Re: [提問]AESA和APAR的差別,賞金500P

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作者 sedgewick (三分熟的鬧鐘)
時間 2024-11-11 20:22:07
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※ 引述《sedgewick (三分熟的鬧鐘)》之銘言: : 今天來寫相控陣列雷達... 來寫續集啦~~~ 轉眼間四個月就過去了. ------ 上次用顏色做比喻, 那算是電磁波傳遞的部份, 沒什麼加減乘除. 今天來往下講深入一點點的 pulse compression. 這屬於訊號處理, 比較適合用聲音做譬喻, 因為背後有數學. 而雷達之所以「雷」, 就是訊號的東西做錯, 探測距離可能剩下 1/10. 硬體相同也沒用, 運作時就是少人家一大截......非常雷. XD 總之, 雷達最大的挑戰是回波一定很弱, 就算探測非匿蹤的目標也是弱. 增強功率當然是一招, 但勝之不武, 而且大家都會. 甚至做到像中科院那樣又大又重, 背滿冷卻劑可能也還是輸美軍一大截. 因為譬如說探測距離只有人家十分之一, 那功率要提高一萬倍才打平. 這就不太妙... 而另一招是增強訊號的獨特性. 回波之所以弱是跟背景的輻射雜訊相比. 但我們可以讓雷達訊號看起來比較特殊, 就可以跟雜訊分離. 至於要讓訊號特殊, 概念上也不難. 譬如我們聽一首歌, 只聽前五六個音, 小星星跟國歌是一樣的, 對吧? 那要分辨到底是國歌還是小星星? 簡單, 把整首歌唱完就好了嘛. 所以雷達指到某個方向, 聽到背景有小星星就知道有威脅. 但是呢, 小星星還不太夠力. 因為真實的狀況有點像你在山谷喊一聲然後聽回音. 小星星回波可能會剩下嗡嗡嗡跟勉強能識別的幾個音符, 聽不到原音重現. 所以我們最好把貝多芬第九號交響曲整個播一遍, 這就更獨特了. 當然這還是會遇上各種損失, 但畢竟有足足一個小時的交響樂可以參考. 這概念很好, 缺點是要播放一個小時......目標都不知道跑哪去了. 所以我們乾脆把演奏快轉, 快轉 3600 倍就只要播一秒, 很讚吧. 這個讓訊號快轉的技巧就叫做 pulse compression. 理論上它包含一首完整的交響樂, 當然你要塞伍佰演唱會也是可以的. 這種 pulse compression 有各種好處. 訊號獨特, 適合各種雷達設計, 抗干擾, 對距離的解析力也高. 甚至能一部份對抗匿蹤, 畢竟飛機是被整個交響樂團的訊號探測過一遍. 只有一個壞處, 訊號處理能力跟不上. 想像一下, 一秒鐘聽完一首歌, 判斷聽到的東西然後寫下來? 會打結吧. 放到電腦上那是一樣的問題, 電路響應跟不上(耳朵鼓膜不夠力). 處理器來不及計算電路響應後剩下的東西(腦袋轉不過來). 計算完的東西來不及輸出到記憶體或是硬碟(寫字不夠快). 每一段都跟不上, 因為這是一組被加速了上千倍的訊號. 它的單位時間內富含資訊量, 所以也說它頻寬非常大. 我們把它加速幾倍, 處理它所需要的頻寬就加幾倍. 我們只看 CPU 的處理能力就好, 拿這個做例子. 一個典型的 pulse compression 所包含的頻寬可能高達 1GHz. 現代 CPU 在重重保護之下的 clock rate 極限也就 5GHz 左右. 而拿 clock rate 去對應頻譜分析也不是 1: 1, 因為有運算跟存取. 這是要計算蠻大的 Fourier transform, 一百萬比一都有可能. 就是說 CPU 硬幹的話, 1,000,000GHz 差不多夠處理這顆雷達. XD 尤其雷達回波的訊號是一直進來的, 做不完就塞車了... 這個五比一百萬處理能力的落差, 挺傻眼的吧. CPU 以外, memory bus 跟各種 interface 也都有嚴重的限制. 更傷心的是, 這些訊號絕大部份都是垃圾資訊, 因為人家也不是天天繞台. 但處理的方法倒也不難, 它叫做 stretch processing. 本質上就是假設我們監看的目標處於某個位置時, 它回彈的訊號長什麼樣. 這是一個理想的參考訊號, 訊號裡就是上回所提到的「空間色散」效應. 