레이더 테스트의 주요 고려사항

특히 레이더와 EW에서는 군사용 레이더의 운영 환경과 요구사항이 빠르게 변화하고 있으며, 다음과 같은 레이더 트렌드로 인해 이러한 시스템의 복잡성이 새로운 극단적 수준까지 증가하고 있습니다.

• “인지” 레이더 및 LPI 레이더 내의 소프트웨어 정의 기술 개수가 외견상 무한대로 늘면서 능동 전자 주사식 위상 배열 (AESA), 바이스태틱 및 수동 레이더와 같은 레이더 아키텍처 확대되고 있어, 테스트 시스템에 필요한 테스트 범위가 증가하고 있습니다.
• 플랫폼 소형화가 RF 시스템의 통합을 주도하고 있습니다. 미래의 레이더, EW 수신기, 통신은 동일한 센서 플랫폼을 공유하고 하나의 유닛으로 테스트가 이루어질 가능성이 큽니다.
• 상용차 시장과 유사한 자율성으로 안전과 신뢰성을 보장하기 위해 다중 센서 및 다중 플랫폼 시스템에서 요구되는 테스트의 양이 크게 증가할 것입니다.

레이더 모델링 및 타겟 시뮬레이션은 설계 프로세스 전체에 적용할 수 있는 유일한 테스트 유형입니다. 레이더 시스템의 복잡성이 증가함에 따라 개발 중의 유연한 레이더 모델링 및 시뮬레이션이 값비싼 전체 시스템 테스트 비용을 줄여주고, 프로세스의 초기에 설계 문제를 찾아서 해결하고, 일정 리스크를 줄이는 데 매우 중요합니다.

소프트웨어 기반 플랫폼과 다목적 플랫폼, 짧은 지연 시간, 연결된 세계, 빅 데이터, 그리고 머신 러닝 및 인공 지능과 같이 더욱 규모가 큰 산업 트렌드로 새로운 레이더 및 EW 시스템 혁신이 가속화되고 있습니다. 이러한 모든 혁신과 함께, 몇 가지 테스트 과제는 미리 파악하고 익혀두어 테스트 설계 프로세스의 초기에 해결할 수 있도록 해야 합니다. 여기에는 레이더 및 EW 산업에서 5세대 제트 전투기, 극초음속 무기, 다중 정적 센서 및 드론, 네트워크로 연결된 전자 전투 명령, 인지 레이더 및 인지 또는 예측 EW와 같은 새로운 혁신을 위한 초기 구성요소 수준 테스트 및 시스템 수준 테스트 고려 사항에 대한 이해가 포함됩니다.

5세대 제트 전투기는 항공기가 더 빠르게 비행 수정을 할 수 있도록 함께 작동하는 일련의 센서를 제어하고 연결하기 위해 1천만 줄 이상의 코드로 만든 소프트웨어 기반 항공기입니다. 센서 그룹의 데이터를 결합하고 해당 데이터를 기반으로 소프트웨어 기반 조정을 수행하는 시스템의 경우, 안테나에 대한 파형 변동 테스트와 시스템 입력 및 출력 (I/O)에 대한 신호 무결성 테스트라는 두 가지 주요 구성요소 테스트가 매우 중요합니다. 안테나는 다목적이므로 파형 변동을 설명하고 절연과 지향성이 모두 높은지 확인하기 위해 안테나를 테스트해야 합니다. 시스템 I/O는 센서와 이들 센서에서 생성하는 데이터가 혼재되어 있어 복잡합니다. 높은 데이터 처리량과 사용자 정의 가능한 시스템 I/O를 사용할 능력을 보장하고 유지하려면 신호 무결성 테스트를 수행해야 합니다. 시스템 수준 테스트의 경우 무거운 소프트웨어 제품군과 통합은 소프트웨어가 준비되어 있고 잠재적인 오류나 예기치 않은 입력을 관리할 수 있도록 보장하기 위해 일련의 다기능 시뮬레이션을 사용한 추가 테스트가 필수적입니다.

극초음속 무기 시스템과 대응 플랫폼은 환경에 충분히 빠르게 적응할 정도로 신뢰할 수 있는 저지연 시스템이 필요합니다. 그 결과, 레이더 및 EW 시스템은 탐지 거리 요구 수준이 더 높으므로 구성 요소 수준의 안테나 시스템은 레이더가 위상 및 진폭 제어로 보다 정밀한 빔 조향을 수행하도록 안테나당 더 많은 요소를 갖추어야 합니다. 시스템 수준에서는 시스템이 극초음속과 무기 체계 또는 무기 방지 체계의 의사 결정을 따라갈 수 있도록 보장하려면 지연 시간이 짧은 테스트, 특히 시뮬레이션을 위한 빠른 업데이트 속도가 필요합니다. 시뮬레이터가 이처럼 더 빠른 시스템을 더 신속히 업데이트하고 테스트하도록 지원하려면, 데이터를 신속히 처리하고 시뮬레이션 환경을 정확하게 나타내도록 모델의 현재 상태를 업데이트할 수 있는 테스트 시스템이 필요합니다.

