เรดาร์ถูกออกแบบมาเพื่อเอาชนะ


13

Chirped Pulse Amplification (CPA) เป็นเทคนิค optics ซึ่งเป็นผู้ชนะรางวัลโนเบลปี 2018 ในสาขาฟิสิกส์ซึ่งใช้สำหรับการผลิตพัลส์เลเซอร์สั้นที่ความเข้มสูงซึ่งสูงพอที่สื่อได้รับจะทำลายตัวเองผ่านปรากฏการณ์ที่ไม่เชิงเส้นหากพยายามขยาย ชีพจรโดยตรงโดยประกบแอมป์ระหว่างเปลหามและคอมเพรสเซอร์

มันเป็นนิทานพื้นบ้านที่ใช้กันทั่วไปว่าเทคนิคนี้ได้รับการพัฒนาเพื่อขยายสัญญาณเรดาร์ในช่วงแรก ๆ ของประวัติศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์และมันก็สมเหตุสมผลถ้าคุณมีแอมป์หลอดสุญญากาศที่เปราะบางหรืออะไรก็ตามคุณสามารถสลับ การกระจายแสงแบบออปติคัลสำหรับท่อนำคลื่นไมโครเวฟแบบกระจายอย่างเหมาะสมหรืออะไรก็ตามที่ใช้ในช่วงอายุหกสิบเศษและมันก็เป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่จะปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญจากการทอด

ในการลองและไปให้ไกลกว่าความเข้าใจที่คลุมเครือนั้นฉันพยายามที่จะดูว่าปัญหาของการขยายเรดาร์เป็นเป้าหมายของงานขยายการบีบอัดแบบขยายเดิม (ฉันไม่แน่ใจว่าชื่อ CPA นั้นถูกใช้งานแล้วในระหว่างการพัฒนาหรือไม่ แม้ว่ามันจะใช้เพื่ออธิบายระบบดังกล่าวในบริบททางอิเล็กทรอนิกส์หรือไม่) สิ่งที่มันใช้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เมื่อมันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปสู่ทัศนศาสตร์ในปี 1985 และโดยทั่วไปแล้วประวัติศาสตร์ของการพัฒนาคืออะไร อย่างไรก็ตามมีขอบขรุขระเล็กน้อยฉันไม่แน่ใจและฉันหวังว่า SE นี้เป็นสถานที่ที่ดีในการถามเกี่ยวกับพวกเขา

กระดาษ CPA ดั้งเดิม

การบีบอัดของพัลส์แสงเจี๊ยบแบบขยาย D. Strickland และ G. Mourou Comms เลนส์ 55 , 447 (1985)

ยอมรับว่าเทคนิคนี้คล้ายคลึงกับวิธีแก้ปัญหาที่ใช้กันแล้วในเรดาร์

เรดาร์เรย์แบบแบ่งเฟส อี. บรูกเนอร์ วิทยาศาสตร์อเมริกัน 252 , ก.พ. 2528, หน้า 94-102 .

แต่นี่เป็นบิตของจุดจบของบรรณานุกรมเนื่องจากไม่มีการอ้างอิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งฉันหลงโดยความจริงที่ว่าเทคนิคมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ

  • ในทัศนศาสตร์เราต้องการชีพจรสั้นและเราต้องการทำให้มันแข็งแกร่ง นี้จากนั้นจะช่วยให้เราสามารถตรวจสอบปรากฏการณ์แสงไม่เชิงเส้นซึ่งสามารถเข้าถึงบางองศามากสวย ซึ่งหมายความว่าเราต้องบีบอัดชีพจรก่อนที่จะใช้เพื่อทำอะไรก็ตามที่เราต้องการได้ถึง

  • ในทางกลับกันคำอธิบายของ Strickland และ Brookner นั้นชัดเจนว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะสนใจเพียงแค่การบีบอัดชีพจรก่อนการวิเคราะห์ขั้นสุดท้ายและระบบมีความสุขอย่างสมบูรณ์แบบด้วยการฉายแสงชีพจรที่ไม่มีการบีบอัดเพื่อโต้ตอบกับระนาบใด ๆ หรือ 'ส้มโอ วัตถุโลหะที่มีขนาดเล็กออกมาแล้วทำการบีบอัดหลังจากนั้น

มุมมองนี้เน้นโดยรายงานโรเชสเตอร์ที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น

LLE ทบทวนรายงานไตรมาสเดือนตุลาคมถึงธันวาคม 1985 ห้องปฏิบัติการสำหรับ Laser Energetics, Rochester, NY §3B, PP. 42-46

พยายามที่จะลงรายละเอียดมากขึ้นฉันสับสนมากขึ้น Wikipedia อ้างถึงผู้อ่านที่สนใจไปยังการตรวจสอบจากปี 1960 หลังจากเทคโนโลยีได้รับการจำแนกประเภท

