Hill, 2008.
  13. Influence of evaporation ducts on radar sea return, J. P. Reilly and G. D. Dockery, IEE Proceedings Vol. 137, Part F, No. 2, p.80 – 88, April 1990.
  14. Radar Target Detection, D. P. Meyer and H. A. Mayer, Academic Press, 1973.
  15. An Analysis of X-Band Calibrated Sea Clutter and Small Boat Reflectivity at Medium-to-Low Grazing Angles, P. L. Herselman et al., International Journal of Navigation and Observation Volume 2008, Article ID 347518, 14 pages.
  16. Land Clutter Models for Radar Design and Analysis, D. K. Barton, Proceedings of the IEEE, Vol. 73, p. 198-204, 1985.
  1. IEEE Std 686-2017, 레이더 정의
  2. Merrill I. Skolnik, 「레이더 시스템 개론(Introduction to Radar Systems)」, McGraw-Hill Higher Education, ISBN 0-07-290980-3
  3. P.D.L. Williams, H.D. Cramp, Kay Curtis, 「해상 물표의 레이더 반사면적에 관한 실험 연구」, ELECTRONIC CIRCUITS AND SYSTEMS, 1978년 7월, Vol. 2, No. 4
  4. Ingo Harre, 「해상 물표의 레이더 거리 계산에서의 RCS」
  5. 국제해사기구(IMO), 레이더 반사기 성능기준
  6. ITU-R SM.1541, 대역외 영역의 불요 발사
  7. ITU-R SM.329-9, 스퓨리어스 발사
  8. ISO 8729 선박 및 해양 기술: 선박용 레이더 반사기
  9. 국제항공항행위원회, 표준 대기의 정의
  10. AREPS: 「고급 굴절 효과 예측 시스템」, Space and Naval Warfare Systems Center, San Diego, http://sunspot.spawar.navy.mil
  11. IALA 가이드라인 G1150, VTS의 설치, 계획 및 구현
  12. M. I. Skolnik, 「레이더 핸드북(Radar Handbook)」, McGraw Hill, 2008
  13. J. P. Reilly, G. D. Dockery, 「증발 덕트가 레이더 해면 반사에 미치는 영향」, IEE Proceedings Vol. 137, Part F, No. 2, pp. 80~88, 1990년 4월
  14. D. P. Meyer, H. A. Mayer, 「레이더 표적 탐지(Radar Target Detection)」, Academic Press, 1973
  15. P. L. Herselman 외, 「중·저 입사각에서 교정된 X밴드 해면 클러터와 소형 보트 반사도의 분석」, International Journal of Navigation and Observation Volume 2008, Article ID 347518, 14쪽
  16. D. K. Barton, 「레이더 설계 및 분석을 위한 육지 클러터 모델」, Proceedings of the IEEE, Vol. 73, pp. 198~204, 1985

Annex A VTS Radar Considerations · 부속서 A VTS 레이더 고려사항

This annex is descriptive and intended to supplement previous sections in this document and introduce the reader to common radar topics and knowledge specific to VTS radar as well as guidance on what is possible to achieve from radar configurations typical for VTS.

Calculation methods for the determination of performance are described and examples of that possible with various technologies and simplified configurations are provided.

이 부속서는 서술적 성격의 것으로, 본 문서의 앞 장들을 보완하고 독자에게 일반적인 레이더 주제와 VTS 레이더에 특유한 지식, 그리고 VTS에서 전형적인 레이더 구성으로 달성할 수 있는 수준에 관한 지침을 소개하기 위한 것이다.

성능을 산정하는 계산 방법을 설명하고, 여러 기술과 단순화된 구성으로 달성 가능한 수준의 예를 제시한다.

A.1. Radar Technologies · A.1 레이더 기술

VTS radars could be based on the following technologies:

  • Pulse radar (usually Magnetron based)
  • Pulse compression radar (usually Solid State)
  • Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW (usually Solid State)

VTS 레이더는 다음 기술에 기반할 수 있다.

  • 펄스 레이더(대개 마그네트론 기반)
  • 펄스 압축 레이더(대개 반도체(solid state))
  • 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더(대개 반도체)

A.1.1. Pulse Radar · A.1.1 펄스 레이더

A Magnetron based pulse radar typically transmits high peak power RF pulses (10 to 50 kilowatt (kW)) of very short duration (50 to 1000 nanoseconds). The transmission is made with a pulse repetition frequency (PRF) of typically 1000 to 4000 pulses per second. Upon reception, the returned signal is amplified, demodulated, and processed.

Main characteristics include:

  • It is a well-known and proven technology
  • It has fixed pulse lengths
  • Increased pulse duration translates into longer-range detection, but reduced range separation and reduced ability to penetrate precipitation due to increased backscatter
  • Normally with a fixed transmission frequency (given by the magnetron characteristics)
  • The need to reduce out-of-band transmissions

Note: ITU requirements for land-based radar are more stringent than for shipborne radar in respect to out of band emissions.

마그네트론 기반 펄스 레이더는 대개 첨두 전력이 높은(10~50 킬로와트(kW)) RF 펄스를 매우 짧은 지속시간(50~1000 나노초)으로 송신한다. 송신은 대개 초당 1000~4000 펄스의 펄스 반복 주파수(PRF)로 이루어진다. 수신 시 반사 신호를 증폭, 복조 및 처리한다.

주요 특성은 다음과 같다.

  • 잘 알려지고 검증된 기술이다.
  • 펄스 길이가 고정되어 있다.
  • 펄스 지속시간을 늘리면 탐지거리는 길어지지만, 거리 분리 성능이 떨어지고 후방산란 증가로 강수 투과 능력이 떨어진다.
  • 보통 (마그네트론 특성으로 정해지는) 고정 송신 주파수를 갖는다.
  • 대역외 송신을 줄일 필요가 있다.

주: 대역외 발사에 관해서는 육상 레이더에 대한 ITU 요건이 선박 레이더보다 엄격하다.

A.1.2. Pulse Compression Radar · A.1.2 펄스 압축 레이더

A pulse compression radar transmits low peak power modulated chirps (typically up to 200-300 Watt (W), in some cases higher) with a typical pulse duration of up to 100 microseconds (µs). The transmission is made with a chirp repetition frequency of typically 1000 to 20000 chirps per second. The longer chirps are converted into short pulses upon reception by the process of pulse compression; therefore, improved range separation can be achieved at all ranges within a single radar mode.

The average transmitted energy of a pulse compression radar is comparable to that emitted by a magnetron radar.

펄스 압축 레이더는 첨두 전력이 낮은(대개 200~300 와트(W)까지, 경우에 따라 더 높음) 변조된 처프를 대개 최대 100 마이크로초(µs)의 펄스 지속시간으로 송신한다. 송신은 대개 초당 1000~20000 처프의 처프 반복 주파수로 이루어진다. 긴 처프는 수신 시 펄스 압축 과정을 통해 짧은 펄스로 변환되므로, 단일 레이더 모드 안에서 모든 거리에 걸쳐 향상된 거리 분리를 얻을 수 있다.

펄스 압축 레이더의 평균 송신 에너지는 마그네트론 레이더가 방사하는 에너지와 비슷하다.

Main characteristics include:

  • It is based on well-known and proven principles
  • No need for magnetron replacement, reducing the need for periodic maintenance
  • Increased ability to penetrate adverse weather conditions facilitating smaller target detection
  • Transmission frequencies can be programmed
  • Cleaner spectrum than magnetron radars, with reduced emissions outside the allocated frequency band(s)

Additional challenges compared to magnetron radars include:

  • The need for sophisticated interference rejection due to the longer chirps transmitted
  • The need for simultaneous short- and long-range detection increases complexity
  • High-power solid-state amplifiers operate with large currents therefore requiring careful design to obtain high reliability.
  • By nature, the pulse compression radar creates so-called time (or range) side lobes. Avoiding such side lobes, requires sophisticated techniques, alternatively side lobes suppression may imply a reduced detection of small targets in the vicinity of larger targets.
  • Additional focus on dynamic range to avoid saturation which will create very distinct sidelobes in range and reduce sensitivity in front of and behind large objects.
  • Inability or less sensitivity in the detection to trigger RACONS and SART transponders

Note: There may be legal restrictions (dual use, catch-all etc.) limiting the pulse compression ratio and other parameters when exporting radars to certain countries. This may limit the availability of this technology to some VTS authorities.

주요 특성은 다음과 같다.

  • 잘 알려지고 검증된 원리에 기반한다.
  • 마그네트론 교체가 필요 없어 정기 유지보수 필요성이 줄어든다.
  • 악기상 조건의 투과 능력이 높아 더 작은 물표의 탐지에 유리하다.
  • 송신 주파수를 프로그래밍할 수 있다.
  • 마그네트론 레이더보다 스펙트럼이 깨끗하여 할당 주파수 대역 밖의 발사가 적다.

마그네트론 레이더와 비교한 추가 과제는 다음과 같다.

  • 송신 처프가 길어 정교한 간섭 제거가 필요하다.
  • 단거리와 장거리를 동시에 탐지해야 하므로 복잡성이 커진다.
  • 고출력 반도체 증폭기는 큰 전류로 동작하므로 높은 신뢰성을 얻으려면 신중한 설계가 필요하다.
  • 펄스 압축 레이더는 본질적으로 이른바 시간(또는 거리) 사이드로브를 만든다. 이를 피하려면 정교한 기법이 필요하며, 그렇지 않고 사이드로브를 억제하면 대형 물표 부근의 소형 물표 탐지가 줄어들 수 있다.
  • 포화를 피하기 위해 동적 범위에 더 주의를 기울여야 한다. 포화는 거리 방향으로 매우 뚜렷한 사이드로브를 만들고 대형 물체 앞뒤의 감도를 떨어뜨린다.
  • 레이콘(RACON)과 SART 트랜스폰더를 작동시켜 탐지하지 못하거나 그 감도가 낮다.

주: 특정 국가로 레이더를 수출할 때 펄스 압축비와 그 밖의 파라미터를 제한하는 법적 규제(이중 용도, 캐치올 등)가 있을 수 있다. 이 때문에 일부 VTS 당국은 이 기술을 이용하기 어려울 수 있다.

A.1.3. Frequency Modulated Continuous Wave Radar · A.1.3 주파수 변조 연속파 레이더

Frequency modulated continuous wave radar transmits low peak power continuous wave forms (typically up to 50 W). The waveforms are repeated with a typical rate of 500 to 2000 per second. The waveforms are converted into pulses upon reception, therefore high range resolution can be maintained at all ranges.

The energy in a frequency modulated continuous wave radar is comparable to the energy emitted in a pulse from a magnetron radar.

주파수 변조 연속파 레이더는 첨두 전력이 낮은(대개 50 W까지) 연속 파형을 송신한다. 파형은 대개 초당 500~2000회의 비율로 반복된다. 파형은 수신 시 펄스로 변환되므로 모든 거리에서 높은 거리 분해능을 유지할 수 있다.

주파수 변조 연속파 레이더의 에너지는 마그네트론 레이더가 한 펄스로 방사하는 에너지와 비슷하다.

Main characteristics include:

  • Well-known and proven principles
  • No need for magnetron replacement, reducing the need for periodic maintenance
  • The ability to detect at very short range
  • Transmission frequencies can be programmed
  • Cleaner spectrum than magnetron radars, with reduced emissions outside the allocated frequency band(s)

Additional challenges compared to other types of radar include:

  • Dynamic limitations restrict the ability to handle small and large targets simultaneously and also affects long range detection
  • Target revisit rate may be low compared to other technologies
  • The need for sophisticated interference rejection, even more than for pulse compression radars
  • By nature, FMCW creates so-called time side lobes and suppressing the side lobes may reduce detection of small targets in the vicinity of larger targets
  • More complicated antenna system, 2 antennas or complicated antenna feed
  • The inability to detect RACONS and SART transponders

주요 특성은 다음과 같다.

  • 잘 알려지고 검증된 원리
  • 마그네트론 교체가 필요 없어 정기 유지보수 필요성이 줄어든다.
  • 매우 짧은 거리에서도 탐지할 수 있다.
  • 송신 주파수를 프로그래밍할 수 있다.
  • 마그네트론 레이더보다 스펙트럼이 깨끗하여 할당 주파수 대역 밖의 발사가 적다.

다른 유형의 레이더와 비교한 추가 과제는 다음과 같다.

  • 동적 한계 때문에 소형 물표와 대형 물표를 동시에 처리하는 능력이 제한되고 장거리 탐지에도 영향을 준다.
  • 물표 재방문율이 다른 기술보다 낮을 수 있다.
  • 펄스 압축 레이더보다도 더 정교한 간섭 제거가 필요하다.
  • FMCW는 본질적으로 이른바 시간 사이드로브를 만들며, 사이드로브를 억제하면 대형 물표 부근의 소형 물표 탐지가 줄어들 수 있다.
  • 안테나 시스템이 더 복잡하다(안테나 2개 또는 복잡한 안테나 급전부).
  • 레이콘(RACON)과 SART 트랜스폰더를 탐지하지 못한다.

A.2. Frequency Bands · A.2 주파수 대역

The choice between available frequency bands will always be a compromise depending on the operational area, weather and balancing several parameters. Typical capabilities are provided later in this Annex. Frequency bands allocated for radar and suitable for VTS lie in the following range:

  • S-band, 2.0 – 4.0 GHz: Frequency band occasionally used for VTS Coastal radar to minimize the effect of rain on longer ranges but is for modern radars a less dominating argument as X-band radars improve in capabilities. Frequency allocation (predefined by ITU) is challenged by other users, e.g., Cellular phone operators aiming at expanding band allocation. By nature, S-band radars provide less separation in azimuth (limited antenna size).
  • C-band, 4.0 – 8.0 GHz: Not used for VTS
  • X-band, 8.0 – 12.0 GHz: The commonly used frequency band across VTS operational areas – Frequency allocation (sub-bands for radiolocation and radionavigation services) predefined by ITU. X-band is often a good compromise for balance between separation, weather penetration and cost across application areas.
  • Ku-band, 12.0 – 18.0 GHz: Frequency band occasionally used to improve separation and minimize antenna size. Ku-band radar is generally more sensitive to weather (rain) than S- and X-band radar.
    Note: There is no Ku-band Frequency allocation for VTS predefined by ITU, meaning that frequencies shall be allocated by individual countries.

가용 주파수 대역의 선택은 운영 해역과 기상에 따라 여러 파라미터의 균형을 맞추는 절충이 될 수밖에 없다. 대표적인 성능은 이 부속서 뒷부분에 제시한다. 레이더용으로 할당되어 있고 VTS에 적합한 주파수 대역은 다음 범위에 있다.

  • S밴드, 2.0~4.0 GHz: 장거리에서 강우의 영향을 최소화하기 위해 VTS 연안 레이더에 가끔 쓰이는 대역이지만, X밴드 레이더의 성능이 향상됨에 따라 최신 레이더에서는 그다지 결정적인 논거가 되지 못한다. (ITU가 미리 정한) 주파수 할당은 대역 확장을 노리는 이동전화 사업자 등 다른 사용자의 도전을 받고 있다. S밴드 레이더는 본질적으로 방위 분리 성능이 낮다(안테나 크기의 제한).
  • C밴드, 4.0~8.0 GHz: VTS에는 쓰이지 않는다.
  • X밴드, 8.0~12.0 GHz: VTS 운영 해역 전반에서 흔히 쓰이는 대역이다. 주파수 할당(무선측위 및 무선항행 업무용 하위 대역)은 ITU가 미리 정해 두었다. X밴드는 여러 적용 해역에서 분리 성능, 기상 투과 성능, 비용 사이의 균형을 잡는 좋은 절충안인 경우가 많다.
  • Ku밴드, 12.0~18.0 GHz: 분리 성능을 높이고 안테나 크기를 최소화하기 위해 가끔 쓰이는 대역이다. Ku밴드 레이더는 일반적으로 S밴드와 X밴드 레이더보다 기상(강우)에 민감하다.
    주: ITU가 미리 정한 VTS용 Ku밴드 주파수 할당은 없으므로, 주파수는 개별 국가가 할당하여야 한다.

A.3. Antennas · A.3 안테나

The selection of antenna parameters (height, gain, side lobes, rotation rate, polarization etc.) for a given installation is key to the resulting radar performance. VTS authorities are, however, advised to avoid specifying detailed antenna characteristics and should preferably specify operational area and performance requirement.

The identified requirements will allow the radar vendor some flexibility to achieve the best solution within the given constraints and considering cost and location options.

설치 장소별 안테나 파라미터(높이, 이득, 사이드로브, 회전 속도, 편파 등)의 선정은 결과적인 레이더 성능의 핵심이다. 그러나 VTS 당국은 안테나의 세부 특성을 명시하는 것을 피하고, 운영 해역과 성능 요건을 명시하는 것이 바람직하다.

이렇게 정한 요건은 레이더 공급업체가 주어진 제약 안에서 비용과 설치 위치 선택지를 고려하여 최선의 해결책을 찾을 수 있는 유연성을 준다.

A.3.1. Antenna Principles · A.3.1 안테나 원리

Typically, the VTS radar design includes an antenna, which provides a narrow beam in azimuth and a wide beam in elevation. Thus, the VTS antenna is not designed to measure the target elevation (from which target height might be determined) and to separate targets based on elevation angle difference.

The installed antenna height is determined based on avoidance of physical obstructions, and the compromise between the need for close range coverage vs. long-range performance.

일반적으로 VTS 레이더 설계에는 방위 방향으로 좁은 빔, 고각 방향으로 넓은 빔을 내는 안테나가 포함된다. 따라서 VTS 안테나는 (물표 높이를 산출할 수 있는) 물표 고각을 측정하거나 고각 차이로 물표를 분리하도록 설계되지 않는다.

안테나 설치 높이는 물리적 장애물의 회피, 그리고 근거리 탐지범위의 필요성과 장거리 성능 사이의 절충에 근거하여 정한다.

The radar designer, in his selection of antenna characteristics, needs to optimize the compromise between antenna size (and cost), track update rate, integration time on target (related to rotation rate and azimuth beamwidth and contributing to target detection range) and azimuth target separation and accuracy. In addition, the choice of transmission frequency influences the size vs. beamwidth compromise.

Flat panel electronic scanning antennas (phased array) may provide advantages in terms of no rotating parts, however, adding to technical complexity.

레이더 설계자는 안테나 특성을 선정할 때 안테나 크기(와 비용), 항적 갱신율, 물표 적분 시간(회전 속도 및 방위 빔폭과 관련되며 물표 탐지거리에 기여함), 방위 방향 물표 분리 및 정확도 사이의 절충을 최적화하여야 한다. 아울러 송신 주파수의 선택은 크기와 빔폭 사이의 절충에 영향을 준다.

평판형 전자주사 안테나(위상배열)는 회전부가 없다는 장점이 있을 수 있으나, 기술적 복잡성이 커진다.

A.3.2. Antenna Polarization · A.3.2 안테나 편파

Radio waves are polarized, and objects (target and clutter) will often reflect differently depending on the polarization used. This can be utilized by radar system designers, where rules of thumb are that:

  • Target returns from linear polarization, (horizontal or vertical) in general will be stronger than returns from circular polarization.
  • Non-metallic and natural objects, such as human beings will return linear polarized radio waves much better than circular polarized radio waves.
  • Most radar reflectors will be poor reflectors for circular polarized radio waves.
  • Distant ships with vertical masts tend to give the strongest return for vertical polarization, whereas the opposite tends to be the case for modern ship designs without tall masts.
  • In addition, target detection in clutter can be affected by the polarization. For instance:
    • linear polarization (horizontal or vertical) will result in higher rain clutter returns than circular polarization; and
    • vertical or circular polarization will result in higher sea clutter returns than horizontal polarization, especially for lower sea states.

전파는 편파되어 있으며, 물체(물표와 클러터)는 사용하는 편파에 따라 다르게 반사하는 경우가 많다. 레이더 시스템 설계자는 이를 활용할 수 있으며, 경험칙은 다음과 같다.

  • 선형 편파(수평 또는 수직)의 물표 반사 신호는 일반적으로 원형 편파보다 강하다.
  • 사람 같은 비금속·자연 물체는 원형 편파보다 선형 편파 전파를 훨씬 잘 반사한다.
  • 대부분의 레이더 반사기는 원형 편파 전파를 잘 반사하지 못한다.
  • 수직 마스트가 있는 원거리 선박은 수직 편파에서 가장 강한 반사를 보이는 경향이 있고, 높은 마스트가 없는 최신 선박 설계에서는 그 반대인 경향이 있다.
  • 아울러 클러터 속 물표 탐지도 편파의 영향을 받을 수 있다. 예를 들면 다음과 같다.
    • 선형 편파(수평 또는 수직)는 원형 편파보다 강우 클러터 반사가 크다.
    • 수직 또는 원형 편파는 특히 낮은 해상 상태에서 수평 편파보다 해면 클러터 반사가 크다.

Complex designs are possible in which operators may select the polarization. However, this adds to equipment costs and adds to the VTS operator workload.

In general, the best cost/performance combined with ease of operation is achieved by horizontal polarization.

Note: In case of a radar station also being used for oil spill detection, the preferred polarization is vertical.

관제사가 편파를 선택할 수 있는 복합 설계도 가능하다. 그러나 이는 장비 비용과 VTS 관제사의 업무 부담을 늘린다.

일반적으로 운용 편의성까지 감안한 최선의 비용 대비 성능은 수평 편파로 얻어진다.

주: 레이더 기지를 유류 유출 탐지에도 사용하는 경우에는 수직 편파가 선호된다.

A.4. Target Characteristics · A.4 물표 특성

VTS radar targets can be defined by their height above sea level, speed and manoeuvrability, polarization characteristics, radar cross section (RCS) and the RCS fluctuations.

VTS 레이더 물표는 해면상 높이, 속력과 조종성, 편파 특성, 레이더 반사면적(RCS), RCS 변동으로 정의할 수 있다.

A.4.1. Radar Cross-Section · A.4.1 레이더 반사면적

The amount of radar energy reflected by a target is proportional to its effective area, called the radar cross section (RCS). The RCS is defined as the ratio between the power (in W) scattered by the target back towards the radar receiver and the power density (in W/m²) hitting the target. Thus, the RCS has the dimension of an area, being measured in m². In practical terms, the RCS can be interpreted as the cross-sectional area of a perfectly reflecting metal sphere that would give rise to the same reflected energy as the target in question.

물표가 반사하는 레이더 에너지의 양은 레이더 반사면적(RCS)이라 부르는 유효 면적에 비례한다. RCS는 물표가 레이더 수신기 쪽으로 되돌려 산란시키는 전력(W)과 물표에 입사하는 전력 밀도(W/m²)의 비로 정의한다. 따라서 RCS는 면적의 차원을 가지며 m²로 측정한다. 실무적으로 RCS는 해당 물표와 같은 반사 에너지를 내는 완전 반사 금속구의 단면적으로 해석할 수 있다.

Being an effective area, the RCS of a target is not necessarily related to the physical cross-sectional area of the target, but rather depends strongly on the nature and shape of the surfaces exposed to the radar beam. Consequently, targets of similar physical sizes may exhibit vastly different RCS, and additionally, their RCS may vary drastically with aspect angle (see [2]) as the exposed surfaces change with orientation. Finally, the apparent RCS of a target is subject to fluctuate over time, for instance, due to minor changes in orientation between exposures to the radar beam.

