KR102202031B1 - 복합 구조체의 레이다 반사 면적(rcs)을 해석하는 방법 및 장치 - Google Patents

복합 구조체의 레이다 반사 면적(rcs)을 해석하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 방법 및 장치는, 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산하고, 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산하고, 물리광학법(physical optics) 및 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 복합 구조체의 최외각 표면에서의 표면 등가전류의 값들을 계산하고, 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 산란파의 전자기장을 계산하고, 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출한다.

Description

복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 방법 및 장치{Method and apparatus for analyzing radar cross section (RCS) of complex structure}
유전체, 도체(예를 들어, 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS))을 포함하는 복합 구조체의 레이다 반사 면적을 해석하는 방법 및 장치에 관한다.
레이다 반사 면적(radar cross section, RCS)는 어떠한 물체 또는 구조체가 레이다에 얼마나 잘 반사되는가를 면적으로 나타낸 척도로서, 방공, 대함, 대잠수함 등의 군사 목적을 위한 레이더 탐지 분야에서 레이다로 적의 물체를 탐지하고 추적하며 미사일을 유도해야 하는 현대전에서는 중요한 기술이다. 레이다 반사 면적(RCS)이 작으면 작을수록 적의 레이다에 걸릴 확률이 급격히 저하될 수 있다.
레이다 반사 면적(RCS)은 대상이 되는 물체 자체의 형상도 중요하지만 물체 자체의 전파 투과율, 흡수율과 전파의 파장 등의 변수들을 고려하여 계산될 수 있다. 또한, 동일한 항공기, 동일한 조건이라 할지라도 물체의 정면인지 측면인지 뒷면인지에 따라 레이다 반사 면적의 값은 달라질 수 있다. 예를 들어, 실제 전투기 구조체는 도체 표면에 전파흡수 도료 등의 유전체가 코팅되어 있고, 전투기 구조체의 전방 부분에는 주파수 선택 표면(FSS)이 삽입된 레이돔(radome)이 탑재되어 있어 유전체와 도체가 복합적으로 이루어져 구성된 복합 구조체를 이루고 있다. 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 등과 같은 수치해석 기법은 산란파를 매우 정확하게 계산할 수 있지만, 산란체 전체를 파장의 1/10 크기 이하로 분할한 메쉬 정보가 필요하기 때문에, 산란체가 다층으로 구성되거나 산란체의 크기가 파장보다 매우 큰 경우에는 계산 시간과 처리량이 기하급수적으로 증가하여, 수치해석 기법을 적용하여 레이다 반사 면적(RCS)을 분석하기에는 시간적, 물리적 한계가 존재한다는 문제점이 있다. 따라서, 유전체, 도체, 주파수 선택 표면(FSS)과 같은 다양한 구성들로 제작된 복합 구조체에 대해, 정확하고 효율적인 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하기 위한 연구가 요구되고 있다.
유전체, 도체(예를 들어, 주파수 선택 표면(FSS))을 포함하는 복합 구조체의 레이다 반사 면적을 해석하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따른 복합 구조체의 레이다 반사 면적(radar cross section, RCS)을 해석하는 방법은, 상기 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 상기 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산하는 단계; 상기 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산하는 단계; 물리광학법(physical optics) 및 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 상기 복합 구조체의 최외각 표면에서의 표면 등가전류의 값들을 계산하는 단계; 상기 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 산란파의 전자기장을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 상기 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 주파수 선택 표면은 JC-FSS(Jerusalem Cross-FSS)의 단위 셀들이 조합되어 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 표면 등가전류의 값들을 계산하는 단계는 상기 광선이 최외각 도체 층에 도달한 경우, 수학식
Figure 112018113340094-pat00001
를 이용하여 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00002
를 계산하고, 상기 광선이 최외각 유전체 층에 도달한 경우, 수학식
Figure 112018113340094-pat00003
및 수학식
Figure 112018113340094-pat00004
를 이용하여 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00005
와
Figure 112018113340094-pat00006
를 계산하고, 상기 수학식들에서,
Figure 112018113340094-pat00007
,
Figure 112018113340094-pat00008
,
Figure 112018113340094-pat00009
는 각각 상기 광선이 도착한 층에서의 법선 단위벡터, 전기장, 자기장을 나타낸다.