Pulse-Key เพื่อการส่งสัญญาณเรดาร์ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น CE Cook พร IRE 48 , 310 (1960)

แต่ฉันกำลังดิ้นรนเพื่อทำความเข้าใจว่าปัญหาคืออะไรที่พวกเขากำลังพยายามแก้ไข จากการแนะนำของ Cook

ในกรณีส่วนใหญ่ความต้องการช่วงการตรวจจับที่เพิ่มขึ้นไม่ได้อยู่ที่ค่าใช้จ่ายของข้อกำหนดทางยุทธวิธีปกติสำหรับความสามารถในการแก้ไขช่วงขั้นต่ำที่แน่นอน เมื่อเผชิญกับสถานการณ์เช่นนี้ผู้ออกแบบหลอดเรดาร์จึงถูกบังคับให้มุ่งความสนใจไปที่การเพิ่มกำลังสูงสุดของหลอดเนื่องจากข้อพิจารณาทางยุทธวิธีไม่อนุญาตให้ขยายช่วงการตรวจจับโดยการเพิ่มกำลังเฉลี่ยโดยใช้พัลส์ที่ส่งกว้าง เป็นผลให้ในหลาย ๆ สถานการณ์มีการใช้หลอดที่มีกำลังแรงสูงอย่างไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่คำนึงถึงกำลังเฉลี่ย เพื่อชดเชยความไร้ประสิทธิภาพนี้วิศวกรจึงได้พัฒนาเทคนิคการผสานการตรวจจับภายหลังเพื่อขยายช่วงการตรวจจับเรดาร์ เทคนิคเหล่านี้ยังนำไปสู่การไร้ประสิทธิภาพต่อไปเท่าที่คำนึงถึงการใช้พลังงานเฉลี่ยที่มีอยู่ทั้งหมดจะถูกนำมาพิจารณา

มันไม่ชัดเจนที่นี่ว่า 'ข้อกำหนดทางยุทธวิธี' มีความเสี่ยงเพียงใดและทำไมและอย่างไรที่ส่งผลกระทบต่อทั้งความกว้างของพัลส์พลังงานเฉลี่ยและความต้องการกำลังไฟสูงสุดในระบบ

สิทธิบัตรโดยDickeและ Darlingtonช่วยในการกำหนดว่าปัญหาคืออะไรโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการอ้างอิงถึงการจุดประกายบนเสาอากาศซึ่งเป็นขีด จำกัด อำนาจสูงสุดของพัลส์เรดาร์ทั้งในแอมพลิฟายเออร์และองค์ประกอบเอาต์พุตที่มาหลังจากนั้น (ซึ่งตรงกันข้ามกับกรณี CPA ออปติคอลซึ่งปัญหาคือสื่อที่ได้รับเลเซอร์มีเกณฑ์ความเข้มสูงกว่าซึ่งผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นเช่นการมุ่งเน้นตนเองและใยเลเซอร์ จะทำลายสื่อที่ได้รับ แต่มันก็ดีที่จะส่องแสงพัลส์ความเข้มสูงที่กระจกหรือองค์ประกอบอื่น ๆ 'เอาท์พุท') อย่างไรก็ตามการกล่าวถึงของ Cook ในวันต่อมาของข้อกำหนดเฉพาะเกี่ยวกับทั้งพลังสูงสุดและกำลังเฉลี่ยทำให้ฉันสงสัย มีอะไรเกิดขึ้นอีกที่นี่ฉันไม่เห็นชัดเจน

ในการสรุปความสับสนนี้ให้เป็นคำถามที่เป็นรูปธรรมมากขึ้น:

  • ข้อกำหนดเฉพาะเกี่ยวกับอำนาจสูงสุดและค่าเฉลี่ยและความกว้างของพัลเรดาร์ถูกออกแบบให้เอาชนะเรดาร์ได้อย่างไร ข้อกังวล 'ภายใน' เหล่านี้ล้วนเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือมีเป้าหมายและข้อ จำกัด ภายนอกที่ยากที่จะพบเป็นอย่างอื่นใช่หรือไม่
  • ชื่อ 'การขยายชีพจรเจี๊ยบ' ที่เคยใช้ในบริบทเรดาร์หรือไม่?
  • เป็น CPA เลนส์สไตล์ - ยืดขยาย, การบีบอัดและจากนั้นใช้การเต้นของชีพจร - ใช้ที่ทุกคนในการใช้งานเรดาร์หรือในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ที่กว้างขึ้น?