더 작은 레이더 타겟이나 환경에 대해 더 많은 정보를 더 일찍 알아야 하므로 더욱 긴밀히 연결된 세계에서 효과적으로 작동하기 위해 함께 작동해야 하는 다중 정적 시스템과 드론의 수요가 증가했습니다. 구성요소 수준에서 시스템이 연결되어 있어 선형적이고 예전과는 다른 장애를 이해하고 테스트해야 할 수도 있는 더 넓은 대역의 구성요소에 대한 필요성이 높아집니다. 위상 배열 안테나에 있는 요소의 경우, 높은 게인과 지향성이 각 요소가 더 작은 영역에서 더 높은 성능을 갖도록 보장하는 동시에 여러 요소로 구성된 전체 시스템이 전체 위상 배열 안테나에 대한 올바른 적용 범위를 보장합니다. 높은 지향성과 더 조밀한 빔을 사용하는 레이더는 더 멀리 떨어져 있고 더 작은 타겟을 찾을 수 있습니다. 시스템 수준에서는 여러 채널에 걸쳐 조밀하게 정렬된 동기화를 사용하는 고분해능 및 광대역 저지연 테스트가 매우 중요합니다. 이러한 레이더 시스템의 견고성과 정확성을 테스트하려면 고밀도의 상세한 EW 시뮬레이션으로 더 많은 채널의 균형을 맞춰야 합니다.

연결된 세계와 빅 데이터라는 트렌드에 따라 네트워크로 연결된 전자 전투 명령이라는 개념도 탄생했는데, 이는 새로운 유형으로 분류되는 일련의 센서와 디바이스가 함께 어우러져 다른 그룹의 이동, 능력, 계층구조를 식별, 위치 찾기, 분류하는 것입니다. 광범위한 종류의 센서가 사용되므로, 구성요소 수준에서 테스트하려면 더 복잡한 I/O 분석이 필요합니다. 시스템 수준은 병렬 테스트 및 고속 데이터 분석이 필요한 총합적 테스트 구조를 포함합니다. 또한 시스템에는 더 높은 충실도를 제공하고 더 복잡한 위협 시나리오를 다룰 수 있는 복잡한 시뮬레이터가 필요합니다.

이러한 모든 시스템은 함께 작동하면서 소프트웨어를 사용하여 시스템을 제어하는 일련의 센서로 더 빠른 속도로 더 많은 데이터를 생성합니다. 더 많은 데이터가 더 빠른 속도로 생성됨에 따라, 의사 결정 및 데이터 구성 시 인간보다 빠르게 처리할 시스템이 필요합니다. 그래서 발명한 것이 바로 인지 레이더와 인지 또는 예측 EW 시스템입니다. 이러한 시스템의 경우, 구성요소 및 서브시스템 테스트 프로그램 세트에는 다른 시스템보다 더 넓은 범위의 주파수와 대역폭이 포함됩니다. 또한 기존의 파라미터형 테스트는 시스템 성능을 완전히 이해하는 데 충분하지 않을 가능성이 크며, 이는 테스트 프로세스 초기에 모델링 및 시뮬레이션 테스트를 수행해야 한다는 의미입니다. 시스템 수준에서는 개루프 시뮬레이터 옵션이 더 이상 지원되지 않으며, 테스트 자산은 인지 레이더 시스템의 일부 기능은 평가하지 못하는 기존의 위협 데이터베이스에 의존하는 대신 타겟과 환경을 더 정확하게 에뮬레이트해야 합니다.

시스템 복잡성이 증가하면서 신기술의 발전이 촉진됨에 따라, 구성요소 및 시스템 수준에서 이러한 변화에 적응하는 테스트 계측 장비가 필요합니다. 또한 새로운 요구사항을 충족하고 시스템 견고성을 보장하며 테스트 일정을 유지하려면 용의주도한 테스트 방법론이 필요합니다.

레이더 시스템 통합과 테스트에는 지연 라인, COTS (상용 기성품) FPGA 지원 계측 또는 RFSoC (RF 시스템 온 칩), COTS 레이더 타겟 생성기, 그리고 턴키 테스트 및 측정 솔루션의 네 가지 기존 테스트 접근 방식이 사용됩니다. 이러한 테스트 방법은 각각 자체적인 강점과 약점이 있습니다.