다른 측면에 따른 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 장치는, 상기 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 상기 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산하는 FSS 분석부; 상기 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산하는 유전체 및 도체 분석부; 및 물리광학법(physical optics) 및 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 상기 복합 구조체의 최외각 표면에서의 표면 등가전류의 값들을 계산하고, 상기 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 산란파의 전자기장을 계산하고, 상기 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 상기 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출하는 RCS 산출부를 포함한다.
다층 유전체, 도체, 주파수 선택 표면 등이 복합적으로 구성된 복합 구조체를 구비한 전투기와 같은 산란체에 대해 정확하고 효율적으로 레이다 반사 면적을 해석할 수 있으므로, 레이다, 스텔스 설계, 거대 구조물 탐지 등에 활용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 구조체를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 RCS 분석 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 주파수 선택 표면(FSS)의 단위 셀을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 주파수 선택 표면(FSS)의 주파수 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 일 실시예에 따라 도 1의 복합 구조체가 전투기의 전방 부분에 레이돔으로써 적용된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 방법의 흐름도이다.
본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 일부 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 실시예들을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 실시예들의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어들은 단지 실시예들의 설명을 위해 사용된 것으로, 본 실시예들을 한정하려는 의도가 아니다.
본 실시예들에 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 실시예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 구조체를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 복합 구조체(10)는 복수의 유전체 층들(11, 12, 14, 15) 및 도체 층(주파수 선택 표면(FSS)(13))이 복합적으로 적층되어 구성된 구조체이다.
복합 구조체(10)는 레이돔(radome)으로서, 전투기, 항공기 등과 같은 항공 구조체들의 전방 부분에 채용되거나, 전함, 잠수함 등과 같은 구조체들의 안테나 구조물에 채용되는 구조체일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예에 따른 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석 방법은, 다층의 유전제 층 내에 주파수 선택 표면(FSS)과 같은 도체 층이 삽입된 레이돔과 같은 복합 구조체(산란체)의 레이다 반사 면적(RCS)을 분석하기 위함이다.
복합 구조체(10)에서 유전체 층들(11, 12, 14, 15)과 주파수 선택 표면(FSS)(13) 각각은 서로 다른 유전율, 투자율을 갖는 유전체 및 도체로 구현되어 있을 수 있다. 이에 따라, 복합 구조체(10)로 입사한 광선이 어떠한 방향, 각도 등으로 반사, 굴절, 투과될 것인지를 예측하는 것이 레이다 반사 면적(RCS)의 해석에 있어서 중요하다. 한편, 유전체 층들(11, 12, 14, 15)에서 층들의 개수는 도 1에 도시된 바와 다르게 변경될 수 있으며, 각 층에는 유전체 또는 도체가 다양하게 분포될 수 있다.
본 실시예에 따른 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석 방법은, 복합 구조체(10) 내 주파수 선택 표면(FSS)(13)과 같이 필요한 부분에 대해서는 수치해석 기법을 적용하여 분석하고, 복합 구조체(10) 내 다른 부분(층)에 대해서는 광선추적법(ray tracing technique), 물리광학법(physical optics) 및 호이겐스의 원리(Huygens's principle)와 같은 고주파 해석 기법을 적용하여 분석하고, 각 기법들에 따른 분석 결과들에 기초하여 레이다 반사 면적(RCS)을 해석한다.
