원추형 스캔
Conical scanning |
원추형 스캐닝은 초기 레이더 장치에 사용된 시스템으로, 정확성을 향상시키고 안테나를 목표물을 가리키도록 적절히 조종하는 것을 용이하게 합니다.원추형 스캐닝은 일부 초기 레이더에 사용된 초기 로브 전환 개념과 유사하며, 제2차 세계대전 중에 현장에서 로브 전환 세트의 많은 예가 원추형 스캐닝으로 수정되었으며, 특히 독일 뷔르츠부르크 레이더가 그러했습니다.안테나 유도는 American SCR-584와 같이 완전 자동화할 수 있습니다.잠재적 고장 모드와 속임수 방해의 취약성으로 인해 원추형 스캔 시스템이 단펄스 레이더 세트로 대체되었습니다.우주 탐사선에 대한 통신 [1]링크를 유지하기 위해 딥 스페이스 네트워크에서 여전히 사용됩니다.스핀 안정형 파이오니어 10호와 파이오니어 11호 탐사선은 원추형 스캐닝 기술을 사용해 지구 [2]궤도를 추적했다.
개념.
일반적인 레이더 안테나는 일반적으로 빔 폭이 몇 도입니다.조기경보 역할로 목표물을 찾는 데는 충분하지만 0.1도 정도의 정확성을 요구하는 총기 배치에는 거의 정확하지 않다.더 큰 안테나를 사용하여 빔 폭을 개선할 수 있지만, 이는 종종 비현실적입니다.
지정된 목표물의 방향을 감시하기 위해서는 안테나가 목표물을 직접 가리키도록만 하면 됩니다.안테나의 포인팅 방향에 대한 지식은 대상 방향에 대한 지식을 제공합니다.레이더 시스템이 움직이는 대상을 자동으로 따라가도록 하기 위해서는 안테나 빔이 움직이는 대상을 향하도록 하는 제어 시스템이 필요합니다.레이더 수신기는 대상이 빔 중심에 있을 때 최대 리턴 신호 강도를 얻습니다.빔이 대상을 직접 가리키면 대상이 움직이면 빔 중심에서 벗어나 수신된 신호 강도가 떨어집니다.수신 신호 강도의 감소를 모니터링하도록 설계된 회로를 사용하여 안테나를 목표 모션을 따르도록 조종하는 서보 모터를 제어할 수 있습니다.이 방법에는 다음 3가지 어려움이 있습니다.
- 레이더에는 대상이 어느 방향으로 이동했는지에 대한 정보가 없으므로 안테나를 따라 이동해야 하는지 알 수 없습니다.
- 대상이 빔 중심에서 멀어지면 수신 전력이 처음에는 매우 느리게 변화합니다.따라서 시스템은 안테나 포인팅 오류에 다소 민감하지 않습니다.
- 섬광으로 인한 표적 에코 전력의 변화는 표적 운동으로 해석된다.
원추형 스캔
원추형 스캐닝은 레이더 빔을 안테나의 중간선 또는 보라이트에서 중앙에서 약간 벗어난 위치로 이동한 다음 회전시킴으로써 이 문제를 해결합니다.일반적인 2도 폭의 빔을 생성하는 안테나를 예로 들면 원추형 스캔 레이더는 피드를 약간 오프셋하여 빔을 중심선의 한쪽으로 1.5도 이동할 수 있습니다.그 결과 발생하는 패턴은 어느 순간에나 안테나의 중간선을 약 0.5도, 옆으로 1.5도 정도 덮습니다.모터로 피드혼을 회전시키면 패턴이 미드라인을 중심으로 원뿔이 되어 3도 연장됩니다.
핵심 개념은 중간선에 위치한 표적은 현재 로브가 가리키는 위치에 관계없이 일정한 리턴을 생성하는 반면, 한쪽으로 향하는 경우 로브가 그 일반적인 방향을 가리킬 때 강한 리턴을 생성하고 먼 곳을 가리킬 때 약한 리턴을 생성하는 것이다.또, 중심선을 덮는 부분은, 감도가 급속히 저하하고 있는 레이더 로브의 가장자리 부근에 있습니다.빔을 중심으로 하는 항공기는 작은 움직임이라도 눈에 띄는 리턴 변화를 일으켜 레이더가 이동해야 하는 방향을 따라 훨씬 더 강하게 성장하는 영역이다.안테나 제어 시스템은 추적 중인 항공기에서 일정한 회항이 얻어지도록 안테나를 방위각 및 고도 방향으로 이동하도록 배치되어 있습니다.
