기술기고문
정확한 탐지 및 예측 기능으로 생명을 구하는 완전 디지털 레이더
[아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)]
정확한 탐지 및 예측 기능으로 생명을 구하는 완전 디지털 레이더
https://www.analog.com/en/signals/articles/saving-lives-with-all-digital-radar.html
토네이도는 깔때기 모양의 회오리 바람이 지면에 도달하면 생명에 심각한 위험을 초래한다. 이러한 위험 상황이 발생하기 몇 분 전에 토네이도를 보다 확실하게 탐지하여 토네이도의 경로를 지면 상에서 정확하게 추적할 수 있다면 어떨까?
미국 오클라호마 대학 첨단 레이더 연구 센터(Advanced Radar Research Center, ARRC)의 기상학자, 데이터 과학자, 엔지니어들은 아나로그디바이스(ADI)와 협력하여 차세대 완전 디지털 편광 위상배열 레이더 시스템을 설계, 제작 및 시험하고 현장에 배치하고 있다. 미국 국립해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 산하 국립 재해 기상 연구소(National Severe Storms Laboratory, NSSL)가 자금을 지원하는 이 획기적이고 혁신적인 시스템은 유례없이 심각한 기상 상태를 실시간으로 감시하고 향상된 예측을 제공하며 보다 일찍 탐지할 수 있다.
ARRC의 국장 겸 기상학 교수인 밥 파머(Bob Palmer)는 “첨단 레이더 시스템을 사용하면 폭풍의 자세한 구조를 확인하고 보다 일찍 회오리 바람을 탐지할 수 있어, 경보 시간을 크게 단축하고 상해를 줄이며 인명 피해를 예방할 수 있다"고 말했다.
ARRC의 이 혁신적인 레이더는 크기, 무게, 전력 소모 및 비용(SWaP+C)이라는 장애물과 엄청난 연산 능력에 대한 과제를 극복해야 한다.
한눈에 보기
ARRC 연구소
2005년에 설립된 오클라호마 대학의 첨단 레이더 연구 센터(ARRC)는 첨단 레이더 솔루션의 연구 개발을 통해 안전, 보안, 환경의 질, 그리고 경제적 번영을 향상하기 위해 노력하는 명망 높은 학술 기관이다.
기술
낮은 지연, 우수한 해상도와 정확도 및 데이터 품질을 제공하는 레이더 솔루션. 심각한 폭풍 관측을 향상하기 위해 첨단 신호 처리, 위상배열 레이더 및 검색 알고리즘을 사용한다.
과제
기술의 한계를 뛰어넘어 음향 공학과 과학적 원리에 기반하여 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제안해야 한다. 크기, 무게, 전력 소모(SWaP)를 줄인 대규모 완전 디지털 위상배열 빔포밍 아키텍처와 트랜시버를 구현해야 한다.
목표
향상된 탐지 및 정확한 예측 모델로 인적, 물적 손실을 예방한다. 새로운 레이더 기술을 광범위한 애플리케이션에 적용하여 자연 재해와 인적 피해를 관측한다. 현상에 대한 보다 나은 이해를 통해 위험을 줄인다.
폭풍의 한가운데에서
오클라호마 대학 캠퍼스에 있는 첨단 레이더 연구 센터(ARRC) (사진: ARRC 제공)
오클라호마 주 노만은 토네이도가 세계에서 가장 많이 발생하는 지역이다. 이곳에서 ARRC의 혁신가들이 모여 심각한 기상 상태를 조기에 식별하고 지속적으로 모니터링할 수 있는 획기적인 레이더 솔루션을 개발하고 있다. 빠르고 정확한 조기 탐지는 보다 확실한 정보에 입각하여 결정을 내릴 수 있게 하므로 조기에 경보를 발령하고 비상 대응 서비스를 제공하여 귀중한 생명과 재산을 보호한다.
ARRC는 한 영역을 지속적으로 스위핑하는 수백 개의 고도화된 표적 탐지 위상배열 빔을 생성하고 실시간 고해상 이미지를 생성할 수 있는 완전 디지털 레이더 기술로 레이더의 경계를 확장하여 더 높은 정확도를 제공하는 데 주력한다. ARRC의 완전 디지털 솔루션은 보다 정확한 기상 예측과 기상 연구에서부터 향상된 항공기 추적 및 비협조적인 항공기 감시에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 활용될 수 있다.
ADI의 멀티마켓 플랫폼 그룹 마케팅을 담당하는 와이어트 테일러(Wyatt Taylor) 디렉터는 “2015년 초에 ARRC는 위상배열 연구 활동에 대한 프리젠테이션에 참석하도록 ADI를 연구 시설에 초대했다"고 말했다. 당시 ARRC는 ADI의 AD9361 칩을 핵심 부품으로 사용하고 있었다. ARRC 레이더 엔지니어인 매튜 맥코드(Matthew McCord)는 "그 칩은 심각한 폭풍과 조기 토네이도 탐지가 가능한, 완전 디지털 위상배열 레이더를 제작할 수도 있다는 가능성을 처음으로 보여주었다"고 말했다.
