처프 레이더는 어떤 전력 제한을 극복하도록 설계 되었습니까?


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Chirped Pulse Amplification (CPA)은 2018 노벨 물리학상 수상자 인 광학 기술로, 게인 매개체가 펄스 들것과 압축기 사이에 증폭기를 끼워서 직접 펄스.

전자 기술의 초기에 어딘가에 레이더 신호를 증폭시키기 위해이 기술이 처음 개발되었다는 것이 일반적인 민속학입니다. 적절하게 분산 된 마이크로파 도파관 또는 60 년대에 사용 된 것을위한 광학 회절 격자는 민감한 전자 장치가 튀김되지 않도록 보호하는 놀라운 일입니다.

그 모호한 이해를 넘어 서기 위해, 나는 레이더 증폭의 문제가 원래 스트레치 증폭 압축 작업의 목표가 무엇인지 정확히 보려고 노력했습니다 (개발 중에 CPA라는 이름이 이미 사용 중인지 확실하지 않습니다) , 전자 시스템에서 그러한 시스템을 설명하는 데 실제로 사용 되더라도), 1985 년에 광학으로 도약했을 때 전자 제품에 사용 된 것,보다 일반적으로 개발의 역사는 무엇인가. 그러나 확실하지 않은 몇 가지 거친 가장자리가 있으며이 SE가 그들에게 물어보기에 좋은 곳이라고 기대합니다.

원본 CPA 용지

증폭 된 처프 된 광 펄스의 압축. D. Strickland와 G. Mourou. 광학 통신. 55 , 447 (1985)]을 참조하시오 .

이 기술은 이미 레이더에서 사용중인 솔루션과 유사하다는 점을 인정하고,

위상 배열 레이더. 브룩 너 Scientific American 252 , 1985 년 2 월, pp. 94-102. .

그러나 이것은 참고 문헌이 없기 때문에 약간의 서지 교착 상태입니다. 특히, 기술에 큰 차이가 있다는 사실에 놀랐습니다.

  • 광학에서, 우리는 짧은 맥박을 원하고 그것을 강하게 만들고 싶습니다. 이를 통해 우리는 비선형 광학 현상을 조사 할 수 있으며, 이는 매우 극단적 인 정도에 도달 할 수 있습니다 . 이것은 우리가 원하는 것을 하기 위해 펄스 사용 하기 전에 압축해야한다는 것을 의미 합니다.

  • 반면 Strickland and Brookner의 설명에서 전자 장치는 최종 분석 직전에 펄스 압축에만 관심이 있으며, 시스템이 압축되지 않은 펄스를 발사하여 비행기 또는 자몽과 상호 작용하기에 완벽하게 만족한다는 것이 분명합니다. -크기가 큰 금속 물체가 있고 그 후 압축을합니다.

이 견해는보다 접근하기 쉬운 로체스터 보고서를 통해 강조됩니다.

LLE 검토 , 분기 별 보고서, 1985 년 10 월 -12 월 . 뉴욕 주 로체스터 레이저 에너지 연구소 §3B, 42-46 페이지 .

좀 더 자세하게 설명하려고하면 조금 더 혼란스러워집니다. Wikipedia는 관심있는 독자가 기술이 분류 해제 된 후 1960 년부터의 검토를 언급합니다.

보다 효율적인 레이더 전송을위한 펄스 압축 키. CE 쿡. Proc. IRE 48 , 310 (1960) .

그러나 나는 그들이 해결하려고했던 문제가 무엇인지 이해하려고 애 쓰고 있습니다. Cook의 소개에서

대부분의 경우, 탐지 범위 증가에 대한 요구는 특정 최소 범위의 범위 분해 능력에 대한 일반적인 전술 요구 사항을 희생하지 않았습니다. 이러한 상황에 직면하여, 레이더 튜브 설계자들은 전술적 고려 사항이 더 넓은 전송 펄스에 의해 평균 전력을 증가시킴으로써 검출 범위를 확장시키는 것을 허용하지 않기 때문에 튜브의 피크 전력을 강화하는 데 집중해야했다. 결과적으로, 많은 상황에서 고출력 튜브는 평균 전력에 관한 한 비효율적으로 사용되고 있습니다. 이러한 비 효율성을 보완하기 위해 엔지니어는 레이더 탐지 범위를 확장하기위한 탐지 후 통합 기술을 개발했습니다. 이들 기술은 또한 전체 가용 평균 전력의 사용이 고려되는 한 추가 비 효율성을 초래한다.

