Làm thế nào các radar thời đại WW2 cũ đo chính xác độ trễ thời gian và tích hợp nó vào máy hiện sóng?

Tốc độ ánh sáng là khoảng 300.000 km mỗi giây. Một lỗi chỉ 1 ms sẽ dẫn đến tắt khoảng 300 km, đó là lỗi quá lớn đối với một radar. Tôi đoán nó cần độ chính xác theo thứ tự 10 micro giây để có được độ chính xác trong phạm vi 3 km.

Tuy nhiên, điều tôi muốn biết là độ chính xác của micro giây được tích hợp vào máy hiện sóng để người vận hành có thể nhận thấy sự khác biệt về mặt thị giác là 1 ms. Bản dịch là gì? Ví dụ, chênh lệch 1 micro giây đặt blip đi 10 mm? Tôi hiểu một máy hiện sóng chuyển tín hiệu thành điện áp, nhưng điều tôi không nhận được là, độ trễ thời gian được xử lý và hiển thị trên màn hình như thế nào? Điều này có cần ống chân không?

Màn hình radar PPI (chỉ báo vị trí kế hoạch) cơ bản - loại có vạch sáng quét xung quanh màn hình tròn như kim giây trên đồng hồ - hoạt động theo nguyên tắc điện tử tạo ra "quét" chùm tia điện tử trong một đường xuyên tâm, trong khi tín hiệu từ máy thu radar kiểm soát cường độ của nó. Bất cứ khi nào nhận được tín hiệu mạnh, điểm sáng sẽ được tạo trên màn hình. Vị trí của "đốm sáng" tương ứng trực tiếp với vị trí của mục tiêu đã tạo ra nó trong thế giới thực.

Mạch tương tự trong thời đại đó có thể dễ dàng có băng thông từ 10 MHz trở lên, cho phép phân giải phạm vi theo thứ tự 15 mét (50 feet) hoặc hơn. (Hãy nhớ rằng các tín hiệu có để làm cho hai chuyến đi, để bạn có được gấp đôi độ phân giải mà bạn nếu có thể mong đợi.) Nói rằng phạm vi được thiết lập đến 75 km (khoảng 45 dặm). Tín hiệu sẽ mất khoảng 0,5 ms để trở về máy thu ở phạm vi tối đa, điều đó có nghĩa là với mỗi xung được truyền, chùm electron trên màn hình phải di chuyển từ tâm đến cạnh của màn hình trong khoảng thời gian đó. Mạch để làm điều này không phức tạp hơn bộ tạo quét ngang của máy hiện sóng thông thường. Cài đặt phạm vi ngắn hơn yêu cầu quét nhanh hơn, nhưng vẫn trong lý do.

Đầu ra của một bộ tạo xung cũng có thể được thêm vào tín hiệu cường độ để tạo ra các "điểm đánh dấu" trên màn hình - các vòng tròn đồng tâm giúp người vận hành có cách tốt hơn để phán đoán khoảng cách đến mục tiêu.

Một bộ tạo răng cưa cung cấp tín hiệu quét cơ bản từ trung tâm đến cạnh của màn hình. Có một số cách để làm cho nó xoay đồng bộ với vị trí vật lý của ăng ten. Các phiên bản đầu tiên thực sự xoay cơ học các cuộn dây lệch quanh cổ của màn hình CRT. Các mô hình sau này sử dụng một chiết áp đặc biệt có chức năng sin và cos được tích hợp trong nó - tín hiệu quét (và phần bổ sung của nó) được áp dụng cho các đầu cuối, cần gạt nước được quay bằng động cơ đồng bộ và hai vòi cung cấp tín hiệu cho (hiện đã được sửa) Các tấm lệch X và Y. Sau đó, điều chế sin / cosine này được thực hiện hoàn toàn bằng điện tử.