즉, 산란체(복합 구조체(10))를 도체와 유전체의 복합 구조로 모델링하고 각 층에서의 유전율, 투자율 값으로부터 반사, 굴절, 투과 및 다중반사 영향까지 고려하여 산란체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하므로, 산란체(복합 구조체(10))의 레이다 반사 면적(RCS)을 정확하고 효율적으로 해석하는 것이 가능할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석 방법은 다층의 유전체, 도체(예를 들어, 주파수 선택 표면(FSS)(13))을 포함하는 복합 구조체(10)인 경우, 복합 구조체(10)가 적용된 구조물의 종류에는 제한되지 않고 적용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 RCS 분석 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참고하면, RCS 분석 장치(100)는 프로세서(110) 및 메모리(120)를 포함하고, 프로세서(110)는 FSS 분석부(111), 유전체 및 도체 분석부(112) 및 RCS 산출부(113)를 포함한다. 도 2에 도시된 RCS 분석 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 RCS 분석 장치(100)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
프로세서(110)는 RCS 분석 장치(100)의 전반적인 기능 및 동작을 제어하는 하드웨어로서, 메모리(120)에 저장된 다양한 명령어들, 애플리케이션들 등을 실행하여 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석 방법을 수행한다. 프로세서(110)는 RCS 분석 장치(100) 내에 구비된 CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), AP(application processor) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
메모리(120)는 RCS 분석 장치(100) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(120)는 RCS 분석 장치(100)에서 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석을 위해 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(120)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 다층의 복합 구조체(10)를 형성하는 각 층의 특성 별로 서로 다른 수학적 기법을 이용하여 분석함으로써, 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석한다.
먼저, FSS 분석부(111)는 복합 구조체(10)에서 주파수 선택 표면(FSS)(13)을 분석한다. 구체적으로, FSS 분석부(111)는 수치해석 기법(numerical analysis method)을 이용하여 수직 편파의 투과 계수와 반사 계수, 수평편파의 투과 계수와 반사 계수를 구한다. 여기서, FSS 분석부(111)는 모멘트법(method of moments, MoM), 유한요소법(finite element method, FEM) 등과 같은 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법에 기반하여 주파수 선택 표면(FSS)(13)에 대한 투과 계수와 반사 계수를 구할 수 있다.
FSS 분석부(111)는 복합 구조체(10) 전체를 계산하지 않고, 복합 구조체(10)에서 주파수 선택 표면(FSS)(13)에 대해서만 수치해석 기법을 이용하여 계산하고, 계산된 결과가 유전체 및 도체 분석부(112)와 RCS 산출부(113)에서 활용됨으로써 보다 효율적으로 복합 구조체(10)에 대한 레이다 반사 면적(RCS)을 분석할 수 있다.
한편, 주파수 선택 표면(FSS)(13)은 도 3에 도시된 바와 같은 Jerusalem Cross 모양의 단위 셀들의 집합으로 구현될 수 있으나 단위 셀의 형태 또는 종류는 이에 제한되지 않는다.
도 3은 일 실시예에 따른 주파수 선택 표면(FSS)의 단위 셀을 도시한 도면이다. 도 3을 참고하면, 복합 구조체(10)의 주파수 선택 표면(FSS)(13)은 JC-FSS(Jerusalem Cross-FSS)(300)에 해당할 수 있다. 하지만, 본 실시예에 따른 주파수 선택 표면(FSS)(13)은 JC-FSS(300) 외에도 다른 타입의 단위 셀들로 구현될 수 있고, 이는 본 실시예들의 범위에 속한다.
JC-FSS(300)는 한 변의 길이가 p인 정사각형 도체(310)에 Jerusalem Cross 모양으로 슬롯(320)이 뚫려있으며, w는 슬롯(320)의 폭을 나타내고, l은 슬롯(320)의 길이를 나타낸다.
FSS 분석부(111)는 이와 같은 JC-FSS(Jerusalem Cross-FSS)(300)에 대해 수치해석 기법을 적용하여 수직 편파의 투과 계수와 반사 계수, 수평편파의 투과 계수와 반사 계수를 구한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 주파수 선택 표면(FSS)의 주파수 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a는 주파수, 입사각, 편파 종류(수평 편파(transverse magnetic, TM) 및 수직 편파(transverse electric, TE))에 따른 반사 계수(reflection coefficients)의 주파수 특성을 나타내는 도면이고, 도 4b는 주파수, 입사각, 편파 종류(수평 편파(TM) 및 수직 편파(TE))에 따른 투과 계수(transmission coefficients)의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 도 4a 및 도 4b에서, S11은 반사 계수의 크기를 dB scale로 나타낸 것이고, S21은 투과 계수의 크기를 dB scale로 나타낸 것이다. 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 주파수 선택 표면(FSS)(13)(즉, JC-FSS(300))은 X-band에서 밴드 패스(band pass)의 특성을 갖는다는 점을 알 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 유전체 및 도체 분석부(112)는 복합 구조체(10)에서 유전체 층들(11, 12, 14, 15)을 분석한다. 유전체 층들(11, 12, 14, 15)에서 유전체 층들 각각은 서로 다른 유전율, 투자율을 갖는 유전체로 구성되어 있다.