여기서 '전술적 요구 사항'이 무엇에 영향을 미치는지, 그리고 그것이 시스템의 펄스 폭, 평균 전력 및 피크 전력 요구 사항에 미치는 영향과 그 이유 및 방법은 명확하지 않습니다.

DickeDarlington 의 특허 는 특히 안테나 내부의 스파크에 대한 언급과 함께 앰프 내부의 레이더 펄스의 피크 전력과 그 뒤에 오는 출력 요소에 대한 제한으로 문제가 무엇인지 확인하는 데 도움이됩니다. (이것은 레이저 게인 미디어가 자체 초점레이저 필라멘트 와 같은 비선형 효과보다 큰 강도 임계 값을 갖는 문제가있는 광학 CPA 케이스와 대조적입니다. 게인 매체를 파괴하지만 미러 나 다른 '출력'요소에서 고강도 펄스를 비추는 것은 완벽하게 괜찮습니다.) 그러나 나중에 피크 전력과 평균 전력에 대한 특정 요구 사항에 대한 Cook의 언급은 저를 의심하게 만듭니다. 내가 명확하게 보이지 않는 더 많은 것들이 여기에 있다는 것입니다.

이 혼란을 좀 더 구체적인 질문으로 마무리하려면 :

  • 처프 레이더는 피크 및 평균 전력과 레이더 펄스 폭에 대한 특정 요구 사항을 극복하도록 설계 되었습니까? 전자 제품과 관련하여 이러한 '내부'우려가 있었습니까? 아니면 다른 목표를 달성하기 어려운 외부 목표와 제한이 있었습니까?
  • '처프 펄스 증폭'이라는 이름이 레이더 상황에서 사용 된 적이 있습니까?
  • 광학 스타일의 CPA 는 레이더 응용 분야 나 더 넓은 전자 분야에서 사용되는 펄스 늘리고, 증폭하고, 압축 한 다음 사용합니까?

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요즘 DAC에서 임의 파형을 도입하는 것이 훨씬 쉬운 경우 특정 요구 사항에 맞게 파형을 설계하고 수신시 펄스를 압축하여 원하는 방식으로 파형 다이버 시티를 사용하여 평균 전력을 증가시킬 수 있습니다. 언급 된 전술적 요구 사항은 주로 평균 해상도를 얻기 위해 범위 분해능이 감소 된 경우 하나로 마스크되는 여러 대상을 해결하는 것이 었습니다.
johnnymopo

이것은 흥미로운 질문입니다! 여기에 게시 해 주셔서 감사합니다.
Adam Haun

@Adam ooooh, 감사합니다. 나는 너희들이 그것을 흥미롭게 생각할 것이라는 매우 심각한 의문을 가지고 있었다.
EP

마지막으로 흥미로운 질문입니다. 이온화 시간은 매체에 따라 달라지며 눈사태 효과가됩니다. Kerr & Pockels Effects는 광학 분야에서도 중요합니다. . RF Chirp는 증분 거리 및 범위 SNR이 크게 향상되도록 스펙트럼을 시간에 따라 이동시킵니다. 둘 다 또한 짧은 상승 시간에 의존하며 RF 에서와는 다른 매체 감쇠를 가질 수 있습니다. 빠른 의견입니다.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

답변:


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나는 레이더 전문가는 아니지만 일반적인 개념을 잘 이해하여 귀하의 질문에 대답하려고합니다.

처프 레이더는 피크 및 평균 전력과 레이더 펄스 폭에 대한 특정 요구 사항을 극복하도록 설계 되었습니까? 전자 제품과 관련하여 이러한 '내부'우려가 있었습니까? 아니면 다른 목표를 달성하기 어려운 외부 목표와 제한이 있었습니까?

레이더의 기본 문제는 전체 범위에 적합한 전력과 범위 해상도에 대한 타이밍 해상도를 모두 얻는 것입니다. 마이크로파 주파수를위한 고출력 증폭기를 구축하는 것은 어렵다. 각 전송 펄스에 많은 에너지를 원하지만 펄스를 짧게 유지하려고합니다. 광학에서 찾은 해결책은 펄스를 깎아서 늘리는 것입니다. 이로 인해 동일한 펄스 에너지를 얻기 위해 파워 앰프가 더 낮은 전력으로 더 오랜 시간 동안 작동 할 수 있습니다.