메인 로브를 단독으로 사용하면 오퍼레이터는 가장 강한 리턴을 위해 "헌트"할 수 있으며, 따라서 원추형 스캔을 통해 로브 중심에 있는 "최대 리턴" 영역 내에서 안테나를 조준할 수 있으며, 0.1도 미만의 정밀도가 가능합니다.
건설
안테나의 미드라인에서 빔을 리다이렉트 하는 방법에는 두 가지가 있습니다.첫 번째는 회전 피드라고 합니다.이름에서 알 수 있듯이 공급 경음기는 포물선 초점에서 바로 벗어난 위치에 설정되어 에너지가 안테나 미드라인에서 약간 벗어나도록 합니다.그런 다음 피드는 포물체의 초점 주위로 회전하여 원뿔 회전을 생성합니다.다른 시스템은 너트 피드입니다.너트 피드는 고정 피드 혼에 대한 각도로 안테나를 오프셋한 후 안테나를 회전시킨다.너트 피드의 변동에 의해 피드가 작은 원 모양으로 이동해 빔의 포인팅 방향을 빠르고 연속적으로 변화시킨다.이 후자의 타입에서는, 급전도 안테나도 안테나의 포인팅 축을 중심으로 회전하지 않고, 포인팅 방향만 변화해, 좁은 원뿔을 트레이스 합니다.
두 기본 스킴의 주요 차이점은 편광에 있습니다.회전공정에서 피드혼이 회전함에 따라 편광은 회전에 따라 변화하며, 따라서 피드가 초기축에서 90도 어긋나면 편광에서 90도 어긋나게 됩니다.공급 경음기는 너트 피드에 고정되므로 편광 변화가 발생하지 않습니다.대부분의 초기 시스템은 기계적 단순성 때문에 회전식 피드를 사용했지만, 이후 시스템은 편광 정보를 사용하기 위해 견과류 피드를 사용하는 경우가 많았다.
미 해군의 25발 사격통제 레이더에서는 스파이럴 스캔 모드가 목표물 획득을 도왔다.기본적으로 (비반전 너트 이송 유형의) 원추형 스캔은 스캔 원뿔의 크기가 초당 약 2회씩 주기적으로 증가 및 감소했습니다.스캔한 영역은 모두 몇 도였습니다.(표적이 획득되면 오퍼레이터는 추적을 위해 원추형 스캔으로 전환했습니다.)
로브는 안테나의 중간선을 중심으로 회전하기 때문에 원추형 스캔은 단면이 원형인 안테나에만 적합합니다.이는 전자레인지 지역에서 작동한 뷔르츠부르크의 경우였다.대부분의 다른 힘들은 정말로 거대한 크기의 포물면 안테나를 필요로 하는 훨씬 긴 파장 레이더를 사용했고, 대신 수동 반사기 앞에 배치된 많은 작은 쌍극자 안테나의 "침대 스프링" 배치를 사용했다.이러한 시스템에 원추형 스캔을 배치하려면 모든 다이폴을 이동해야 합니다.이것은 비현실적인 해결책입니다.이러한 이유로 미 육군은 초기 총기 배치 레이더인 SCR-268을 포기했다.Tizard 미션의 여파로 그들이 자체 마이크로파 레이더를 도입하는 과정에 있는 것을 고려하면, 이것은 특별히 성가신 일은 아니었다.SCR-584에서는 MIT 방사선 연구소가 자동 추적을 도입했습니다.
안테나, 즉 슬레이브 건 또는 무기에 대한 자동 유도 기능은 큰 문제 없이 원추형 스캔 레이더에 추가할 수 있습니다.제어 시스템은 대상으로부터 일정한 진폭 복귀를 수신하도록 안테나를 조종해야 합니다.
유감스럽게도 반사 신호를 극적으로 바꿀 수 있는 요인이 많이 있습니다.예를 들어, 대상 항공기의 방향 변경은 안테나에 동체의 다른 부분을 나타내며 반환되는 신호의 양을 극적으로 변화시킬 수 있습니다.이 경우 원추형 스캔 레이더는 이 강도 변화를 위치 변화로 해석할 수 있습니다.예를 들어, 항공기가 왼쪽 축을 벗어나 있을 때 갑자기 "밝아지는" 경우, 회로는 로브가 그 방향으로 정렬될 때 변화가 발생하면 이것을 오른쪽으로 꺼지는 것으로 해석할 수 있다.이 문제는 단펄스 레이더로 이어지는 두 개의 겹치는 수신기 빔을 동시에 사용함으로써 해결할 수 있습니다.이러한 이름은 단일 펄스의 신호 강도를 항상 그 자체와 비교하기 때문에 신호 강도의 거의 빠른 변화에 대한 문제를 제거할 수 있습니다.