To obtain quantitative and reproducible results during performance testing, it is necessary to use physically small simple targets and calibrate their RCS against that of a well-known reference target. During these measurements, the dependence of the RCS on the aspect angle can additionally be mapped out. A method to perform such a measurement is described in ANNEX C

RCS는 유효 면적이므로 물표의 물리적 단면적과 반드시 관련되지는 않으며, 오히려 레이더 빔에 노출된 표면의 성질과 형상에 크게 좌우된다. 그 결과 물리적 크기가 비슷한 물표라도 RCS는 크게 다를 수 있고, 방향에 따라 노출 표면이 바뀌므로 자세각에 따라 RCS가 급격히 변할 수 있다([2] 참조). 끝으로, 물표의 겉보기 RCS는 예컨대 레이더 빔에 노출되는 사이의 미세한 방향 변화 때문에 시간에 따라 변동한다.

성능 시험에서 정량적이고 재현 가능한 결과를 얻으려면 물리적으로 작고 단순한 물표를 사용하고, 그 RCS를 잘 알려진 기준 물표와 비교하여 교정할 필요가 있다. 이 측정 중에 자세각에 따른 RCS 의존성도 함께 파악할 수 있다. 이러한 측정을 수행하는 방법은 부속서 C에 기술되어 있다.

A.4.2. Target Models versus Detailed Characteristics · A.4.2 물표 모델과 세부 특성

The point target characteristics, see Table 1, may be sufficient for the range calculation of specific targets of interest in VTS.

However, the design of a radar system should consider the overall characteristics of all objects within the coverage range of the individual radar. Table 2 provides an overview of such characterizes for targets, typically of interest to VTS radar.

VTS에서 특정 관심 물표의 거리 계산에는 점 물표 특성(표 1 참조)으로 충분할 수 있다.

그러나 레이더 시스템 설계에서는 개별 레이더의 탐지범위 안에 있는 모든 물체의 전반적 특성을 고려하는 것이 바람직하다. 표 2는 VTS 레이더가 대개 관심을 두는 물표의 이러한 특성을 개관한 것이다.

표 2 물표 세부 특성 (Table 2 Detailed target characteristics), X밴드 기준 대표 특성 (Typical characteristics at X-band)

물표 (Target)RCS높이 (Height)변동 등 (Fluctuations etc.)
레이더 반사기가 없는 항로표지 (Aids to Navigation without radar reflector)최대 1 m²해발 1~4 m빠르게 변동하며 해면 특성에 크게 좌우된다. 편파 특성은 바람에 따라 달라지는 경우가 많다.
레이더 반사기를 갖춘 항로표지 (Aids to Navigation with radar reflector)10~100 m²빠르게 변동한다. 바람과 해류로 기울어 맹각(blind angle)이 될 수 있고, 로빙으로 반사기가 맹점에 놓일 수 있다. 대부분의 레이더 반사기는 원형 편파에서 레이더 물표로서 성능이 나쁘다.
선외기를 달고 2명 이상이 승선한 유리섬유·목재·고무 재질 소형 무갑판 보트, 소형 고속보트, 소형 어선 또는 소형 범선 (Small open boat, fibreglass, wood or rubber with outboard motor and at least 2 persons on board, small speedboat, small fishing vessels or small sailing boats)0.5~5 m²해발 0.5~1 m빠르게 변동하며, 최대 50%의 시간 동안 파도 뒤에 가려질 수 있다. 저속 물표는 고속 물표보다 물에 낮게 잠기는 경향이 있어, 레이더에 보이는 RCS는 속력이 높을수록 커지는 경향이 있다. 사람과 비금속 물표는 원형 편파에서 레이더 반사가 약하다.
품질 좋은 레이더 반사기를 갖춘 연안 어선, 범선 및 고속보트 (Inshore fishing vessels, sailing boats and speedboats, equipped with radar reflector of good quality)3~10 m²해발 1~2 m빠르게 변동한다.
소형 금속 선박, 어선, 경비정 및 이와 유사한 선박 (Small metal ships, fishing vessels, patrol vessels and other similar vessels)10~100 m²해발 2~4 m보통 수준으로 변동한다.
연안선 및 이와 유사한 선박 (Coasters and other similar vessels)100~1000 m²해발 6~10 mRCS는 개별 선박의 자세각에 크게 좌우된다. 변동 속도는 대개 보통 수준이다.
대형 연안선, 산적화물선, 일반화물선 및 이와 유사한 선박 (Large coasters, Bulk carriers, cargo ships and other similar vessels)1000~10,000 m²해발 10~25 m
컨테이너선, 유조선 및 이와 유사한 선박 (Container carriers, tankers and other similar vessels)10,000~2,000,000 m²해발 15~40 m
건물, 크레인, 적재 컨테이너 및 그 밖의 대형 구조물 (Buildings, cranes. Stacks of containers and other large structures)최대 1,000,000 m²설치 지점에 따라 다름무시할 수준이다.
부유물, 유류 드럼 및 이와 유사한 물체 (Floating items, oil drums and other similar items)최대 1 m²해발 0~0.5 m빠르게 변동하며, 해면 특성과 물표 움직임에 크게 좌우된다.
떠 있거나 날고 있는 새 (Birds, floating or flying)해수면 이상
새 떼 (Flocks of birds)최대 3 m²해수면 이상빠르게 변동한다. 비행 경로는 해당 관심 해역에서 종(種)마다 특징적인 경향이 있다.
제트스키 및 그 밖의 수상오토바이 (Jet Skis and other personal watercraft)최대 0.5 m²해발 0~1 m빠르게 변동하지만 자세각과는 사실상 무관하다.
풍력 터빈(육상 및 해상) (Wind turbines (onshore and offshore))최대 10,000,000 m²해발 최대 300 m타워의 변동은 무시할 수준이다. 회전부는 RCS가 수백 m²에 이르는 넓은 스펙트럼의 도플러 편이를 만든다.

Data is primarily based on references [3] + [4], supplemented by data obtained from the experiences of IALA VTS committee members.

Note: Modern warship design seeks to minimize RCS, and, as a result, the above figures cannot be related to such vessels.

데이터는 주로 참고문헌 [3]과 [4]에 근거하며, IALA VTS 위원회 위원들의 경험에서 얻은 데이터로 보완하였다.

주: 현대 군함 설계는 RCS를 최소화하려 하므로, 위 수치를 그러한 선박에 적용할 수 없다.

In case the physical size of the target exceeds the size of the resolution cell of the radar, the target gets extended into other resolution cells. In such a case, the RCS values, as mentioned above, may be incorrect (as the target reflection is now distributed across more than one resolution cell). Additionally, the extension of the target poses extra challenges on detection and tracking performance. Extension of targets and the consequences thereof should especially be considered in situations where the radar is positioned close to the targets to be detected and tracked and/or in case of high-resolution radars.

RCS on targets using S-band is typically 40% and Ku-band is typically 120% of the RCS in X-band except for small non-metallic targets where the RCS difference between the 3 bands can be much higher.

물표의 물리적 크기가 레이더 분해능 셀의 크기를 넘으면 물표가 다른 분해능 셀까지 확장된다. 이 경우 위에 제시한 RCS 값은 맞지 않을 수 있다(물표 반사가 둘 이상의 분해능 셀에 분산되기 때문이다). 아울러 물표의 확장은 탐지 및 추적 성능에 추가적인 어려움을 준다. 물표의 확장과 그 결과는 레이더가 탐지·추적할 물표 가까이에 설치된 상황이나 고분해능 레이더의 경우에 특히 고려하는 것이 바람직하다.

물표의 RCS는 S밴드에서 대개 X밴드 RCS의 40%, Ku밴드에서 대개 120%이다. 다만 소형 비금속 물표는 세 대역 간 RCS 차이가 훨씬 클 수 있다.

A.4.2.1. Target RCS fluctuations · A.4.2.1 물표 RCS 변동

For VTS target types, statistical RCS fluctuations can adversely affect target detection. To predict range performance more realistically, such fluctuations can be mathematically modelled using the different Swerling cases. The radar design and the location of radars can compensate for the consequences of target RCS fluctuations.

VTS 물표 유형에서는 통계적 RCS 변동이 물표 탐지에 악영향을 줄 수 있다. 거리 성능을 더 현실적으로 예측하기 위해 이러한 변동을 여러 스월링 사례로 수학적으로 모델링할 수 있다. 레이더 설계와 레이더 설치 위치로 물표 RCS 변동의 영향을 보상할 수 있다.

A.4.3. Multipath Effects · A.4.3 다중경로 효과

Avoidance or reduction of effects from reflections requires in depth analysis, often combined with site surveys and calculations by the experienced radar engineer to determine acceptable radar positioning.

반사로 인한 영향을 피하거나 줄이려면 심층 분석이 필요하며, 허용 가능한 레이더 위치를 정하기 위해 경험 많은 레이더 기술자의 현장 조사 및 계산을 함께 하는 경우가 많다.

A.4.3.1. Reflections from large objects · A.4.3.1 대형 물체로부터의 반사

Multipath conditions resulting from reflections from large buildings and large vessels can still impact on VTS radar performance resulting in the possibility of target signal cancellation or enhancement. This effect is hard to predict, and it is unreasonable to expect to model multipath affected performance unless a (potentially expensive) site-specific radar model is developed.

Mechanisms in Port areas will often include reflection from large surfaces, e.g., large buildings, piers etc and it can result in very challenging situations, even calling for more than one radar to cover certain areas.

대형 건물과 대형 선박의 반사로 생기는 다중경로 조건은 여전히 VTS 레이더 성능에 영향을 주어 물표 신호가 상쇄되거나 증폭될 수 있다. 이 효과는 예측하기 어려우며, (비용이 많이 들 수 있는) 현장 특화 레이더 모델을 개발하지 않는 한 다중경로의 영향을 받은 성능을 모델링하기를 기대하는 것은 무리이다.

항만 구역의 메커니즘에는 대형 건물, 부두 등 넓은 표면으로부터의 반사가 포함되는 경우가 많으며, 이는 매우 까다로운 상황을 낳아 특정 구역을 담당하기 위해 둘 이상의 레이더가 필요해지기도 한다.

A.4.3.2. Probability of detection and false alarm rate · A.4.3.2 탐지확률과 오경보율

The probability of detection and the false alarm rates, used for calculations, should comply with those required to meet the operational performance. Please note the definitions of radar PD and radar PFA, refer to section 4.

It should also be noted that improved system performance may be obtained by allowing a higher radar PFA in combination with subsequent, enhanced plot extraction and tracking.

At specified maximum coverage ranges, the single-scan probability of detection values for VTS will typically lie in the range from 70% to 90%.

계산에 사용하는 탐지확률과 오경보율은 운영 성능을 충족하는 데 필요한 값에 부합하는 것이 바람직하다. 레이더 PD와 레이더 PFA의 정의는 제4장을 참조한다.

레이더 PFA를 더 높게 허용하고 그 뒤에 향상된 플롯 추출과 추적을 결합하면 시스템 성능이 개선될 수 있다는 점에도 유의한다.

명시된 최대 탐지범위 거리에서 VTS의 단일 스캔 탐지확률 값은 대개 70%~90% 범위에 있다.

It is normally not desirable to have noise and clutter spikes presented to the VTS operator in each scan. Classically, optimal false alarm rates for VTS applications normally lie in the range from 10-4 to 10-5 for the radar video display. Different values may apply to the specific tracking system to obtain optimal, tracking.

With modern high-resolution technology there is a tendency to allow higher false alarm rates and let the extraction and tracking discriminate between noise and targets of interest.

False alarms considered in the calculations, include unwanted information from noise and clutter, as presented to the VTS operator to the tracker (after signal processing), but not signals from other unwanted objects or other targets.

잡음과 클러터 스파이크가 스캔마다 VTS 관제사에게 표시되는 것은 보통 바람직하지 않다. 전통적으로 VTS 용도의 최적 오경보율은 레이더 영상 표시 기준으로 보통 10-4~10-5 범위에 있다. 최적의 추적을 위해 특정 추적 시스템에는 다른 값이 적용될 수 있다.

현대의 고분해능 기술에서는 오경보율을 더 높게 허용하고, 추출과 추적 단계에서 잡음과 관심 물표를 판별하게 하는 경향이 있다.

계산에서 고려하는 오경보에는 (신호 처리 후) VTS 관제사나 추적기에 제시되는 잡음과 클러터로부터의 원치 않는 정보가 포함되지만, 그 밖의 원치 않는 물체나 다른 물표로부터의 신호는 포함되지 않는다.

A.5. Radar Coverage · A.5 레이더 탐지범위

A.5.1. Radar Configuration Examples · A.5.1 레이더 구성 예시

The following imaginary radars with simplified system characteristics and key parameters was used for the example calculations and illustrations made for this document.

이 문서의 계산 예시와 도해에는 다음과 같이 시스템 특성과 주요 파라미터를 단순화한 가상의 레이더를 사용하였다.

표 3 가상의 단순화된 VTS 레이더 시스템 구성과 주요 파라미터 (Table 3 Imaginary, simplified VTS Radar System configurations and associated key parameters)

시스템 유형 (System type)S1S2X1X2X3Ku1Ku2
주파수 대역 (Frequency Band)SSXXXKuKu
레이더 신호 처리 (Radar signal processing)단순 (Simple)중간 (Medium)단순 (Simple)중간 (Medium)고급 (Advanced)중간 (Medium)고급 (Advanced)
- 처리 전 해당 Pfa (Corresponding Pfa prior to processing)1.00E-061.00E-051.00E-061.00E-051.00E-041.00E-051.00E-04
- 양호한 추적을 위한 해당 Pd (Corresponding Pd for good tracking)90%80%90%80%70%80%70%
안테나 이득 [dB] (Antenna Gain)25293235383236
- 안테나 수평 빔폭 [도] (Antenna Horizontal Beamwidth [degrees])21.250.60.450.360.50.3
- 안테나 수직 빔폭 [도] (Antenna Verical Beamwidth [degrees])30202015102012
펄스 레이더 고유 항목 (Pulse radar specific)
첨두 전력 [KW] (Peak power)3030102550--
펄스 길이 [ns] (Pulse length)개별 운영 해역에 맞추어 최적화 (Optimised to the individual operational area)
펄스 압축 레이더 고유 항목 (Pulse compression radar specific)
첨두 전력 [W] (Peak power)50200105020020200
등가 첨두 펄스 전력 [KW] (Equivalent peak pulse power)50250105025025250
압축 펄스 길이 [ns] (Compressed pulse length)50
모두 단방향 전송 손실 3 dB, 전체 잡음지수 3 dB로 가정 (All assumed to have 3 dB one way transmission losses and an overall noise figure of 3 dB)
안테나 높이 (해발 m) (Antenna Heights, metres ASL)해상 상태 (더글러스 계급) (Sea States, Douglas scale)강수 (mm/시간) (Precipitation, mm/hour)
201맑음 (clear)
4034
80510
20020

※ 표 3의 Ku1·Ku2 펄스 레이더 첨두 전력 칸은 원문에서 비어 있다(음영 처리). 위 둘째 표는 계산 예시에 쓴 안테나 높이, 해상 상태, 강수 조건이다.

The example calculation provides a good idea of the baseline coverage, but it does not cover all VTS and individual manufacturers' characteristics, site specifics and settings for various operational areas. The calculation examples can only be used as a guideline, and they need to be supplemented by specific calculations made for the individual VTS radar site. Performance could be optimised to operational needs by configuration of systems with different parameters, i.e., power levels and/or different antenna characteristics.

계산 예시는 기준 탐지범위를 가늠하는 데 유용하지만, 모든 VTS와 개별 제조사의 특성, 현장 특수성, 다양한 운영 해역의 설정을 다루지는 않는다. 계산 예시는 지침으로만 사용할 수 있으며, 개별 VTS 레이더 설치 지점에 대해 수행한 구체적 계산으로 보완하여야 한다. 시스템을 다른 파라미터, 즉 다른 전력 수준이나 다른 안테나 특성으로 구성하여 성능을 운영 필요에 맞게 최적화할 수 있다.

A.5.2. Minimum Detection Range · A.5.2 최소 탐지거리

Radars used for VTS typically have a blind range close to the radar station depending on the pulse characteristics, the waveguide length and processing. In addition, the minimum detection range depends on antenna height and antenna vertical beam "look down angle" as illustrated in Figure 4, and with corresponding figures per Table 4.

VTS용 레이더는 대개 펄스 특성, 도파관 길이 및 처리 방식에 따라 레이더 기지 가까이에 맹목 거리를 갖는다. 아울러 최소 탐지거리는 그림 4에 나타내고 표 4에 해당 수치를 제시한 바와 같이 안테나 높이와 안테나 수직 빔의 "하향각"에 따라 달라진다.

그림 4 안테나 높이와 하향각에 따른 최소 탐지거리 (Figure 4 Minimum detection range as a function of antenna height and lookdown angle): 안테나 높이 20·40·80·200 m에서 하향각 10°·20°·30°·40°일 때 빔이 해면에 닿는 거리(0~1200 m)를 직선으로 나타낸 도표.

As a rule of thumb, the lookdown angle can be determined as the -20 dB point on the vertical antenna patten. Inverse cosecant beam techniques are used to improve the minimum detection range.

Aa antenna tilt mechanism may only have a marginal influence on the minimum range, and it may have the negative effect of increasing sea clutter returns.

경험칙으로, 하향각은 수직 안테나 패턴의 -20 dB 지점으로 정할 수 있다. 최소 탐지거리를 개선하기 위해 역코시컨트 빔 기법을 사용한다.

안테나 틸트(기울임) 기구는 최소 거리에 미미한 영향만 줄 수 있으며, 해면 클러터 반사를 늘리는 부정적 효과가 있을 수 있다.

표 4 안테나 특성 및 안테나 높이에 따른 최소 거리 계산값 (Table 4 Calculated minimum range as a function of antenna characteristics and antenna hight), 해면 기준 거리 [m] (Ranges at sea level [metres])

하향각 [°] (look down angle)안테나 높이 [m] (Antenna height)
204080200
101132274541134
2055110220549
303569139346
40244895238

A.5.3. Radar Horizon · A.5.3 레이더 수평선

Figure 5 illustrates the basic geometry in target detection associated with antenna height above sea level (ASL) and the effect of the earth curvature, determined by the following formula:

Target Horizon = 2.2 × (htarget0.5 + hantenna0.5) [NM].

그림 5는 해발(ASL) 안테나 높이 및 지구 곡률의 영향과 관련된 물표 탐지의 기본 기하 구조를 나타내며, 다음 식으로 구한다.

물표 수평선(Target Horizon) = 2.2 × (htarget0.5 + hantenna0.5) [NM]

(htarget: 물표 높이[m], hantenna: 안테나 높이[m], 결과 단위: 해리)

그림 5 기하 구조·안테나 높이·물표 높이 (Figure 5 Geometry, antenna height and target height): 해발 안테나 높이(Antenna Height ASL)에 있는 레이더 안테나에서 곡면 해면(Sea surface)을 따라 해면 수평선(Surface horizon)과, 물표 높이(Target height)만큼 더 먼 물표 수평선(Target horizon)을 나타낸 도식.

Table 5 provides the radar Horizon for specific antenna heights and target heights corresponding to IALA targets type 1-7.

표 5는 특정 안테나 높이와, IALA 물표 유형 1~7에 해당하는 물표 높이에 대한 레이더 수평선을 제시한다.

표 5 레이더 수평선 계산 (Table 5 Calculation of radar horizon), 물표 거리 [해리] (Target range [Nautical Miles])

안테나 높이 [m] (Antenna Height)물표 높이 [m] (Target Height [metres])
123581218
2012.012.913.614.816.117.519.2
4016.117.017.718.820.121.523.2
8021.922.823.524.625.927.329.0
20033.334.234.936.037.338.740.4

In addition to the minimum range and radar horizon, the target detection range is highly dependent on several other factors, including target characteristics, weather (such as fog, sea state and rain) and atmospheric propagation conditions, calculated and expressed in statistical terms.

These factors may be used to calculate range coverage, taking several radar parameters, installation, and the environment into account. Formulas and calculations are provided as follows.

최소 거리와 레이더 수평선 외에도, 물표 탐지거리는 물표 특성, 기상(안개, 해상 상태, 강우 등), 대기 전파 조건 등 통계적으로 계산·표현되는 여러 다른 요인에 크게 좌우된다.

이 요인들은 여러 레이더 파라미터, 설치 조건 및 환경을 고려하여 거리 탐지범위를 계산하는 데 사용할 수 있다. 계산식과 계산 방법은 다음과 같다.

A.5.4. Analysis of Radar Detection Performance · A.5.4 레이더 탐지 성능 분석

The requirements for radar coverage and range detection performance can be determined by a combination of site inspections and radar system performance predictions, including:

  • evaluation of the effects from propagation conditions and obstructions in the on-site environment.
  • calculation of range detection performance focused on the smallest targets of interest in poor weather conditions (all applicable losses (atmospheric and system related) should be included in the calculations); and
  • evaluation of dynamic range requirements.

It will typically not be possible to cover all combinations of variables. Therefore, calculations are calculations are typically based on simplified models of the targets and the environment, based on statistical information with associated limitations and tolerances.

레이더 탐지범위와 거리 탐지 성능의 요건은 현장 점검과 레이더 시스템 성능 예측을 결합하여 정할 수 있으며, 여기에는 다음이 포함된다.

  • 현장 환경의 전파 조건과 장애물이 미치는 영향의 평가
  • 악기상 조건에서 가장 작은 관심 물표에 초점을 맞춘 거리 탐지 성능 계산(적용되는 모든 손실(대기 및 시스템 관련)을 계산에 포함하는 것이 바람직하다)
  • 동적 범위 요건의 평가

변수의 모든 조합을 다루는 것은 대개 불가능하다. 따라서 계산은 보통 물표와 환경을 단순화한 모델에 근거하며, 이 모델은 그에 따른 한계와 허용오차를 지닌 통계 정보에 기반한다.

Furthermore, in the design of radar systems it is very important not only to focus on maximum detection range but also on perceived radar image quality and target separation at all ranges, the ability to handle clutter, the ability to suppress interferences and the ability to simultaneously handle of small and large targets in the VTS area covered by radar.

Notes: The radar prediction models require full understanding of their applicability and limitations. The calculations should be performed by radar specialists using a suitable tool and radar formulas given in this document.

It should also be noted that radar performance predictions are indications and not guarantees of real-world performance. There are many variables and explicit or implicit assumptions within most known prediction tools and the results obtained can only cover approximations of target, radar, and environment behaviour.

Live testing during site acceptance may be included to evaluate the actual performance against expectations.

Warning: Cumulative Detection seen in some modelling tools can be very misleading for determination of VTS related radar detection performance.

또한 레이더 시스템 설계에서는 최대 탐지거리뿐 아니라, 레이더가 담당하는 VTS 구역 전체 거리에서의 체감 레이더 영상 품질과 물표 분리, 클러터 처리 능력, 간섭 억제 능력, 소형·대형 물표의 동시 처리 능력에도 초점을 맞추는 것이 매우 중요하다.

주: 레이더 예측 모델은 그 적용성과 한계를 완전히 이해해야 한다. 계산은 레이더 전문가가 적절한 도구와 이 문서에 제시한 레이더 공식을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.