한편, 유전체 및 도체 분석부(112)는 복합 구조체(10)와 같이 주파수 선택 표면(FSS)(13)이 삽입된 경우, 광선추적법을 이용하여 복합 구조체(10) 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산한다. 즉, 유전체 및 도체 분석부(112)는 앞서 FSS 분석부(111)에서 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 복합 구조체(10) 내 다층의 유전체 및 도체 층들(11 내지 15)에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산한다.
RCS 산출부(113)는 유전체 및 도체 분석부(112)에서 추적한 광선이 산란체(즉, 복합 구조체(10))의 최외각 도체 층에 도달한 경우, 물리광학법(physical optics)을 이용하여 수학식 1과 같은 표면 등가전류를 정의한다.
Figure 112018113340094-pat00010
또한, RCS 산출부(113)는 유전체 및 도체 분석부(112)에서 추적한 광선이 산란체(즉, 복합 구조체(10))의 최외각 유전체 층에 도달한 경우, 호이겐스의 원리(Huygens's principle)에 의해 수학식 2 및 수학식 3과 같은 표면 등가전류를 정의한다.
Figure 112018113340094-pat00011
Figure 112018113340094-pat00012
수학식 2 및 3에서,
Figure 112018113340094-pat00013
,
Figure 112018113340094-pat00014
,
Figure 112018113340094-pat00015
는 각각 광선이 도착한 층에서의 법선 단위벡터, 전기장, 자기장을 의미한다.
RCS 산출부(113)는 FSS 분석부(111) 및 유전체 및 도체 분석부(112)의 분석 결과에 기초하여, 복합 구조체(10)의 레이다 반사 면적(RCS)의 산출한다. 즉, RCS 산출부(113)는 앞서 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 산란파의 전자기장을 계산하고, 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 산란체(즉, 복합 구조체(10))의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출 한다. 구체적으로, RCS 산출부(113)는 정의된 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00016
,
Figure 112018113340094-pat00017
,
Figure 112018113340094-pat00018
를 이용하여 관측점에서의 산란체(즉, 복합 구조체(10))의 산란파의 전자기장을 계산하고, 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 레이다 반사 면적(RCS)을 산출한다.
도 5는 일 실시예에 따라 도 1의 복합 구조체가 전투기의 전방 부분에 레이돔으로써 적용된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, 전투기(500)의 표면은 각각 다른 유전율, 투자율을 갖는 유전체 및 도체의 층들로 구성되고, 전투기(500)의 전방 부분은 앞서 도 1에서 설명된 바와 같이, 유전체 층들(11, 12, 14, 15) 사이에 도체 층(예를 들어, 주파수 선택 표면(FSS)(13))이 삽입된 레이돔이 장착되어 있다.
RCS 분석 장치(100)는 광선이 도체로 이루어진 전투기(500)의 표면에 도달한 경우에는 물리광학법을 이용하여 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00019
(수학식 1)를 계산하고, 유전체로 이루어진 전투기(500)의 표면에 도달한 경우에는 호이겐스의 원리에 의해 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00020
와
Figure 112018113340094-pat00021
(수학식 2 및 수학식 3)를 계산한다. 그리고 나서, RCS 분석 장치(100)는 계산된 표면 등가전류
Figure 112018113340094-pat00022
,
Figure 112018113340094-pat00023
,
Figure 112018113340094-pat00024
를 이용하여 관측점에서의 산란체(즉, 복합 구조체(10))의 산란파의 전자기장을 계산하고, 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 레이다 반사 면적(RCS)을 산출한다.
도 6은 일 실시예에 따른 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 방법의 흐름도이다. 도 6에 도시된 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)의 해석 방법은 도 2에 도시된 RCS 분석 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성되므로, 이하 생략된 내용이라 할지라도, 도 1 내지 도 5에서 설명된 내용은 도 6의 방법에도 적용될 수 있다.
