เรดาร์ในยุค WW2 ยุคเก่าวัดความล่าช้าของเวลาอย่างแม่นยำและรวมเข้ากับออสซิลโลสโคปได้อย่างไร

ความเร็วแสงประมาณ 300,000 กม. ต่อวินาที ข้อผิดพลาดเพียง 1 มิลลิวินาทีจะส่งผลให้ถูกปิดประมาณ 300 กม. ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดมากเกินไปสำหรับเรดาร์ ฉันเดาว่ามันต้องมีความแม่นยำในการสั่งซื้อ 10 ไมโครวินาทีเพื่อให้ได้ความแม่นยำในช่วง 3 กม.

แต่สิ่งที่ฉันต้องการทราบก็คือความแม่นยำของไมโครวินาทีในออสซิลโลสโคปเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานของมนุษย์สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างของ 1 มิลลิวินาที การแปลคืออะไร? เช่นความแตกต่าง 1 ไมโครวินาทีทำให้ค่าความพร่อง 10 มิลลิเมตรหายไปหรือไม่ ฉันเข้าใจว่าออสซิลโลสโคปแปลสัญญาณเป็นแรงดันไฟฟ้า แต่สิ่งที่ฉันไม่ได้รับก็คือกระบวนการหน่วงเวลาและแสดงบนหน้าจอเป็นอย่างไร ต้องใช้หลอดสุญญากาศหรือไม่?

จอแสดงผลเรดาร์ PPI พื้นฐาน (ตัวบ่งชี้ตำแหน่งแผน) - ชนิดที่มีเส้นสว่างที่กวาดรอบหน้าจอวงกลมเหมือนเข็มวินาทีบนนาฬิกา - ทำงานบนหลักการที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สร้าง "กวาด" ของลำอิเล็กตรอนใน เส้นทางเรเดียลในขณะที่สัญญาณจากตัวรับเรดาร์จะควบคุมความเข้มของมัน เมื่อใดก็ตามที่ได้รับสัญญาณแรง ๆ จะมีการสร้างจุดสว่างบนหน้าจอ ตำแหน่งของ "blip" ตรงกับตำแหน่งของเป้าหมายที่สร้างขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง

วงจรอะนาล็อกในยุคนั้นอาจมีแบนด์วิดท์ที่ 10 MHz หรือมากกว่าทำให้ได้ความละเอียดที่ระดับ 15 เมตร (50 ฟุต) หรือมากกว่านั้น (โปรดทราบว่าสัญญาณจะต้องทำการเดินทางสองครั้งดังนั้นคุณจะได้รับความละเอียดเป็นสองเท่าที่คุณอาจคาดหวัง) บอกว่าช่วงนั้นตั้งไว้ที่ 75 กม. (ประมาณ 45 ไมล์) สัญญาณจะใช้เวลาประมาณ 0.5 ms เพื่อกลับไปที่เครื่องรับในช่วงสูงสุดซึ่งหมายความว่าสำหรับการส่งแต่ละพัลส์ลำแสงอิเล็กตรอนบนจอแสดงผลจะต้องย้ายจากจุดศูนย์กลางไปยังขอบของจอแสดงผลในระยะเวลานั้น วงจรในการทำเช่นนี้ไม่ซับซ้อนกว่าตัวกำเนิดการกวาดแนวนอนของออสซิลโลสโคปทั่วไป การตั้งค่าช่วงที่สั้นกว่านั้นต้องการการกวาดที่เร็วกว่า แต่ก็ยังอยู่ในเหตุผล

สามารถเพิ่มเอาท์พุทของเครื่องกำเนิดสัญญาณพัลส์ไปยังสัญญาณความเข้มเพื่อสร้างช่วง "เครื่องหมาย" บนวงกลมแสดงผลที่ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีวิธีที่ดีกว่าในการตัดสินระยะห่างจากเป้าหมาย

เครื่องเลื่อยฟันเลื่อยให้สัญญาณการกวาดขั้นพื้นฐานจากกึ่งกลางไปจนถึงขอบของจอแสดงผล มีหลายวิธีในการหมุนให้สอดคล้องกับตำแหน่งทางกายภาพของเสาอากาศ รุ่นแรกสุดที่จริงแล้วจะหมุนขดลวดการโก่งรอบคอของจอแสดงผล CRT รุ่นต่อมาใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบพิเศษที่มีฟังก์ชั่นไซน์และโคไซน์ - สัญญาณกวาด (และส่วนประกอบ) ถูกนำไปใช้กับเทอร์มินัลสิ้นสุด (แก้ไขแล้ว) แผ่นโก่ง X และ Y ต่อมาภายหลังการปรับไซน์ / โคไซน์นี้กระทำโดยใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์

