Tại sao gương phản xạ trên ăng ten sóng milimet này quay?


24

Video YouTube WIRED bên trong Nhiệm vụ của Facebook để truyền Internet qua Solar Drone và bài viết Bên trong những nỗ lực đầu tiên của Facebook đối với mưa Internet từ bầu trời cho thấy một ăng ten món ăn (bắt đầu sau 02:00) với hình phản xạ phụ của Cassegrain. Bối cảnh của video và bài viết cho thấy nó dùng để thử nghiệm liên kết lên / xuống dữ liệu sóng milimet băng tần đến máy bay (khoảng 60 đến 90 GHz theo bài báo, hoặc bước sóng 5 đến 3 milimet).

Tôi nhận thấy rằng gương thứ cấp đang quay. Bằng cách xem sự chao đảo và kiểm tra từng khung hình, dường như nó sẽ quay ít nhất 4 vòng quay mỗi giây. Nó có thể nhanh hơn nhiều và răng cưa làm cho nó trông chậm thế này.

Tôi không thể nghĩ ra bất kỳ lý do tại sao điều này sẽ biến. Nó xoay quanh trục quang, vì vậy nó không chuyển đổi giữa các vị trí còi chính và phụ.

Tại sao gương phản xạ trên ăng ten sóng milimet này quay?

nhập mô tả hình ảnh ở đây

ở trên: GIF được tạo từ các khung được trích xuất và cắt từ video YouTube DÂY này .

nhập mô tả hình ảnh ở đây

ở trên: Nhấp chuột phải để xem lớn hơn; Trạm mặt đất cho dữ liệu sóng milimet liên kết với máy bay, từ WIRED . Ảnh tín dụng Damon Casarez.


1
Tôi không thể nghĩ ra lý do tại sao nó quay, nhưng điều đó thật hấp dẫn
Sam

2
Để giữ nhện khỏi nó.
Andy aka

3
@Andyaka Nhện từ sao Hỏa có lẽ? i.stack.imgur.com/LkCpm.gif
uhoh

1
Tôi sẽ không sử dụng thuật ngữ "phối màu" để mô tả sự chao đảo hoặc hạt được sử dụng để theo dõi. Phối màu với tôi ngụ ý một cách tiếp cận ngẫu nhiên hoặc thống kê, trong khi điều này là có chủ ý và định kỳ. Nhưng dinh dưỡng chắc chắn có ý nghĩa cho việc theo dõi; ăng ten được căn chỉnh khi không có sự thay đổi cường độ tín hiệu ở tần số bổ sung. Khi có một điều chế áp đặt, biên độ và pha của nó cung cấp thông tin trực tiếp về khoảng cách và hướng di chuyển của ăng ten.
Dave Tweed

2
Thật thú vị khi lưu ý rằng cũng có một camera quang học được nhìn thấy bằng ăng-ten, có thể được sử dụng để theo dõi trực quan hiệu suất của hệ thống theo dõi. Tôi đã tự mình làm việc trên các hệ thống theo dõi ăng-ten và thật hài lòng khi thấy một hình ảnh ổn định trên màn hình trong khi nền tảng thử nghiệm đang rung chuyển dữ dội!
Dave Tweed

Câu trả lời:


26

Từ những gì tôi có thể nói đó là ăng ten quét hình nón. Từ hiểu biết hạn chế của tôi, nó cho phép nhắm mục tiêu chính xác với chùm sáng rộng hơn.

Nguồn hình ảnh Wikimedia Commons


Tôi nghĩ bạn đã đóng đinh nó!
uhoh

16

Cảm ơn câu trả lời tuyệt vời của @ GrantTrebbin để giải quyết bí ẩn, và lời giải thích và bối cảnh sâu sắc của @Russell McMahon , tôi sẽ thêm một chút thông tin bổ sung vào đây.

Bây giờ tôi đã học được nó được gọi là gì và nó dùng để làm gì, tôi đã đọc thêm. Trong trường hợp quét hình nón Deep Space Network của NASA , hay CONSCAN như họ gọi nó có một lịch sử lâu dài, bắt đầu từ những năm 1970 khi các tàu thăm dò không gian sâu đang được lên kế hoạch và phóng.

Từ Mạng không gian sâu; 302, Định vị ăng ten :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN có sẵn trên tất cả các ăng ten 70 m và 34 m. Nó bao gồm thực hiện quét vòng tròn (như nhìn vào tàu vũ trụ) với tâm ở vị trí nguồn dự đoán và bán kính làm giảm mức tín hiệu thu được xuống một lượng nhỏ, thường là 0,1 dB ...