1
ทุกวันนี้ซึ่งมันง่ายกว่าที่จะแนะนำรูปคลื่นโดยพลการจาก DAC มันเป็นเรื่องง่ายที่จะออกแบบรูปคลื่นสำหรับความต้องการเฉพาะและบีบอัดพัลส์เมื่อรับดังนั้นจึงเพิ่มกำลังเฉลี่ยด้วยวิธีนั้นด้วยความหลากหลายของรูปคลื่นถ้าต้องการ ข้อกำหนดทางยุทธวิธีที่กล่าวถึงในขั้นต้นจะแก้ไขเป้าหมายหลายอย่างที่จะถูกปกปิดเป็นหนึ่งถ้าความละเอียดของช่วงลดลงเพื่อให้ได้พลังงานโดยเฉลี่ย
johnnymopo

นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจ! ขอบคุณที่โพสต์ไว้ที่นี่
Adam Haun

@ อดัม ooooh ขอบคุณ ฉันมีข้อสงสัยที่ค่อนข้างรุนแรงที่พวกคุณจะพบว่ามันน่าสนใจ
EP

ในที่สุดคำถามที่น่าสนใจ เวลาไอออไนซ์ขึ้นอยู่กับสื่อแล้วมันจะกลายเป็นเอฟเฟกต์หิมะถล่ม Kerr & Pockels Effects ก็มีความสำคัญเช่นกันในด้านทัศนศาสตร์ . RF Chirp เลื่อนคลื่นความถี่ในเวลาเพื่อให้ระยะทางที่เพิ่มขึ้นและช่วง SNR ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ทั้งสองยังขึ้นอยู่กับเวลาที่สั้นซึ่งอาจมีการลดทอนของสื่อที่แตกต่างกันเช่นเดียวกับใน RF เพียงเพื่อความคิดเห็นอย่างรวดเร็ว
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

คำตอบ:


9

ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านเรดาร์ แต่อย่างใดฉันคิดว่าฉันเข้าใจแนวคิดทั่วไปดีพอที่จะลองตอบคำถามของคุณ

ข้อกำหนดเฉพาะเกี่ยวกับอำนาจสูงสุดและค่าเฉลี่ยและความกว้างของพัลเรดาร์ถูกออกแบบให้เอาชนะเรดาร์ได้อย่างไร ข้อกังวล 'ภายใน' เหล่านี้ล้วนเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือมีเป้าหมายและข้อ จำกัด ภายนอกที่ยากที่จะพบเป็นอย่างอื่นใช่หรือไม่

ปัญหาพื้นฐานในเรดาห์คือการได้รับพลังงานที่เพียงพอสำหรับช่วงทั้งหมดและการแก้ปัญหาช่วงเวลาที่ดีสำหรับการแก้ไขช่วง มันยากที่จะสร้างแอมป์กำลังสูงสำหรับความถี่ไมโครเวฟ คุณต้องการพลังงานจำนวนมากในแต่ละพัลส์ที่ส่ง แต่คุณต้องการให้พัลส์นั้นสั้นด้วย วิธีการแก้ปัญหาตามที่คุณพบในเลนส์คือการยืดพัลส์ด้วยการร้องเจี๊ยก ๆ ซึ่งช่วยให้เพาเวอร์แอมป์ทำงานโดยใช้พลังงานที่ต่ำกว่าเป็นเวลานานเพื่อให้ได้พลังงานพัลส์แบบเดียวกัน

ตอนนี้ในเรดาร์มันไม่สำคัญว่าคุณจะไม่บีบอัดชีพจรอีกครั้งก่อนที่จะส่งไปยังเสาอากาศ - พัลส์ chirped ทำงานเช่นเดียวกับพัลส์ที่ถูกบีบอัดในแง่ของการตรวจจับวัตถุ

ในความเป็นจริงคุณจะได้รับประโยชน์เพิ่มเติมเมื่อการสะท้อนกลับมาเพราะตอนนี้คุณสามารถขยายสัญญาณเสียงร้องเจี๊ยก ๆ ในเครื่องรับ "การจับคู่ฟิลเตอร์" เพื่อบีบอัดพัลส์ก่อนการตรวจจับซึ่งมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมในการปฏิเสธแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน พัลส์แคบ ๆ ที่ออกมาจากฟิลเตอร์รับสัญญาณจะให้ความละเอียดเวลาที่คุณต้องการ

ชื่อ 'การขยายชีพจรเจี๊ยบ' ที่เคยใช้ในบริบทเรดาร์หรือไม่?