레이더 성능 예측은 실제 성능의 지표일 뿐 보장이 아니라는 점에도 유의한다. 알려진 대부분의 예측 도구에는 많은 변수와 명시적·묵시적 가정이 들어 있으며, 얻은 결과는 물표, 레이더, 환경 거동의 근사치에 불과하다.

현장 인수 시 실측 시험을 포함하여 실제 성능을 기대치와 비교 평가할 수 있다.

경고: 일부 모델링 도구에 나오는 누적 탐지(Cumulative Detection)는 VTS 관련 레이더 탐지 성능을 판단하는 데 매우 오해를 줄 수 있다.

A.5.4.1. Symbols · A.5.4.1 기호

The following symbols are used in the document to represent mathematical quantities. SI units are used throughout.

이 문서에서는 수학적 양을 나타내기 위해 다음 기호를 사용한다. 전체적으로 SI 단위를 사용한다.

기호의미기호의미
Pt송신기 첨두 전력 (Transmitter peak power)φ입사각 (Incidence angle)
τ처프 지속시간 (Chirp duration)Ai간섭 항 (Interference term)
Lt송신기 손실 (Transmitter loss)Au풍상 항 (Upwind term)
Lr수신기 손실 (Receiver loss)Aw바람 항 (Wind term)
Lp처리 손실 (Processing loss)σ0HH표면 클러터 단면적 (Surface clutter cross-section)
λ파장 (Wavelength)η체적 클러터 단면적 (Volume clutter cross-section)
G안테나 이득 (Antenna gain)Pn수신 잡음 전력 (Received noise power)
kB볼츠만 상수 (Boltzmann constant)Psc표면 클러터로부터의 수신 전력 (Received power from surface clutter)
T수신기 온도 (Receiver temperature)Pvc체적 클러터로부터의 수신 전력 (Received power from volume clutter)
N수신기 잡음지수 (Receiver noise figure)x신호 대 (잡음+클러터) 비 (Signal to (noise + clutter) ratio)
σ레이더 반사면적 (Radar cross section)Nb비동기(incoherent) 적분 펄스 수 (Number of incoherently integrated pulses)
r경사 거리 (Slant range)Y정규화 탐지 임계값 (Normalized detection threshold)
Fp전파 계수 (Propagation factor)Pd탐지확률 (Probability of detection)
α감쇠 계수 (Attenuation factor)Pr물표로부터의 수신 전력 (Received power from target)
B처프 대역폭 (Chirp Bandwidth)rr강우율 [mm/h] (Rain rate)

A.5.4.2. Received Powers · A.5.4.2 수신 전력

A.5.4.2.1. Received power from the target · A.5.4.2.1 물표로부터의 수신 전력

The power received from a given target, for a pulse compression radar, is computed from the following

Pr = [Pt B τ Lt Lr Lp λ2 G2 / 4π] × [σ / ((4π)2 r4)] × |Fp4| e−2αr

And for a pulse radar, such as a magnetron-based radar, the power received is

Pr = [Pt Lt Lr Lp λ2 G2 / 4π] × [σ / ((4π)2 r4)] × |Fp4| e−2αr

펄스 압축 레이더에서 특정 물표로부터의 수신 전력은 다음 식으로 계산한다.

Pr = [Pt B τ Lt Lr Lp λ2 G2 / 4π] × [σ / ((4π)2 r4)] × |Fp4| e−2αr

마그네트론 기반 레이더 같은 펄스 레이더의 수신 전력은 다음과 같다.

Pr = [Pt Lt Lr Lp λ2 G2 / 4π] × [σ / ((4π)2 r4)] × |Fp4| e−2αr

(Bτ는 펄스 압축 이득(시간-대역폭 곱)에 해당한다. 기호는 A.5.4.1 표 참조.)

The antenna gain depends on the angle, considering that both a direct path and an indirect, reflected path exists between the transmitter antenna and target. The propagation factor (Fp) is a coherent addition of the phase terms in the direct path between target and antenna. The reflected path includes the reflectivity of the Earth surface.

For observations of targets over the sea, the reflection coefficient depends on the water salinity and sea state.

For target ranges exceeding the radar horizon, a linear transition is used from the optical to the diffraction region. The target return power will be a function of target altitude and slant range. The radar cross section is a function of the radar wavelength as described elsewhere in this document, refer to Table 1 and Table 2.

Figure 6 gives an example of received power versus range, X2 system, 20-metre antenna height, IALA type 4 target, Sea State 3 and 4 mm/hour uniform rain

송신 안테나와 물표 사이에는 직접 경로와 간접(반사) 경로가 모두 존재하므로 안테나 이득은 각도에 따라 달라진다. 전파 계수(Fp)는 물표와 안테나 사이 직접 경로의 위상 항을 코히어런트하게 더한 것이다. 반사 경로에는 지표면의 반사율이 포함된다.

해상 물표를 관측할 때 반사 계수는 해수 염분과 해상 상태에 따라 달라진다.

레이더 수평선을 넘는 물표 거리에 대해서는 광학 영역에서 회절 영역으로의 선형 전이를 사용한다. 물표 반사 전력은 물표 고도와 경사 거리의 함수가 된다. 레이더 반사면적은 이 문서의 다른 부분(표 1, 표 2 참조)에서 설명한 것처럼 레이더 파장의 함수이다.

그림 6은 X2 시스템, 안테나 높이 20 m, IALA 유형 4 물표, 해상 상태 3, 4 mm/시간 균일 강우 조건에서 거리에 따른 수신 전력의 예를 보여 준다.

그림 6 거리에 따른 수신 전력 예시 (Figure 6 Example of received power versus range): 0~24해리 거리에 대해 물표(Target), 잡음(Noise), 표면 클러터(Surface Clutter), 강우(Rain)의 수신 전력(dBm)을 나타낸 그래프. 물표 전력은 약 12해리 부근에서 잡음 수준 아래로 떨어진다.

A.5.4.2.2. Received power from sea clutter · A.5.4.2.2 해면 클러터로부터의 수신 전력

The power received from surface clutter is computed using the de-facto industry standard model of sea clutter from Georgia Institute of Technology (GIT) [13]. Based on the size of the illuminated area and wind speeds, the total received power from sea clutter is calculated using a radar equation similar to that of the target. The model uses a surface clutter cross section (in m² / m²) of

σ0HH = 10log[3.9 · 10−6 λ φ0.4 Ai Au Aw] [1-10 GHz] (S and X-band)

σ0HH = 10log[5.78 · 10−6 λ φ0.547 Ai Au Aw] [10-100 GHz] (Ku-band)

표면 클러터로부터의 수신 전력은 사실상 업계 표준인 조지아 공과대학교(GIT)의 해면 클러터 모델 [13]을 사용하여 계산한다. 조사 면적의 크기와 풍속에 근거하여, 물표와 유사한 레이더 방정식으로 해면 클러터로부터의 총 수신 전력을 계산한다. 이 모델은 다음과 같은 표면 클러터 단면적(m²/m²)을 사용한다.

σ0HH = 10log[3.9 · 10−6 λ φ0.4 Ai Au Aw] [1~10 GHz] (S 및 X밴드)

σ0HH = 10log[5.78 · 10−6 λ φ0.547 Ai Au Aw] [10~100 GHz] (Ku밴드)

The illuminated area depends on the antenna beam width and the duration of the pulse (for pulse compression radars it is the duration of the compressed pulse). The exact shape of the Interference term, Upwind term and Wind terms are different in the two frequency ranges.

Note: The models described here have been derived for pulse radars and may be less representative for modern pulse compression radars with the ability to resolve individual sea clutter spikes.

조사 면적은 안테나 빔폭과 펄스 지속시간(펄스 압축 레이더의 경우 압축된 펄스의 지속시간)에 따라 달라진다. 간섭 항, 풍상 항, 바람 항의 정확한 형태는 두 주파수 범위에서 서로 다르다.

주: 여기 설명한 모델은 펄스 레이더를 대상으로 도출된 것이어서, 개별 해면 클러터 스파이크를 분해할 수 있는 현대 펄스 압축 레이더에는 대표성이 떨어질 수 있다.

※ 원문은 GIT 해면 클러터 모델의 출처로 [13]을 들고 있으나, 참고문헌 목록의 [13]은 증발 덕트에 관한 Reilly·Dockery 논문이다. 원문 표기를 그대로 옮겼다.

A.5.4.2.3. Received power from land clutter · A.5.4.2.3 육지 클러터로부터의 수신 전력

The power received from land clutter is computed using the constant-gamma model of [16] and the illuminated area. The total received power from land clutter is calculated using a radar equation similar to that of the target and a surface clutter cross section (in m² / m²) of

σ0HH = γ sin (φ)

육지 클러터로부터의 수신 전력은 [16]의 상수 감마(constant-gamma) 모델과 조사 면적을 사용하여 계산한다. 육지 클러터로부터의 총 수신 전력은 물표와 유사한 레이더 방정식과 다음 표면 클러터 단면적(m²/m²)을 사용하여 계산한다.

σ0HH = γ sin (φ)

A.5.4.2.4. Received power from volume clutter · A.5.4.2.4 체적 클러터로부터의 수신 전력

The power received from volume clutter (rain) is computed from the radar equation and the illuminated volume based on the antenna beam width in azimuthal and elevation plane. The radar cross section of rain is taken from [12], Chapter 19. The clutter is modelled as stratiform rain resulting in a volume clutter cross section (in m² / m³) of

η = (π5 / λ4) · 1.86 · 10−14 · rr1.6

Valid from S-band to Ku-band. The power received depends on the clutter cross section and the illuminated column of rain, the size of which is given by the antenna beam width and height of the rain cloud ceiling.

체적 클러터(강우)로부터의 수신 전력은 레이더 방정식과, 방위면 및 고각면의 안테나 빔폭에 근거한 조사 체적으로 계산한다. 비의 레이더 반사면적은 [12] 제19장에서 가져온다. 클러터는 층운형 강우로 모델링하며, 그 결과 체적 클러터 단면적(m²/m³)은 다음과 같다.

η = (π5 / λ4) · 1.86 · 10−14 · rr1.6

이 식은 S밴드부터 Ku밴드까지 유효하다. 수신 전력은 클러터 단면적과 조사되는 강우 기둥에 따라 달라지며, 그 크기는 안테나 빔폭과 비구름 운저 높이로 정해진다.

A.5.4.2.5. Thermal noise · A.5.4.2.5 열잡음

The thermal noise contribution in the received power is given by the simple thermal noise term:

Pn = kB T B N

수신 전력에서 열잡음 기여분은 다음의 단순 열잡음 항으로 주어진다.

Pn = kB T B N

A.5.4.3. Attenuation · A.5.4.3 감쇠

The radar signals are attenuated by the atmospheric air and any potential water in the shape of droplets.

Many highly detailed studies of attenuation exist, and the exact values of attenuation for both atmosphere and rain must be read of from a curve or table such as those given in [12]. In particular, the atmospheric attenuation does not have a simple dependence on wavelength due to molecular absorption bands in the Ku band.

Approximate 2-way values for VTS-radar relevant frequencies are given in Table 6 below.

레이더 신호는 대기와, 물방울 형태로 존재할 수 있는 수분에 의해 감쇠된다.

감쇠에 관해서는 매우 상세한 연구가 많이 있으며, 대기와 강우의 정확한 감쇠 값은 [12]에 제시된 것과 같은 곡선이나 표에서 읽어야 한다. 특히 대기 감쇠는 Ku밴드의 분자 흡수 대역 때문에 파장에 단순 의존하지 않는다.

VTS 레이더 관련 주파수에 대한 왕복(2-way) 근사값을 아래 표 6에 제시한다.

표 6 레이더 주파수별 대기 감쇠 (Table 6 Atmospheric attenuation for various radar frequencies), 단위: dB/km

주파수 [GHz] (Frequency)대기 손실 (Atmospheric loss)짙은 안개 손실, 시정 50 m (Dense Fog loss, 50m visibility)강우율 1 mm/h 손실강우율 2 mm/h 손실강우율 4 mm/h 손실강우율 10 mm/h 손실강우율 20 mm/h 손실
3 (S)0.0160.0070.0010.0010.0030.0070.015
9.5 (X)0.0320.0800.0130.0310.0450.2480.606
14 (Ku)0.0380.1810,0560.1240.2760.7931.762
17 (Ku)0.1200.2400.0950.2050.4401.2102.598

※ 14 GHz 강우율 1 mm/h 값은 원문에 "0,056"(쉼표)으로 표기되어 있어 그대로 두었다(0.056으로 읽힌다).

A.5.4.4. Evaporation Ducting · A.5.4.4 증발 덕팅

Ducting can severely affect radar range in clear conditions as described in annex A, Section A.10. The effect of evaporation ducting is to reduce the loss in the diffraction region. A very simplified ducting model consists of the Naval Research and Development evaporation duct model where a fit to a waveguide solution is used to model the diffraction loss. All ranges and heights are scaled to an X-band solution. The dimensionless range scale factor is

R = ∛(f/9600)

And the dimensionless height scale factor is

Z = ∛((f/9600)2)

덕팅은 부속서 A의 A.10절에서 설명한 것처럼 맑은 조건에서 레이더 거리에 심각한 영향을 줄 수 있다. 증발 덕팅의 효과는 회절 영역의 손실을 줄이는 것이다. 매우 단순화한 덕팅 모델로는 미 해군 연구개발(Naval Research and Development) 증발 덕트 모델이 있으며, 여기서는 도파관 해에 대한 근사 적합(fit)으로 회절 손실을 모델링한다. 모든 거리와 높이는 X밴드 해로 환산한다. 무차원 거리 환산 계수는 다음과 같다.

R = ∛(f/9600)

무차원 높이 환산 계수는 다음과 같다.

Z = ∛((f/9600)2)

(f: 주파수. 9600은 X밴드 기준 주파수 9600 MHz로 보인다. 원문은 단위를 명시하지 않았다.)

The fitted solution allows the modelling of ducts up to a scaled height of 23.3 metres. For scaled duct heights less than 10.25 metres, the height gain function in the diffraction region is

F(z) = C1zC2 + C3zC4 + C5

Where z is the scaled transmitter / target height. The coefficients C1 to C5 have a complicated form dependent on the scaled duct height. For well trapped modes with scaled heights between 10.25 and 23.3 metres, the height gain function is

F(z) = C1 ln(sin(C1zC2)) + C4,   1 < z < zmax
F(z) = C5zC6 + C7,   z > zmax

The maximum scaled altitude of the first solution is dependent on the duct height. The various numeric constants in the waveguide fit model have complicated forms and require specialized simulation tools.

The effects of other than evaporation ducting phenomena will also require specialized simulation tools.

이 적합 해로 환산 높이 23.3 m까지의 덕트를 모델링할 수 있다. 환산 덕트 높이가 10.25 m 미만이면 회절 영역의 높이 이득 함수는 다음과 같다.

F(z) = C1zC2 + C3zC4 + C5

여기서 z는 환산된 송신기·물표 높이이다. 계수 C1~C5는 환산 덕트 높이에 따라 달라지는 복잡한 형태를 갖는다. 환산 높이가 10.25 m에서 23.3 m 사이인, 잘 포획된(well trapped) 모드의 높이 이득 함수는 다음과 같다.

F(z) = C1 ln(sin(C1zC2)) + C4,   1 < z < zmax
F(z) = C5zC6 + C7,   z > zmax

첫 번째 해의 최대 환산 고도는 덕트 높이에 따라 달라진다. 도파관 적합 모델의 여러 수치 상수는 복잡한 형태를 가지므로 전문 시뮬레이션 도구가 필요하다.

증발 덕팅 이외의 현상이 미치는 영향도 전문 시뮬레이션 도구가 필요하다.

※ 둘째 식의 첫 줄에 C1이 두 번(앞 계수와 sin 안) 쓰인 것과 C3이 빠진 것은 원문 그대로이다. 원문의 오기일 가능성이 있다.

A.5.4.5. Detection Probability · A.5.4.5 탐지확률

From the computed power terms, the final ratio of signal to noise and clutter at a given target position (slant range and altitude) is

x = Pr / (Pn + Psc + Pvc)

This is converted to a probability of detection using the statistical models first developed by Swerling [14]. The choice of Swerling case depends on the target geometry as well as the decorrelation from sweep to sweep.

계산한 전력 항들로부터, 특정 물표 위치(경사 거리와 고도)에서 신호 대 잡음·클러터의 최종 비는 다음과 같다.

x = Pr / (Pn + Psc + Pvc)

이 값은 스월링(Swerling)이 처음 개발한 통계 모델 [14]을 사용하여 탐지확률로 변환한다. 스월링 사례의 선택은 물표의 기하 형상과 소인(sweep) 간 비상관화(decorrelation)에 따라 달라진다.

Large complex targets such as ships are classically modelled as Swerling case 1 targets with a large number of reflectors and small variation from sweep to sweep, with only variation from scan to scan. A complex target with fast variation is represented by Swerling case 2. Small point targets (missiles etc) are modelled as Swerling case 3 targets, with a single dominant reflector and little variation from sweep to sweep.

However, using modern radars with multiple frequencies, each frequency hitting the target more than once, leads to a partial decorrelation over the sweeps hitting the target. Swerling case 3 can be used as an approximation for complex surface targets when multiple carrier frequencies are used by the radar, since the curve for Pd versus signal-to-noise for Swerling case 3 lies between Swerling cases 1 (perfect correlation, many roughly identical scatterers) and 2 (perfect decorrelation, many roughly identical scatterers) For single frequency radars, complex surface targets are represented by Swerling case 1.

선박 같은 대형 복합 물표는 전통적으로 스월링 사례 1 물표로 모델링한다. 반사체 수가 많고 소인 간 변동은 작으며, 스캔 간에만 변동한다. 변동이 빠른 복합 물표는 스월링 사례 2로 나타낸다. 소형 점 물표(미사일 등)는 지배적 반사체가 하나이고 소인 간 변동이 작은 스월링 사례 3 물표로 모델링한다.

그러나 여러 주파수를 쓰는 현대 레이더에서는 각 주파수가 물표를 두 번 이상 비추므로, 물표를 비추는 소인들 사이에 부분적인 비상관화가 일어난다. 스월링 사례 3의 Pd 대 신호 대 잡음비 곡선은 스월링 사례 1(완전 상관, 거의 같은 산란체 다수)과 사례 2(완전 비상관, 거의 같은 산란체 다수) 사이에 있으므로, 레이더가 여러 반송파 주파수를 사용하는 경우 복합 수상 물표의 근사로 스월링 사례 3을 사용할 수 있다. 단일 주파수 레이더에서는 복합 수상 물표를 스월링 사례 1로 나타낸다.

표 7 스월링 사례 (Table 7 Swerling Cases)

물표 유형 (Target type)단일 반송파 주파수 레이더(마그네트론 등) (Single carrier frequency radar (magnetron or similar))다중 반송파 주파수 레이더 (Multiple carrier frequency radar)
대형 복합 물표(대형 선박, 항공기 등) (Large complex targets (larger ships, aircraft etc))스월링 사례 1 (Swerling case 1)스월링 사례 1과 2의 평균(스월링 사례 3으로 나타냄) (Average between Swerling case 1 and 2 (represented by Swerling case 3))
소형 점 물표(부표) (Small point targets (buoy))스월링 사례 3 (Swerling case 3)스월링 사례 3 (Swerling case 3)

A false alarm rate is specified, and the false alarm rate and number of incoherently integrated pulses determine the detection threshold from

Pfa = 1 − Γ(NB, Y)

After determining the detection threshold, an intermediate term, c, is first defined as

c = 1 / (1 + (NB x)/2)

The probability of detection can subsequently be calculated as

Pd = 1 − Γ(NB − 1, Y) + c · [YNB−1 / (NB − 2)!] · e−Y + [e−cY / (1 − c)NB−2] · (1 − c(NB − 2)/(1 − c) + cY) · Γ(NB − 1, Y(1 − c))

This is the final output of the model, providing a probability of detection for given target, antenna, and weather conditions.

오경보율을 정하면, 오경보율과 비동기 적분 펄스 수로 다음 식에서 탐지 임계값이 결정된다.

Pfa = 1 − Γ(NB, Y)

탐지 임계값을 정한 뒤, 먼저 중간 항 c를 다음과 같이 정의한다.

c = 1 / (1 + (NB x)/2)

이어서 탐지확률을 다음과 같이 계산할 수 있다.

Pd = 1 − Γ(NB − 1, Y) + c · [YNB−1 / (NB − 2)!] · e−Y + [e−cY / (1 − c)NB−2] · (1 − c(NB − 2)/(1 − c) + cY) · Γ(NB − 1, Y(1 − c))

이것이 모델의 최종 출력으로, 주어진 물표, 안테나 및 기상 조건에 대한 탐지확률을 제공한다.

(Γ(·,·)는 불완전 감마 함수, NB는 비동기 적분 펄스 수(기호표의 Nb), Y는 정규화 탐지 임계값이다. 식의 형태는 스월링 사례 3에 해당하는 표준 식으로 보인다.)

The example given in Figure 7 illustrates calculated range for an IALA type 4 target in Sea State 3 and clear conditions assuming 20, 40, 80 and 200-metre antenna height, respectively.

그림 7의 예는 해상 상태 3, 맑은 조건에서 안테나 높이를 각각 20, 40, 80, 200 m로 가정했을 때 IALA 유형 4 물표에 대해 계산한 거리를 보여 준다.

그림 7 탐지확률 (Figure 7 Probability of detection): 안테나 높이 20·40·80·200 m별로 거리에 따른 IALA 유형 4 물표의 탐지확률 곡선을 나타낸 그래프.

A.5.4.6. Calculation Examples, Comparison of Technologies · A.5.4.6 계산 예시 및 기술 비교

A.5.4.6.1. Range performance · A.5.4.6.1 거리 성능

The radar technologies available for VTS have all their strength and weaknesses, especially depending on weather, range and antenna height. The examples are intended as a simplified guideline to what is possible and what should be avoided in specific situations.

Table 8 reflects simplified coverage calculations for the system types defined per Table 3, all set up for 24 nautical mile coverage and various weather conditions. Targets are modelled as a vertical line to minimize the effect from lobing on the calculations.

VTS에 쓸 수 있는 레이더 기술은 모두 장단점이 있으며, 특히 기상, 거리, 안테나 높이에 따라 달라진다. 예시는 특정 상황에서 무엇이 가능하고 무엇을 피해야 하는지에 대한 단순화된 지침으로 제시한 것이다.

표 8은 표 3에서 정의한 시스템 유형에 대해, 모두 24해리 탐지범위로 설정하고 여러 기상 조건을 적용한 단순화된 탐지범위 계산 결과를 보여 준다. 계산에서 로빙의 영향을 최소화하기 위해 물표는 수직선으로 모델링하였다.

표 8 레이더 유형 및 기상 상황별 성능 예시 (Table 8 Example of performance across various radar types and weather situations). IALA G111-3에 따른 레이더 성능 계산(Radar Performance Calculation per IALA G111-3). 레이더 방식: 펄스 압축, 압축 펄스 길이 50 nS, 안테나 해발 높이 40 m, 계기 거리(Instrumented Range) 24 NM. 해상 상태 3(SS3)에서의 물표 탐지거리.