이제 레이더에서는 안테나에 펄스를 공급하기 전에 펄스를 다시 압축하지 않아도 상관 없습니다. 처프 펄스는 물체 감지 측면에서 압축 펄스뿐만 아니라 작동합니다.

실제로, 반사가 다시 발생할 때 추가적인 이점을 얻을 수 있습니다. 이제 수신기에서 처프 된 신호를 증폭 할 수 있으며 (피크-평균 전력과 관련하여 송신기 증폭기에서와 동일한 장점을 얻을 수 있음) 감지 직전에 펄스를 압축하는 "일치 필터"는 많은 잠재적 인 간섭 원을 제거 할 수있는 추가적인 이점이 있습니다. 수신기 필터에서 나오는 좁은 펄스는 필요한 시간 분해능을 제공합니다.

'처프 펄스 증폭'이라는 이름이 레이더 상황에서 사용 된 적이 있습니까?

증폭이 단지 처프를 사용하는 유일한 이유는 아니기 때문에 일반적으로 그렇지 않습니다.

광학 스타일의 CPA는 레이더 응용 분야 또는 더 넓은 전자 분야에서 사용되는 펄스를 늘리고, 증폭하고, 압축 한 다음 사용합니까?

내 지식은 아니지만 실현 가능할 것입니다.


왜 늦게 받아 들여서 미안해, 내가 왜 안했는지 모르겠다. 감사합니다!
EP

에코는 일반적으로 송신 및 수신 안테나 간의 직접 연결 또는지면을 포함하여 근처의 대상으로부터의 반사보다 수십 배 낮습니다. 레이더 상황에서, 자체 재밍 (self-jamming)을 포함하는 고전력 재머는 수신기 자체의 제한된 동적 범위에 의해 간섭이 야기되는 신호를 마스킹하고 방해 할 수 있기 때문에 실제로는 단점 이있다. 이는 순 단 펄스 모드이지만 고출력 레이더와 비교할 때 CW 또는 긴 펄스 모드를 사용할 때 가장 중요한 단점입니다.
hyportnex

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Cook이 말하고있는 전술적 요구 사항은 잡음과 재밍에서 신뢰할 수있는 표적 탐지이며, 이것은 탐지 문제이며, 일관된 배경에 대해 신뢰할 수있는 표적 해상도는 차별의 문제입니다.

종래의 펄스 레이더에서,이 두 가지 문제는 펄스 에너지 증가 및 펄스 폭 감소에 의해 해결된다. 복수의 타겟이 동시에 존재할 때 매칭되는 필터 출력 신호 대 잡음비가 펄스 형태 무관 하며 가능한 모든 노이즈 필터 중에서 최대 이기 때문에 짧은 펄스는 더 긴 펄스보다 더 잘 보일 수 있습니다. 전술적 문제 일치하는 필터의 길이가 가능한 짧은 길이를 갖도록 여러 레이더 신호를 가짐으로써 여러 목표 리턴이 시간적으로 잘 분리됩니다. 따라서 레이더 성능에있어 중요한 것은 레이더 펄스가 아니라 에코 된 펄스가 일치하는 필터에서 나온 후 발생하는 것입니다. 일치하는 필터의 출력 진폭 이후따라서 SNR은 수신 된 SNR 사후 일치 필터 펄스 길이가 동일한 한 우리가 조작하고 변조 할 수있는 전송 된 펄스 에너지에 비례합니다 .

성능은 전송 에너지에 의존하고 전송 전력과 무관하며 모든 레이더 송신기는 전력이 제한되므로 레이더 설계자는 의도적으로 진폭 변조를 사용하지 않으며 모든 펄스 내 변조는 위상 또는 주파수입니다. 종래의 펄스 레이더에서 전형적이고 가장 오래된 것은 처프 레이더이지만 다른 많은 주파수 또는 위상 변조 방식이있다. 처프는 가장 오래되고 개념적으로 가장 단순하지만 매우 민감한 레이더에는 거의 사용되지 않습니다. 그 이유는 처프 레이더에 대한 정합 된 필터의 출력이 때때로 바람직한 것보다 진폭이 높고 시간이 더 긴 (링잉) 원하는 피크로부터 출력 (소위 시간 사이드 로브)을 생성하기 때문이다. 이 높은 수준의 "벨소리"는 가까이있는 큰 대상의 출력으로 작은 대상을 식별하는 것을 방지합니다.

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