雷達收到的訊號就拿來跟這個參考訊號比比看有多像. 但這個訊號的比較發生在硬體上, 行為就像一個硬體濾波器. 或者更精確一點, 我們說它屬於 analog domain filter. 只要過這個濾波器, 就等於我們聽到貝多芬在某個位置演奏. 但同時, 也因為我們假設了一個想像的位置(通常都在雷達探測極限). 所以這個濾波會導致雷達有一個最短距離, 太近的反而看不到. 因為太近的物體, 這個回波的色散關係會跟假設差太多. 嗯, 如果回波除了理論上的色散, 還要考慮別的變化呢? 譬如那個 F-22 的回波大概就很畸形, 小提琴聽起來變狗啃的之類. 這個我就不知道了, 但要做是一定可以做, 濾波的時候不要濾那麼乾淨. 留一些其他的訊號給後段跑分析... 你看那個 deep mind 就不錯. XD 但這些設計細節, 我想都是機密資料. 然後, 在脈衝雷達的設計因為多半都共用收發天線. 所以它本身就有一個最短距離, 起因於發射的時候沒辦法接收. 用 pulse compression 衍生的最短距離限制就一起考慮進設計, 算賺到. 至於連續波雷達, 它也可以用 pulse compression. 所以連續波說有最短距離也不要太吃驚, 想說「它又不用開關!?」 這多半是因為設計上更注重某個區間的解析力. 所以你看, 雷達技術一堆門檻, 都還沒說到華麗的 AESA. XD 只是把電磁波彈出去而已, 隨便列一列就一堆沒做就不知道的特性. 這一段有很強的運算需求, 做好做壞的射程差幾倍是跑不掉的. 軍用半導體用到先進製程的部份, 要計入雷達解析這個領域. 最後下個結論. 大致上來說, 越好的雷達, pulse 能塞的一定越多. 那所對應的 filter 就越精巧. 這些又不會全部在硬體上實作, 因為後面沒辦法改. 而且如果硬體做死了, 現代科技最厲害的數位訊號處理更地方沒發揮. 這種半軟半硬的系統, 很難用顯微鏡把電路看過一遍就能複製. ------ 好, 停在這裡. 雷達的碟子也有很多有趣的事可以說, 但這篇塞不下. -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 61.230.92.93 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Military/M.1731327742.A.99E.html

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[提問]AESA和APAR的差別,賞金500P
2 21 military dalastw330
2024-07-13 09:15:08
Re: [提問]AESA和APAR的差別,賞金500P
1 2 military skyhawkptt
2024-07-13 10:46:10
Re: [提問]AESA和APAR的差別,賞金500P
27 31 military sedgewick
2024-07-13 22:32:43
Re: [提問]AESA和APAR的差別,賞金500P
22 82 military sedgewick
2024-11-11 20:22:07

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※ 編輯: sedgewick (61.230.92.93 臺灣), 11/11/2024 20:28:26
armfire1911 比喻蠻好懂得 11/11 20:36 1F
MartianIT 感謝但承認我看不懂 @@ 11/11 20:38 2F
sedgewick 啊, 哪段看不懂? 我最近在練習寫文章, 快跟我說~~ 11/11 20:42 3F
ejsizmmy 能不能順便說說那顆匠師雷達~? 11/11 20:44 4F
ejsizmmy 然後我很好奇收發做分開會有什麼缺陷 11/11 20:45 5F
ejsizmmy 有不少方案都是收發分別做開的 11/11 20:46 6F
MartianIT 隔行如隔山沒辦法 一日生科一生科科 XD 11/11 20:46 7F