레이더 유형IALA 1 (레이더 반사기 없는 항로표지, 소형 무갑판 보트)IALA 2 (연안 어선 등)IALA 3 (레이더 반사기를 갖춘 항로표지)IALA 4 (소형 금속 선박 등)
맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h
S1이 주파수에서 물표 RCS <<1 m²는 신뢰할 수 있는 탐지가 어려울 수 있음 (Target RCS <<1 m2 at this frequency may not allow for reliable detection)4.3 NM4.2 NM4.2 NM4.2 NM4.1 NM5.9 NM5.9 NM5.9 NM5.9 NM5.8 NM9.0 NM8.9 NM8.9 NM8.9 NM8.8 NM
S2(S1과 같음)6.7 NM6.4 NM6.3 NM6.2 NM5.8 NM8.7 NM8.5 NM8.4 NM8.3 NM8.1 NM12.1 NM12 NM11. 7 NM11. 7 NM11.5 NM
X14.1 NM4.1 NM3.9 NM2.9 NM< 1 NM6.1 NM6.2 Nm5.9 NM5.4 NM2 NM8.2 NM8.1 NM7.8 NM7.2 NM3 NM11.9 NM11.4 NM11 NM10.4 NM8.8 NM
X26.8 NM6.3 NM5,6 NM4,5 NM3,5 NM9.5 NM8.9 NM8.5 NM7.7 NM6.6 NM12.1 NM10.8 NM10.5 NM9.8 NM8.7 NM14.9 NM13.7 NM14.4 NM12,8 NM11,6 NM
X310.0 NM8.6 NM6.7 NM5.3 NM4.3 NM13.5 NM11.2 NM10.0 NM8.8 NM7.7 NM16.5 NM13.0 NM12.2 NM11.2 NM10.2 NM21.9 NM15.8 NM15.2 NM14.3 NM13.3 NM
Ku15.0 NM5.0 NM4.1 NM< 1 NM< 1 NM7.8 NM7.7 NM6.6 NM2.9 NM< 1 NM10.0 NM9.6 NM8.3 NM4.3 NM3.9 NM15.3 NM12.8 NM11.6 NM6.6 NM5.9 NM
Ku29.9 NM8.3 NM6.3 NM4.4 NM< 1 NM14.9 NM11.0 NM9.8 NM8.2 NM2.9 NM18.8 NM12.7 NM11.6 NM10.1 NM4.4 NM24.0 NM15.3 NM14.3 NM12.7 NM6.8 NM

※ 표 제목의 "G111-3"은 원문 그대로이다(G1111-3의 오기로 보인다). "11. 7 NM", "6.2 Nm", "5,6 NM" 등 원문 표기를 그대로 두었다.

The calculations are simplified and indicative of typical achievable performance. Targets are modelled as point targets and calculations use equivalent pulse power and compressed pulse width as specified per Table 9.

계산은 단순화한 것으로 대표적인 달성 가능 성능을 나타낸다. 물표는 점 물표로 모델링하였고, 계산에는 표 9에 명시한 등가 펄스 전력과 압축 펄스 폭을 사용하였다.

※ 원문은 "Table 9"로 되어 있으나, 등가 펄스 전력과 압축 펄스 폭이 명시된 표는 표 3이다.

표 9 레이더 유형별 성능 예시, 장거리 (Table 9 Example of performance across various radar types, longer range). 레이더 방식: 펄스 압축, 압축 펄스 길이 50 nS, 안테나 해발 높이 200 m, 계기 거리 48 NM. 해상 상태 3에서의 물표 탐지거리.

레이더 유형IALA 1 (레이더 반사기 없는 항로표지, 소형 무갑판 보트)IALA 2 (연안 어선 등)IALA 3 (레이더 반사기를 갖춘 항로표지)IALA 4 (소형 금속 선박 등)
맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h맑음+7 m 덕트맑음강우 4 mm/h강우 10 mm/h강우 20 mm/h
S1이 주파수에서 물표 RCS <<1 m²는 어떤 해상 상태에서도 신뢰할 수 있는 탐지가 어려울 수 있음 (Target RCS <<1 m2 at this frequency may not allow for reliable detection at any sea state)4.9 NM4.9 NM4.8 NM4.7 NM4.3 NM7.7 NM7.7 NM7.7 NM7.6 NM7.5 NM14.1 NM14.1 NM14.1 NM14 NM13.9 NM
S2(S1과 같음)10.9 NM10.9 NM10.8 NM10.7 NM10.5 NM15 NM15 NM15 NM14.9 NM14.7 NM21.7 NM21.7 NM21.6 NM21.5 NM21.5 NM
X1해상 상태 3 이상에서는 모든 거리에서 탐지 불량 (Poor detection at all ranges at sea state 3 or higher)2.6 NM2.6 NM2 NMNIL< 1 NM4.1 NM4.1 NM3.7 NM2.6 NM1.3 NM8.9 NM8.9 NM8.1 NM6.8 NM5.1 NM
X23.6 NM3.6 NM1.7 NM< 1 NM< 1 NM8 NM8 NM5.3 NM2.1 NM< 1 NM12.5 NM12.5 NM11.3 NM7.3 NM2.6 NM24.8 NM24.8 NM21.4 NM16,6 NM8.5 NM
X313,6 NM11.5 NM10.8 NM< 1 NM< 1 NM20.6 NM20.6 NM18.7 NM4 NM< 1 NM23.9 NM23.9 NM22.7 NM19.1 NM7.3 NM28.1 NM28.1 NM26.3 NM25.7 NM17.3 NM
Ku1< 1 NM< 1 NM< 1 NM< 1 NM< 1 NM1.7 NM1.7 NM1.4 NM< 1 NM< 1 NM6.9 NM6.9 NM1.6 NM1.4 NM< 1 NM3.5 NM3.5 NM3 NM2.6 NM2.1 NM
Ku28.3 NM8.3 NM< 1 NM< 1 NM< 1 NM13.2 NM13.2 NM5.3 NM< 1 NM< 1 NM21.9 NM21.9 NM10.8 NM3.7 NM< 1 NM28.6 NM28.6 NM20 NM11.3 NM6.6 NM

Note that 20 MM/h uniform rain is rare over such long distances (48 NM) and evaporation ducting has lite influence when the antenna is high elevated. The values in those fields are therefore greyed.

이처럼 먼 거리(48 NM)에 걸쳐 20 mm/h의 균일 강우가 내리는 경우는 드물고, 안테나가 높이 설치된 경우 증발 덕팅의 영향은 작다는 점에 유의한다. 따라서 원문 표에서 해당 칸(맑음+7 m 덕트, 강우 20 mm/h)의 값은 회색으로 표시되어 있다.

A.5.4.6.2. Circular versus linear polarization · A.5.4.6.2 원형 편파와 선형 편파

The utilization of Circular polarizations has traditionally been done to improve performance in rain; however, it also reduces the ability to detect small non-metallic targets and some types of reflectors. Furthermore, modern pulse compression radars and narrow beamwidth antennas reduces the sensitivity to rain

Table 10 reflects calculations of various combinations. The Pulse radar is set up with a pulse length of 0,5 uS in the examples. 10 mm/h uniform distributed rain was assumed as more dense widespread rain is rare.

원형 편파는 전통적으로 강우 시 성능을 높이기 위해 사용해 왔으나, 소형 비금속 물표와 일부 유형의 반사기를 탐지하는 능력도 떨어뜨린다. 더욱이 현대 펄스 압축 레이더와 좁은 빔폭 안테나는 강우에 대한 민감도를 줄여 준다.

표 10은 여러 조합의 계산 결과를 보여 준다. 예시에서 펄스 레이더는 펄스 길이 0.5 µs로 설정하였다. 그보다 강한 광역 강우는 드물기 때문에 10 mm/h의 균일 분포 강우를 가정하였다.

표 10 수평 편파와 원형 편파 비교 (Table 10 Comparison between Horizontal and Circular polarization). 레이더 유형 X2, 안테나 해발 높이 40 m. 강수와 편파 조합별 탐지확률 기준 거리, 계기 거리 24해리, 전파 조건: 강우 10 mm/h, 해상 상태 3.

레이더 방식 / 편파 (Radar type / Polarization)X2 펄스 압축 / 수평X2 펄스 압축 / 원형X2 펄스(마그네트론) / 수평X2 펄스(마그네트론) / 원형
IALA 1: 레이더 반사기가 없는 항로표지, 유리섬유·목재·고무 재질 소형 무갑판 보트4,5 NM이 유형의 물표는 원형 편파 레이더에서 반사가 나오지 않을 수 있음< 1 NM이 유형의 물표는 원형 편파 레이더에서 반사가 나오지 않을 수 있음
IALA 2: 연안 어선 등7.7 NM7.4 NM4.7 NM8.0 NM
IALA 3: 레이더 반사기를 갖춘 항로표지9.8 NM9.1 NM8.5 NM10.1 NM
IALA 4: 소형 금속 선박 등12.8 NM12.0 NM12.5 NM13.0 NM
IALA 5: 소형 연안선 등15.4 NM12.8 NM15.7 NM15.7 NM
IALA 6: 대형 연안선 등18.1 NM17.4 NM18.6 NM19.0 NM
IALA 7: 대형 연안선, 산적화물선 및 일반화물선 (Large coasters, bulk carriers, and cargo ships)20.9 NM20.2 NM21.7 NM21.2 NM

※ 표 10의 IALA 7 행 설명은 원문에 "Large coasters, bulk carriers, and cargo ships"로 되어 있어 표 1의 유형 6 설명과 같다(표 1의 유형 7은 컨테이너선 및 유조선). 원문 그대로 옮겼다.

A.6. Target Separation · A.6 물표 분리

The ability to separate two small point targets in range and angle (azimuth) is illustrated by Figure 3, where the range separation is, for traditional magnetron radars, linked to the transmitted pulse length and linked to the compressed pulse length for the pulse compression (solid-state) radars.

The angular separation is given by the antenna characteristics and the angular separation performance is generally broader over distance

The range separation performance is given by the transmitter and receiver characteristics and is generally equal over distance.

An increase in frequency will improve the angular target separation and increase gain for antennas with the same physical size and thereby increase range detection performance, but it also increases susceptibility to rain. However, pulse compression radars are less sensitive to this than pulse radars.

두 개의 소형 점 물표를 거리와 각도(방위)로 분리하는 능력은 그림 3에 나타나 있다. 거리 분리는 전통적인 마그네트론 레이더에서는 송신 펄스 길이와, 펄스 압축(반도체) 레이더에서는 압축된 펄스 길이와 연관된다.

방위 분리는 안테나 특성으로 정해지며, 방위 분리 성능(거리 단위 간격)은 일반적으로 거리가 멀어질수록 넓어진다.

거리 분리 성능은 송신기와 수신기 특성으로 정해지며, 일반적으로 거리와 관계없이 같다.

주파수를 높이면 같은 물리적 크기의 안테나에서 방위 물표 분리가 개선되고 이득이 커져 거리 탐지 성능이 높아지지만, 강우에 대한 취약성도 커진다. 다만 펄스 압축 레이더는 펄스 레이더보다 이에 덜 민감하다.

A.6.1. Angular Separation · A.6.1 방위 분리

Figure 8 shows an example of returns from two identical targets using an antenna with 0.45° -3dB beamwidth and separated by 0.8°. The echoes of T1 and T2 are added, which in average, is illustrated by the red. However, the separation will also be dependent on integration processes and the phase of the signals received, and the resulting separation can vary between the dotted and the dashed lines in the figure.

To calculate the resulting angular separation, the antenna beamwidth and sampling interval must also be considered where the sample interval as a rule of thumb can be added, i.e., 0.08° should be added if the azimuth is sampled every 360°/4096.

그림 8은 -3 dB 빔폭 0.45°인 안테나로 0.8° 떨어진 동일한 두 물표를 관측했을 때의 반사 예를 보여 준다. T1과 T2의 반향이 더해지며, 그 평균을 적색으로 나타냈다. 그러나 분리는 적분 과정과 수신 신호의 위상에도 좌우되므로, 결과적인 분리는 그림의 점선과 파선 사이에서 달라질 수 있다.

결과적인 방위 분리를 계산하려면 안테나 빔폭과 샘플링 간격도 고려하여야 하며, 경험칙으로 샘플 간격을 더하면 된다. 즉 방위를 360°/4096마다 샘플링한다면 0.08°를 더하는 것이 바람직하다.

그림 8 0.6°와 1.4° 각도에 놓인 동일한 두 물표의 반사 예시 (Figure 8 Example of Return from two identical targets placed at the 0.6° and 1.4° angles): 물표 1, 물표 2, 평균 반사(적색 실선), 최악(동위상, 파선), 최선(역위상, 점선)의 반사 신호[dB]를 각도[°]에 대해 나타낸 그래프. 두 물표 간격 0.8°.

In the worst-case angular separation for point targets are:

  • Approximately 1.75 times the – 3 dB antenna beam width + 1 resolution cell to achieve 6 dB separation.
  • Approximately 2.5 times the – 3 dB antenna beam width + 1 resolution cell to achieve 20 dB separation.

The first will typically be sufficient for visual discrimination of targets and the later should be sufficient for visual separation of targets.

점 물표에 대한 최악 조건의 방위 분리는 다음과 같다.

  • 6 dB 분리를 얻으려면 -3 dB 안테나 빔폭의 약 1.75배 + 분해능 셀 1개
  • 20 dB 분리를 얻으려면 -3 dB 안테나 빔폭의 약 2.5배 + 분해능 셀 1개

전자는 대개 물표를 시각적으로 판별하기에 충분하며, 후자는 물표를 시각적으로 분리하기에 충분할 것이다.

표 11 시스템 유형 및 거리에 따른 대표적 방위 분리 (Table 11 Typical azimuth separation as a function of system type and range). 360°당 방위 인코더 샘플 수: 4096 (# of Azimuth encoder samples per 360°: 4096)

시스템 유형 (System type)S1S2X1X2X3Ku1Ku2
안테나 수평 빔폭 [°] @ -3 dB (Antenna Horizontal Beamwidth)2.001.250.600.450.360.500.30
분리 기준@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB@-6dB@-20dB
방위 분리 [°], 샘플링 부정확도 제외 (Angular Separation, excl sampling inaccuracies)3.505.002.193.131.051.500.791.130.630.900.881.250.530.75
거리별 방위 분리 [m], 샘플링 부정확도 포함: 1 NM1161647410437512839233231432027
6 NM695985441623221308170235139192187259119162
12 NM139119718821246441616340470278383373519238325
24 NM278239421765249188312326799415577667471038475650
48 NM5563788435294982176524631358188211141533149420769511300

A.6.2. Range Separation · A.6.2 거리 분리

Figure 9 illustrates an example of returns from two targets separated in range and the sum (power) of the two. The range separation is determined by the frequency of range samples and the bandwidth. The echoes of T1 and T2 are added, which in average, is illustrated by the red. However, the separation will also be dependent on integration processes, and the phase of the signals received, and the resulting separation can vary between the dotted and the dashed lines in the figure.

To calculate the range separation, the effective bandwidth and sampling interval must be considered, where the worst-case range separation for point targets are:

  • Approximately 2 times the – 3dB pulse width + 1 resolution sample to achieve 6 dB displayed separation.
  • Approximately 3 times the – 3dB pulse beam width + 1 resolution sample to achieve 20 dB displayed separation.

그림 9는 거리 방향으로 떨어진 두 물표의 반사와 그 합(전력)의 예를 보여 준다. 거리 분리는 거리 샘플의 주파수와 대역폭으로 정해진다. T1과 T2의 반향이 더해지며, 그 평균을 적색으로 나타냈다. 그러나 분리는 적분 과정과 수신 신호의 위상에도 좌우되므로, 결과적인 분리는 그림의 점선과 파선 사이에서 달라질 수 있다.

거리 분리를 계산하려면 유효 대역폭과 샘플링 간격을 고려하여야 하며, 점 물표에 대한 최악 조건의 거리 분리는 다음과 같다.

  • 표시상 6 dB 분리를 얻으려면 -3 dB 펄스 폭의 약 2배 + 분해능 샘플 1개
  • 표시상 20 dB 분리를 얻으려면 -3 dB 펄스 폭의 약 3배 + 분해능 샘플 1개

※ 둘째 항목의 원문 "pulse beam width"는 "pulse width"의 오기로 보아 펄스 폭으로 옮겼다.

그림 9 거리 식별 (Figure 9 Range discrimination): 거리 방향으로 떨어진 두 물표(T1, T2)의 반사와 그 합(평균, 최악·최선 위상)을 나타낸 그래프.

The sampling resolution cell size should be added to obtain a figure for the achieved range separation, i.e., 3 metres in the case of 50 MHz sampling rate.

I.e., this will, for a 50 nS effective pulse width (7,5 m) and 50 MHz sampling rate, result in range separation of:

  • 18 m at the -6 dB points
  • 24 m, at -20 dB points

Note that for larger targets and for separation of dissimilar sized targets, the definition of separation is highly dependent on physical size, aspect angles, and other radar characteristics.

달성된 거리 분리 수치를 얻으려면 샘플링 분해능 셀 크기를 더하는 것이 바람직하며, 예컨대 샘플링 속도 50 MHz이면 3 m이다.

즉 유효 펄스 폭 50 nS(7.5 m), 샘플링 속도 50 MHz이면 거리 분리는 다음과 같다.

  • -6 dB 지점에서 18 m
  • -20 dB 지점에서 24 m

대형 물표나 크기가 서로 다른 물표의 분리에서는 분리의 정의가 물리적 크기, 자세각 및 그 밖의 레이더 특성에 크게 좌우된다는 점에 유의한다.

A.7. Target Positional Accuracy · A.7 물표 위치 정확도

The "accuracy" is characterized in accordance with ISO 5725-1 by two parameters; trueness (systematic error) and precision (random error), which are illustrated in Figure 10.

"정확도"는 ISO 5725-1에 따라 진도(trueness, 계통 오차)와 정밀도(precision, 우연 오차)라는 두 파라미터로 특성화하며, 이는 그림 10에 나타나 있다.

그림 10 진도와 정밀도의 정의 (Figure 10 Definition of trueness and precision): 동심원 표적 위에 측정 표본을 찍고, 중심에서 표본 평균까지의 거리를 진도(Trueness, 적색 화살표), 표준편차 원의 반경을 정밀도(Precision, 청색 화살표)로 나타낸 도식.

The "overall accuracy" is the average deviation between sets of single measurements and the corresponding set of reference values. Overall accuracy thus equals the definition of trueness provided that enough measurements are averaged.

The overall RMS accuracy is calculated by:

AccuracyRMS = √(Trueness2 + Precision2)

The impact of the antenna height on the measuring accuracy (slant range vs plan range) is additional.

Typical requirements for VTS are listed in Table 12. Values are valid for stable tracks on uniformly moving, small point targets.

"전체 정확도"는 개별 측정값의 집합과 그에 대응하는 기준값 집합 사이의 평균 편차이다. 따라서 충분한 수의 측정값을 평균한다면 전체 정확도는 진도의 정의와 같다.

전체 RMS 정확도는 다음과 같이 계산한다.

정확도(Accuracy)RMS = √(진도(Trueness)2 + 정밀도(Precision)2)

안테나 높이가 측정 정확도에 미치는 영향(경사 거리 대 평면 거리)은 별도로 더해진다.

VTS의 대표적 요건을 표 12에 제시한다. 값은 균일하게 이동하는 소형 점 물표의 안정된 항적에 유효하다.

표 12 펄스 압축 레이더의 대표적 물표 위치 정확도 (Table 12 Typical target positional accuracies for pulse compression radars): 대표적으로 얻을 수 있는 경사 거리 및 방위 물표 위치 정확도, RMS (Typical obtainable Slant Range and Azimuth Target Positional Accuracies, RMS)

운영 해역 (Operational area)교통이 밀집하지 않은 해역용 시스템 (Systems designed for areas without dense traffic)중간 (Intermediate)교통 밀집 해역용 시스템 (Systems designed for areas with dense traffic)
하천·운하 같은 내륙 수로 (Inland waterways, like rivers and canals)20 m / 0,5도15 m / 0,35도10 m / 0,25도
선석과 묘박지가 있는 항만 (Port with berths and anchorages)
항만 접근수역 (Port approach)30 m / 0,5도20 m / 0,35도15 m / 0,25도
연안 해역 및 근해 (Coastal areas and offshore)100 m / 0,5도 (S밴드: 1도)50 m / 0,35도 (S밴드: 1도)25 m / 0,25도 (S밴드: 0,5도)

※ 표 12의 소수점 쉼표(0,5 등)는 원문 표기를 그대로 두었다(0.5도로 읽는다).

As a rule of thumb, the range inaccuracy will be increased by 20 % of the pulse length for pulsed magnetron radars.

경험칙으로, 펄스 마그네트론 레이더에서는 거리 부정확도가 펄스 길이의 20%만큼 늘어난다.

A.8. Target Positional Update Rate · A.8 물표 위치 갱신율

The VTS operation and especially the tracking function is dependent of timely update rates of the radar information and the required radar update rate is determined by the behaviour of the expected target types. Typical update rates (antenna rotation rates) are listed in Table 13:

VTS 운영, 특히 추적 기능은 레이더 정보의 적시 갱신율에 의존하며, 필요한 레이더 갱신율은 예상되는 물표 유형의 거동으로 정해진다. 대표적인 갱신율(안테나 회전 주기)을 표 13에 제시한다.

표 13 갱신율 (Table 13 Update rate)

운영 해역 (Operational area)대표적 위치 갱신율 (Typical Positional Update Rate)
하천·운하 같은 내륙 수로 (Inland waterways, like rivers and canals)1.5~3초
선석과 묘박지가 있는 항만 (Port with berths and anchorages)1.5~3초
항만 접근수역 (Port approach)1.5~3초
연안 해역 및 근해 (Coastal areas and offshore)2~6초

A.9. Dynamic Characteristics · A.9 동적 특성

A.9.1. Dynamic Range · A.9.1 동적 범위

The required dynamic range is determined by:

  • The ratio between the largest nearby objects expected and the smallest distant objects to be detected.
  • Target return signal fluctuations, including multipath.

Requirements for the radar(s) can be determined from the characteristics of the objects in the coverage area of the individual radar. This is shown as a function of RCS and detection range in Figure 11.

The figure represents targets in free space, which is normally sufficient for VTS radar requirements when combined with 10 dB allowance for target fluctuations.

필요한 동적 범위는 다음으로 정해진다.

  • 예상되는 가장 큰 근거리 물체와 탐지해야 할 가장 작은 원거리 물체 사이의 비
  • 다중경로를 포함한 물표 반사 신호의 변동

레이더에 대한 요건은 개별 레이더 탐지범위 안에 있는 물체의 특성으로 정할 수 있다. 이를 RCS와 탐지거리의 함수로 그림 11에 나타냈다.

그림은 자유 공간의 물표를 나타낸 것이며, 물표 변동에 대한 10 dB 여유와 결합하면 보통 VTS 레이더 요건에 충분하다.

