클러터와 MTI

레이다는 표적만 보지 않는다. 땅, 바다, 비, 새가 돌려주는 에코를 클러터(clutter)라 한다. 클러터는 잡음과 달리 에코이므로 송신 전력을 올려도 표적과 함께 커진다. 클러터는 대부분 움직이지 않으므로, 펄스마다 변하지 않는 성분을 빼는 MTI(moving target indication)로 걸러 낸다. MTI는 어떤 속도의 표적을 클러터와 함께 지우는 블라인드 속도를 만들고, 그 원인인 속도 aliasing은 반복 간격이나 안테나 위상을 하나 더 써서 푼다. 레이다가 움직이면 각도와 Doppler를 함께 쓰는 STAP이 필요하다.

클러터

해상도 셀 하나에 든 클러터는 얼마나 큰가? 땅이나 바다처럼 넓게 퍼진 반사체는 단위 면적당 RCS로 나타낸다. 이 값이 후방산란 계수 $\sigma^0=\sigma/A_c$이고 단위는 m²/m²이며 보통 dB로 적는다. 비나 새떼처럼 부피에 퍼진 반사체는 단위 부피당 RCS $\eta=\sigma/V$(m²/m³)로 나타낸다. 해상도 셀 하나에 드는 클러터는 그 셀이 덮는 면적에 $\sigma^0$를 곱한 값이다. 그레이징 각(grazing angle) $\varphi$가 작으면 셀은 폭이 빔의 폭 $R\theta_{az}$이고 깊이가 range bin의 깊이 $(cT_p/2)\sec\varphi$인 띠가 된다.

2장의 10 GHz 해상 레이다로, 방위 빔폭 1°, 펄스 0.1 µs, 그레이징 각 1°로 놓았다. 빔과 셀은 실제보다 넓게 그렸다.

10 km에서 빔의 폭은 174.5 m, 셀의 깊이는 15.0 m이므로 셀 하나가 바다 2617 m²를 덮는다. 해면의 후방산란 계수를 예로 $\sigma^0=-30$ dB로 두면 이 셀의 클러터는 2.62 m², 곧 4.2 dBsm이다. 실제 해면의 후방산란 계수는 바람, 파도, 편파, 그레이징 각에 따라 수십 dB 달라진다. 2장의 선박(10 dBsm)과 견주면 신호 대 클러터 비(SCR)는 5.8 dB에 그친다. 거리가 멀어지면 빔이 넓어져 셀이 커지므로 SCR이 나빠지고, 20 km에서는 2.8 dB가 된다.

클러터는 종류마다 성질이 다르다. 지면 클러터는 세고(표적보다 수십 dB 클 수 있다) 움직이지 않는다. 해면 클러터는 그보다 약하지만 바람과 파도로 움직여 Doppler가 퍼진다. 비 클러터는 넓은 부피에 퍼지고 주파수가 높을수록 세며, 바람을 따라 움직인다. 새는 작은 점 표적의 무리이다. 클러터의 세기는 셀마다 크게 다르고, 그 분포는 Rayleigh보다 꼬리가 길어 Weibull이나 log-normal로 모형화한다. 배경의 세기가 셀마다 이렇게 다르므로 14장의 CFAR가 필요하다.