W jaki sposób stare radary z czasów II wojny światowej dokładnie mierzyły opóźnienie czasowe i integrowały je z oscyloskopem?

Prędkość światła wynosi około 300 000 km na sekundę. Błąd wynoszący zaledwie 1 ms spowodowałby wyłączenie o około 300 km, co jest zdecydowanie zbyt dużym błędem dla radaru. Sądzę, że potrzebuje dokładności rzędu 10 mikrosekund, aby uzyskać dokładność zasięgu 3 km.

Chcę jednak wiedzieć, w jaki sposób mikrosekundowa dokładność jest zintegrowana z oscyloskopem, aby operator mógł zauważyć wizualnie różnicę 1 ms. Jakie było tłumaczenie? Np. 1 mikrosekundowa różnica powoduje przesunięcie blipa o 10 milimetrów? Rozumiem, że oscyloskop przekształca sygnał na napięcie, ale nie dostaję, w jaki sposób opóźnienie czasowe jest przetwarzane i wyświetlane na ekranie? Czy wymagało to lamp próżniowych?

Podstawowy wyświetlacz radaru PPI (wskaźnik położenia planu) - taki, który ma jasną linię, która omiata okrągły ekran jak sekundnik na zegarze - działa na zasadzie, że elektronika wytwarza „przemiatanie” wiązki elektronów w ścieżka promieniowa, podczas gdy sygnał z odbiornika radarowego kontroluje jego intensywność. Za każdym razem, gdy odbierany jest silny sygnał, na wyświetlaczu pojawia się jasny punkt. Pozycja „blipa” odpowiada bezpośrednio pozycji celu, który go stworzył w świecie rzeczywistym.

Obwody analogowe z tamtej epoki mogłyby z łatwością mieć szerokość pasma 10 MHz lub większą, umożliwiając rozdzielczość w zakresie około 15 metrów (50 stóp). (Pamiętaj, że sygnał musi się wydarzyć dwie podróże, aby uzyskać dwukrotnie wyższą rozdzielczość, niż można by się spodziewać.) Powiedz, że zasięg jest ustawiony na 75 km (około 45 mil). Sygnał zajmie około 0,5 ms, aby powrócić do odbiornika w maksymalnym zasięgu, co oznacza, że ​​dla każdego transmitowanego impulsu wiązka elektronów na wyświetlaczu musi w tym czasie przemieszczać się od środka do krawędzi wyświetlacza. Obwód do tego celu nie jest bardziej skomplikowany niż poziomy generator zamiatania zwykłego oscyloskopu. Ustawienia krótszego zasięgu wymagają szybszego zamiatania, ale wciąż w granicach rozsądku.

Wyjście generatora impulsów można również dodać do sygnału natężenia, aby utworzyć „znaczniki” zasięgu na wyświetlaczu - koncentryczne okręgi, które dały operatorowi lepszy sposób oceny odległości do celu.

Generator piłokształtny zapewnia podstawowy sygnał przemiatania od środka do krawędzi wyświetlacza. Istnieje wiele sposobów, aby obracać się w synchronizacji z fizycznym położeniem anteny. Wcześniejsze wersje faktycznie mechanicznie obracały cewki odchylające wokół szyjki wyświetlacza CRT. Późniejsze modele wykorzystały specjalny potencjometr z wbudowanymi funkcjami sinus i cosinus - sygnał zamiatania (i jego uzupełnienie) został zastosowany do końcówek końcowych, wycieraczka została obrócona przez silnik synchroniczny, a dwa zaczepy przekazały sygnały do (teraz naprawione) X i Y płyty odchylające. Później ta modulacja sinus / cosinus została wykonana całkowicie elektronicznie.