Một vấn đề là những màn hình này không sáng lắm, chủ yếu là do các phosphor tồn tại lâu được sử dụng để tạo ra một hình ảnh "kéo dài" đủ lâu để có ích. Chúng phải được sử dụng trong một căn phòng tối, đôi khi có mũ trùm qua chúng mà người vận hành có thể nhìn vào. Tôi đã không còn sống trong Thế chiến II, nhưng tôi đã thực hiện một số công việc vào đầu những năm 1980 trên một con chip có thể số hóa và "raster" tín hiệu từ một bộ radar để nó có thể được hiển thị trên màn hình TV thông thường. Một màn hình như vậy có thể được làm sáng hơn nhiều (phốt pho tồn tại ngắn) - đủ sáng để được sử dụng trực tiếp trong tháp điều khiển của sân bay, do đó, người vận hành tháp không cần phải dựa vào thông điệp bằng lời nói từ một nhà điều hành radar riêng biệt trong phòng khác. Con chip thậm chí còn mô phỏng "sự phân rã chậm" chức năng của màn hình tương tự. Ngày nay, mọi máy hiện sóng kỹ thuật số giá rẻ đều có tính năng "biến đổi bền bỉ" này. :-)

Đương nhiên, tôi phải mô phỏng quá trình quét xuyên tâm của màn hình tương tự khi ghi tín hiệu thu vào bộ đệm khung video. Tôi đã sử dụng ROM để chuyển đổi vị trí góc được báo cáo của ăng-ten thành các giá trị sin / cosine, được đưa vào một cặp máy phát DDS để tạo ra một chuỗi các địa chỉ bộ nhớ X và Y cho mỗi lần quét.

Điều này có cần ống chân không?

Một phạm vi tương tự truyền thống về cơ bản là một ống chân không (CRT) với răng cưa cơ sở thời gian và tín hiệu được áp trực tiếp vào các tấm ngang và dọc để hướng chùm tia tới một vị trí di chuyển trên màn hình.

Các ống chân không cũng đã được sử dụng trong các mạch khuếch đại để tạo ra điện áp lớn cần thiết trên các tấm để di chuyển chùm tia.

AFAIK, mọi phạm vi của thời đại Thế chiến II đều hoạt động theo nguyên tắc này, vì vậy ống chân không là một phần vốn có của thiết kế phạm vi.

Tuy nhiên, điều tôi muốn biết là độ chính xác của mili giây được tích hợp vào máy hiện sóng để người vận hành có thể nhận thấy trực quan sự khác biệt 1 ms.

Độ lệch ngang được điều khiển bởi sóng răng cưa. Tốc độ xoay của răng cưa này xác định tỷ lệ giữa thời gian và vị trí nằm ngang trên màn hình. Trong phạm vi ngày hiện tại, tỷ lệ có thể là bất cứ nơi nào từ vài picos giây trên mỗi cm không gian màn hình đến giờ trên mỗi cm. Trong những năm 1940, tỷ lệ cao nhất sẽ không phải là picos giây trên mỗi cm, nhưng nó cũng có thể là micro giây trên mỗi cm.

Rõ ràng có một chút phức tạp thêm trong màn hình radar truyền thống trong đó trục "ngang" (timebase, tương ứng với phạm vi trong hệ thống radar) được xoay quanh tâm màn hình để biểu thị tiêu đề của ăng ten khi nó xoay và tôi Tôi không chắc làm thế nào điều này được thực hiện (tôi có thể tưởng tượng ra một vài khả năng khác nhau). Nhưng điều này không làm thay đổi điểm cơ bản rằng độ phân giải "phạm vi" của radar trên màn hình sẽ được xác định bằng cách điện áp của tấm lệch hướng "ngang" được tăng tốc nhanh như thế nào.

Radar SCR-270 có mặt tại Trân Châu Cảng ngày 7 tháng 12 năm 1941 có các đặc điểm sau:

• Tần số phát: 105 MHz
• Độ rộng xung: 10-25
• Tốc độ lặp lại: 621 Hz
• Mức công suất: 100 kW
• phạm vi tối đa: 250 dặm
• Độ chính xác: 4 dặm, 2 độ

Nó đã sử dụng một số lượng lớn ống chân không bao gồm CRT (Toàn bộ radar chiếm 4 rơ moóc lớn). Liên kết sau đây cho thấy dấu vết dao động thực tế khi phát hiện các máy bay Nhật Bản đang đến gần:

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

Hãy xem xét ống chân không 12SK7: gm 0,002, điện trở tấm 0,8MegOhms, điện dung lưới 6pF, điện dung đầu ra (tấm) 7pF.