601 단계에서, FSS 분석부(111)는 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산한다.
602 단계에서, 유전체 및 도체 분석부(112)는 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산한다. 이 때, 주파수 선택 표면(FSS)을 만나는 경우에는 601 단계에서 계산한 주파수 선택 표면(FSS)에서의 투과 계수들과 반사 계수들이 활용될 수 있다.
603 단계에서, RCS 산출부(113)는 물리광학법(physical optics) 및 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 복합 구조체의 최외각 표면에서의 표면 등가전류의 값들을 계산한다.
604 단계에서, RCS 산출부(113)는 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 산란파의 전자기장을 계산한다.
605 단계에서, RCS 산출부(113)는 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출한다.
한편, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 복합 구조체(산란체)의 레이다 반사 면적(radar cross section, RCS)을 해석하는 방법에 있어서,
    상기 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite elements method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 상기 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산하는 단계;
    상기 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산하는 단계;
    상기 광선이 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들 중 최외각 도체 층에 도달한 경우 물리광학법(physical optics)을 이용하고, 상기 광선이 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들 중 최외각 유전체 층에 도달한 경우 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 표면 등가전류의 값들을 계산하는 단계;
    상기 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 복합 구조체의 산란파의 전자기장을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 상기 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 선택 표면은
    JC-FSS(Jerusalem Cross-FSS)의 단위 셀들이 조합되어 형성된 것인, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 등가전류의 값들을 계산하는 단계는
    상기 광선이 상기 최외각 도체 층에 도달한 경우, 수학식
    Figure 112020038351848-pat00025
    를 이용하여 표면 등가전류
    Figure 112020038351848-pat00026
    를 계산하고,
    상기 광선이 상기 최외각 유전체 층에 도달한 경우, 수학식
    Figure 112020038351848-pat00027
    및 수학식
    Figure 112020038351848-pat00028
    를 이용하여 표면 등가전류
    Figure 112020038351848-pat00029
    와
    Figure 112020038351848-pat00030
    를 계산하고,
    상기 수학식들에서,
    Figure 112020038351848-pat00031
    ,
    Figure 112020038351848-pat00032
    ,
    Figure 112020038351848-pat00033
    는 각각 상기 광선이 도착한 층에서의 법선 단위벡터, 전기장, 자기장을 나타내는, 방법.
  4. 복합 구조체(산란체)의 레이다 반사 면적(RCS)을 해석하는 장치에 있어서,
    상기 복합 구조체 내 주파수 선택 표면(frequency selective surface, FSS)에 대하여 모멘트법(method of moments, MoM) 및 유한요소법(finite element method, FEM) 중 적어도 하나를 포함하는 풀-웨이브분석(full-wave analysis)을 위한 수치해석 기법을 이용하여 상기 주파수 선택 표면(FSS)에서의 수직 편파(transverse electric, TE)의 투과 계수(transmission coefficients)와 반사 계수(reflection coefficients) 및 수평편파(transverse magnetic, TM)의 투과 계수와 반사 계수를 계산하는 FSS 분석부;
    상기 계산된 투과 계수들과 반사 계수들을 광선추적법(ray tracing technique)에 대입하여 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들에서의 광선을 추적하기 위한 반사도, 투과도, 굴절도 및 다중반사도를 나타내는 광선추적 값들을 계산하는 유전체 및 도체 분석부; 및
    상기 광선이 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들 중 최외각 도체 층에 도달한 경우 물리광학법(physical optics)을 이용하고, 상기 광선이 상기 복합 구조체 내 다층의 유전체 및 도체 층들 중 최외각 유전체 층에 도달한 경우 호이겐스의 원리(Huygens's principle)를 이용하여 표면 등가전류의 값들을 계산하고, 상기 계산된 광선추적 값들 및 표면 등가전류의 값들에 기초하여 관측점에서의 복합 구조체의 산란파의 전자기장을 계산하고, 상기 계산된 산란파의 전자기장에 기초하여 상기 복합 구조체의 레이다 반사 면적(RCS)을 산출하는 RCS 산출부를 포함하는, 장치.
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