원뿔 스캔 수신 전용(COSRO)
COSRO 시스템은 안테나에서 송신되는 송신 신호를 변경하지 않습니다.
COSRO 시스템의 안테나 도파로는 좌우 RF수신샘플과 상하 RF수신샘플을 생성하는 RF수신 피드혼 구조를 포함한다.이 두 신호는 회전 베인이 있는 도파관 장치 내에서 다중화됩니다.멀티플렉스 장치의 출력은 단일 RF 신호와 왼쪽/오른쪽 및 위쪽/아래쪽을 나타내는 두 개의 위치 신호입니다.
COSRO 기법은 회전 베인의 위치를 나타내는 신호를 전송하지 않습니다.
안테나 샘플링
복수의 송신 펄스로부터의 RF 수신 신호를 수학적으로 조합하여 수직 및 수평 신호를 생성합니다.수직 신호는 베인/피드혼이 위쪽 방향에 있을 때 RF 샘플을 추가하고, 베인/피드혼이 아래쪽 방향에 있을 때 RF 샘플을 빼서 생성됩니다.수평 신호는 베인/피드혼이 왼쪽 방향일 때 RF 샘플을 추가하고 베인/피드혼이 오른쪽 방향일 때 RF 샘플을 빼서 생성됩니다.
그러면 안테나 위치 결정 구동 모터를 구동하는 데 사용되는 한 쌍의 각도 오류 신호가 생성됩니다.
재밍
원뿔형 스캔 레이더는 쉽게 걸릴 수 있습니다.대상이 레이더의 일반적인 작동 매개 변수를 알고 있는 경우, 레이더 로브와 동일한 패턴으로 증가 및 희미해지도록 타이밍을 맞춘 잘못된 신호를 전송하지만 강도가 반전될 수 있습니다.즉, 거짓 신호는 레이더 신호가 가장 약할 때(항공기에 비해 로브가 안테나의 "먼 편"에 있음), 신호가 가장 강할 때(항공기를 가리키며) 가장 약할 때 가장 강력합니다.레이더 수신기에서 "실제" 신호와 함께 추가되면 결과 신호가 "항상 강력"하므로 제어 시스템은 표적이 로브 패턴에서 어디에 위치하는지 정확하게 추정할 수 없습니다.
실제로 하드웨어에서 이를 실현하는 것은 생각보다 어렵지 않습니다.뷔르츠부르크 레이더에서처럼 신호가 25RPM으로 회전하는 것을 알면 1분에 25회 같은 속도로 최대에서 0으로 사라지도록 제작된다.그런 다음 신호를 동기화하기만 하면 됩니다. 신호에서 낮은 지점(일반적으로 찾기 쉬운 지점)을 찾아 해당 지점에서 패턴을 트리거하면 됩니다.역게인 교란으로 알려진 이 시스템은 제2차 세계대전 동안 영국 공군에 의해 뷔르츠부르크 레이더에 대항하기 위해 운용되었다.
방송국에서 로브가 이동하지 않고 수신기만 이동하도록 레이더를 배치할 수 있습니다.이를 위해 수신 전용 회전 로브를 가진 두 번째 안테나를 추가합니다. COSRO로 알려진 시스템은 수신 전용 원뿔 스캔입니다(LOO, 로브 스위칭 레이더에 사용되는 유사한 시스템과 비교).이는 항공기 내 전파 교란기에 대한 주파수 정보를 부정했지만, 여전히 무작위로 스파이크를 전송하여 추적 시스템(또는 운영자)을 혼란스럽게 할 수 있었다.SSW for Sweep Square Wave라고 불리는 이 기술은 역 이득과 같은 종류의 효과로 항공기를 보호하지는 않지만, 없는 것보다는 낫고 종종 꽤 효과적이다.
레퍼런스
- ^ Gawronski, Wodek; Craparo, Emily (December 2002), "Antenna Scanning Techniques for Estimation of Spacecraft Position" (PDF), IEEE Antennas and Propagation Magazine, 44 (6): 38–45, Bibcode:2002IAPM...44...38G, doi:10.1109/map.2002.1167263, ISSN 1045-9243
- ^ "Weebau Spaceflight Encyclopedia". 9 November 2010. Retrieved 11 January 2012.
외부 링크