Dự đoán băng thông bằng gm / C. Giả sử nốt C là 6p + 7p + 7p ký sinh = 20pF.

Băng thông là 0,002 / 20e-12 = 0,0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadian / giây hoặc 16 MHz; sử dụng quy tắc ngón tay cái của Tektronix là 0,35 / băng thông cho đáp ứng của các hệ thống nhiều tầng, hoặc 0,35 / 16 MHz, Trise là 20 Namos giây; 20nS cung cấp 20 feet một chiều, 10 feet 2 chiều, độ phân giải.

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

Nếu tôi hiểu chính xác, câu hỏi là về cách các thiết bị điện tử hiển thị radar có thể đối phó chính xác với tốc độ ánh sáng. Ở đây tôi sẽ chỉ ra rằng các thiết bị điện tử hiển thị radar có thể chạy chậm hơn bạn mong đợi.

Hãy nói rằng radar được thiết kế cho một phạm vi 100 dặm. Làm tròn cho thuận tiện, đây là khoảng 160km.

Như bạn cũng lưu ý, độ lệch X và Y của màn hình phạm vi được điều khiển bởi các đầu vào điện áp độc lập. Hãy xem xét một thiết lập phạm vi đơn giản . Chạy độ lệch X từ một mạch tạo ra sự quét từ -V đến + V (ngoài cùng bên trái sang ngoài cùng trên màn hình). (Đây rất có thể là một mạch ống.) Mạch được thiết kế sao cho tổng thời gian đi từ đường sắt đến đường ray là 1ms. Quá trình quét này có thể sẽ được kích hoạt bởi cùng tín hiệu thời gian kích hoạt quá trình truyền của radar.

Độ lệch Y được cung cấp bởi bộ thu radar. Các đốm sáng sẽ xuất hiện ở bất cứ vị trí quét nào khi nhận được phản xạ. Kết quả là, một phản xạ càng được cảm nhận bởi người nhận, càng xa về phía bên phải, đốm sáng xuất hiện trên màn hình.

Những điều cần lưu ý là trong khi làn sóng radar di chuyển 200 dặm (có và ngược lại), dấu chấm trên màn hình phạm vi chỉ có đi du lịch một vài inch! Theo nghĩa này, các thiết bị điện tử hiển thị có thể chạy chậm hơn nhiều so với "tốc độ ánh sáng". Quét 1ms là dễ dàng đạt được trong điện tử ống. Nó là lớp công nghệ tương tự như khuếch đại tín hiệu âm thanh. Để so sánh, thời gian quét ngang được sử dụng trong mỗi TV NTSC cũ là khoảng 0,064 ms.

Hệ thống radar có thể được hiệu chỉnh bằng cách đặt mục tiêu ở một phạm vi đã biết và điều chỉnh các mạch sao cho số lượng hiển thị phù hợp với sự thật mặt đất. (Hiệu chỉnh hệ thống phải là một hình thức nghệ thuật!)

nó là $300000\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{s}}$.

Một cách là điều chỉnh tín hiệu radar bằng sóng hình sin, sau đó đo độ lệch pha của tín hiệu điều chế giữa tín hiệu truyền và tín hiệu trở lại - sự khác biệt này luôn tỷ lệ thuận với khoảng cách. Nhược điểm là sự trở lại từ nhiều tiếng vang sẽ can thiệp và tạo ra tín hiệu trở lại cho thấy khoảng cách ở đâu đó ở giữa giữa cả hai.

Các mô hình sau này sẽ sử dụng radar "chirp", trong đó tần số điều chế sẽ là một răng cưa, cho phép phân biệt tiếng vang khác nhau và khoảng cách đến từng tần số được đo chính xác.