โดยทั่วไปไม่ใช่เพราะการขยายเสียงไม่ใช่เหตุผลเดียวที่ใช้เสียงร้องเจี๊ยก ๆ

CPA ในรูปแบบออพติก - ยืดขยายบีบอัดและใช้พัลส์ - ใช้กับแอปพลิเคชันเรดาร์หรือในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ที่กว้างขึ้นหรือไม่

ไม่ใช่ความรู้ของฉัน แต่มันจะเป็นไปได้อย่างแน่นอน


ขออภัยที่รับสายไม่แน่ใจว่าทำไมฉันไม่ได้ทำ ขอบคุณสำหรับสิ่งนี้!
EP

เสียงก้องมักจะมีขนาดของคำสั่งที่ต่ำกว่าการมีเพศสัมพันธ์โดยตรงระหว่างการส่งและรับเสาอากาศหรือการสะท้อนจากเป้าหมายใกล้เคียงรวมถึงพื้นดิน ในบริบทของเรดาร์ที่มีความจำเป็นในการขยายความเป็นจริงข้อเสียเพราะ jammer พลังงานสูงรวมทั้งการติดขัดด้วยตนเองอาจปกปิดและรบกวนสัญญาณที่การรบกวนเกิดจากช่วงไดนามิก จำกัด ของผู้รับ นี่เป็นข้อเสียที่สำคัญที่สุดของการใช้ cw หรือโหมดชีพจรยาวเมื่อเปรียบเทียบกับโหมดชีพจรสั้นของแท้ แต่เรดาร์กำลังแรงสูง
hyportnex

3

ข้อกำหนดทางยุทธวิธีที่ Cook กำลังพูดถึงคือการตรวจจับเป้าหมายที่เชื่อถือได้ทั้งในเรื่องเสียงรบกวนและการรบกวนซึ่งเป็นปัญหาของการตรวจจับ

ในเรดาร์พัลส์แบบดั้งเดิมปัญหาทั้งสองนี้ได้รับการแก้ไขโดยพลังงานพัลส์ที่เพิ่มขึ้นและความกว้างพัลส์ที่ลดลง ชีพจรสั้นมีโอกาสที่ดีกว่าที่จะเห็นด้วยตัวเองกว่าหนึ่งอีกต่อไปเมื่อหลายเป้าหมายที่มีอยู่พร้อมกันและตั้งแต่กรองจับคู่สัญญาณต่อเสียงรบกวนอัตราส่วนความเป็นอิสระของรูปร่างชีพจรและสูงสุดในหมู่เสียงเป็นไปได้ทั้งหมดกรองปัญหาทางยุทธวิธีแก้ไขได้ด้วยการมีสัญญาณเรดาร์ซึ่งตัวกรองที่จับคู่นั้นมีความยาวสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ดังนั้นการคืนค่าเป้าหมายจำนวนมากจะถูกแยกออกในเวลาที่เหมาะสม ดังนั้นเพื่อประสิทธิภาพของเรดาร์สิ่งที่สำคัญไม่ใช่พัลส์เรดาร์ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากพัลส์ที่สะท้อนออกมาจากตัวกรองที่จับคู่กัน ตั้งแต่ความกว้างของเอาต์พุตของตัวกรองที่ตรงกันและด้วยเหตุนี้ SNR ของมันจึงเป็นสัดส่วนกับพลังงานพัลส์ที่ส่งซึ่งเราสามารถจัดการปรับเปลี่ยนสิ่งที่เราส่งและบรรลุประสิทธิภาพทางยุทธวิธีเดียวกันตราบใดที่ SNR ที่ได้รับและความยาวพัลส์จับคู่โพสต์ตรงกันเหมือนกัน

เนื่องจากประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับการส่งพลังงานและไม่ขึ้นอยู่กับพลังงานในการส่งและเครื่องส่งสัญญาณเรดาร์ทั้งหมดเป็นพลังงานที่ จำกัด ผู้ออกแบบเรดาร์จึงไม่เคยใช้การปรับความกว้างของคลื่นโดยเจตนาและการปรับคลื่นภายในทั้งหมดเป็นเฟสหรือความถี่ โดยทั่วไปและเก่าแก่ที่สุดในเรดาร์พัลส์แบบดั้งเดิมคือเรดาร์เจี๊ยบ แต่ก็มีความถี่หรือแผนการปรับเฟสอื่น ๆ อีกมากมาย ในขณะที่เจี๊ยบเป็นสิ่งที่เก่าแก่ที่สุดและเป็นแนวคิดที่ง่ายที่สุดสำหรับเรดาร์ที่ไวต่อแสงมากมันไม่ค่อยได้ใช้ เหตุผลก็คือผลลัพธ์ของตัวกรองที่จับคู่กันสำหรับเรดาร์เจี๊ยบสร้างเอาต์พุตออกไป (เรียกว่าไซเดอร์เวลา) จากจุดสูงสุดที่ต้องการซึ่งมีความกว้างและยาวกว่าในบางครั้งเป็นที่พึงปรารถนา "เสียงกริ่ง" ระดับสูงนี้ช่วยป้องกันการแยกแยะเป้าหมายที่มีขนาดเล็กลงด้วยเอาต์พุตของเป้าหมายที่ใหญ่กว่าซึ่งอยู่ใกล้กับมัน

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.