지연 라인은 더 쉽게 구매하고 개발할 수 있고 매우 낮은 지연 시간 요구사항을 충족하는 견고하고 비용 효율적인 솔루션입니다. 하지만 그 기능이 매우 제한적이며 간단한 시스템 기능 테스트에서만 작동합니다. 지연 라인은 현대식 레이더가 클러터나 간섭과 같은 문제가 발생하는 실제 환경 또는 상황에 대비한 ECCM (Electronic Counter-Countermeasure) 기술과 시뮬레이션을 제공하지 않습니다.

COTS FPGA 지원 계측 또는 RFSoC는 낮은 자본 비용, 짧은 지연 시간 기능, 고유한 요구 사항이 있는 복잡한 시스템에 맞게 조정할 수 있는 유연성을 갖추고 있습니다. 그러나 초기 개발 단계에서 비순환적 엔지니어링 비용과 같이 인간과 관련된 비용이 많이 듭니다. 코딩이 복잡하므로 이러한 계측 장비는 유지보수가 어렵고 때로는 신뢰성이 떨어질 수도 있습니다. 일반적으로 실제 테스트 장비는 아니므로 모든 새 테스트 프로그램을 시작할 때 시스템을 효과적으로 시작하고 실행하려면 많은 펌웨어 및 소프트웨어 작업을 수행해야 합니다.

COTS 레이더 타겟 생성기 시스템은 더 높은 수준의 소프트웨어 시작 지점과 특정 어플리케이션 요구에 맞출 수 있다는 점 때문에 비순환적 엔지니어링 비용이 적게 듭니다. 따라서 도메인 전문가는 테스트 시스템 설계 프로세스 초기에 자신의 지식을 활용할 수 있습니다. 그러나 COTS 레이더 타겟 생성기는 일반적으로 비용이 더 많이 들고, 업그레이드와 유지보수를 위한 지원이 필요하며, 기능 중 더 큰 부분이 이미 정의되어 있어 유연성이 부족합니다. 그들의 테스트 역량이 더 느리게 발전하고 있으므로, 이러한 생성기에 대한 새로운 모드나 기능을 구현하려면 테스트 벤더에 의존해야 합니다.

폐쇄형 또는 턴키 방식의 테스트 및 측정 솔루션은 완전한 솔루션으로 정의되고 제공되므로, 결과적으로 뛰어난 다이내믹 레인지, 핵심 COTS 모델을 기반으로 하는 잘 교정되고 널리 알려진 지원, 여러 프로그램에서 신속하게 활용할 수 있는 능력을 활용할 수 있습니다. 하지만 턴키 방식의 테스트 및 측정 솔루션은 벤더가 정의한 기능으로 제한되고 고유한 시스템 요구 사항에 맞춰 구성하기 어렵습니다. 또한 이들 솔루션은 특정 테스트에 최적화되어 있지 않고 일반적으로 위상 일관성이 없으며 종종 규정된 시스템이거나 개루프 시스템이므로 지연 시간이 더 길어집니다. 이러한 문제 때문에 벤더에 의존하여 빠르게 변화하는 요구 사항에 적합한 새로운 기능을 추가해야 하며, 그 결과 AESA 및 간섭 측정과 같은 기술을 위한 다중 채널 RF 시스템으로 확장하기가 매우 어렵고 폐루프 테스트 수행 능력을 제한하는 시스템이 됩니다.    

새로운 레이더 및 EW 기술에 영향을 미치는 산업 트렌드로 인해 산업 융합, 소프트웨어 정의 플랫폼, 테스트 시스템 유지보수 능력, 테스트 시스템 아키텍처와 같은 새로운 테스트 계측 트렌드가 발생하고 있습니다.

테스트 장비 벤더는 일반적으로 두 가지 이상의 업종에서 영업하므로 자동차, 5G, 방위 산업과 같이 산업 전반에 걸쳐 계측기를 사용할 수 있습니다. 이러한 산업을 위한 기술과 테스트가 새로 연결된 세상에서 점점 통합됨에 따라, 테스트 계측 장비는 주파수 범위를 확장하고 더 많은 채널 수와 함께 더 큰 작동 대역폭에서 작동해야 합니다. 테스트 및 측정 벤더는 고객이 이전의 수동 테스트 시스템에 비해 소프트웨어의 유연성, 테스트 속도, 신뢰성을 재빨리 선택함에 따라 계측기를 실행하기 위해 소프트웨어 플랫폼에 더 많이 투자하고 더 많은 수익을 올리고 있습니다. 레이더 테스트를 위한 다른 폐루프 옵션과 비교 시, 테스트 장비 벤더는 여러 산업에서 장비를 활용하고 테스트 계측 장비 솔루션 비용을 절감하는 동시에 더 많은 기능을 갖춘 테스트 계측 장비를 만드는 규모의 경제를 누릴 수 있습니다.