Đối với ăng-ten 34 mét ở băng tần X, giá trị này là 6 mdeg và đối với ăng-ten 70 mét ở băng tần X là 3 mdeg.

và mdeg là viết tắt của milli-độ.

Dưới đây là hình ảnh của một trong những kính viễn vọng Deep Space Network dài 70 mét để nói chuyện với tàu vũ trụ không gian sâu. Cái này nằm trong khu phức hợp Goldstone. Từ kích thước tương đối trong ảnh, gương phụ có đường kính gần 8 mét. Xem xét kích thước và khối lượng của thứ cấp ( đó là cầu thang cho con người trên mỗi chân và các đường màu đỏ trong món ăn là "lối đi an toàn"), các kỹ thuật tiên tiến hơn để quét điện tử đã được phát triển, nhưng khái niệm này là tương tự.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

ở trên: Ảnh tín dụng JPMajor , commons sáng tạo CC BY-NC-SA 2.0.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

ở trên: Từ commons.wik mega.org .



4

Câu trả lời khác là tốt để nói rõ hệ thống này dùng để làm gì và nó đạt được những gì nói chung nhưng không giải thích cách thức hoạt động của nó. Trong khi điều này có thể trực quan với một số người, nó có thể không rõ ràng đối với tất cả.

Lời giải thích được đưa ra trong trang Quét hình nón Wikipedia mà Keity McClary đã trích dẫn - Tôi sẽ tóm tắt ở đây.

Trong hình ảnh GIF mà Grant Trebbin đã đăng, mục tiêu nằm ngoài trục và "gương" xoay phục vụ quét điểm tiêu điểm món ăn chính qua tín hiệu nhận được tối đa tại một điểm nhất định trong vòng quay của nó. Góc quay của gương quay ở mức tối đa tín hiệu cho biết dấu hiệu trực tiếp về hướng trục tắt của mục tiêu. Đĩa chính sau đó được di chuyển bằng các cơ chế servo để tập trung vào tín hiệu thu được để tín hiệu ở mức tối đa liên tục.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Độ rộng của hình ảnh được quét thường là khoảng 2 độ cung và cơ chế sửa lỗi được kích hoạt bởi quy trình trên cho phép căn chỉnh thành 0,1 độ cung.

nhập mô tả hình ảnh ở đây Điều thú vị là Facebook đang sử dụng kỹ thuật này vì đây là một công cụ rất cũ, trong hầu hết các trường hợp đã được thay thế bằng hệ thống điều khiển chùm tia điện tử và hệ thống hình thành thùy.

Các radar ĐỨC WW2 Wurzburg sử dụng chức năng quét hình nón với độ chính xác greatltimprove. Công việc trên hệ thống bắt đầu vào năm 1935 với sự quan tâm tối thiểu được thể hiện bởi các nhà chức trách. Độ chính xác phạm vi ban đầu vào năm 1936 là 50m ở 5 km là không phù hợp với mục đích (đặt súng) nhưng đến năm 1938 đã được cải thiện thành 25 mét ở 29 km. Căn chỉnh trục ban đầu bằng cách tối đa hóa cường độ tín hiệu và định vị đĩa thủ công (!) Với đèn rọi và tia hồng ngoại để hỗ trợ (!!), sau đó là hệ thống 2 thùy với người vận hành sử dụng màn hình "dao động" (quét não) để xác định thay đổi căn chỉnh cần thiết và sau đó quét hình nón thực sự vào năm 1941.

Gương xoay Wirzburg "Quirl" (whisk) 25 Hz.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Họ nói:

  • Wurzburg D được giới thiệu vào năm 1941 và được bổ sung một hệ thống quét hình nón, sử dụng nguồn cấp dữ liệu thu bù được gọi là Quirl (tiếng Đức là râu ria) quay ở tần số 25Hz. Tín hiệu thu được hơi lệch so với đường trung tâm của món ăn, xoay quanh trục và chồng nó ở giữa. Nếu máy bay mục tiêu nằm ở một bên của trục ăng ten, cường độ tín hiệu sẽ tăng và giảm dần khi chùm tia quét qua nó, cho phép hệ thống di chuyển đĩa theo hướng tín hiệu tối đa và từ đó theo dõi mục tiêu. Độ phân giải góc có thể được thực hiện nhỏ hơn độ rộng chùm của ăng ten, dẫn đến độ chính xác được cải thiện hơn nhiều, theo thứ tự 0,2 độ theo góc phương vị và 0,3 độ trong độ cao. Các ví dụ trước đây thường được nâng cấp lên mô hình D trong lĩnh vực này.

