Як старі радари епохи Другої світової війни точно вимірювали затримку часу та інтегрували це в осцилоскоп?

Швидкість світла - близько 300 000 км в секунду. Помилка всього 1 мс призведе до відключення приблизно 300 км, що є занадто великою помилкою для радара. Я б здогадувався, що для отримання точності дальності в 3 км потрібна точність порядку 10 мікросекунд.

Хоча я хочу знати, як мікросекундна точність інтегрована в осцилоскоп, щоб оператор людини міг візуально помітити різницю в 1 мс. Який був переклад? Наприклад, 1 мікросекунда різниці ставить блиск на 10 міліметрів? Я розумію, що осцилограф перетворює сигнал на напругу, але те, що я не отримую, - це як затримка часу обробляється та відображається на екрані? Для цього потрібні вакуумні трубки?

Основний радіолокаційний індикатор PPI (план положення) - такий, який має яскраву лінію, яка обертається навколо кругового екрана, як друга рука на годиннику - працює за принципом, що електроніка виробляє "розгортку" електронного променя в радіальний шлях, тоді як сигнал з радіолокаційного приймача контролює його інтенсивність. Щоразу, коли надходить сильний сигнал, на дисплеї створюється яскрава пляма. Позиція «блиску» безпосередньо відповідає положенню цілі, яка її створила в реальному світі.

Аналогові схеми тієї епохи могли легко мати смугу пропускання 10 МГц або більше, дозволяючи роздільну здатність діапазону приблизно 15 метрів (50 футів) або близько того. (Майте на увазі, що сигнал повинен здійснити дві поїздки, тому ви отримуєте вдвічі більшу роздільну здатність, яку ви могли б очікувати.) Скажіть, що дальність встановлена ​​на 75 км (приблизно 45 миль). Сигналу знадобиться приблизно 0,5 мс, щоб повернутися до приймача з максимальним діапазоном, а це означає, що для кожного переданого імпульсу електронний промінь на дисплеї повинен переміщуватися від центру до краю дисплея за цей проміжок часу. Схему зробити це не складніше, ніж горизонтальний генератор розгортки звичайного осцилографа. Настройки коротшого діапазону вимагають швидшого розгортання, але все ще в межах розуму.

Вихід генератора імпульсів також може бути доданий до сигналу інтенсивності для створення "маркерів" діапазону на дисплеї - концентричних кіл, що дало оператору кращий спосіб оцінити відстань до цілі.

Генератор пилоподібних зубів подає основний сигнал розгортки від центру до краю дисплея. Існувало кілька способів змусити його обертатися синхронно з фізичним положенням антени. Найбільш ранні версії насправді механічно обертали котушки відхилення навколо горловини дисплея ЕПТ. Пізніші моделі використовували спеціальний потенціометр, який мав вбудовані в нього синусоїдні та косинусні функції - сигнал розгортки (та його доповнення) застосовувався до кінцевих клем, склоочисник повертався синхронним двигуном, і два крани подавали сигнали до (тепер фіксовано) відхилювальні пластини X і Y. Пізніше ця модуляція синуса / косинуса була виконана повністю в електронному вигляді.

Одне питання полягало в тому, що ці дисплеї були не дуже яскравими, головним чином через довготривалий люмінофор, який використовується для створення зображення, яке "затрималося" досить довго, щоб бути корисним. Їх доводилося використовувати в затемненій кімнаті, іноді з капюшонами над ними, на які оператор міг зазирнути. Я не був живий під час Другої світової війни, але я провів деяку роботу на початку 1980-х років над мікросхемою, яка могла оцифровувати та "раструювати" сигнал з радіолокатора, щоб він міг відображатися на звичайному телевізійному моніторі. Такий монітор можна зробити набагато яскравішим (короткостійкий люмінофор) - досить яскравим, щоб його можна було використовувати безпосередньо в контрольній вежі аеропорту, наприклад, щоб оператору вежі не потрібно було покладатися на словесні повідомлення від окремого оператора РЛС в іншій кімнаті. Фішка навіть імітувала "повільний розпад" функція аналогового дисплея. У наш час кожен дешевий цифровий осцилоскоп має цю особливість "змінної стійкості". :-)

Природно, мені довелося імітувати радіальне сканування аналогового дисплея під час запису сигналу приймача в буфер відеокадру. Я використовував ПЗУ для перетворення повідомленого кутового положення антени в значення синуса / косинуса, яке надходило на пару генераторів DDS для створення послідовності X і Y адрес пам'яті для кожного зйомки.

Для цього потрібні вакуумні трубки?

Традиційною аналоговою областю є по суті вакуумна трубка (ЕПТ) з пилковим зубом та сигналом бази даних, що подається безпосередньо на горизонтальну та вертикальну пластини, щоб направити промінь на рухоме місце на екрані.

Вакуумні трубки також використовувались би в ланцюгах підсилювачів для отримання великих напруг, необхідних на пластинах для переміщення променя.