"AD9371 칩은 완전 디지털 위상배열 시스템의 핵이자 핵심적인 기능 부품이 되었다.”
매튜 맥코드, ARRC 레이더 엔지니어
호루스 프로젝트(Project HORUS): 기상 관측의 성배
ADI는 당시 개발 중이던 차세대 통합 칩 AD9371을 ARRC에 소개했다. AD9371은 고성능 광대역 RF 트랜시버로서 저전력 소모 수준을 유지하면서 20개의 개별 부품을 대체할 수 있다. ARRC의 수석 기술자는 아직 발매되지 않은 미공개 칩에 관심을 보였으며, 이에 ADI는 조기 액세스를 제공했다.
맥코드는 “우리는 평가판을 통해 마이그레이션하고 캘리브레이션과 관련된 문제를 해결했다"면서 “ADI는 업데이트, 앱 지원, 정보 공유 세션을 제공했으며 전체 시스템의 게이트키퍼인 전력 모니터와 전원공급장치에 광범위하게 사용되는 ADP5054를 포함하여 다른 부품들을 제공했다"고 설명했다.
‘호루스’, ARRC의 완전 디지털 아키텍처 위상배열 모바일 트럭 (사진: ARRC 제공)
완전 디지털 레이더: 미래를 향한 거대한 도약
완전 디지털 위상배열 레이더 시스템은 기존 레이더 시스템보다 훨씬 높은 해상도로 더 많은 빔을 생성하고 더 많은 표적을 추적할 수 있다.
사촌 격인 아날로그 위상배열 방식과 마찬가지로, 완전 디지털 방식은 컴퓨터 명령으로 레이저 빔을 조향함으로써 시스템이 기계적 하드웨어나 모터 또는 회전하는 레이더 접시를 사용하지 않고도 특정 영역을 빠르게 스캔할 수 있도록 한다. 그러나 아날로그 위상배열은 하드웨어에 의해 성능이 제한된다. 아날로그 시스템은 몇 개의 RF 빔만 생성하거나 수직 차원에서 '슬라이스'만 생성할 수 있으므로 해상도와 한 번에 추적할 수 있는 표적의 수가 모두 제한된다. 디지털 시스템은 이러한 한계를 극복하는 외에도 소프트웨어 업그레이드를 통해 새로운 기능으로 간단히 '진화'할 수 있다.
아날로그 및 기존 ‘2D’ 레이더
기존 레이더는 수평 차원에서 제한된 수의 빔을 생성하고 저해상도 정보의 슬라이스를 제공한다.
정확한 탐지 및 예측 기능으로 생명을 구하는 완전 디지털 레이더
https://www.analog.com/en/signals/articles/saving-lives-with-all-digital-radar.html
미국 오클라호마 대학 첨단 레이더 연구 센터(Advanced Radar Research Center, ARRC)의 기상학자, 데이터 과학자, 엔지니어들은 아나로그디바이스(ADI)와 협력하여 차세대 완전 디지털 편광 위상배열 레이더 시스템을 설계, 제작 및 시험하고 현장에 배치하고 있다. 미국 국립해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 산하 국립 재해 기상 연구소(National Severe Storms Laboratory, NSSL)가 자금을 지원하는 이 획기적이고 혁신적인 시스템은 유례없이 심각한 기상 상태를 실시간으로 감시하고 향상된 예측을 제공하며 보다 일찍 탐지할 수 있다.
ARRC의 국장 겸 기상학 교수인 밥 파머(Bob Palmer)는 “첨단 레이더 시스템을 사용하면 폭풍의 자세한 구조를 확인하고 보다 일찍 회오리 바람을 탐지할 수 있어, 경보 시간을 크게 단축하고 상해를 줄이며 인명 피해를 예방할 수 있다"고 말했다.
ARRC의 이 혁신적인 레이더는 크기, 무게, 전력 소모 및 비용(SWaP+C)이라는 장애물과 엄청난 연산 능력에 대한 과제를 극복해야 한다.
한눈에 보기
ARRC 연구소
2005년에 설립된 오클라호마 대학의 첨단 레이더 연구 센터(ARRC)는 첨단 레이더 솔루션의 연구 개발을 통해 안전, 보안, 환경의 질, 그리고 경제적 번영을 향상하기 위해 노력하는 명망 높은 학술 기관이다.
기술
낮은 지연, 우수한 해상도와 정확도 및 데이터 품질을 제공하는 레이더 솔루션. 심각한 폭풍 관측을 향상하기 위해 첨단 신호 처리, 위상배열 레이더 및 검색 알고리즘을 사용한다.
과제
기술의 한계를 뛰어넘어 음향 공학과 과학적 원리에 기반하여 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제안해야 한다. 크기, 무게, 전력 소모(SWaP)를 줄인 대규모 완전 디지털 위상배열 빔포밍 아키텍처와 트랜시버를 구현해야 한다.