Jednym z problemów było to, że wyświetlacze te nie były bardzo jasne, głównie z powodu trwałości luminoforów użytych do wytworzenia obrazu, który „pozostawał” wystarczająco długo, aby był użyteczny. Musiały być używane w zaciemnionym pomieszczeniu, czasami z kapturami nad nimi, do których operator mógł zajrzeć. Nie byłem żywy podczas II wojny światowej, ale na początku lat 80. pracowałem trochę nad układem, który mógł digitalizować i „rasteryzować” sygnał z zestawu radarowego, aby mógł być wyświetlany na konwencjonalnym monitorze telewizyjnym. Taki monitor można by uczynić znacznie jaśniejszym (luminofory o krótkiej trwałości) - wystarczająco jasnym, aby można go było stosować na przykład bezpośrednio w wieży kontrolnej lotniska, tak aby operator wieży nie musiał polegać na komunikatach ustnych od osobnego operatora radaru w innym pokoju. Układ symulował nawet „powolny rozkład” funkcja wyświetlacza analogowego. Obecnie każdy tani oscyloskop cyfrowy ma tę funkcję „zmiennej trwałości”. :-)

Oczywiście musiałem zasymulować skanowanie promieniowe wyświetlacza analogowego podczas zapisywania sygnału odbiornika w buforze ramki wideo. Użyłem ROM-u, aby przekonwertować zgłoszone położenie kątowe anteny na wartości sinus / cosinus, które zostały przekazane do pary generatorów DDS w celu wygenerowania sekwencji adresów pamięci X i Y dla każdego przemiatania.

Czy wymagało to lamp próżniowych?

Tradycyjnym lunetą analogową jest zasadniczo lampa próżniowa (CRT) z zębatym zębatym osią czasu i sygnałem przyłożonym bezpośrednio do poziomych i pionowych płyt, aby skierować wiązkę do ruchomego miejsca na ekranie.

Lampy próżniowe byłyby również stosowane w obwodach wzmacniacza do wytwarzania dużych napięć potrzebnych na płytach do przemieszczania wiązki.

AFAIK, każdy zakres czasów II wojny światowej działał na tej zasadzie, więc lampy próżniowe były nieodłączną częścią projektu lunety.

Chcę jednak wiedzieć, w jaki sposób dokładność milisekund jest zintegrowana z oscyloskopem, dzięki czemu operator może zauważyć różnicę 1 ms.

Odchylenie w poziomie było napędzane przez falę piłokształtną. Szybkość zabijania tego piłokształtnego determinowała skalowanie między czasem a pozycją poziomą na ekranie. W zakresie bieżącego dnia skalowanie może być dowolne - od kilku pikosekund na centymetr powierzchni ekranu do godzin na centymetr. W latach czterdziestych najwyższa skala nie byłaby pikosekund na centymetr, ale równie dobrze mogłaby to być mikrosekunda na centymetr.

Oczywiście w tradycyjnym wyświetlaczu radarowym jest nieco więcej złożoności, w której oś „pozioma” (podstawa czasu odpowiadająca zasięgowi w systemie radarowym) jest obracana wokół środka ekranu, aby wskazać kierunek obracającej się anteny, a ja nie jestem pewien, jak to się stało (mogę sobie wyobrazić kilka różnych możliwości). Ale to nie zmienia podstawowego punktu, że rozdzielczość „zasięgu” radaru na ekranie byłaby tylko określona przez to, jak szybko wzrosło napięcie „poziomej” płyty odchylającej.

Radar SCR-270, który był obecny w Pearl Harbor 7 grudnia 1941 r., Miał następujące cechy:

• Częstotliwość transmisji: 105 MHz
• Szerokość impulsu: 10–25 µs
• Częstotliwość powtarzania: 621 Hz
• Poziom mocy: 100 kW
• Maksymalny zasięg: 250 mil
• Dokładność: 4 mile, 2 stopnie

Wykorzystał dużą liczbę lamp próżniowych, w tym CRT (cały radar zajmował 4 duże przyczepy). Poniższy link pokazuje rzeczywisty ślad oscyloskopu po wykryciu zbliżających się japońskich samolotów:

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

Rozważmy lampę próżniową 12SK7: gm 0,002, rezystancja płyty 0,8 Megomhm, pojemność sieci 6pF, pojemność wyjściowa (płyta) 7pF.