그림 11 물표 RCS 및 물표 거리에 따른 수신 신호의 동적 특성 (Figure 11 Dynamic characteristics of the signal received versus target RCS and target range): 거리(NM, 로그 눈금)와 RCS(0.1~1,000,000 m²)에 따른 상대 수신 신호 레벨[dB]을 나타낸 도표. 세 가지 예시가 표기되어 있다. ① 서로 가까운 소형·대형 물표: 같은 거리의 1 m²와 1,000,000 m² 물표는 반사 신호가 60 dB 차이 나며, 10 dB 변동 여유를 더하면 70 dB의 수신기 동적 범위가 필요하다. ② 멀리 떨어진 소형·대형 물표: 0.3 NM의 100,000 m² 물표와 32 NM의 10 m² 물표는 120 dB 차이가 나며, 10 dB 변동 여유를 더하면 130 dB가 필요하다. ③ 멀리 떨어진 동일 물표: 1 NM과 100 NM의 같은 물표 두 개는 80 dB 차이가 나며, 10 dB 변동 여유를 더하면 90 dB가 필요하다.

It should also be noted that the vide span of signals makes it very difficult to measure the dynamic range of a given radar, and it is recommended to use analytical methods i.e., considering the following for a pulse compression radar:

또한 신호의 폭이 매우 넓어 특정 레이더의 동적 범위를 측정하기가 매우 어려우므로, 분석적 방법을 사용할 것을 권고한다. 즉 펄스 압축 레이더에 대해 다음을 고려한다.

※ 아래 목록의 번호는 원문대로 3부터 시작한다.

3 The effective dynamic range of the ADC where each bit corresponds to 6 dB, i.e.,:

  • The max dynamic range for a 14-bit ADC 84 dB.
  • However, inaccuracies in the ADC limit the dynamic range down to the so called effective dynamic bit that may be 13bit, equal to 78 dB.

4 The required minimum bit-level of sampled noise in ADC (full sampling bandwidth), i.e.,:

  • To make the ADC sampling noise small compared to the thermic noise in the RF receiver, the received thermic noise is gained up to be 10 dB above the quantization noise of the ADC. This uses 10 dB of the effective dynamic range of the ADC

5 Noise power reduced by the ratio of processing bandwidth relative to sampling bandwidth i.e.,:

  • The noise power level sampled by the ADC is received in a full Nyquist bandwidth of 50 MHz. As the digital match filter reduces the bandwidth defined by the range resolution, the noise power level is equally reduced. The bandwidth ratio is up to 50 to 8, giving a reduction factor of 6 times or 8 dB. This is referred to as over-sampling.

3 비트당 6 dB에 해당하는 ADC의 유효 동적 범위. 즉,

  • 14비트 ADC의 최대 동적 범위는 84 dB이다.
  • 그러나 ADC의 부정확성 때문에 동적 범위는 이른바 유효 동적 비트로 제한되며, 이는 13비트, 즉 78 dB일 수 있다.

4 ADC에서 샘플링된 잡음에 필요한 최소 비트 레벨(전체 샘플링 대역폭). 즉,

  • ADC 샘플링 잡음을 RF 수신기의 열잡음보다 작게 하기 위해, 수신 열잡음을 ADC 양자화 잡음보다 10 dB 높게 증폭한다. 이로써 ADC 유효 동적 범위 중 10 dB가 사용된다.

5 샘플링 대역폭 대비 처리 대역폭의 비만큼 줄어드는 잡음 전력. 즉,

  • ADC가 샘플링하는 잡음 전력 레벨은 50 MHz의 전체 나이퀴스트 대역폭으로 수신된다. 디지털 정합 필터가 거리 분해능으로 정해지는 대역폭으로 줄이므로 잡음 전력 레벨도 그만큼 줄어든다. 대역폭 비는 최대 50 대 8이며, 이는 6배, 즉 8 dB의 감소 계수를 준다. 이를 오버샘플링이라 한다.

6 Range, azimuth or area dependent sensitivity (swept gain) prior to ADC

  • Typically, a feature of advanced radars adding to the effective dynamic range
  • May be used to attenuate specific areas based on previously scans.

7 Range dependent sensitivity of different pulse compression gain of short and long chirps.

  • Typically, a feature of advanced radars adding substantially to the effective dynamic range

8 Reduction of the effective RCS of large structures when they are in close range

  • When the RCS of an object is defined, it is normally to assume that the object is in far field of the radar. However, the phase difference to all parts of a distributed target is significant at X-band when the object is in close range to the radar.
  • Likewise, the radar beam may not illuminate all of a nearby target, e.g., a large ship.
  • As an example, the RCS of a 100 m high, 6 to 4 m tapered cylinder (the tubular tower of wind turbines) is 66 dBsqm in the far field, but in 20km, it is reduced by 13 dB to 53 dBsqm. In 2 km it is reduced by 23 dB to 43 dBsqm.
  • The effect depends on the object type, but it will not be an exaggeration to include 10 dB in the dynamic range on this account.

6 ADC 앞단의 거리·방위·구역별 감도 조정(스웹트 게인, swept gain)

  • 대개 고급 레이더의 기능으로, 유효 동적 범위를 넓혀 준다.
  • 이전 스캔에 근거하여 특정 구역을 감쇠시키는 데 사용할 수 있다.

7 단·장 처프의 펄스 압축 이득 차이에 따른 거리별 감도

  • 대개 고급 레이더의 기능으로, 유효 동적 범위를 크게 넓혀 준다.

8 대형 구조물이 근거리에 있을 때의 유효 RCS 감소

  • 물체의 RCS를 정의할 때는 보통 물체가 레이더의 원거리장(far field)에 있다고 가정한다. 그러나 물체가 레이더에 가까이 있으면 X밴드에서는 분산 물표 각 부분까지의 위상 차이가 크다.
  • 마찬가지로 레이더 빔이 근거리 물표(예: 대형 선박)의 전체를 비추지 못할 수 있다.
  • 예를 들어 높이 100 m, 지름이 6 m에서 4 m로 가늘어지는 원통(풍력 터빈의 관형 타워)의 RCS는 원거리장에서 66 dBsqm이지만, 20 km에서는 13 dB 줄어 53 dBsqm이 된다. 2 km에서는 23 dB 줄어 43 dBsqm이 된다.
  • 이 효과는 물체 유형에 따라 다르지만, 이로 인해 동적 범위에 10 dB를 포함하는 것은 과장이 아니다.

9 Transmitter power variations

  • Depending on geographical conditions it may be possible to reduce power towards areas with the largest targets. (Sector power transmission)

10 Reduction of the antenna gain when operating in the antenna near field.

  • The effect will only be significant on very close object, typically less than 100 m.

11 Acceptable saturation handled without violation of specified range side lobe level.

  • Minor saturation i.e., 5 dB can for advanced radars be accepted and handled by the CFAR, especially in the case of short chirps.

Actual values will be dependent on the individual manufacturer solution. It is furthermore unlikely that all elements can be considered simultaneously.

Table 14 gives a calculation example and Table 15 state values typical for VTS applications.

9 송신 전력 변화

  • 지리적 조건에 따라 가장 큰 물표가 있는 구역 방향으로 전력을 낮출 수 있다(섹터 전력 송신).

10 안테나 근거리장(near field)에서 동작할 때의 안테나 이득 감소

  • 이 효과는 대개 100 m 미만의 매우 가까운 물체에서만 의미가 있다.

11 명시된 거리 사이드로브 레벨을 위반하지 않고 처리되는 허용 가능한 포화

  • 고급 레이더에서는 약간의 포화, 즉 5 dB 정도는, 특히 짧은 처프의 경우 허용하여 CFAR로 처리할 수 있다.

실제 값은 개별 제조사의 해결책에 따라 달라진다. 또한 모든 요소를 동시에 고려할 수 있을 가능성은 낮다.

표 14는 계산 예를, 표 15는 VTS 용도의 대표값을 제시한다.

표 14 가상의 펄스 압축 레이더에 대한 동적 범위 평가 예시 (Table 14 Example of a dynamic range evaluation for an imaginary pulse compression radar)

번호항목값
1ADC의 유효 동적 범위 (The effective dynamic range of the ADC)78 dB
2샘플링 잡음에 필요한 최소 신호 레벨 (The required minimum signal level of the sampled noise)-10
3대역폭 감소 계수, 오버샘플링 (Bandwidth reduction factor, oversampling)+8
4ADC 앞단 스웹트 게인 (Swept gain prior to ADC)+0
5근거리·장거리 처프의 펄스 압축 이득 차이 (Difference in pulse compression gain of near range and long-range chirps)+26
6섹터 전력 송신 (Sector power transmission)+0
7근거리 RCS 감소 (Near range RCS reduction)+10
8근거리 안테나 이득 감소 (Near range antenna gain reduction)+0
비포화 동적 범위 (Unsaturated dynamic range)112 dB
9허용 가능한 거리 사이드로브 레벨을 주는 포화 (Saturation giving acceptable range side lobe levels)+5
허용 포화를 포함한 동적 범위 (Dynamic range, including acceptable saturation)117 dB

표 15 VTS 용도의 대표적 동적 범위 (Table 15 Dynamic range typical for VTS applications)

운영 해역 (Operational area)대형 구조물이나 초대형 선박이 없는 해역용 시스템 (By systems designed for areas without large structures, or very large ships)중간 (Intermediate)대형 구조물 및/또는 초대형 선박이 있는 해역용 시스템 (By systems designed for areas with large structures and/or very large ships)
하천·운하 같은 내륙 수로90 dB100 dB110 dB
선석과 묘박지가 있는 항만100 dB100 dB100 dB
항만 접근수역90 dB100 dB110 dB
연안 해역 및 근해80 dB100 dB120 dB

A.9.2. Sidelobes · A.9.2 사이드로브

Side lobes, see Figure 12, are unwanted, as they will limit the size of a small radar cross section (RCS) target that can be detected when located next to a large RCS target.

사이드로브(그림 12 참조)는 RCS가 큰 물표 옆에 있는 RCS가 작은 물표를 탐지할 수 있는 한계를 제약하므로 바람직하지 않다.

그림 12 거리 및 안테나(방위) 사이드로브 효과 (Figure 12 Range and antenna (azimuth) side lobe effects): 물표 반향 주위에 거리(시간) 사이드로브와 안테나 사이드로브가 원치 않는 사이드로브로 나타나는 화면과, 사이드로브가 없는 깨끗한 물표 반향을 비교한 그림.

The ratio between the peak level of the target and the highest side lobe is called the peak side lobe ratio (PSLR). Typically, azimuth (antenna) side lobes are the only contributor in traditional magnetron pulse radars. FMCW and pulse compression radars are subject to range as well as azimuth side lobes.

Side lobes need to be sufficiently low to avoid masking of smaller targets in the proximity of large returns from targets or clutter. In addition, low side lobes minimize the probability of false targets arising from other large returns. However, it is normally not possible to eliminate false echoes from range and time sidelobes completely.

Table 16 recommends the typical allowed signal presented to the display and plot extractors.

The figures account for two-way propagation, therefore the antenna side lobe requirements (one way) equal half the values indicated (dBs divided by 2).

물표의 피크 레벨과 가장 높은 사이드로브 사이의 비를 최대 사이드로브비(PSLR)라 한다. 전통적인 마그네트론 펄스 레이더에서는 대개 방위(안테나) 사이드로브만이 기여 요인이다. FMCW와 펄스 압축 레이더에는 방위 사이드로브뿐 아니라 거리 사이드로브도 생긴다.

사이드로브는 물표나 클러터의 큰 반사 부근에 있는 작은 물표가 가려지지 않도록 충분히 낮아야 한다. 아울러 낮은 사이드로브는 다른 큰 반사로 인해 허위 물표가 생길 확률을 최소화한다. 그러나 거리 및 시간 사이드로브로 인한 허위 반향을 완전히 없애는 것은 보통 불가능하다.

표 16은 표시장치와 플롯 추출기에 제시되는 대표적 허용 신호를 권고한다.

수치는 왕복 전파를 반영한 것이므로, 안테나 사이드로브 요건(단방향)은 표시된 값의 절반(dB 값을 2로 나눈 값)이 된다.

표 16 비포화 물표 신호 대비 최대 사이드로브 레벨에 대한 대표적 요건 (Table 16 Typical requirements to maximum side lobe level relative to non-saturating target signals), 모든 운영 해역 (All Operational Areas)

대표적 사이드로브 레벨 요건 (Typical side lobe Level requirements)대형 구조물이나 초대형 선박이 없는 해역중간 (Intermediate)대형 구조물 및/또는 초대형 선박이 있는 해역
최대 근접 사이드로브 레벨 (어떤 물표로부터든 방위 ±10° 및 거리 ±250 m 이내) (Maximum near side lobe level)-52 dB (단방향 -26 dB)-54 dB (단방향 -27 dB)-56 dB (단방향 -28 dB)
최대 원격 사이드로브 레벨 (어떤 물표로부터든 방위 ±10° 및 거리 ±250 m 밖) (Maximum far side lobe level)-66 dB (단방향 -33 dB)-68 dB (단방향 -34 dB)-70 dB (단방향 -35 dB)

Note that objects within the near field of the antenna may increase azimuth side lobe levels. This should also be carefully considered when defining locations or radars.

안테나 근거리장 안의 물체는 방위 사이드로브 레벨을 높일 수 있다는 점에 유의한다. 레이더 위치를 정할 때 이 점도 신중히 고려하는 것이 바람직하다.

A.9.2.1.1. Antenna side lobes · A.9.2.1.1 안테나 사이드로브

The antenna designer uses an amplitude weighting function to control the azimuth side lobe levels to a level which recognizes the requirements for close in (< 10° from the main lobe peak) azimuth side lobes and the requirements for side lobes beyond this region. Side lobes are specified as a ratio (in dB) relative to the antenna beam peak.

The antenna gain defined from a specific point in the radar system is specified as a ratio above "isotropic" (dBi) and can be increased by increasing the physical size of the antenna. This will also reduce the beamwidth (azimuth, elevation, or both).

안테나 설계자는 진폭 가중 함수를 사용하여, 근접(주 로브 피크로부터 10° 미만) 방위 사이드로브에 대한 요건과 그 밖 영역의 사이드로브에 대한 요건을 반영하는 수준으로 방위 사이드로브 레벨을 제어한다. 사이드로브는 안테나 빔 피크에 대한 비(dB)로 명시한다.

레이더 시스템의 특정 지점에서 정의한 안테나 이득은 "등방성" 대비 비(dBi)로 명시하며, 안테나의 물리적 크기를 키우면 높일 수 있다. 이렇게 하면 빔폭(방위, 고각 또는 둘 다)도 줄어든다.

Sidelobes exist in Azimuth and elevation, however, elevation side lobes are unlikely to be a major contributor to the performance of the VTS radar system. So called grating lobes are of special concern for array antennas and these should be included in consideration and measurement of side lobe levels.

Also note that structures near antennas (in some cases up to 100 metres) tend to distort wave propagation and, thereby, increase the azimuth side lobe level in the direction of such structures.

사이드로브는 방위와 고각 방향 모두에 존재하지만, 고각 사이드로브가 VTS 레이더 시스템 성능에 주요한 영향을 줄 가능성은 낮다. 이른바 격자 로브(grating lobe)는 배열 안테나에서 특히 문제가 되므로, 사이드로브 레벨의 검토와 측정에 포함하는 것이 바람직하다.

또한 안테나 근처의 구조물(경우에 따라 100 m까지)은 전파 전파(傳播)를 왜곡하여 해당 구조물 방향의 방위 사이드로브 레벨을 높이는 경향이 있다는 점에 유의한다.

A.9.2.1.2. Range side lobes · A.9.2.1.2 거리 사이드로브

Pulse compression and FMCW uses an amplitude weighting function alike that used for antennas to control the range side lobe levels to a level which recognizes the requirements.

Note: Suppression values for range side lobes should in principle, be the same as for the antenna sidelobes. However, it might not be economically feasible to obtain more than 55-60 dB suppression by such weighting, and follow-on suppression/cancellation of range sidelobes by signal processing may be required in order to avoid false tracks and poor video quality. The drawback from such measures is reduced dynamic range locally, which my limit the ability to detect small targets near to larger ones.

펄스 압축과 FMCW는 안테나에 쓰는 것과 비슷한 진폭 가중 함수를 사용하여 거리 사이드로브 레벨을 요건을 반영하는 수준으로 제어한다.

주: 거리 사이드로브의 억제 값은 원칙적으로 안테나 사이드로브와 같은 것이 바람직하다. 그러나 이러한 가중만으로 55~60 dB를 넘는 억제를 얻는 것은 경제적으로 실현 가능하지 않을 수 있으며, 허위 항적과 영상 품질 저하를 피하기 위해 신호 처리로 거리 사이드로브를 추가 억제·상쇄해야 할 수 있다. 이러한 조치의 단점은 국지적으로 동적 범위가 줄어든다는 것이며, 이는 대형 물표 가까이 있는 소형 물표의 탐지 능력을 제한할 수 있다.

A.10. Environmental Influence · A.10 환경의 영향

There is a strong and complicated relationship between radar performance, geographical constraints and environmental conditions and it is highly recommended that individual assessments involving radar and meteorological experts are made for each VTS site separately. The sections below discuss typical conditions covering the majority of VTS installations.

레이더 성능, 지리적 제약, 환경 조건 사이에는 강하고 복잡한 관계가 있으므로, 레이더 및 기상 전문가가 참여하는 개별 평가를 VTS 설치 지점마다 따로 수행할 것을 강력히 권고한다. 아래 절에서는 대부분의 VTS 설비에 해당하는 대표적 조건을 다룬다.

A.10.1. Precipitation and Sea · A.10.1 강수와 해면

Rain will attenuate signals and backscatter from sea, and rain will "compete" with the signals received from targets and thereby reduce detection ranges.

비는 신호를 감쇠시키고, 해면과 비로부터의 후방산란은 물표로부터 수신되는 신호와 "경쟁"하여 탐지거리를 줄인다.

A.10.2. Reduced Visibility - Fog, Sand and Dust · A.10.2 시정 저하: 안개, 모래 및 먼지

Reduced visibility due to fog, sand and dust will in general, have small influence on radar coverage, compared to that of clear conditions. However, sand and dust storms are often associated with abnormal propagation conditions, as discussed below

안개, 모래, 먼지로 인한 시정 저하는 일반적으로 맑은 조건과 비교하여 레이더 탐지범위에 미치는 영향이 작다. 그러나 모래·먼지 폭풍은 아래에서 논의하는 것처럼 비정상 전파 조건을 동반하는 경우가 많다.

A.10.3. Air Mass (Propagation) · A.10.3 기단(전파)

The performance of surface-based radar systems is strongly influenced by the electromagnetic properties of the atmosphere and the surface of the Earth. In free space, electromagnetic waves propagate in straight lines from the antenna toward the targets and back. However, radars located near the Earth's surface should deal with and adjust to the diffraction and refraction of the propagating wave.

Performance should, in all cases, be evaluated assuming standard atmospheric conditions, combined with precipitation and sea state information for the individual location. Evaluation of the effects from adverse propagation should in addition, be considered for hot, dry areas of the world, e.g., the Arabian Gulf.

지표 기반 레이더 시스템의 성능은 대기와 지표면의 전자기적 특성에 크게 영향을 받는다. 자유 공간에서 전자파는 안테나에서 물표를 향해 직선으로 전파되고 되돌아온다. 그러나 지표 가까이 있는 레이더는 전파되는 파의 회절과 굴절을 감안하고 이에 맞추어야 한다.

성능은 모든 경우에 표준 대기 조건을 가정하고, 개별 위치의 강수 및 해상 상태 정보를 결합하여 평가하는 것이 바람직하다. 아울러 아라비아만 같은 세계의 고온 건조 지역에서는 불량 전파의 영향 평가도 고려하는 것이 바람직하다.

A.10.3.1. Propagation in the standard atmosphere · A.10.3.1 표준 대기에서의 전파

An electromagnetic wave observed at a target consists of a summation of an infinite number of contributions from different paths to the target leading to constructive and destructive contributions at the target. The return path suffers from similar effects. For small low targets, this results in shorter detection ranges than the distance calculated by a simple line of sight calculations.

In addition, the barometric pressure and water vapour content of the standard atmosphere decreases rapidly with height, and the temperature decreases slowly with height. This causes the electromagnetic waves to bend a little towards the Earth's curvature.

Radar parameters, losses in transmission lines (not only waveguide), processing losses, clutter and precipitation add to the complexity and, even for the Standard Atmosphere, it is necessary to combine this with propagation factors by radar calculation tools in order to determine the predicted performance for a VTS radar sensor. This is typically modelled by increasing the radius of the Earth by a multiplier (typically 1.33) and assuming straight-line propagation.

물표에서 관측되는 전자파는 물표에 이르는 서로 다른 경로로부터 온 무한히 많은 기여분의 합으로 이루어지며, 이들은 물표에서 보강 또는 상쇄 간섭을 일으킨다. 귀환 경로도 비슷한 영향을 받는다. 작고 낮은 물표의 경우, 이 때문에 탐지거리가 단순 가시선 계산으로 구한 거리보다 짧아진다.

또한 표준 대기의 기압과 수증기량은 높이에 따라 빠르게 감소하고, 온도는 높이에 따라 천천히 감소한다. 이 때문에 전자파는 지구 곡률 쪽으로 조금 휘어진다.

레이더 파라미터, (도파관만이 아닌) 전송선로 손실, 처리 손실, 클러터 및 강수가 복잡성을 더하므로, 표준 대기에서도 VTS 레이더 센서의 예측 성능을 정하려면 레이더 계산 도구로 이를 전파 계수와 결합해야 한다. 이는 대개 지구 반경에 배수(보통 1.33)를 곱해 늘리고 직선 전파를 가정하는 방식으로 모델링한다.

A.10.3.2. Sub-refraction and super-refraction · A.10.3.2 아굴절과 초굴절

Sub-refraction, bending the electromagnetic waves up, and super-refraction, bending the electromagnetic waves down, exists when the atmosphere deviates from the standard.

Sub-refraction can be caused by fast reduction of temperature and slower reduction of water vapour content with height, bending the electromagnetic waves towards space. However, this phenomenon occurs rarely in nature.

Super-refraction can be caused by temperature increase with height (generally by temperature inversion) and/or rapid decrease of water vapour with height, decreasing the refractivity index (N). Decreasing the refractivity gradient will eventually cause it to reach the critical gradient, at which point an electromagnetic wave will travel parallel to the Earth's curvature.

대기가 표준에서 벗어나면 전자파를 위로 휘게 하는 아굴절(sub-refraction)과 아래로 휘게 하는 초굴절(super-refraction)이 생긴다.

아굴절은 높이에 따라 온도가 빠르게 감소하고 수증기량은 더 천천히 감소할 때 생길 수 있으며, 전자파를 우주 쪽으로 휘게 한다. 그러나 이 현상은 자연에서 드물게 일어난다.

초굴절은 높이에 따른 온도 상승(대개 기온 역전)이나 높이에 따른 수증기의 급격한 감소로 굴절률 지수(N)가 감소할 때 생길 수 있다. 굴절률 경도가 계속 감소하면 결국 임계 경도에 이르며, 이때 전자파는 지구 곡률과 평행하게 진행한다.

A.10.3.3. Ducts and trapping layers · A.10.3.3 덕트와 포획층

Super-refraction will develop into trapping layers, if the refractivity gradient decreases beyond the critical gradient, at which point the electromagnetic wave will be trapped and follow the Earth's curvature.