목표
향상된 탐지 및 정확한 예측 모델로 인적, 물적 손실을 예방한다. 새로운 레이더 기술을 광범위한 애플리케이션에 적용하여 자연 재해와 인적 피해를 관측한다. 현상에 대한 보다 나은 이해를 통해 위험을 줄인다.
폭풍의 한가운데에서
오클라호마 대학 캠퍼스에 있는 첨단 레이더 연구 센터(ARRC) (사진: ARRC 제공)
오클라호마 주 노만은 토네이도가 세계에서 가장 많이 발생하는 지역이다. 이곳에서 ARRC의 혁신가들이 모여 심각한 기상 상태를 조기에 식별하고 지속적으로 모니터링할 수 있는 획기적인 레이더 솔루션을 개발하고 있다. 빠르고 정확한 조기 탐지는 보다 확실한 정보에 입각하여 결정을 내릴 수 있게 하므로 조기에 경보를 발령하고 비상 대응 서비스를 제공하여 귀중한 생명과 재산을 보호한다.
ARRC는 한 영역을 지속적으로 스위핑하는 수백 개의 고도화된 표적 탐지 위상배열 빔을 생성하고 실시간 고해상 이미지를 생성할 수 있는 완전 디지털 레이더 기술로 레이더의 경계를 확장하여 더 높은 정확도를 제공하는 데 주력한다. ARRC의 완전 디지털 솔루션은 보다 정확한 기상 예측과 기상 연구에서부터 향상된 항공기 추적 및 비협조적인 항공기 감시에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 활용될 수 있다.
ADI의 멀티마켓 플랫폼 그룹 마케팅을 담당하는 와이어트 테일러(Wyatt Taylor) 디렉터는 “2015년 초에 ARRC는 위상배열 연구 활동에 대한 프리젠테이션에 참석하도록 ADI를 연구 시설에 초대했다"고 말했다. 당시 ARRC는 ADI의 AD9361 칩을 핵심 부품으로 사용하고 있었다. ARRC 레이더 엔지니어인 매튜 맥코드(Matthew McCord)는 "그 칩은 심각한 폭풍과 조기 토네이도 탐지가 가능한, 완전 디지털 위상배열 레이더를 제작할 수도 있다는 가능성을 처음으로 보여주었다"고 말했다.
"AD9371 칩은 완전 디지털 위상배열 시스템의 핵이자 핵심적인 기능 부품이 되었다.”
매튜 맥코드, ARRC 레이더 엔지니어
호루스 프로젝트(Project HORUS): 기상 관측의 성배
ADI는 당시 개발 중이던 차세대 통합 칩 AD9371을 ARRC에 소개했다. AD9371은 고성능 광대역 RF 트랜시버로서 저전력 소모 수준을 유지하면서 20개의 개별 부품을 대체할 수 있다. ARRC의 수석 기술자는 아직 발매되지 않은 미공개 칩에 관심을 보였으며, 이에 ADI는 조기 액세스를 제공했다.
맥코드는 “우리는 평가판을 통해 마이그레이션하고 캘리브레이션과 관련된 문제를 해결했다"면서 “ADI는 업데이트, 앱 지원, 정보 공유 세션을 제공했으며 전체 시스템의 게이트키퍼인 전력 모니터와 전원공급장치에 광범위하게 사용되는 ADP5054를 포함하여 다른 부품들을 제공했다"고 설명했다.
‘호루스’, ARRC의 완전 디지털 아키텍처 위상배열 모바일 트럭 (사진: ARRC 제공)
완전 디지털 레이더: 미래를 향한 거대한 도약
완전 디지털 위상배열 레이더 시스템은 기존 레이더 시스템보다 훨씬 높은 해상도로 더 많은 빔을 생성하고 더 많은 표적을 추적할 수 있다.
사촌 격인 아날로그 위상배열 방식과 마찬가지로, 완전 디지털 방식은 컴퓨터 명령으로 레이저 빔을 조향함으로써 시스템이 기계적 하드웨어나 모터 또는 회전하는 레이더 접시를 사용하지 않고도 특정 영역을 빠르게 스캔할 수 있도록 한다. 그러나 아날로그 위상배열은 하드웨어에 의해 성능이 제한된다. 아날로그 시스템은 몇 개의 RF 빔만 생성하거나 수직 차원에서 '슬라이스'만 생성할 수 있으므로 해상도와 한 번에 추적할 수 있는 표적의 수가 모두 제한된다. 디지털 시스템은 이러한 한계를 극복하는 외에도 소프트웨어 업그레이드를 통해 새로운 기능으로 간단히 '진화'할 수 있다.
아날로그 및 기존 ‘2D’ 레이더
기존 레이더는 수평 차원에서 제한된 수의 빔을 생성하고 저해상도 정보의 슬라이스를 제공한다.