AFAIK, усі сфери епохи Другої світової війни працювали за цим принципом, тому вакуумні труби були невід'ємною частиною конструкції корпусу.

Хоча я хочу знати, як мілісекундна точність інтегрована в осцилоскоп, щоб оператор людини міг візуально помітити різницю в 1 мс.

Горизонтальний прогин рухався пилоподібною хвилею. Швидкість нахилу цього пиляного зуба визначала масштабування між часом та горизонтальним положенням на екрані. У масштабі поточного дня масштаб може бути від декількох пікосекунд на сантиметр площі екрана до годин на сантиметр. У 40-х рр. Найвища шкала не мала б пікосекунд на сантиметр, але цілком могла бути мікросекунд на сантиметр.

Очевидно, що в традиційному радіолокаційному екрані є трохи додаткової складності, де "горизонтальна" (часова база, відповідна діапазону в радіолокаційній системі) вісь обертається навколо центру екрана, щоб вказувати заголовок антени під час обертання, і я Я не впевнений, як це було досягнуто (я можу уявити собі кілька різних можливостей). Але це не змінює принципового моменту, що роздільна здатність радіолокатора на екрані визначається саме тим, наскільки швидко напруга «горизонтальної» відхильної пластини підсилювалася.

Радіолокатор SCR-270, який був присутній в Перл-Харборі 7 грудня 1941 року, мав такі характеристики:

• Частота передачі: 105 МГц
• Ширина імпульсу: 10-25 мкс
• Частота повторення: 621 Гц
• Рівень потужності: 100 кВт
• Максимальний діапазон: 250 миль
• Точність: 4 милі, 2 градуси

Тут було використано велику кількість вакуумних труб, включаючи ЕПТ (весь радар займав 4 великі причепи). Наведене нижче посилання показує фактичний слід осцилоскопа при виявленні наближених японських літаків:

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

Розглянемо вакуумну трубку 12SK7: нім 0,002, опір пластини 0,8MegOhms, ємність сітки 6pF, вихідна (пластинна) ємність 7pF.

Прогнозуйте пропускну здатність, гм / с. Припустимо, що вузловий C дорівнює 6p + 7p + 7p, паразитичний = 20pF.

Пропускна здатність становить 0,002 / 20e-12 = 0,0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadians / секунда або 16 МГц; використовуючи правило великого пальця Tektronix 0,35 / пропускну здатність для відповіді багатоступеневих систем або 0,35 / 16 МГц, Trise становить 20наносекунд; 20 нс, що забезпечує 20 футів в одну сторону, 10 футів у двосторонній спосіб, роздільна здатність.

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

Якщо я правильно розумію, питання полягає в тому, як електроніка радіолокаційного дисплея може точно впоратися зі швидкістю світла. Тут я покажу, що електроніка радіолокаційного дисплея може працювати повільніше, ніж ви могли очікувати.

Скажімо, радар розрахований на дальність 100 миль. Округлення для зручності, це приблизно 160 км.

Як ви також зазначали, відхилення X і Y дисплея діапазону регулюються незалежними входами напруги. Розглянемо просту настройку з діапазоном . Запустіть відхилення X від схеми, яка генерує проміжок від -V до + V (крайній зліва вправо на дисплеї). (Це, швидше за все, трубопровід.) Контур розроблений таким чином, що загальний час, необхідний для переходу від залізниці до залізниці, становить 1 мс. Ця перевірка, ймовірно, буде викликана тим же сигналом синхронізації, який запускає радіолокаційну передачу.

Відхилення Y подається радіолокаційним приймачем. Блискавка з’явиться в будь-якому положенні розгортки, коли отримане відображення. Як результат, чим пізніше відбиток відчуває приймач, тим далі праворуч на дисплеї з’являється блиск.

Варто зазначити, що поки радіолокаційна хвиля проїжджає 200 миль (туди і назад), крапка на дисплеї діапазону повинна проїхати лише кілька дюймів! У цьому сенсі електроніка дисплея може працювати набагато повільніше, ніж "швидкість світла". Зростання потужністю 1 мс легко досягається в електроніці труб. Це той самий клас технології, що і для посилення звукових сигналів. Для порівняння, період горизонтальної розгортки, використовуваний у кожному старому телевізорі NTSC, становив приблизно 0,064 мс.

Радіолокаційну систему можна калібрувати, поставивши ціль у відомий діапазон і регулюючи ланцюги так, щоб відображені кількості відповідали основній істині. (Калібрування системи повинно бути формою мистецтва!)

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

Один із способів полягає в модуляції радіолокаційного сигналу синусоїдою, а потім вимірюють різницю фаз сигналу модуляції між переданим і повернутим сигналом - ця різниця завжди пропорційна відстані. Мінус полягає в тому, що повернення з декількох відлунь буде заважати, і створить зворотний сигнал, який показує відстань десь посередині між обома.

Пізніші моделі використовуватимуть радіолокаційний «щебетання», де частота модуляції буде пилковим зубом, що дозволяє розрізняти різні відлуння та точно вимірювати відстань до кожного.