Ducts act like waveguides for propagating waves bordered by trapping layers or the Earth's surface. To couple into a duct and remain in a duct, the angle of incidence must be small, typically less than 1°.

굴절률 경도가 임계 경도를 넘어 더 감소하면 초굴절은 포획층(trapping layer)으로 발달하며, 이때 전자파는 포획되어 지구 곡률을 따라간다.

덕트는 포획층이나 지표면을 경계로 하여 전파되는 파에 대해 도파관처럼 작용한다. 덕트에 결합되어 덕트 안에 머물려면 입사각이 작아야 하며, 대개 1° 미만이어야 한다.

Ducting can be categorized into three main types:

  • Evaporation duct:
    • Weak, caused by evaporation from the sea surface, and only at low levels (maximum of 40 metres ASL).
    • Generally increasing the radar horizon, especially for low mounted antennas.
  • Surface-based duct:
    • Surface ducts caused by low level inversion (increase of temperature /decrease of humidity with height), up to 500 metres ASL.
    • Increase of radar range, depending on duct and antenna height.
  • Elevated duct:
    • 0.2-2 km above the surface.
    • Typical no effect on surface-based antennas.

The effects are typically increased range but also increased amounts of noise and 2nd / multiple time around returns which may appear as false radar returns.

Notice that the electromagnetic waves are refracted (bent) and not reflected by the trapping layers.

덕팅은 크게 세 유형으로 나눌 수 있다.

  • 증발 덕트:
    • 약하며, 해면 증발로 생기고 낮은 고도(해발 최대 40 m)에서만 나타난다.
    • 일반적으로 레이더 수평선을 늘리며, 특히 낮게 설치한 안테나에서 그렇다.
  • 지표 덕트(surface-based duct):
    • 저층 역전(높이에 따른 온도 상승·습도 감소)으로 생기는 지표 덕트로, 해발 500 m까지 나타난다.
    • 덕트와 안테나 높이에 따라 레이더 거리가 늘어난다.
  • 상층 덕트(elevated duct):
    • 지표 위 0.2~2 km에 나타난다.
    • 대개 지표 기반 안테나에는 영향이 없다.

그 영향은 대개 거리의 증가이지만, 잡음의 증가와, 허위 레이더 반사로 나타날 수 있는 2차·다중 회귀(multiple time around) 반사의 증가도 함께 생긴다.

전자파는 포획층에서 반사되는 것이 아니라 굴절(휘어짐)된다는 점에 유의한다.

A.10.3.4. Evaporation ducts · A.10.3.4 증발 덕트

Evaporation ducts exist over the ocean to some degree, almost all the time. A change in the moisture distribution without an accompanying temperature change will lead to a trapping refractivity gradient. The air in contact with the ocean surface is saturated with water vapour, creating a pressure that is decreasing to some value above the surface. This results in bending down of the electromagnetic waves as illustrated by Figure 13.

증발 덕트는 해양 위에 거의 언제나 어느 정도 존재한다. 온도 변화를 동반하지 않는 습도 분포의 변화는 포획 굴절률 경도를 만든다. 해면에 접한 공기는 수증기로 포화되어 있어, 해면 위 어느 높이까지 감소하는 (수증기)압을 형성한다. 그 결과 그림 13에 나타낸 것처럼 전자파가 아래로 휘어진다.

그림 13 표준 대기(왼쪽)와 증발 덕트 포함(오른쪽)의 탐지범위 도표 (Figure 13 Coverage diagram, in standard atmosphere (left) and including an evaporation duct (right)): 거리·높이 평면에서 전파 손실을 색으로 나타낸 도표로, 증발 덕트가 있을 때 해면 부근의 탐지범위가 더 멀리 확장되는 모습을 보여 준다.

This will cause a steep refractivity gradient (trapping) near the surface but will gradually equalize towards normal refractivity gradient at a certain height, which is defined as the evaporation duct height.

Evaporation ducts are generally increasing the radar detection range and the antenna can be located above the duct and still have extended propagation strength. The effect of evaporation ducts is usually more noticeable for higher frequency radars. This means that the radar range extension caused by an evaporation duct will in general, be more noticeable for a X-band radar than for a S-band radar.

이로 인해 해면 부근에 급한 굴절률 경도(포획)가 생기지만, 어느 높이에서 점차 정상 굴절률 경도로 수렴하며, 이 높이를 증발 덕트 높이로 정의한다.

증발 덕트는 일반적으로 레이더 탐지거리를 늘리며, 안테나가 덕트 위에 있어도 확장된 전파 강도를 얻을 수 있다. 증발 덕트의 효과는 대개 주파수가 높은 레이더에서 더 뚜렷하다. 즉 증발 덕트로 인한 레이더 거리 확장은 일반적으로 S밴드 레이더보다 X밴드 레이더에서 더 뚜렷하다.

For typical coastal radar installations, evaporation duct heights of 6 – 15 metres lead to the longest detection ranges. Evaporation duct heights of more than 10 metres will also introduce an increased amount of clutter, setting additional demands to clutter processing and noise reduction capabilities.

For example, investigations of weather data from the Persian Gulf area shows that evaporation ducts exist all the time with typical duct heights of 5 to 25 metres, resulting in increased radar range in 80% of the time and increased clutter in 50% of the time.

대표적인 연안 레이더 설비에서는 증발 덕트 높이 6~15 m일 때 탐지거리가 가장 길다. 증발 덕트 높이가 10 m를 넘으면 클러터도 늘어나 클러터 처리와 잡음 저감 능력에 추가 요구가 생긴다.

예를 들어 페르시아만 지역의 기상 데이터를 조사한 결과, 증발 덕트는 항상 존재하며 대표적 덕트 높이는 5~25 m이고, 그 결과 80%의 시간 동안 레이더 거리가 늘어나고 50%의 시간 동안 클러터가 증가하는 것으로 나타났다.

A.10.3.5. Surface-based duct · A.10.3.5 지표 덕트

Surface based ducts can be much stronger than evaporation ducts. They occur when the air aloft is hot (and dry) compared to the air at the Earth's surface. Over the ocean and near land masses, dry continental air may be advected over the cooler water surface; either directly from leeward side of continental land masses or by circulation associated with sea-breeze.

In addition to the temperature inversion, moisture is added to the cool marine air by evaporation, increasing the trapping gradient. In coastal areas, this leads to surface trapping ducts. However, away from land, this trapping layer may well rise from the surface thereby creating an elevated duct.

지표 덕트는 증발 덕트보다 훨씬 강할 수 있다. 지표면 공기보다 상공의 공기가 뜨거울(그리고 건조할) 때 생긴다. 해양 위와 육지 부근에서는 건조한 대륙성 공기가 더 차가운 해면 위로 이류될 수 있는데, 이는 대륙 육지의 풍하 측에서 직접 오거나 해풍에 따른 순환으로 생긴다.

기온 역전에 더해, 증발로 차가운 해양성 공기에 수분이 더해져 포획 경도가 커진다. 연안 해역에서는 이로 인해 지표 포획 덕트가 생긴다. 그러나 육지에서 떨어진 곳에서는 이 포획층이 지표에서 떠올라 상층 덕트를 만들 수 있다.

The electromagnetic wave will be refracted towards the surface of the Earth and be trapped in the duct like in a waveguide. This kind of trapping condition greatly increases the surface detection range – and the amount of noise received. Note that surface detection may occur far beyond the radar horizon with a "dead zone" in between.

Surface based ducts are often combined with evaporation ducts and examples of radar performance in such conditions, as illustrated by Figure 14:

전자파는 지표면 쪽으로 굴절되어 도파관에서처럼 덕트 안에 포획된다. 이런 포획 조건은 수상 탐지거리를 크게 늘리지만, 수신되는 잡음의 양도 크게 늘린다. 수상 탐지가 레이더 수평선 훨씬 너머에서 일어나고 그 사이에 "불감 구역(dead zone)"이 생길 수 있다는 점에 유의한다.

지표 덕트는 증발 덕트와 함께 나타나는 경우가 많으며, 이런 조건에서의 레이더 성능 예를 그림 14에 나타냈다.

그림 14 지표 덕트+증발 덕팅 조건에서의 레이더 탐지범위 모의 예시 (Figure 14 Example of simulated radar coverage in surface based + evaporation ducting conditions): 거리·높이 평면의 전파 손실 도표로, 덕트 안에 포획된 에너지가 수평선 너머까지 해면을 따라 멀리 전파되는 모습을 보여 준다.

A.10.3.6. Elevated duct · A.10.3.6 상층 덕트

Generally, elevated ducts occur from descending, compressed and thereby heated air, from anticyclones, approaching the marine boundary layer and causing ducts like that simulated in Figure 15. Elevated ducts may also occur from elevating surface-based ducts.

일반적으로 상층 덕트는 고기압에서 하강하며 압축되어 가열된 공기가 해양 경계층에 접근하면서 생기며, 그림 15에 모의한 것과 같은 덕트를 만든다. 상층 덕트는 지표 덕트가 떠오르면서 생기기도 한다.

그림 15 상층 덕트 탐지범위 도표 (Figure 15 Coverage diagram, elevated duct): 일정 고도의 덕트 안에 에너지가 갇혀 멀리 전파되고, 원거리 해면에 다시 닿는 모습을 나타낸 전파 손실 도표.

Surface detection might also occur in this case, far beyond the radar horizon with a "dead zone" in between, adding noise to the radar image.

이 경우에도 수상 탐지가 레이더 수평선 훨씬 너머에서 일어나고 그 사이에 "불감 구역"이 생길 수 있으며, 레이더 영상에 잡음을 더한다.

A.10.3.7. Severe ducting at coastlines adjacent to hot flat deserts · A.10.3.7 고온 평탄 사막에 인접한 해안의 심한 덕팅

The large temperature variation between night and day in desert areas and the associated pressure differences between land and sea tend to cause very strong temperature inversion during night-time and result in strong sea breeze in the afternoons. This can result in very severe ducts. This type of duct can be very low, as little as 15 metres has been experienced

Range performance is very different for an antenna positioned inside or above these ducts, and radar systems with an antenna positioned within such a duct will have substantial increase in the detection range for surface targets. If the antenna is positioned above the trapping layer (outside the duct), the electromagnetic wave will be refracted and the detection range for surface targets will be substantially reduced.

Figure 16 shows a coverage diagram based on a measured condition at a coastline adjacent to hot flat deserts - 15 m antenna height (left) and 55 m antenna height (right).

사막 지역의 큰 일교차와 그에 따른 육지·해양 간 기압 차는 야간에 매우 강한 기온 역전을 일으키고 오후에는 강한 해풍을 일으키는 경향이 있다. 이로 인해 매우 심한 덕트가 생길 수 있다. 이 유형의 덕트는 매우 낮을 수 있으며, 15 m에 불과한 사례도 경험되었다.

안테나가 이 덕트 안에 있느냐 위에 있느냐에 따라 거리 성능이 크게 다르다. 안테나가 이런 덕트 안에 있는 레이더 시스템은 수상 물표 탐지거리가 크게 늘어난다. 안테나가 포획층 위(덕트 밖)에 있으면 전자파가 굴절되어 수상 물표 탐지거리가 크게 줄어든다.

그림 16은 고온 평탄 사막에 인접한 해안에서 실측한 조건에 근거한 탐지범위 도표로, 안테나 높이 15 m(왼쪽)와 55 m(오른쪽)의 경우를 보여 준다.

그림 16 실측 조건 기반 탐지범위 도표 (Figure 16 Coverage diagram based on a measured condition): 덕트 안(안테나 높이 15 m, 왼쪽)에서는 해면을 따라 탐지범위가 멀리 확장되고, 덕트 위(55 m, 오른쪽)에서는 해면 탐지범위가 크게 줄어드는 모습을 비교한 도표.

Note. The radar detection using antennas positioned inside the duct (left) and above the duct (right) corresponded to the simulated coverage diagram.

The sea breeze also causes eddies over the sea, forming distinctive sea clutter patterns. The eddy results in a "snake" like pattern moving forth and back for a few hours in the afternoon on hot days with strong sea breezes (see Figure 17). Of course, this may disturb display and tracking.

주: 덕트 안(왼쪽)과 덕트 위(오른쪽)에 둔 안테나로 실제 레이더 탐지한 결과는 모의 탐지범위 도표와 일치하였다.

해풍은 해상에 소용돌이(eddy)도 일으켜 독특한 해면 클러터 패턴을 만든다. 이 소용돌이는 해풍이 강한 더운 날 오후에 몇 시간 동안 앞뒤로 움직이는 "뱀" 같은 패턴을 만든다(그림 17 참조). 이는 당연히 표시와 추적을 방해할 수 있다.

그림 17 시험 항적(스네일 트랙)을 적색으로 표시한 1시간 기록 (Figure 17 One hour of recordings with trials (snail tracks) shown in red): 레이더 영상 위에 소용돌이(Eddy, 황색)와 항적 이력(History, 적색)을 표시한 화면.

Note: The yellow "snake" at sea is an eddy moving back and forth with a speed of approximately 4 knots.

주: 해상의 황색 "뱀"은 약 4노트의 속력으로 앞뒤로 움직이는 소용돌이이다.

※ 그림 17 제목의 "trials"는 "trails"(항적)의 오기로 보인다.

A.11. Other Influencing Factors · A.11 기타 영향 요인

Obstructions, e.g., topography, buildings and other man-made structures may block or reflect radar signals. Other radars and sources of electromagnetic radiation may cause interference.

Depending on the operational area, VTS will often require special considerations as the number of structures, their density and their close ranges can create very complex distortions. Additional care should be taken to assess and mitigate effects caused by natural and man-made structures such as bridges, buildings, riverbanks, sheet metal pilings, and steep bends.

지형, 건물, 그 밖의 인공 구조물 같은 장애물은 레이더 신호를 차단하거나 반사할 수 있다. 다른 레이더와 전자파 방사원은 간섭을 일으킬 수 있다.

운영 해역에 따라 구조물의 수, 밀도, 근접성이 매우 복잡한 왜곡을 만들 수 있으므로 VTS에서는 흔히 특별한 고려가 필요하다. 교량, 건물, 하안, 강널말뚝(sheet metal piling), 급굴곡부 같은 자연·인공 구조물로 인한 영향을 평가하고 완화하는 데 추가로 주의를 기울이는 것이 바람직하다.

A.11.1. Shadowing Effects · A.11.1 차폐 효과

Radar detection may be blocked by shadowing effects that, to the extent possible, should be avoided. Such effects include:

  • Targets being hidden by larger targets or other obstructions.
  • Masking of small targets by the effects of range and time side lobes.

These effects can be minimized by the appropriate siting of radars and selection of equipment with low side lobes.

레이더 탐지는 차폐 효과로 가로막힐 수 있으며, 이는 가능한 한 피하는 것이 바람직하다. 이러한 효과에는 다음이 포함된다.

  • 더 큰 물표나 다른 장애물에 물표가 가려지는 경우
  • 거리 및 시간 사이드로브의 영향으로 소형 물표가 가려지는 경우

이러한 효과는 레이더의 적절한 설치 위치 선정과 사이드로브가 낮은 장비 선정으로 최소화할 수 있다.

A.11.2. Interference · A.11.2 간섭

Interference can be split into susceptibility (received interference) and compatibility (transmitted interference).

To minimize interference, separation between wanted and unwanted transmissions has to be optimized – this can be achieved by a combination of frequency separation, physical separation of transmission sites, antenna directionality, sector blanking, separation by time and also by ensuring that all the systems competing for the same or adjacent spectrum do not transmit excessive and unnecessary transmit power levels or transmit time periods.

The radar receiver design will typically be very sensitive (to achieve the required performance), although gain control techniques (swept gain or sensitivity-time control (STC)) offers further resistance. Waveform designs incorporating staggered PRFs, and processing schemes designed to reject known interference patterns can also aid the radar receiver to suppress unwanted returns.

간섭은 감수성(수신 간섭)과 양립성(송신 간섭)으로 나눌 수 있다.

간섭을 최소화하려면 원하는 송신과 원치 않는 송신 사이의 분리를 최적화하여야 한다. 이는 주파수 분리, 송신 지점의 물리적 분리, 안테나 지향성, 섹터 블랭킹, 시간 분리를 조합하고, 같거나 인접한 스펙트럼을 두고 경쟁하는 모든 시스템이 과도하고 불필요한 송신 전력이나 송신 시간을 쓰지 않도록 하는 방법으로 달성할 수 있다.

레이더 수신기는 (요구 성능을 달성하기 위해) 대개 매우 민감하게 설계되지만, 이득 제어 기법(스웹트 게인 또는 감도 시간 제어(STC))이 추가적인 내성을 제공한다. 엇갈림 PRF(staggered PRF)를 적용한 파형 설계와, 알려진 간섭 패턴을 제거하도록 설계한 처리 방식도 레이더 수신기가 원치 않는 반사를 억제하는 데 도움이 된다.

A.11.3. Radar Susceptibility · A.11.3 레이더 감수성

In the case of any radar installation, (e.g., a permanent VTS installation of a radar or of each radar in a VTS network), the performance of that radar can be detrimentally affected by received emissions from other radiating sources (e.g., physically adjacent VTS radars, maritime shipborne radars, and other users (legitimate or otherwise)) of the electromagnetic spectrum. Typically, local legislative regulations and restrictions will control and minimize unwanted received signals, but elimination of such signals is likely to be impossible. National spectrum allocation authorities should always be approached by a VTS integrator when considering any changes to a VTS network (radar, microwave link, communications etc.) to enable a holistic view of the changes and how they might affect all users.

The radar design can assist in minimising the susceptibility to unwanted received interference, e.g., by utilising low antenna side lobes, avoiding large reflecting surfaces, minimising receiver front end bandwidth etc.

어떤 레이더 설비든(예: 레이더 한 대의 상설 VTS 설비 또는 VTS 네트워크의 각 레이더), 그 레이더의 성능은 전자파 스펙트럼의 다른 방사원(예: 물리적으로 인접한 VTS 레이더, 선박 레이더, (합법적이든 아니든) 그 밖의 사용자)으로부터 수신되는 발사에 의해 악영향을 받을 수 있다. 대개 현지의 법규와 규제가 원치 않는 수신 신호를 통제하고 최소화하지만, 그러한 신호를 완전히 없애는 것은 불가능할 가능성이 높다. VTS 통합업체는 VTS 네트워크(레이더, 마이크로파 링크, 통신 등)의 변경을 검토할 때, 변경 사항과 그것이 모든 사용자에게 미칠 영향을 종합적으로 볼 수 있도록 항상 국가 주파수 할당 당국과 협의하는 것이 바람직하다.

레이더 설계는 낮은 안테나 사이드로브 활용, 큰 반사면 회피, 수신기 전단 대역폭 최소화 등으로 원치 않는 수신 간섭에 대한 감수성을 최소화하는 데 도움을 줄 수 있다.

Note that FMCW and pulse compression radars may typically require larger front-end receiver bandwidths than conventional magnetron systems. The multi-pulse waveforms transmitted (and consequently received) by pulse compression radars have to achieve a compromise between pulse chirp bandwidth (related to range cell size and hence range resolution), use of frequency diversity (to optimize performance in clutter), unwanted pulse to pulse interaction and so on versus spectrum usage and hence unwanted susceptibility with other transmitting spectrum users. FMCW radars transmit and receive (at low levels) 100% of the time across a swept bandwidth.

FMCW와 펄스 압축 레이더는 대개 기존 마그네트론 시스템보다 넓은 수신기 전단 대역폭이 필요할 수 있다는 점에 유의한다. 펄스 압축 레이더가 송신하는(따라서 수신하는) 다중 펄스 파형은 펄스 처프 대역폭(거리 셀 크기, 나아가 거리 분해능과 관련), 주파수 다이버시티 사용(클러터 속 성능 최적화), 원치 않는 펄스 간 상호작용 등과, 스펙트럼 사용량 및 그에 따른 다른 송신 스펙트럼 사용자에 대한 원치 않는 감수성 사이에서 절충을 이루어야 한다. FMCW 레이더는 소인 대역폭 전체에 걸쳐 (낮은 레벨로) 100% 시간 동안 송수신한다.

A.11.4. Radar Compatibility with Other Users · A.11.4 다른 사용자와의 레이더 양립성

In the case of any radar installation (e.g., a permanent VTS installation of a radar or of each radar in a VTS network), the performance of adjacent systems can be detrimentally affected by transmitted emissions from the radar in question (physically adjacent VTS radars, maritime shipborne radars, and other users (legitimate or otherwise) of the electromagnetic spectrum). Typically, local legislative regulations and restrictions will control and minimize unwanted transmitted signals but elimination of the influence of such signals is likely to be impossible. As with the susceptibility above, National spectrum allocation authorities should always be approached by a VTS integrator when considering any changes to the RF sub-systems within a VTS network.

The radar design can assist in minimising the impact of transmitted signals, for example, by utilising low antenna side lobes, avoiding large reflecting surfaces, minimising transmit power, consideration of peak and mean power levels, sector blanking, physical location of the radar etc.

어떤 레이더 설비든(예: 레이더 한 대의 상설 VTS 설비 또는 VTS 네트워크의 각 레이더), 해당 레이더의 송신 발사로 인해 인접 시스템(물리적으로 인접한 VTS 레이더, 선박 레이더, (합법적이든 아니든) 전자파 스펙트럼의 그 밖의 사용자)의 성능이 악영향을 받을 수 있다. 대개 현지의 법규와 규제가 원치 않는 송신 신호를 통제하고 최소화하지만, 그러한 신호의 영향을 완전히 없애는 것은 불가능할 가능성이 높다. 위의 감수성과 마찬가지로, VTS 통합업체는 VTS 네트워크 내 RF 하위 시스템의 변경을 검토할 때 항상 국가 주파수 할당 당국과 협의하는 것이 바람직하다.

레이더 설계는 낮은 안테나 사이드로브 활용, 큰 반사면 회피, 송신 전력 최소화, 첨두·평균 전력 레벨 고려, 섹터 블랭킹, 레이더의 물리적 위치 선정 등으로 송신 신호의 영향을 최소화하는 데 도움을 줄 수 있다.

Note that conventional magnetron radars require larger peak power levels than pulse compression and FMCW radar systems. The magnetron technology can result in unnecessary wideband spectral emissions unless steps are taken to include frequency band pass filtering (which has an inherent loss to the wanted signal). However, pulse compression radars and FMCW radars, although utilising lower peak powers, use techniques which may include frequency modulation, pulse-to-pulse frequency variation, frequency diversity etc., all of which increase the use of the spectrum and increase the chances of unwanted degradation of adjacent systems.

기존 마그네트론 레이더는 펄스 압축 및 FMCW 레이더 시스템보다 높은 첨두 전력이 필요하다는 점에 유의한다. 마그네트론 기술은 주파수 대역통과 필터링(원하는 신호에 고유 손실이 있음)을 포함하는 조치를 취하지 않으면 불필요한 광대역 스펙트럼 발사를 낳을 수 있다. 반면 펄스 압축 레이더와 FMCW 레이더는 첨두 전력은 낮지만 주파수 변조, 펄스 간 주파수 변화, 주파수 다이버시티 등의 기법을 사용할 수 있으며, 이들은 모두 스펙트럼 사용량을 늘리고 인접 시스템의 원치 않는 성능 저하 가능성을 높인다.

