Почему отражатель на этой антенне миллиметрового диапазона вращается?


24

В проводном YouTube-видео «В поисках лучей в Интернете через Facebook с помощью солнечного беспилотника» и в статье «В первых попытках Facebook пролить интернет с неба» показана антенна (начиная с 02:00) с тем, что выглядит как вторичный отражатель Кассегрена. Контекст видео и статьи предполагает, что он предназначен для тестирования восходящей / нисходящей линии связи данных миллиметрового диапазона с воздушным судном (около 60–90 ГГц в соответствии со статьей или 5–3 миллиметровой длины волны).

Я заметил, что вторичное зеркало вращается. Наблюдая за колебанием и проверкой отдельных кадров, кажется, что он вращается со скоростью не менее 4 оборотов в секунду. Это может быть намного быстрее, и псевдоним заставляет это выглядеть так медленно.

Я не могу думать ни о какой причине, почему это повернулось бы. Он вращается вокруг оптической оси, поэтому он не переключается между первичным и вторичным расположением рупора.

Почему отражатель на этой антенне миллиметрового диапазона вращается?

введите описание изображения здесь

выше: GIF, сделанный из извлеченных и обрезанных кадров из этого видео WIRED YouTube .

введите описание изображения здесь

выше: щелкните правой кнопкой мыши для увеличения; Наземная станция для передачи миллиметровых волн на воздушное судно, от WIRED . Фото предоставлено Деймоном Касарезом.


1
Я не могу придумать причину, почему это вращается, но это захватывающе
Сэм

2
Чтобы держать пауков от этого.
Энди ака

3
@ Андиака Пауки с Марса возможно? i.stack.imgur.com/LkCpm.gif
ухо

1
Я бы не использовал термин «дизеринг» для описания колебания или нутации, используемой для отслеживания. Смешение для меня подразумевает случайный или статистический подход, в то время как это является преднамеренным и периодическим. Но нутация определенно имеет смысл для отслеживания; антенна выровнена, когда нет изменений в силе сигнала на частоте нутации. При наличии наложенной модуляции ее амплитуда и фаза предоставляют прямую информацию о том, как далеко и в каком направлении необходимо перемещать антенну.
Дэйв Твид

2
Интересно отметить, что есть также оптическая камера, прицельная с антенной, вероятно, используемая для визуального контроля производительности системы слежения. Я сам работал над системами слежения за антеннами, и мне приятно видеть устойчивое изображение на мониторе, пока тестовая платформа бурно покачивается!
Дэйв Твид

Ответы:


26

Из того, что я могу сказать, это коническая сканирующая антенна. Из моего ограниченного понимания, это позволяет точный прицел с более широким лучом.

Источник изображения Wikimedia Commons


Я думаю, что ты прибил это!
ухо

16

Благодаря отличному ответу @ GrantTrebbin за разгадку тайны и проницательному объяснению и контексту @Russell McMahon , я добавлю сюда небольшую дополнительную информацию.

Теперь, когда я узнал, как это называется и для чего, я прочитал дальше. В случае конического сканирования NASA Deep Space Network , или, как они его называют, CONSCAN имеет долгую историю, начиная с 1970-х годов, когда планировались и запускались исследования в дальнем космосе.

Из сети Deep Space; 302, Расположение антенны :

2.6.1 КОНСКАН

CONSCAN доступен на всех 70-метровых и 34-метровых антеннах. Он состоит из выполнения кругового сканирования (как видно на космическом корабле) с центром в предполагаемой исходной позиции и радиусом, который уменьшает уровень принимаемого сигнала на небольшую величину, обычно 0,1 дБ ...

Для 34-метровой антенны в X-диапазоне это значение составляет 6 МДЭ, а для 70-метровой антенны в X-диапазоне - 3 МД.

и mdeg обозначает милли-градусы.

Ниже приведены фотографии одного из 70-метровых телескопов Deep Space Network для общения с космическим кораблем. Этот находится в комплексе Голдстоун. Исходя из относительных размеров изображения, вторичное зеркало имеет диаметр около 8 метров. Учитывая размер и массу вторичного это лестницы для людей на каждой ноге , а красные линии в блюде - «безопасные пути для ходьбы»), были разработаны другие, более продвинутые методы сканирования в электронном виде, но концепция заключается в том, что одно и тоже.

введите описание изображения здесь

выше: Фото предоставлено JPMajor , креативное достояние CC BY-NC-SA 2.0.

введите описание изображения здесь

выше: от commons.wikimedia.org .



4

Другой ответ хорош для того, чтобы указать, для чего предназначена система и чего она достигает в общих чертах, но ни один не объясняет, как она работает. Хотя это может быть интуитивно понятным для некоторых, это, вероятно, не очевидно для всех.

Объяснение дано в Wikipedia Conical Scanning странице которую ссылался Кейти МакКлари - я подведу итоги здесь.

На этом GIF-изображении, которое разместил Грант Треббин, цель смещена от оси, а вращающееся «зеркало» служит для максимального перемещения точки фокусировки основного блюда по принимаемому сигналу максимально в определенной точке его вращения. Угол поворота вращающегося зеркала в максимуме сигнала дает прямое указание направления вне оси цели. Основное блюдо затем перемещается сервомеханизмами для центрирования принятого сигнала так, чтобы сигнал находился на непрерывном максимуме.

введите описание изображения здесь

Ширина отсканированного изображения обычно составляет около 2 градусов дуги, а механизм исправления ошибок, включенный вышеописанным процессом, позволяет выравнивать, как правило, до 0,1 градуса дуги.