Przewiduj przepustowość według gm / C. Załóżmy, że węzłowy C wynosi 6p + 7p + 7p pasożytniczy = 20pF.

Szerokość pasma wynosi 0,002 / 20e-12 = 0,0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100 MegaRadians / sekundę lub 16 MHz; przy zastosowaniu reguły Tektronix wynoszącej 0,35 / szerokość pasma do reakcji systemów wieloetapowych lub 0,35 / 16 MHz, Trise wynosi 20 nanosekund; 20nS zapewnia 20 stóp w jedną stronę, 10 stóp w 2 kierunkach, rozdzielczość.

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

Jeśli dobrze rozumiem, pytanie dotyczy tego, w jaki sposób elektronika wyświetlająca radar może dokładnie poradzić sobie z prędkością światła. Tutaj pokażę, że elektronika wyświetlacza radaru może działać wolniej, niż można się spodziewać.

Powiedzmy, że radar jest zaprojektowany dla zasięgu 100 mil. Zaokrąglenie dla wygody wynosi około 160 km.

Jak zauważyłeś, fala radarowa przemieszcza się z prędkością około 3e8 metrów na sekundę. Czas potrzebny fali radarowej na podróż do maksymalnego zasięgu wynosi:

Jak również zauważyłeś, ugięcia X i Y wyświetlacza zakresu są kontrolowane przez niezależne wejścia napięcia. Rozważmy prosty zakres konfigurację . Uruchom odchylenie X z obwodu, który generuje przemiatanie od -V do + V (od lewej do prawej na wyświetlaczu). (Najprawdopodobniej był to obwód lampowy.) Obwód został zaprojektowany w taki sposób, aby całkowity czas przejścia z szyny na szynę wynosił 1 ms. Ten przebieg prawdopodobnie zostałby uruchomiony przez ten sam sygnał taktowania, który uruchamia transmisję radaru.

Ugięcie Y jest zasilane przez odbiornik radaru. Blip pojawi się w dowolnej pozycji przesunięcia po odebraniu odbicia. W rezultacie im później odbijanie zostanie wykryte przez odbiornik, tym bardziej w prawo na wyświetlaczu pojawi się blip.

Należy zauważyć, że podczas gdy fala radarowa podróżuje 200 mil (tam iz powrotem), kropka na wyświetlaczu lunety musi przebyć tylko kilka cali! W tym sensie elektronika wyświetlacza może działać znacznie wolniej niż „prędkość światła”. Zamiatanie 1 ms można łatwo osiągnąć w elektronice lampowej. Jest to ta sama klasa technologii, co wzmacnianie sygnałów audio. Dla porównania, poziomy okres zamiatania stosowany w każdym starym telewizorze NTSC wynosił około 0,064 ms.

System radarowy można skalibrować, ustawiając cel w znanym zasięgu i dostosowując obwody, aby wyświetlane wielkości były zgodne z prawdą na ziemi. (Kalibracja systemu musiała być formą sztuki!)

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

Jednym ze sposobów jest modulowanie sygnału radarowego za pomocą fali sinusoidalnej, a następnie pomiar różnicy faz sygnału modulacji między sygnałem nadawanym i zwracanym - różnica ta jest zawsze proporcjonalna do odległości. Minusem jest to, że powrót z wielu ech będzie zakłócał i wytworzył sygnał zwrotny, który pokazuje odległość gdzieś pośrodku między nimi.

Późniejsze modele wykorzystywałyby radarowe „ćwierkanie”, w którym częstotliwość modulacji byłaby piłokształtna, pozwalając na rozróżnienie różnych ech i dokładny pomiar odległości do każdego z nich.