항공 분야에서는 항공기의 안테나 성능, RCS(Radar Cross Section), 레이더 탐지 확률, 통신 성능을 실제 운용 환경과 함께 분석해야 합니다.
Ansys HFSS에서 생성한 안테나 Far Field 및 RCS 데이터를 Ansys STK와 연계하면 항공기의 비행경로와 레이더, 통신 시설을 하나의 시나리오로 구성하여 분석할 수 있습니다.
이번 글에서는 Diamond DA-40 훈련기의 비행 상황을 예시로 HFSS에서 생성한 RCS·안테나 데이터를 STK에 적용하고, 레이더 탐지와 항공 통신 성능을 분석하는 과정을 살펴보겠습니다.
HFSS와 STK 통신·레이더 분석 시나리오
분석 시나리오는 Diamond DA-40 훈련기가 Buckley AFB에서 Pueblo Memorial Airport까지 비행하는 상황을 기반으로 구성합니다.
City of Colorado Springs Municipal Airport에는 항공기를 추적하기 위한 공항 감시 레이더(ASR)를 배치하고, Pueblo Memorial Airport에서는 항공기가 착륙하기 전에 관제사와 음성 통신을 수행하도록 설정합니다.
이 시나리오의 목적은 주어진 비행 환경에서 관제사가 DA-40 항공기를 언제부터 레이더로 추적할 수 있는지, 언제 통신할 수 있는지를 확인하는 것입니다.
이를 위해 STK의 Communications 및 Radar 기능과 HFSS에서 생성한 안테나 및 RCS 데이터를 연계합니다.
1. HFSS RCS 데이터를 STK에 적용
첫 번째 단계는 항공기의 RCS 데이터를 구성하는 것입니다.
HFSS를 이용하여 Diamond DA-40 훈련기의 2.8 GHz 대역 RCS 데이터를 생성한 뒤 이를 STK로 내보냅니다.
생성된 데이터는 STK의 DA-40 RCS 데이터로 입력하며, STK의 3D Graphics 설정을 이용하면 항공기 주변의 RCS 특성을 시각적으로 확인할 수 있습니다.
2. STK 레이더 설정 및 항공기 추적
다음으로 City of Colorado Springs Municipal Airport에 공항 감시 레이더(ASR)를 배치하고 DA-40 항공기를 추적하도록 설정합니다.
레이더 범위는 60마일, 빔 고도 각도는 0~30도로 설정합니다.
레이더는 Monostatic Radar로 구성하고 파형은 Fixed PRF, 펄스 폭은 1 μsec로 설정합니다. 이후 안테나와 송신 조건을 시나리오에 맞게 설정합니다.
3. HFSS 안테나 Far Field 데이터를 STK에 적용
통신 분석을 위해 이번에는 HFSS 안테나 데이터를 STK에 적용합니다.
HFSS에서 12 GHz Blade Antenna를 시뮬레이션하여 Far Field 데이터를 생성하고 내보냅니다.
4. STK 통신 시설 구축
다음 단계에서는 Pueblo Memorial Airport에 통신 시설을 구축합니다.
항공기에 적용한 HFSS 안테나 데이터와 공항의 통신 시설을 이용하여 비행 중 항공기와 지상 시설 사이의 통신 가능 여부를 분석할 수 있도록 시나리오를 구성합니다.
HFSS·STK 연계 시나리오 시각화
RCS, 레이더, 항공기 안테나 및 통신 시설 설정을 완료하면 전체 비행 및 분석 시나리오를 STK 환경에서 확인할 수 있습니다.
STK 레이더 탐지 확률 분석 결과
시나리오 구축이 완료되면 먼저 레이더 탐지 확률을 분석할 수 있습니다.
City of Colorado Springs Municipal Airport에 배치된 레이더가 비행 중인 DA-40 항공기를 어떻게 탐지하는지 확인하며, 원문 시나리오에서는 탐지 확률 0.8 이상을 기준으로 결과를 확인합니다.
STK 항공 통신 성능 분석 결과
레이더 분석과 함께 Pueblo Memorial Airport의 통신 안테나와 DA-40 항공기 안테나 사이의 통신 성능도 계산합니다.
안테나 성능에 따라 C/N(Carrier-to-Noise Ratio) 값을 분석하며, 원문 시나리오에서는 C/N 15 dB 이상을 기준으로 통신 성능을 확인합니다.
Ansys HFSS와 STK 연계 분석의 활용
Ansys HFSS와 STK를 연계하면 개별 안테나나 항공기의 전자기 특성을 분석하는 것에서 나아가 실제 비행 시나리오에서 레이더 탐지와 통신 성능이 어떻게 달라지는지 분석할 수 있습니다.
HFSS에서 생성한 RCS 및 안테나 Far Field 데이터를 STK에 적용하고 항공기의 비행경로, 레이더, 통신 시설을 함께 모델링하면 다음과 같은 흐름으로 분석할 수 있습니다.
HFSS RCS 분석 → STK 레이더 설정 → HFSS 안테나 분석 → STK 통신 환경 구축 → 레이더 탐지 확률 및 통신 성능 분석
이를 통해 항공기의 비행 및 추적 과정을 단계별로 분석하고 시뮬레이션할 수 있으며, HFSS의 전자기 해석 결과를 STK의 시스템·임무 시나리오와 연계하여 활용할 수 있습니다.
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