ประเด็นหนึ่งก็คือการจัดแสดงเหล่านี้ไม่ได้สว่างมากนักส่วนใหญ่เป็นเพราะฟอสฟอเรสต์ที่คงอยู่มานานใช้ในการสร้างภาพที่ "สะท้อน" นานพอที่จะเป็นประโยชน์ พวกเขาจะต้องถูกนำมาใช้ในห้องมืดบางครั้งมีหมวกคลุมไว้เหนือพวกเขาเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถมองเข้าไปได้ ฉันไม่ได้มีชีวิตอยู่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ฉันทำงานบางอย่างในช่วงต้นทศวรรษ 1980 บนชิปที่สามารถแปลงเป็นดิจิทัลและ "rasterize" สัญญาณจากชุดเรดาร์เพื่อให้สามารถแสดงบนหน้าจอทีวีทั่วไป จอภาพดังกล่าวสามารถทำให้สว่างขึ้นมาก (ฟอสฟอเรสต์สั้น) - สว่างเพียงพอที่จะใช้โดยตรงในหอควบคุมของสนามบินตัวอย่างเช่นหอผู้ปฏิบัติงานจึงไม่จำเป็นต้องพึ่งพาข้อความทางวาจาจากพนักงานเรดาร์แยกต่างหาก ในอีกห้องหนึ่ง ชิปยังจำลอง "การสลายตัวช้า" ฟังก์ชั่นของจอแสดงผลแบบอะนาล็อก ทุกวันนี้ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลราคาถูกทุกรุ่นมีคุณสมบัติ "การคงอยู่ของตัวแปร" :-)

ฉันต้องจำลองการสแกนแบบรัศมีของจอแสดงผลแบบอะนาล็อกเมื่อเขียนสัญญาณตัวรับสัญญาณลงในบัฟเฟอร์เฟรมวิดีโอ ฉันใช้ ROM เพื่อแปลงตำแหน่งเชิงมุมของเสาอากาศที่รายงานไปเป็นค่าไซน์ / โคไซน์ซึ่งป้อนให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DDS คู่หนึ่งเพื่อสร้างลำดับของที่อยู่หน่วยความจำ X และ Y สำหรับการกวาดแต่ละครั้ง

ต้องใช้หลอดสุญญากาศหรือไม่?

ขอบเขตของอะนาล็อกดั้งเดิมคือหลอดสุญญากาศ (CRT) ที่มีฐานฟันเลื่อยของเวลาและสัญญาณถูกนำไปใช้โดยตรงกับแผ่นแนวนอนและแนวตั้งเพื่อนำลำแสงไปยังตำแหน่งที่เคลื่อนที่บนหน้าจอ

หลอดสุญญากาศจะถูกใช้ในวงจรเครื่องขยายเสียงเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่จำเป็นบนแผ่นเพื่อเคลื่อนย้ายลำแสง

AFAIK ทุกขอบเขตของยุคสงครามโลกครั้งที่สองทำงานบนหลักการนี้ดังนั้นหลอดสุญญากาศจึงเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบขอบเขต

สิ่งที่ฉันต้องการทราบก็คือความแม่นยำของมิลลิวินาทีถูกรวมเข้ากับออสซิลโลสโคปเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานของมนุษย์สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างของ 1 มิลลิวินาที

การโก่งตัวในแนวนอนถูกขับเคลื่อนด้วยคลื่นฟันเลื่อย อัตราการฆ่าของฟันเลื่อยนี้กำหนดขนาดระหว่างเวลาและตำแหน่งแนวนอนบนหน้าจอ ในขอบเขตวันปัจจุบันการขยายสามารถอยู่ที่ใดก็ได้จากไม่กี่ picoseconds ต่อเซนติเมตรของพื้นที่หน้าจอเป็นชั่วโมงต่อเซนติเมตร ในปี 1940 ระดับสูงสุดจะไม่ได้รับ picoseconds ต่อเซนติเมตร แต่อาจเป็น microseconds ต่อเซนติเมตร

เห็นได้ชัดว่ามีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในการแสดงเรดาร์แบบดั้งเดิมโดยที่แกน "แนวนอน" (ฐานเวลาสอดคล้องกับช่วงในระบบเรดาร์) หมุนรอบจุดศูนย์กลางของหน้าจอเพื่อระบุส่วนหัวของเสาอากาศขณะที่มันหมุนและฉัน ไม่แน่ใจว่าสิ่งนี้สำเร็จได้อย่างไร (ฉันสามารถจินตนาการถึงความเป็นไปได้สองสามอย่างที่แตกต่างกัน) แต่สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนจุดพื้นฐานที่ความละเอียด "พิสัย" ของเรดาร์บนหน้าจอจะถูกกำหนดโดยความต่างศักย์ของแผ่นโก่ง "แนวนอน" ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

เรดาร์ SCR-270 ที่มีอยู่ที่เพิร์ลฮาร์เบอร์เมื่อวันที่ 7 ธันวาคม 1941 มีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ความถี่ในการส่ง: 105 MHz
• ความกว้างของพัลส์: 10-25 ecsec
• อัตราการทำซ้ำ: 621 Hz
• ระดับพลังงาน: 100 กิโลวัตต์
• ช่วงสูงสุด: 250 ไมล์
• ความแม่นยำ: 4 ไมล์ 2 องศา