A.11.5. Influence of Wind Farms · A.11.5 풍력발전단지의 영향

Wind turbines produce large static target-like returns which, from a VTS operator's perspective, normally are easy to distinguish from vessel traffic.

Multipath propagation where signals are reflected by objects within the radar coverage, can generate so called ghost echoes as illustrated by Figure 18

To calculate the estimated amount of ghost targets, as well as the ghost targets size in RCS, there are basically three scenarios to consider, which for a wind turbine situation is shown in Figure 19.

풍력 터빈은 크고 정지한 물표 같은 반사를 만들며, VTS 관제사의 관점에서 이는 보통 선박 교통과 쉽게 구별된다.

레이더 탐지범위 안의 물체에 신호가 반사되는 다중경로 전파는 그림 18과 같이 이른바 허상 반향을 만들 수 있다.

허상 물표의 추정 수와 허상 물표의 RCS 크기를 계산하려면 기본적으로 세 가지 시나리오를 고려해야 하며, 풍력 터빈 상황에 대한 시나리오를 그림 19에 나타냈다.

The complex return from a wind turbine is made up of two key elements:

  • the tower and generator housing offering a large static zero-Doppler RCS, in some cases up to 1 million m²; and
  • the rotating blades of the turbine offering a complex spread of non-zero-Doppler RCS, typically up to 100 m², which will vary with wind direction and speed.

This composite return will be seen as a large static target by a conventional pulse radar, whereas FMCW and coherent radars using Doppler processing will see a complex target spread across the Doppler domain.

The influence, independent of the applied radar technology, will be reflections causing unwanted ghost echoes and suppression of nearby targets. The large RCS may also result in antenna side lobe returns, resulting in reduced detectability. The symmetrical layout of wind farms may add further to the disturbance.

풍력 터빈의 복합 반사는 두 가지 핵심 요소로 이루어진다.

  • 타워와 발전기 하우징: 크고 정지한 제로 도플러 RCS를 보이며, 경우에 따라 100만 m²에 이른다.
  • 터빈의 회전 블레이드: 대개 100 m²까지의 복잡하게 퍼진 비제로 도플러 RCS를 보이며, 풍향과 풍속에 따라 변한다.

이 복합 반사는 기존 펄스 레이더에서는 크고 정지한 물표로 보이지만, 도플러 처리를 하는 FMCW 및 코히어런트 레이더에서는 도플러 영역 전반에 퍼진 복합 물표로 보인다.

적용한 레이더 기술과 관계없이, 그 영향은 원치 않는 허상 반향을 일으키는 반사와 주변 물표의 억제이다. 큰 RCS는 안테나 사이드로브 반사를 일으켜 탐지성을 떨어뜨릴 수도 있다. 풍력발전단지의 대칭적 배치는 교란을 더욱 키울 수 있다.

그림 18 다중경로 전파로 인한 허상 영상 (Figure 18 Multipath propagation resulting in Ghost images): 레이더 신호가 풍력 터빈과 선박 사이에서 반사되어 실제 위치가 아닌 곳에 허상이 나타나는 경로를 나타낸 도식.

그림 19 허상 물표 분석을 위한 가능한 시나리오 (Figure 19 Possible scenarios for ghost target analysis): 시나리오 1(안테나-선박-터빈), 시나리오 2(안테나-터빈-선박), 시나리오 3(안테나-선박-여러 터빈(터빈 1~n))의 반사 경로를 나타낸 도식.

A.12. Signal Processing and Tracking · A.12 신호 처리 및 추적

Modern radars use a variety of signal processing techniques to discriminate targets of interest from noise and clutter, often based on the statistical properties of the signal. This will increase the sensitivity of the radar by allowing for more noise in the incoming signal. In reverse, it will also result in higher dynamic range of the incoming signals setting additional requirements to the receiver. The techniques will often include pulse compression, correlation, and automatic adaptation to the environment.

The tracking functions in VTS will often offer fully automatic target acquisition and functions to correlate with information from other sources i.e., AIS.

현대 레이더는 관심 물표를 잡음과 클러터로부터 판별하기 위해, 흔히 신호의 통계적 특성에 근거한 다양한 신호 처리 기법을 사용한다. 이는 입력 신호에 더 많은 잡음을 허용함으로써 레이더 감도를 높인다. 반대로 입력 신호의 동적 범위도 커져 수신기에 추가 요건이 생긴다. 이 기법에는 흔히 펄스 압축, 상관 처리, 환경에 대한 자동 적응이 포함된다.

VTS의 추적 기능은 흔히 완전 자동 물표 포착 기능과, AIS 등 다른 정보원의 정보와 상관 처리하는 기능을 제공한다.

Tracking stationary objects or slowly moving surface objects like boats is normal done without Doppler based processing, whereas Doppler based processed video provides enhanced discrimination between moving targets and background clutter for surface targets with radial speeds significantly different from the radial speed of nearby clutter.

The tracker function may be part of the individual radar sensors, hosted as part of the overall VTS system or a combination. Please refer to G1111-1 for further discussion on the subject.

정지 물체나 보트처럼 느리게 움직이는 수상 물체의 추적은 보통 도플러 기반 처리 없이 이루어지는 반면, 도플러 기반 처리 영상은 주변 클러터의 시선 속도와 크게 다른 시선 속도를 가진 수상 물표에 대해 이동 물표와 배경 클러터의 판별을 향상시킨다.

추적기 기능은 개별 레이더 센서의 일부이거나, 전체 VTS 시스템의 일부로 두거나, 둘을 조합할 수 있다. 이에 관한 추가 논의는 G1111-1을 참조한다.

Annex B Acceptance of VTS Radar Systems · 부속서 B VTS 레이더 시스템의 인수

IALA Guideline G1111-9 Acceptance Framework of VTS System provide general acceptance steps and key area of consideration related to the acceptance of a VTS system and VTS equipment.

The radar systems could be tested to evaluate the fulfilment of the specific requirement in the agreed requirement in accordance with a test plan and test procedure.

The radar system should be set up in normal operational mode, and its receiver gain may be adjusted to meet the specified false alarm probability requirements.

IALA 가이드라인 G1111-9 「VTS 시스템 인수 체계」는 VTS 시스템 및 VTS 장비의 인수와 관련된 일반적 인수 단계와 주요 고려 영역을 제시한다.

레이더 시스템은 시험 계획과 시험 절차에 따라, 합의된 요건 중 특정 요건의 충족 여부를 평가하기 위해 시험할 수 있다.

레이더 시스템은 정상 운용 모드로 설정하는 것이 바람직하며, 명시된 오경보 확률 요건을 충족하도록 수신기 이득을 조정할 수 있다.

The meteorological and hydrological conditions significantly impact radar performance. These testing conditions should resemble the agreed requirements for the specific target type and be recorded during the test.

It might also be desirable to verify the availability and include (part off) an annual cycle in the acceptance process and perform fine tuning underway to ensure good long-term operation.

기상·수문 조건은 레이더 성능에 크게 영향을 준다. 시험 조건은 특정 물표 유형에 대해 합의된 요건과 비슷해야 하며, 시험 중에 기록하는 것이 바람직하다.

또한 가용성을 검증하고, 인수 과정에 연간 주기(의 일부)를 포함하며, 양호한 장기 운용을 위해 그 기간 중에 미세 조정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.

B.1. Test Targets · B.1 시험 물표

A qualitative site acceptance performance test for radar systems could be conducted using any of the following three targets:

  • Target of opportunity
  • Controlled target
  • Controlled and calibrated target

The selection of test target(s) depends on the agreed, test requirements, test method, budget, time span and other resources.

레이더 시스템의 정성적 현장 인수 성능 시험은 다음 세 가지 물표 중 어느 것을 사용해서도 수행할 수 있다.

  • 임의 물표(target of opportunity)
  • 통제 물표(controlled target)
  • 통제·교정 물표(controlled and calibrated target)

시험 물표의 선택은 합의된 시험 요건, 시험 방법, 예산, 기간 및 그 밖의 자원에 따라 달라진다.

B.1.1. Target of Opportunity · B.1.1 임의 물표

A target of opportunity means a random target navigating at the operational area and maritime constructions (such as buoys, meteorological and hydrological constructions and wind farms). Radar systems cannot identify the target of opportunity; however, AIS information, charts and other resources are typically used to identify the target of opportunity during testing.

The selecting target of opportunity for test target enables to:

  • Use real targets for VTS operation
  • Use various types of targets
  • Test for an extensive period
  • Test under different meteorological and hydrological conditions of opportunity

임의 물표란 운영 해역을 항행하는 불특정 물표와 해상 구조물(부표, 기상·수문 관측 구조물, 풍력발전단지 등)을 말한다. 레이더 시스템은 임의 물표를 식별할 수 없으므로, 시험 중에는 대개 AIS 정보, 해도 및 그 밖의 자료를 사용하여 임의 물표를 식별한다.

임의 물표를 시험 물표로 선택하면 다음이 가능하다.

  • VTS 운영의 실제 물표 사용
  • 다양한 유형의 물표 사용
  • 장기간 시험
  • 그때그때 주어지는 다양한 기상·수문 조건에서의 시험

B.1.2. Controlled Target · B.1.2 통제 물표

A controlled target means target which is under control to accomplish specific testing. A controlled target should be selected to reflect the RCS specified in the agreed requirements. It is an almost impossible task to judge the RCS of a target by inspection and quantitative measurements. The determination of selected targets can be carried out using IALA target types, see Table 1.

The selecting controlled target for test target enables to:

  • Use specific targets of interest which is compatible with the requirements
  • Control target to navigate a specified route and move
  • Repeat the same test

It is preferable to secure communication between ship to shore to conduct acceptance test smoothly.

통제 물표란 특정 시험을 수행하기 위해 통제 아래 있는 물표를 말한다. 통제 물표는 합의된 요건에 명시된 RCS를 반영하도록 선택하는 것이 바람직하다. 육안 점검과 정량 측정으로 물표의 RCS를 판단하는 것은 거의 불가능한 일이다. 선택한 물표의 결정은 IALA 물표 유형(표 1 참조)을 사용하여 할 수 있다.

통제 물표를 시험 물표로 선택하면 다음이 가능하다.

  • 요건에 부합하는 특정 관심 물표 사용
  • 지정된 항로를 항행하고 움직이도록 물표를 통제
  • 같은 시험의 반복

인수 시험을 원활히 수행하려면 선박과 육상 간 통신을 확보하는 것이 바람직하다.

B.1.3. Controlled and Calibrated Target · B.1.3 통제·교정 물표

A controlled and calibrated target means the controlled target with the required ability to reflect electromagnetic waves, such as a target with RCS of 1 m² to 10 m² is typically used. The calibration improves the accuracy of the used target RCS.

통제·교정 물표란 필요한 전자파 반사 능력을 갖춘 통제 물표를 말하며, 대개 RCS 1 m²~10 m²의 물표를 사용한다. 교정을 하면 사용하는 물표 RCS의 정확도가 높아진다.

B.2. Lobing · B.2 로빙

One of the most common pitfalls during the verification of radar systems is that the echo intensity from a point target can vary drastically with height. As illustrated in Figure 20, the radar signal will reach the target by travelling along different paths of which the most important ones are the direct path and the path where the radar signal has been reflected by the sea surface. The radar signals travelling along the two paths are added to form a resultant signal, a phenomenon known as multipath reflections. At some target heights, the two waves interference constructively, leading to increased signal levels, whereas the waves interference destructively leading to decreased or even vanishing signal levels at other target heights.

레이더 시스템 검증 중 가장 흔한 함정 중 하나는 점 물표의 반향 세기가 높이에 따라 급격히 변할 수 있다는 점이다. 그림 20에 나타낸 것처럼 레이더 신호는 여러 경로를 거쳐 물표에 이르며, 그중 가장 중요한 것은 직접 경로와 해면에 반사된 경로이다. 두 경로를 따라 진행한 레이더 신호가 더해져 합성 신호가 되며, 이를 다중경로 반사라 한다. 어떤 물표 높이에서는 두 파가 보강 간섭하여 신호 레벨이 커지고, 다른 높이에서는 상쇄 간섭하여 신호 레벨이 줄거나 아예 사라진다.

As a result, the coverage area exhibits a "lobed" structure where the detection probability alternates between high and low as a function of target height. Hence, if two point-targets of equal RCS are placed at the same distance from the radar, their echoes can differ significantly if their heights happen to be picked such that one is situated in a multipath peak (top left pane) while the other is at a multipath minimum (top right pane). Thus, the appearance of multipath reflections must be accounted for when selecting target heights and positioning the targets.

Multipath reflections are severe at low sea states, elevated heights, and at long ranges. Furthermore, the lobing will depend on atmospheric conditions making range detection tests with point targets, e.g., traditional radar reflectors, very difficult and in practice, impossible to reproduce. The practical solution is to use targets distributed in height, such as small vessels with measured RCS.

그 결과 탐지범위는 물표 높이에 따라 탐지확률이 높고 낮음을 반복하는 "로브" 구조를 보인다. 따라서 RCS가 같은 두 점 물표를 레이더로부터 같은 거리에 두더라도, 하나는 다중경로 피크(왼쪽 위 그림)에, 다른 하나는 다중경로 최소점(오른쪽 위 그림)에 놓이도록 높이가 정해지면 두 반향이 크게 다를 수 있다. 그러므로 물표 높이를 정하고 물표를 배치할 때는 다중경로 반사의 발생을 고려하여야 한다.

다중경로 반사는 낮은 해상 상태, 높은 고도, 먼 거리에서 심하다. 더욱이 로빙은 대기 조건에 따라 달라지므로, 전통적 레이더 반사기 같은 점 물표로 거리 탐지 시험을 하면 매우 어렵고 실제로는 재현이 불가능하다. 실용적인 해결책은 RCS를 측정한 소형 선박처럼 높이 방향으로 분포한 물표를 사용하는 것이다.

그림 20 다중경로 반사(로빙) (Figure 20 Multi-path reflections (lobing)): 직접 경로와 해면 반사 경로가 합쳐져 물표 높이에 따라 신호가 강해지거나(다중경로 피크) 약해지는(다중경로 최소) 모습과 그에 따른 로브형 탐지범위를 나타낸 그림.

B.3. Test Methodology · B.3 시험 방법

This chapter gives the functional and performance test methodology for VTS radars. However, these methodologies are examples, not a complete list of testing and do not limit the other test methodology. The VTS provider should be select a suitable test methodology considering aspects such as the purpose, importance and budget.

이 장은 VTS 레이더의 기능 및 성능 시험 방법을 제시한다. 다만 이 방법들은 예시일 뿐 시험의 완전한 목록이 아니며, 다른 시험 방법을 제한하지 않는다. VTS 제공기관은 목적, 중요도, 예산 등을 고려하여 적절한 시험 방법을 선택하는 것이 바람직하다.

B.3.1. Radar Functions and Other Features · B.3.1 레이더 기능 및 기타 특성

The verification of operator functions, operational outputs and update rate can normally be made as functional tests, whereas verification of clutter and noise reduction functions can be part of the performance testing as outlined below.

관제사 기능, 운영 출력 및 갱신율의 검증은 보통 기능 시험으로 할 수 있으며, 클러터 및 잡음 저감 기능의 검증은 아래에 설명하는 성능 시험의 일부로 할 수 있다.

B.3.2. Core Radar Performance · B.3.2 레이더 핵심 성능

B.3.2.1. Radar coverage · B.3.2.1 레이더 탐지범위

The continuous coverage of the VTS radar can be checked by utilising targets of opportunity which align with the requirement, as illustrated in Figure 21, giving an example of video capture with "snail tracks" lasting several hours and showing uninterrupted vessel traffic within the coverage of a radar sensor.

This test may be complemented using small, controlled targets to determine the maximum range of a target with specific RCS, and also the ability small targets to monitor small targets continuously.

VTS 레이더의 연속 탐지범위는 요건에 부합하는 임의 물표를 활용하여 확인할 수 있다. 그림 21은 몇 시간 동안 이어진 "스네일 트랙"이 있는 영상 캡처 예로, 레이더 센서 탐지범위 안에서 끊김 없는 선박 교통을 보여 준다.

이 시험은 소형 통제 물표를 사용하여 특정 RCS 물표의 최대 거리와, 소형 물표를 연속 감시하는 능력을 확인하는 시험으로 보완할 수 있다.

※ 원문 "the ability small targets to monitor small targets continuously"는 문장이 어색하여 "소형 물표를 연속 감시하는 능력"으로 옮겼다.

그림 21 "스네일 트랙"이 나타난 영상 캡처 예시 (Figure 21 Example of video capture with "snail tracks"): 레이더 영상 위에 수 시간 동안의 선박 항적 잔상이 이어져 탐지범위 안의 연속적인 교통 흐름을 보여 주는 화면.

B.3.2.1.1. Testing Minimum detection range · B.3.2.1.1 최소 탐지거리 시험

A test target could be selected from:

  • A controlled target, which is compatible with the requirement using the IALA target ref. Table 1 or
  • A controlled and calibrated target having as small RCS as possible (<5 m²) and a low profile.

Test sequence: Observe the radar detection performance on the radar display. The following steps are carried out:

  1. Test target should be positioned at least two times beyond the expected minimum detection range
  2. Ask the test target to move towards radar site,
  3. For each antenna scan, observe whether radar video is detected on the radar screen, and
  4. Record the horizontal distance from the boat to the radar station when the radar echo is lost.
  5. Repeat the same test several times to find the average value, the minimum detection range.

시험 물표는 다음 중에서 선택할 수 있다.

  • IALA 물표 유형(표 1 참조)을 사용하여 요건에 부합하는 통제 물표
  • RCS가 가능한 한 작고(<5 m²) 높이가 낮은 통제·교정 물표

시험 순서: 레이더 화면에서 레이더 탐지 성능을 관찰한다. 다음 단계를 수행한다.

  1. 시험 물표를 예상 최소 탐지거리의 2배 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하다.
  2. 시험 물표에 레이더 기지 쪽으로 이동하도록 요청한다.
  3. 안테나 스캔마다 레이더 화면에서 레이더 영상이 탐지되는지 관찰한다.
  4. 레이더 반향이 사라질 때 보트에서 레이더 기지까지의 수평 거리를 기록한다.
  5. 같은 시험을 여러 번 반복하여 평균값, 즉 최소 탐지거리를 구한다.

B.3.2.1.2. Testing Maximum detection range · B.3.2.1.2 최대 탐지거리 시험

A test target could be selected from:

  • a controlled target, which is compatible with the requirement using the IALA target ref. Table 1; or
  • a controlled and calibrated target.

The test trajectory can be in a radial direction along the free line of sight and extending from close to the radar to at least 10% beyond the expected detection range. An example of such a trajectory is shown in Figure 22. This includes that the test target can be asked to perform a manoeuvre, like sailing along a large circle, after traversing a certain distance. The manoeuvre shown enables identifying the controlled target in the radar video, and it shows the radar echo as a function of aspect angles.

시험 물표는 다음 중에서 선택할 수 있다.

  • IALA 물표 유형(표 1 참조)을 사용하여 요건에 부합하는 통제 물표
  • 통제·교정 물표

시험 궤적은 가시선이 트인 방사 방향으로, 레이더 가까이에서 예상 탐지거리보다 최소 10% 더 먼 곳까지 이어지게 할 수 있다. 이러한 궤적의 예를 그림 22에 나타냈다. 여기에는 시험 물표가 일정 거리를 지난 뒤 큰 원을 그리며 항행하는 것 같은 조종을 하도록 요청하는 것도 포함된다. 그림의 조종은 레이더 영상에서 통제 물표를 식별할 수 있게 하고, 자세각에 따른 레이더 반향을 보여 준다.

Test sequence: Observe the radar performance from the radar display and establish tracking of the test target. The following steps are then carried out:

  1. Ask the controlled target to move along the predetermined test trajectory, including the manoeuvres repeated every 1-2 NM
  2. For each antenna scan, observe whether the target is visible and/or tracked in the radar video. Record the result
  3. Re-establish tracking if target tracking is lost, e.g., as a result of increased clutter levels, shadowing effects due to large ship, or similar
  4. Continue the test until target tracking is permanently lost, and until video plots of the test targets are seen in less than 3 out of 10 antenna scans
  5. Repeat the test with the target sailing inbound

Maximum detection range is normally determined by the range the target is seen in, e.g., 8 out of 10 scans.

The maximum detection range can be determined by the test target proceeding to the radar station. When the echo of this target is almost disappeared on the radar screen, the horizontal distance from the boat to the radar station should be measured by the radar.

시험 순서: 레이더 화면에서 레이더 성능을 관찰하고 시험 물표의 추적을 설정한다. 이어서 다음 단계를 수행한다.

  1. 통제 물표에 1~2해리마다 반복하는 조종을 포함하여 미리 정한 시험 궤적을 따라 이동하도록 요청한다.
  2. 안테나 스캔마다 레이더 영상에서 물표가 보이는지 또는 추적되는지 관찰하고 결과를 기록한다.
  3. 클러터 증가, 대형 선박에 의한 차폐 효과 등으로 물표 추적이 끊기면 추적을 다시 설정한다.
  4. 물표 추적이 영구히 끊기고 시험 물표의 영상 플롯이 안테나 스캔 10회 중 3회 미만으로 보일 때까지 시험을 계속한다.
  5. 물표가 입항 방향으로 항행하는 경우에 대해 시험을 반복한다.

최대 탐지거리는 보통 물표가 예컨대 스캔 10회 중 8회 보이는 거리로 정한다.

최대 탐지거리는 시험 물표가 레이더 기지 쪽으로 진행하도록 하여 정할 수도 있다. 이 물표의 반향이 레이더 화면에서 거의 사라질 때, 보트에서 레이더 기지까지의 수평 거리를 레이더로 측정하는 것이 바람직하다.

그림 22 거리 탐지 시험용 시험 궤적 예시 (Figure 22 Example of a test trajectory for range detection testing): 레이더 기지에서 방사 방향으로 뻗은 직선 궤적 위에 일정 간격마다 원형 조종을 넣은 시험 경로를 나타낸 도식.

B.3.2.1.3. Test during given weather situations · B.3.2.1.3 주어진 기상 상황에서의 시험

Naturally, the weather plays a significant role in target detection, and conditions during testing should preferably resemble those described for the specific target type in requirements. However, tests are often determined and planned for a certain period (of the year), implying that the test is forced to be carried out under the actual weather conditions at the given time. In this situation, the test results can be used to benchmark simulation tools which then can be used to predict range detection performance under the specified weather conditions using the calculation formulas in ANNEX A

Before any testing, ensure that the targets used meets the requirements and that the radar is in normal operational mode with the receiver gain adjusted to meet the specified false alarm probability requirements.

Weather information should be recorded at the beginning and during the test activities.

당연히 기상은 물표 탐지에서 중요한 역할을 하므로, 시험 중 조건은 요건에서 특정 물표 유형에 대해 기술한 조건과 비슷한 것이 바람직하다. 그러나 시험은 흔히 (연중) 특정 기간으로 정해 계획하므로, 그 시점의 실제 기상 조건에서 시험을 할 수밖에 없다. 이 경우 시험 결과로 시뮬레이션 도구를 기준 검증(benchmark)한 뒤, 부속서 A의 계산식을 사용하여 명시된 기상 조건에서의 거리 탐지 성능을 예측할 수 있다.