введите описание изображения здесь Интересно, что Facebook использует эту технику, поскольку она очень старая, которая в большинстве случаев была заменена системами электронного управления лучом и формирования лепестков.

ГЕРМАНСКИЙ 2МВ Вюрцбург РЛС использовалось коническое сканирование для повышения точности. Работа над системой началась в 1935 году с минимальным интересом властей. Первоначальная точность дальности в 1936 году, равная 50 м на 5 км, была недостаточной для этой цели (наведение орудия), но к 1938 г. была увеличена до 25 м на 29 км. Осевое выравнивание первоначально осуществлялось путем максимизации мощности сигнала и ручного позиционирования тарелки (!) С помощью прожекторов и инфракрасных лучей, чтобы помочь (!!), затем 2-лепестковой системой с оператором, использующим дисплей «осциллограф» (сканирование мозга) для определения требуемого изменения выравнивания а затем истинное коническое сканирование в 1941 году.

Wirzburg "Quirl" (венчик) 25 Гц с вращающимся зеркалом.

введите описание изображения здесь

Они говорят:

  • Würzburg D был представлен в 1941 году и добавил систему конического сканирования, использующую смещенный приемник, называемый Quirl (немецкий для взбивания), который вращался с частотой 25 Гц. Полученный сигнал был слегка смещен от центральной линии тарелки, вращаясь вокруг оси и перекрывая ее в центре. Если самолет-цель находился по одну сторону от оси антенны, сила сигнала возрастала бы и уменьшалась, когда луч проникал через него, позволяя системе перемещать антенну в направлении максимального сигнала и, таким образом, отслеживать цель. Угловое разрешение может быть меньше ширины луча антенны, что приводит к значительному повышению точности, порядка 0,2 градуса по азимуту и ​​0,3 градуса по высоте. Более ранние примеры были в целом модернизированы до модели D в полевых условиях.

После того , как немцы сделали всю работу по развитию British Commandos смонтировал famois «Bruneval рейд» Операция кусаться 27-28 февраль 1942 и уносится полная система Вюрцбургской действовавшая (дурацкий , но обязательно) вблизи побережья на Bruneval.

Коническое сканирование также использовалось в высокоразвитой американской системе слежения RADAR SCR-584 .
Функция конического сканирования была предложена в 1940 году, задолго до рейда Бруневаль.

584 использовал систему конического сканирования для обеспечения полностью автоматического отслеживания цели и поиска и захвата цели. Развертывание было предназначено для 1942 года, но из-за проблем с разработкой оно было недоступно до 1944 года - как раз вовремя для использования против «Doodlebugs» V1, что в сочетании с бесконтактными снарядами RADAR значительно изменило результат атак V1 на Англию.

  • Коническое сканирование было также принято в 1941 году для 10-см радиолокационной системы управления огнем военно-морского флота 3, и оно было использовано в немецком радаре Вюрцбург в 1941 году. SCR-584 значительно усовершенствовал систему и добавил режим автоматического слежения [4]. ] Как только цель была обнаружена и находилась в пределах досягаемости, система автоматически направила радар на цель, приводимый в движение двигателями, установленными в основании антенны. Для обнаружения, в отличие от отслеживания, система также включала режим спирального сканирования, который позволял ей искать самолет. Этот режим имел собственный выделенный дисплей PPI для легкой интерпретации. При использовании в этом режиме антенна механически вращалась со скоростью 4 об / мин, в то время как она перемещалась вверх и вниз для сканирования по вертикали.

    Система может работать на четырех частотах между 2700 и 2800 МГц (длина волны 10–11 см), посылая импульсы мощностью 300 кВт длительностью 0,8 микросекунды с частотой повторения импульсов (PRF) 1707 импульсов в секунду. Он мог обнаруживать цели размером с бомбардировщик на расстоянии около 40 миль и, как правило, мог автоматически отслеживать их на расстоянии около 18 миль. Точность в этом диапазоне составляла 25 ярдов в диапазоне, и 0,06 градуса (1 мил) в угле наклона антенны (см. Таблицу "Технические характеристики SCR-584"). Поскольку ширина электрического луча составляла 4 градуса (до точек -3 дБ или точек половинной мощности), цель будет размазываться по части цилиндра, чтобы быть шире в подшипнике, чем в диапазоне (т. Е. Порядка 4 градусов, а не 0,06 градусов, подразумеваемых механической точностью наведения), для дальних целей. Информация о дальности отображалась на двух «J-областях», аналогично более распространенному дисплею A-line, но располагалась в виде радиальной диаграммы, рассчитанной на задержку возврата. Одна область была использована для грубой дальности, другая для штрафа.

Не относилось к коническому сканированию, но очень имело отношение к его оптимальному применению, было использование изобретенного британцами полого магнетрона, широко развернутого США в 584 и других RADAR. Это позволило использовать гораздо более высокие уровни мощности и гораздо более высокие частоты.


Это было ужасное время, но люди, которые должны были по-настоящему понять, что они делают, сделали невероятное количество инноваций. Спасибо за подробное объяснение. У меня есть ощущение, что ранние тесты миллиметровых волн FB, показанные в этом вопросе, уже имели достаточно проблем, поэтому взлом (предположительно) коммерческого модуля транспондера для добавления вращающегося лепестка для электронного рулевого управления, возможно, был оставлен до следующего дня. То, как они это сделали, кажется довольно надежным - если оно колеблется, оно должно работать; хотя на длинах волн от 3 до 5 мм выравнивание должно быть довольно сложным.
ухо

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.