มันใช้หลอดสุญญากาศจำนวนมากรวมทั้ง CRT (เรดาร์ทั้งหมดครอบครองรถพ่วงขนาดใหญ่ 4 คัน) ลิงค์ต่อไปนี้จะแสดงออสซิลโลสโคปที่เกิดขึ้นจริงเมื่อตรวจพบเครื่องบินญี่ปุ่นใกล้เข้ามา:

http://www.pearl-harbor.com/georgeelliott/scope.html

พิจารณาหลอดสุญญากาศ 12SK7: กรัม 0.002, ความต้านทานแผ่น 0.8MegOhms, ความจุกริดของ 6pF, เอาท์พุท (แผ่น) ความจุ 7pF

ทำนายแบนด์วิดท์โดย gm / C สมมุติว่า C เป็น 6p + 7p + 7p parasitic = 20pF

แบนด์วิดธ์คือ 0.002 / 20e-12 = 0.0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadians / วินาทีหรือ 16MHz; ใช้กฎของ Tektronix ที่ 0.35 / แบนด์วิดท์สำหรับการตอบสนองของระบบหลายขั้นตอนหรือ 0.35 / 16MHz, Trise คือ 20nanoseconds; 20nS ให้ 20 ฟุตทางเดียว 10 ฟุต 2 ทางความละเอียด

http://www.r-type.org/pdfs/6sk7.pdf

หากฉันเข้าใจอย่างถูกต้องคำถามก็คือว่าอุปกรณ์แสดงผลเรดาร์สามารถรับมือกับความเร็วแสงได้อย่างถูกต้องอย่างไร ที่นี่ฉันจะแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์แสดงผลเรดาร์สามารถทำงานได้ช้ากว่าที่คุณคาดหวัง

สมมุติว่าเรดาร์ออกแบบมาสำหรับระยะ 100 ไมล์ การปัดเศษเพื่อความสะดวกคือประมาณ 160 กม.

ดังที่คุณได้บันทึกไว้การเบี่ยงเบน X และ Y ของจอแสดงผลขอบเขตจะถูกควบคุมโดยอินพุตแรงดันไฟฟ้าอิสระ ลองพิจารณาการตั้งค่าขอบเขตง่ายๆ เรียกใช้การเบี่ยงเบน X จากวงจรที่สร้างการกวาดจาก -V ถึง + V (ซ้ายไปขวาสุดบนจอแสดงผล) (นี่น่าจะเป็นวงจรหลอด) วงจรได้รับการออกแบบเพื่อให้เวลาทั้งหมดในการเดินทางจากรถไฟไปยังรถไฟคือ 1ms การกวาดนี้น่าจะถูกทริกเกอร์โดยสัญญาณเวลาเดียวกับที่กระตุ้นการส่งสัญญาณของเรดาร์

การเบี่ยงเบน Y ถูกป้อนโดยเครื่องรับสัญญาณเรดาร์ เครื่องหมายจะปรากฏที่ตำแหน่งการกวาดเมื่อได้รับการสะท้อนกลับ ผลที่ตามมาก็คือการรับสัญญาณสะท้อนจะรับรู้โดยผู้รับไกลไปทางขวาสุดที่ blip ปรากฏบนจอแสดงผล

สิ่งที่ควรทราบคือในขณะที่คลื่นเรดาร์เดินทาง 200 ไมล์ (กลับมาอีกครั้ง) จุดบนขอบเขตการแสดงผลจะต้องเดินทางเพียงไม่กี่นิ้ว! ในแง่นี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จอแสดงผลสามารถทำงานได้ช้ากว่า "ความเร็วแสง" มาก การกวาด 1ms ทำได้อย่างง่ายดายในหลอดอิเล็กทรอนิกส์ เป็นเทคโนโลยีระดับเดียวกับการขยายสัญญาณเสียง สำหรับการเปรียบเทียบระยะเวลาการกวาดในแนวนอนที่ใช้ในโทรทัศน์ NTSC เก่าทุกรุ่นมีค่าประมาณ 0.064 มิลลิวินาที

ระบบเรดาร์สามารถปรับเทียบได้โดยวางเป้าหมายในช่วงที่ทราบและปรับวงจรเพื่อให้ปริมาณที่แสดงตรงกับความจริงของพื้นดิน (การปรับเทียบระบบต้องเป็นรูปแบบศิลปะ!)

$300000\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{s}}$

วิธีหนึ่งคือการปรับสัญญาณเรดาร์ด้วยคลื่นไซน์แล้ววัดความแตกต่างเฟสของสัญญาณมอดูเลตระหว่างสัญญาณที่ส่งและส่งคืน - ความแตกต่างนี้จะเป็นสัดส่วนกับระยะทางเสมอ ข้อเสียคือการกลับมาจากหลาย echos จะรบกวนและสร้างสัญญาณกลับที่แสดงระยะทางที่อยู่ตรงกลางระหว่างทั้งสอง

รุ่นต่อมาจะใช้เรดาร์ "เจี๊ยบ" ซึ่งความถี่การมอดูเลตจะเป็นฟันเลื่อยทำให้เสียงสะท้อนที่แตกต่างกันสามารถแยกแยะและระยะทางที่วัดได้อย่างแม่นยำ