업계에서는 테스트용 박스형 계측기가 8년~12년 동안 지속되어야 함을 보여주고 있습니다. 펌웨어 업데이트는 18~24개월 간격으로 필요하며 하드웨어 업그레이드는 대개 18~36개월마다 이루어집니다. 박스형 계측기는 물리적 버튼 수가 더 적은 터치 스크린을 통합하여 휴대전화 디바이스를 에뮬레이트합니다. 유연성을 높이기 위해, 박스형 시스템 제조업체는 더 쉬운 업그레이드를 위해 이러한 시스템에 모듈식 디바이스를 통합하고 있습니다. 이들 제조업체는 단일 시스템에서 더 큰 테스트 적용 범위에 적합한 "슈퍼 박스" 또는 박스형 계측기 컬렉션도 만들고 있습니다.

모듈식 계측기는 무선 프런트 엔드, 다중 프로세서 아키텍처, 보고 및 저장 필요성의 증가와 함께 업계에서 가장 큰 성장세를 보이고 있습니다. 모듈식 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼을 사용하면 더 빠른 설계부터 일정 리스크 감소, 미래의 보다 복잡한 시스템 요구 사항 준수까지, 다양한 필요에 맞게 테스트 시스템을 조정할 수 있습니다. 새로운 모듈식 시스템은 동일한 디바이스에서 FPGA 및 RF 하드웨어와 함께 향상된 유연성을 보이고 있습니다. 즉, 실시간 프로세서, 스펙트럼 모니터, 채널 시뮬레이터, DUT 컨트롤러와 같은 디바이스 간에 전환하여 동일한 계측기를 사용하여 더 많은 유형의 테스트를 수행할 수 있다는 뜻입니다. 모듈화로 인해 고성능 테스트 시스템을 위한 고밀도 테스트 시스템의 절충도 발생합니다. 추가 기능을 위해 테스트 성능을 희생시킬 수 있는 경우 모듈식 시스템에 다목적 계측 장비를 포함할 수 있습니다. 다목적 모듈식 측정 계측기는 또한 향상된 측정 IP, 더 나은 구성요소(특히 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기), 발전된 신호 처리 기술, 더 나은 소프트웨어 접근성 및 아키텍처도 제공합니다. 그 밖에도, 모듈식 테스트 계측 장비 덕분에 테스트 시스템이 더욱 콤팩트해져, 두 가지 이상의 박스 계측기 기능을 더 작은 PXI 기반 모듈식 계측기 또는 시스템에 맞출 수 있습니다.

전반적으로, 테스트 계측 장비는 산업 융합, 소프트웨어 정의 계측 장비, 다목적 테스트 계측 장비, 모듈식 테스트 계측기를 활용하고 그에 맞춰 조정함으로써 새로운 레이더 및 EW 기술의 필요성을 충족하도록 진화하고 있습니다.

많은 트렌드가 레이더 및 EW를 포함한 여러 산업 전반에 걸쳐 기술 발전을 주도하고 있습니다. 소프트웨어 기반 플랫폼과 다목적 플랫폼, 짧은 지연 시간 요구 사항, 연결된 세계, 빅 데이터 처리 및 정보 노출, 머신 러닝, 인공 지능으로 구성 요소 수준과 시스템 수준에서 모두 테스트 혁신이 촉발되고 있습니다. 레이더 및 EW의 기술 발전 속도를 가속화하고 설계 견고성을 보장하기 위해, 제조업체는 새로운 요구 사항을 충족하기 위해 기존 테스트 및 측정 장비를 채택하고 있습니다. 다양한 테스트 단계 중에 모듈식 계측기와 더 많은 모델링 및 시뮬레이션으로 이러한 레이더 및 EW 시스템 트렌드에 대응할 수 있습니다. 또한 모델링 및 시뮬레이션을 통해 비용이 많이 드는 전체 시스템 테스트를 줄이고 테스트 프로세스 초기에 문제를 식별하고 해결함으로써 일정 리스크를 줄일 수도 있습니다. 새로운 유형의 레이더 및 EW 기술이 부상함에 따라, 테스트 설계 프로세스 초기에 새로운 테스트 문제를 해결하여 새로운 요구 사항과 애플리케이션에 특정한 필요를 충족할 수 있는 적합하고 유연한 테스트 시스템을 찾아야 합니다.