Một khi người Đức đã thực hiện tất cả các công việc phát triển, Bộ tư lệnh Anh đã tiến hành Chiến dịch Cướp bóc "đột kích" vào ngày 27-28 tháng 2 năm 1942 và mang đi một hệ thống Wurzburg hoàn chỉnh đang hoạt động (một cách ngu ngốc nhưng nhất thiết) gần bờ biển tại Bruneval.

Quét hình nón cũng được sử dụng trong RADAR theo dõi tự động SCR-584 rất tiên tiến của Hoa Kỳ .
Tính năng quét hình nón đã được đề xuất vào năm 1940 - ngay trước cuộc đột kích của người Bruneval.

584 đã sử dụng hệ thống quét hình nón để cung cấp theo dõi mục tiêu và tìm kiếm mục tiêu hoàn toàn tự động. Việc triển khai được dự định cho năm 1942 nhưng các vấn đề phát triển có nghĩa là nó không có sẵn cho đến năm 1944 - ngay khi sử dụng để chống lại "Doodlebugs" của V1, kết hợp với đạn RADAR gần nhau đã tạo ra sự khác biệt đáng kể so với kết quả của các phi vụ V1 ở Anh.

  • Quét hình nón cũng được áp dụng vào năm 1941 cho hệ thống radar điều khiển hỏa lực 10 cm của Hải quân, 3 và nó được sử dụng trong radar Wurzburg của Đức năm 1941. SCR-584 đã phát triển hệ thống hơn nữa và thêm chế độ theo dõi tự động. [4 ] Khi mục tiêu đã được phát hiện và nằm trong phạm vi, hệ thống sẽ tự động giữ radar hướng vào mục tiêu, được điều khiển bởi các động cơ được gắn trong đế của ăng ten. Để phát hiện, trái ngược với theo dõi, hệ thống cũng bao gồm chế độ quét xoắn ốc cho phép nó tìm kiếm máy bay. Chế độ này có màn hình PPI chuyên dụng riêng để dễ hiểu. Khi được sử dụng trong chế độ này, ăng-ten được quay cơ học ở tốc độ 4 vòng / phút trong khi nó được đẩy lên và xuống để quét theo chiều dọc.

    Hệ thống này có thể được vận hành ở bốn tần số trong khoảng từ 2.700 đến 2.800 MHz (bước sóng 101111 cm), phát ra xung 300 kW thời gian 0,8 micro giây với tần số lặp lại xung (PRF) là 1.707 xung mỗi giây. Nó có thể phát hiện các mục tiêu máy bay ném bom có ​​kích thước vào khoảng 40 dặm dao động, và nói chung là có khả năng tự động theo dõi, chỉ khoảng 18 dặm. Độ chính xác trong phạm vi này là 25 yard trong phạm vi và 0,06 độ (1 triệu) ở góc mang ăng ten (Xem Bảng "Đặc tính kỹ thuật của SCR-584"). Vì chiều rộng chùm tia điện là 4 độ (đến các điểm công suất -3db hoặc nửa công suất), mục tiêu sẽ được làm mờ trên một phần của hình trụ, để có thể mang rộng hơn trong phạm vi (nghĩa là theo thứ tự 4 độ, thay vì 0,06 độ ngụ ý bởi độ chính xác của điểm cơ học), cho các mục tiêu ở xa. Thông tin về phạm vi được hiển thị trên hai "phạm vi J", tương tự như màn hình A-line phổ biến hơn, nhưng được sắp xếp theo mô hình xuyên tâm có thời gian trễ. Một phạm vi đã được sử dụng cho phạm vi thô, phạm vi khác là tốt.

Không liên quan đến quét hình nón nhưng có liên quan cao đến ứng dụng tối ưu của nó là việc sử dụng từ tính khoang được phát minh của Anh, được Mỹ triển khai rộng rãi trong 584 và các RADAR khác. Điều này cho phép mức năng lượng cao hơn nhiều và tần số cao hơn được sử dụng.


Đó là một thời gian khủng khiếp nhưng một lượng lớn sự đổi mới đáng kinh ngạc đã được thực hiện bởi những người phải thực sự hiểu những gì họ đang làm. Cảm ơn bạn đã giải thích sâu sắc. Tôi có cảm giác các bài kiểm tra sóng milimet ban đầu của FB trong câu hỏi đã có đủ thách thức, do đó, việc hack một mô-đun transponder thương mại (có lẽ là) để thêm một vòng quay cho điều khiển điện tử có thể đã bị bỏ lại cho đến một ngày khác. Cách họ đã làm dường như khá ngu ngốc - nếu nó chao đảo, thì nó phải hoạt động; mặc dù ở bước sóng 3 đến 5 mm, việc căn chỉnh phải khá khó khăn.
uhoh

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.