시험 전에는 사용하는 물표가 요건을 충족하는지, 그리고 레이더가 명시된 오경보 확률 요건에 맞게 수신기 이득을 조정한 정상 운용 모드에 있는지 확인한다.

기상 정보는 시험 시작 시점과 시험 중에 기록하는 것이 바람직하다.

B.3.2.2. Target separation · B.3.2.2 물표 분리

Verification of target separation aims to determine the minimum distance, in range and bearing, where a clear separation between the returns from two small, close targets is obtained.

As the distance between the two targets must be changed during testing, at least one of the targets must be moveable. It can be cumbersome to perform the test at sea, as it requires floating, non-reflecting supports for the test targets, which must be moved relative to each other on the sea surface. Furthermore, the test should not be performed in higher sea states than two (2).

If geographical conditions allow, a much easier and valid approach is to perform the test on land, e.g., at a beach or flat paved area, thus providing much better control of the positioning of the reflectors.

Note: One of the controlled targets can in some cases, be substituted for the target of opportunity, which may be a well-known resilient maritime construction.

물표 분리 검증의 목적은 가까이 있는 작은 두 물표의 반사가 뚜렷이 분리되는 거리 및 방위상의 최소 간격을 정하는 것이다.

시험 중 두 물표 사이의 간격을 바꿔야 하므로 적어도 한 물표는 움직일 수 있어야 한다. 해상에서 시험하는 것은 번거로울 수 있는데, 시험 물표를 해면에서 서로 상대적으로 움직여야 하므로 반사하지 않는 부유 지지대가 필요하기 때문이다. 또한 해상 상태 2를 넘는 조건에서는 시험하지 않는 것이 바람직하다.

지리적 조건이 허락한다면, 해변이나 평탄한 포장 구역 같은 육상에서 시험하는 것이 훨씬 쉽고 타당한 방법이며, 반사기 위치를 훨씬 잘 통제할 수 있다.

주: 경우에 따라서는 통제 물표 중 하나를 임의 물표, 예컨대 잘 알려진 견고한 해상 구조물로 대체할 수 있다.

B.3.2.2.1. Range separation · B.3.2.2.1 거리 분리

B.3.2.2.1.1. Test using controlled targets · B.3.2.2.1.1 통제 물표를 이용한 시험

Two controlled targets specified in the agreed requirement or test procedure could be selected for the test target to test range separation.

Test sequence: Observe the range separation performance on the radar display as illustrated by Figure 23. The following steps could be carried out:

  1. One controlled target is placed to keep the same position. The other controlled target approaches towards the other target at the same bearing and with clear separation. (Speed is preferably less than 10 knots). The distance between the two targets along the range direction should give a clear separation of the targets.
  2. Record the minimum distance where the two targets can be seen as two separate targets on the radar display.
  3. As an option, the distance can be measured using measurement equipment on-site (e.g., laser range finder).

거리 분리 시험에는 합의된 요건이나 시험 절차에 명시된 통제 물표 2척을 시험 물표로 선택할 수 있다.

시험 순서: 그림 23과 같이 레이더 화면에서 거리 분리 성능을 관찰한다. 다음 단계를 수행할 수 있다.

  1. 통제 물표 하나는 같은 위치를 유지하도록 배치한다. 다른 통제 물표는 같은 방위에서, 뚜렷이 분리된 상태로 첫 물표를 향해 접근한다(속력은 10노트 미만이 바람직하다). 거리 방향의 두 물표 간 간격은 처음에 물표가 뚜렷이 분리될 정도인 것이 바람직하다.
  2. 레이더 화면에서 두 물표가 별개의 두 물표로 보이는 최소 간격을 기록한다.
  3. 선택 사항으로, 현장 측정 장비(예: 레이저 거리 측정기)로 간격을 측정할 수 있다.

B.3.2.2.1.2. Test using a controlled and calibrated target · B.3.2.2.1.2 통제·교정 물표를 이용한 시험

Test sequence: Observe the range separation performance on the radar display. The following steps are carried out:

  1. The two reflectors are placed in the test area at the same bearing and with clear separation. One reflector is kept fixed throughout the test.
  2. Record the minimum distance where the two reflectors can be seen as two separate targets.

The test is passed if the recorded distance is less than the range separation required.

시험 순서: 레이더 화면에서 거리 분리 성능을 관찰한다. 다음 단계를 수행한다.

  1. 두 반사기를 시험 구역에 같은 방위로, 뚜렷이 분리되게 배치한다. 반사기 하나는 시험 내내 고정한다.
  2. 두 반사기가 별개의 두 물표로 보이는 최소 간격을 기록한다.

기록된 간격이 요구되는 거리 분리보다 작으면 시험에 합격한다.

그림 23 거리 분리 측정 (Figure 23 Measurement of range separation): 같은 방위선 위에 놓인 두 반사기의 간격을 바꾸어 가며 레이더 화면에서 분리 여부를 확인하는 배치도.

B.3.2.2.2. Angular separation · B.3.2.2.2 방위 분리

B.3.2.2.2.1. Test using controlled targets · B.3.2.2.2.1 통제 물표를 이용한 시험

Two controlled targets specified in the agreed requirement or test procedure could be selected for the test target to test angular separation.

Test sequence: Observe the angular separation performance on the radar display. The following steps could be carried out:

  1. One controlled target is placed to keep the same position. The other controlled target approaches towards the other target at the same radial and with clear separation. (Speed is preferably less than 10 knots). The distance between the two targets along the azimuthal direction should give a clear separation of the targets.
  2. Record the minimum distance where the two targets can be seen as two separate targets on the radar display.
  3. As an option, the distance can be measured using measurement equipment on-site (e.g., laser range finder).

방위 분리 시험에는 합의된 요건이나 시험 절차에 명시된 통제 물표 2척을 시험 물표로 선택할 수 있다.

시험 순서: 레이더 화면에서 방위 분리 성능을 관찰한다. 다음 단계를 수행할 수 있다.

  1. 통제 물표 하나는 같은 위치를 유지하도록 배치한다. 다른 통제 물표는 같은 방사 거리에서, 뚜렷이 분리된 상태로 첫 물표를 향해 접근한다(속력은 10노트 미만이 바람직하다). 방위 방향의 두 물표 간 간격은 처음에 물표가 뚜렷이 분리될 정도인 것이 바람직하다.
  2. 레이더 화면에서 두 물표가 별개의 두 물표로 보이는 최소 간격을 기록한다.
  3. 선택 사항으로, 현장 측정 장비(예: 레이저 거리 측정기)로 간격을 측정할 수 있다.

B.3.2.2.2.2. Test using a controlled and calibrated target · B.3.2.2.2.2 통제·교정 물표를 이용한 시험

Test sequence:

1) The two reflectors are placed in the test area at the same radial distance beyond 1 NM from the radar (to ensure the reflectors are placed in the far field region of the antenna). The distance between the two reflectors along the azimuthal direction should give a clear separation of the targets. One reflector is kept fixed throughout the test.

3) Record the angle in the bearing where the two reflectors can be seen as two separate targets.

The test is passed if the recorded distance is less than the azimuth separation stated in the requirements.

시험 순서:

1) 두 반사기를 시험 구역에서 레이더로부터 1해리 넘는 같은 방사 거리에 배치한다(반사기가 안테나의 원거리장 영역에 놓이도록 하기 위함). 방위 방향의 두 반사기 간 간격은 처음에 물표가 뚜렷이 분리될 정도인 것이 바람직하다. 반사기 하나는 시험 내내 고정한다.

3) 두 반사기가 별개의 두 물표로 보이는 방위상의 각도를 기록한다.

기록된 간격이 요건에 명시된 방위 분리보다 작으면 시험에 합격한다.

※ 원문에는 2) 단계가 없이 1)에서 3)으로 넘어간다. 원문 번호를 그대로 두었다.

B.3.2.3. Target positional accuracy · B.3.2.3 물표 위치 정확도

Measurement of the target positional error is a combination of the trueness (systematic error) as well as the precision (random error), ref annex A.7

If possible, the measurement should be done with fixed targets of opportunity. The optimum is to use the centre/leading edge of physically small structures with known positions.

It is recommended to verify the maximum target position errors utilising at least two reference targets at known positions. It is normally sufficient to measure at one or two points in the distance.

The determination of errors can be precisely determined by making a high number of observations and calculating as follows.

물표 위치 오차의 측정은 진도(계통 오차)와 정밀도(우연 오차)를 결합한 것이다(부속서 A.7 참조).

가능하면 측정은 고정된 임의 물표로 하는 것이 바람직하다. 위치가 알려진 물리적으로 작은 구조물의 중심 또는 전면(leading edge)을 사용하는 것이 가장 좋다.

위치가 알려진 기준 물표를 2개 이상 활용하여 최대 물표 위치 오차를 검증할 것을 권고한다. 보통 거리상 한두 지점에서 측정하면 충분하다.

많은 횟수의 관측을 하고 다음과 같이 계산하면 오차를 정밀하게 정할 수 있다.

B.3.2.3.1. Range accuracy · B.3.2.3.1 거리 정확도

Testing method: Stationary targets should be selected. The distance of the target measured by high-precision locator (Its accuracy is at least one order of magnitude higher than radar's accuracy) is taken as the true value. Compared that with the distance measured by radar. The range error of stationary and moving targets can be determined separately according to the following formula

(1) The range trueness (systematic error) is:

Ar = (1/n) Σ1n (Ri − Rt)

Ri – radar range observation value.
Rt – range observation value of high precision locator (true value).
n – number of observations, n ≥ 20.

(2) The range precision error (random error) is:

σr = [ (1/(n − 1)) Σ1n (Ri − Rt − Ar)2 ]1/2

(3) The root mean square error of range is

mR = [ (1/n) Σ1n (Ri − Rt)2 ]1/2

(4) The Maximum (sigma 3) range error is

ERmax = |Ar| + 3σr

시험 방법: 정지 물표를 선택하는 것이 바람직하다. 고정밀 측위기(그 정확도가 레이더 정확도보다 적어도 한 자릿수 높은 것)로 측정한 물표 거리를 참값으로 삼는다. 이를 레이더로 측정한 거리와 비교한다. 정지 물표와 이동 물표의 거리 오차는 다음 식에 따라 따로 구할 수 있다.

(1) 거리 진도(계통 오차):

Ar = (1/n) Σ1n (Ri − Rt)

Ri: 레이더 거리 관측값
Rt: 고정밀 측위기의 거리 관측값(참값)
n: 관측 횟수, n ≥ 20

(2) 거리 정밀도 오차(우연 오차):

σr = [ (1/(n − 1)) Σ1n (Ri − Rt − Ar)2 ]1/2

(3) 거리의 제곱평균제곱근 오차:

mR = [ (1/n) Σ1n (Ri − Rt)2 ]1/2

(4) 최대(3시그마) 거리 오차:

ERmax = |Ar| + 3σr

B.3.2.3.2. Bearing accuracy · B.3.2.3.2 방위 정확도

Testing method: Stationary targets should be selected. The bearing of the target measured by high-precision locator (Its accuracy is at least one order of magnitude higher than radar's accuracy) is taken as the true value. Compared that with the bearing measured by radar. The bearing error of stationary and moving targets can be determined separately according to the following formula.

(1) The bearing trueness (systematic error) is:

Aa = (1/n) Σ1n (ai − at)

ai – radar bearing observation value.
at – bearing observation value of high precision locator (true value).
n – number of observations, n ≥ 20.

(2) The bearing precision error (random error) is:

σa = [ (1/(n − 1)) Σ1n (ai − at − ar)2 ]1/2

(3) The root mean square error of bearing is

ma = [ (1/n) Σ1n (ai − at)2 ]1/2

(4) The Maximum (sigma 3) bearing error is

Eamax = |Aa| + 3σa

시험 방법: 정지 물표를 선택하는 것이 바람직하다. 고정밀 측위기(그 정확도가 레이더 정확도보다 적어도 한 자릿수 높은 것)로 측정한 물표 방위를 참값으로 삼는다. 이를 레이더로 측정한 방위와 비교한다. 정지 물표와 이동 물표의 방위 오차는 다음 식에 따라 따로 구할 수 있다.

(1) 방위 진도(계통 오차):

Aa = (1/n) Σ1n (ai − at)

ai: 레이더 방위 관측값
at: 고정밀 측위기의 방위 관측값(참값)
n: 관측 횟수, n ≥ 20

(2) 방위 정밀도 오차(우연 오차):

σa = [ (1/(n − 1)) Σ1n (ai − at − ar)2 ]1/2

(3) 방위의 제곱평균제곱근 오차:

ma = [ (1/n) Σ1n (ai − at)2 ]1/2

(4) 최대(3시그마) 방위 오차:

Eamax = |Aa| + 3σa

※ (2)식 괄호 안의 ar은 원문 표기 그대로이며, 거리 식과의 대응상 방위 진도 Aa의 오기로 보인다.

B.3.3. Radar Performance versus the Dynamic Environment · B.3.3 동적 환경에 대한 레이더 성능

The verification of performance versus the dynamic environment may be based on observations of the radar screen by experienced operators.

The magnitude of false echoes due to multipath or sidelobes can often be measured in the video and it is thereby possible to evaluate if specifications are met.

Evaluation of noise and clutter behaviour, including rain suppression and sea clutter suppression, is normally indirect by checking if targets of known size can be detected in clutter as specified.

동적 환경에 대한 성능 검증은 숙련된 관제사의 레이더 화면 관찰에 근거할 수 있다.

다중경로나 사이드로브로 인한 허위 반향의 크기는 영상에서 측정할 수 있는 경우가 많으므로, 이를 통해 사양 충족 여부를 평가할 수 있다.

강우 억제와 해면 클러터 억제를 포함한 잡음 및 클러터 거동의 평가는 보통 크기가 알려진 물표가 명시된 대로 클러터 속에서 탐지되는지 확인하는 간접 방식으로 한다.

B.3.3.1. Dynamic range · B.3.3.1 동적 범위

It may only be possible to measure the dynamic range of radar in a laboratory environment. On-site calculation using targets of opportunity and evaluating the display of returns from the largest nearby objects and the smallest distant objects may be used, but this method tends to be subjective.

A qualitative on-site evaluation can be carried out utilizing traffic of opportunity, possibly combined with the verification of continuous coverage, ref B.3.2.1.

Test sequence: Ensue that set up of the radar is correct and observe the radar performance from the radar display. The following steps are then carried out:

  1. Check that small distant targets are detected as specified.
  2. Evaluate the appearance of large objects within the area and check for malfunctions. The typical malfunctions in case of insufficient dynamic range includes the loss of small targets near larger ones, time sidelobes due to saturation of receivers and/or longitudinal stretch of large targets due to saturation.
  3. Repeat same test in different angle and distance.

레이더의 동적 범위는 실험실 환경에서만 측정할 수 있을지도 모른다. 임의 물표를 사용하여 현장에서 계산하고, 가장 큰 근거리 물체와 가장 작은 원거리 물체의 반사 표시를 평가하는 방법을 쓸 수도 있으나, 이 방법은 주관적이 되기 쉽다.

임의 교통을 활용한 정성적 현장 평가를 수행할 수 있으며, 연속 탐지범위 검증(B.3.2.1 참조)과 결합할 수 있다.

시험 순서: 레이더 설정이 올바른지 확인하고 레이더 화면에서 레이더 성능을 관찰한다. 이어서 다음 단계를 수행한다.

  1. 원거리 소형 물표가 명시된 대로 탐지되는지 확인한다.
  2. 구역 안 대형 물체의 표시 형태를 평가하고 오작동이 있는지 확인한다. 동적 범위가 부족할 때의 대표적 오작동에는 대형 물표 부근 소형 물표의 소실, 수신기 포화로 인한 시간 사이드로브, 포화로 인한 대형 물표의 거리 방향 늘어짐이 있다.
  3. 다른 각도와 거리에서 같은 시험을 반복한다.

B.3.4. Target Tracking · B.3.4 물표 추적

Refer to IALA G1111-1 for guidance on the subject.

이에 관한 지침은 IALA G1111-1을 참조한다.

Annex C Test Targets and their Calibration · 부속서 C 시험 물표와 그 교정

Test targets also referred to as controlled target, is assumed to be small vessel which are typical for a test of VTS systems.

The RCS of the test targets are needed to obtain quantitative and reproducible results during testing of range performance, and it is necessary to calibrate the RCS of the test targets against a known reference reflector.

A prerequisite for performing RCS calibration is, furthermore, that the radar receiver characteristics is known, or more specifically, that the relationship between the received power and the output video level is known. If not, the characteristics must first be mapped out.

통제 물표라고도 하는 시험 물표는 VTS 시스템 시험에서 전형적인 소형 선박으로 가정한다.

거리 성능 시험에서 정량적이고 재현 가능한 결과를 얻으려면 시험 물표의 RCS가 필요하며, 시험 물표의 RCS를 알려진 기준 반사기와 비교하여 교정할 필요가 있다.

또한 RCS 교정을 수행하기 위한 전제 조건은 레이더 수신기 특성, 더 구체적으로는 수신 전력과 출력 영상 레벨 사이의 관계를 알고 있는 것이다. 그렇지 않다면 먼저 그 특성을 파악하여야 한다.

The calibration procedure must be performed in calm weather with a low sea state, and a well-known reference reflector must be at hand. An example of a reliable reference reflector is a calibrated Luneberg reflector mounted on a floating support as shown in Figure 24. It is important that the height of the reference reflector resembles that of the test target to be calibrated. If not, the measurements can be influenced by lobing as discussed in section 0, which leads to erroneous RCS estimates for the test targets.

Note that the RCS of the individual target is dependent on the radar frequency in use.

교정 절차는 해상 상태가 낮은 잔잔한 날씨에 수행하여야 하며, 잘 알려진 기준 반사기를 갖추고 있어야 한다. 신뢰할 수 있는 기준 반사기의 예로는 그림 24와 같이 부유 지지대에 장착한 교정된 루네베르크(Luneberg) 반사기가 있다. 기준 반사기의 높이가 교정할 시험 물표의 높이와 비슷한 것이 중요하다. 그렇지 않으면 측정이 앞 절(원문 "section 0")에서 논의한 로빙의 영향을 받아 시험 물표의 RCS를 잘못 추정하게 된다.

개별 물표의 RCS는 사용하는 레이더 주파수에 따라 달라진다는 점에 유의한다.

※ 원문의 "section 0"은 상호참조 오류로, 내용상 부속서 B의 B.2(로빙)를 가리키는 것으로 보인다.

그림 24 루네베르크 반사기 (Figure 24 Luneberg reflectors): 부유 지지대에 장착한 구형 루네베르크 반사기 사진.

Calibration sequence:

The controlled target and the reference reflector should be placed within 2 NM from the radar sensor and preferably within 0.5 to 1 NM. Moreover, the targets should be positioned within free line of sight of the radar sensor and away from objects yielding intense radar echoes.

With the reference target on board, the controlled target is positioned in the test area where the following steps are carried out:

  1. The reference reflector is placed in the water on its floating support.
  2. The controlled target moves away from the reflector until the two targets are clearly separated on the radar display.
  3. The radar gain is adjusted to obtain a clear picture of the test area with the test and reference targets clearly visible and stable in the water, both in azimuth and range. Make sure that any automatic gain adjustment is disabled such that the gain will remain constant throughout the calibration procedure.
  4. Record the intensity of the reference target echo during at least 30 consecutive scans. Convert all recorded intensities to received power levels using the receiver characteristics. Calculate the average value and variance of the received echo power.

교정 순서:

통제 물표와 기준 반사기는 레이더 센서로부터 2해리 이내, 바람직하게는 0.5~1해리 이내에 배치하는 것이 바람직하다. 또한 물표는 레이더 센서의 가시선이 트인 곳에, 강한 레이더 반향을 내는 물체에서 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하다.

기준 물표를 실은 통제 물표를 시험 구역에 위치시키고 다음 단계를 수행한다.

  1. 기준 반사기를 부유 지지대에 얹어 물에 띄운다.
  2. 통제 물표는 레이더 화면에서 두 물표가 뚜렷이 분리될 때까지 반사기로부터 멀어진다.
  3. 시험 물표와 기준 물표가 방위와 거리 모두에서 뚜렷이 보이고 물 위에서 안정된 상태로, 시험 구역의 선명한 영상을 얻도록 레이더 이득을 조정한다. 교정 절차 내내 이득이 일정하게 유지되도록 자동 이득 조정을 모두 해제했는지 확인한다.
  4. 연속 30회 이상의 스캔 동안 기준 물표 반향의 세기를 기록한다. 기록한 모든 세기를 수신기 특성을 이용해 수신 전력 레벨로 변환한다. 수신 반향 전력의 평균값과 분산을 계산한다.
  1. The controlled target is then positioned with its stern pointing in the direction of the radar, see Figure 25.
  2. Record the intensity of the controlled target echo during at least 30 consecutive scans. Convert all recorded intensities to received power levels using the receiver characteristics. Convert the received power, to an RCS value. Calculate the average value and variance of the measured RCS.
  3. The controlled target changes its orientation in steps of 45 degrees, and after each orientation change, the measurement in 6) is repeated. The last measurement is performed with the controlled target seen from the astern.
  4. Let the controlled target move in a circle centred at the reference target and with a radius of approximately 100 metres. In each scan, record the intensity of the controlled target echo. Convert all recorded intensities to received power levels using the receiver characteristics and further to RCS values. Calculate the average value and variance of the measured RCS.

The RCS of the target has now been measured for several different orientations (step 6 and 7), and in addition, a value for the overall RCS (the RCS averaged over all orientations) has been obtained in step 8.

  1. 이어서 통제 물표를 선미가 레이더 방향을 향하도록 위치시킨다(그림 25 참조).
  2. 연속 30회 이상의 스캔 동안 통제 물표 반향의 세기를 기록한다. 기록한 모든 세기를 수신기 특성을 이용해 수신 전력 레벨로 변환하고, 수신 전력을 RCS 값으로 변환한다. 측정한 RCS의 평균값과 분산을 계산한다.
  3. 통제 물표는 45도 단위로 방향을 바꾸며, 방향을 바꿀 때마다 6)의 측정을 반복한다. 마지막 측정은 통제 물표를 선미 쪽에서 본 상태로 수행한다.
  4. 통제 물표가 기준 물표를 중심으로 반경 약 100 m의 원을 그리며 이동하게 한다. 스캔마다 통제 물표 반향의 세기를 기록한다. 기록한 모든 세기를 수신기 특성을 이용해 수신 전력 레벨로, 다시 RCS 값으로 변환한다. 측정한 RCS의 평균값과 분산을 계산한다.

이로써 여러 방향에 대한 물표의 RCS(6단계와 7단계)를 측정하였고, 아울러 8단계에서 전체 RCS(모든 방향에 대해 평균한 RCS) 값을 얻었다.

※ 5단계에서 선미가 레이더를 향하도록 시작하고 7단계 마지막 측정도 "선미 쪽에서 본 상태"로 되어 있어, 원문의 시작 자세(stern)와 끝 자세(astern) 표현이 같은 방향을 가리킨다. 원문 그대로 옮겼다.

그림 25 레이더 안테나에 대한 물표 자세각 (Figure 25 Target aspect angle relative to the radar antenna): 레이더 안테나를 기준으로 통제 물표의 방향을 45° 단위로 바꾸어 가며 측정하는 배치도.