cwchang2100 有種東西叫做FPGA,現代雷達都搞SDR(軟體定義無線電) 11/11 21:04 8F
auther 可以用像 LoRa 一樣用 ML 辨認訊號 symbolXD 11/11 21:12 9F
sedgewick FPGA 不夠快啦, CPU 都不夠快了... XD 11/11 21:13 10F
sedgewick SDR 其實就是我最後寫的那一段, 軍用要挑戰極限... 11/11 21:14 11F
sedgewick 要挑戰極限的話就要調整得很好, 硬體也要有... 11/11 21:14 12F
sedgewick 收發分開主要的問題是訊號不好同步. 11/11 21:15 13F
sedgewick 譬如 stretch processing, 這要有一個 oscillator 11/11 21:16 14F
sedgewick 你如果做在同一個電路裡的話, 問題就相對單純. 11/11 21:16 15F
sedgewick Martian 兄, 下次準備一個平易近人的主題給你... 11/11 21:17 16F
sedgewick 匠師雷達這個我看一下的感覺是說... 嗯, 要切主題寫 11/11 21:19 17F
sedgewick 光是那 digital adaptive beamforming 就要查細節了 11/11 21:19 18F
ejsizmmy 就是因為師匠比較複雜(flak自己也矇了)所以我覺 11/11 21:27 19F
ejsizmmy 得剛好可以說一下 11/11 21:27 20F
sedgewick 嗯對, 是好題目, 但就是那個 adaptive 讓我很在意. 11/11 21:30 21F
sedgewick 我大概翻了一下, 匠師雷達看起來是 AESA 的設計拿來 11/11 21:32 22F
sedgewick 做 PESA 用... 這個還好. 11/11 21:32 23F
sedgewick 但我會猜, 之所以它只能是 PESA, 可能就是 AESA 的 11/11 21:33 24F
sedgewick AESA 的功能被拿去做這個 adaptive beamforming. 11/11 21:33 25F
sedgewick 只是說這個一下子沒查到是什麼黑科技, 看名字猜的. 11/11 21:34 26F
sedgewick 我這幾天查查看有什麼蛛絲馬跡, 看有沒有辦法寫 11/11 21:35 27F
ja23072008 之前看過用螢幕比喻。 11/11 21:36 28F
ja23072008 PESA像液晶螢幕,雖然面板可以改變圖像,但要靠後 11/11 21:36 29F
ja23072008 面的背光模組發光才能看到影像。 11/11 21:36 30F
ja23072008 AESA像OLED面板,面板本身同時可以發光跟顯示圖像。 11/11 21:36 31F
ja23072008 997則是改進背光源的液晶面板 ,有分區調光技術可 11/11 21:36 32F
ja23072008 做到類似OLED面板的對比度。 11/11 21:36 33F
Bupolo 先推~ 11/11 21:36 34F
sedgewick ja 兄說的差不多, 電路設計跟元件是長那樣沒錯. 11/11 21:38 35F
sedgewick 只是我也發現螢幕的比喻是本來懂的人才知道說什麼. 11/11 21:40 36F
sedgewick 所以還是要練習用別種方法解釋一輪, 我在練這個 XD 11/11 21:41 37F
driver0811 feature extraction 11/11 21:46 38F
sedgewick 難怪 ej 兄會說 flak 寫得怪怪的, 我也看到了. 11/11 21:46 39F
sedgewick 其實哦, 有 beamforming 能力的一定都能轉動波束. 11/11 21:49 40F
daydream314 推好文 請教如果硬體夠 stretch processing 也可以 11/11 21:49 41F
sedgewick 因為 beamforming 本來就是用來做這個的. 11/11 21:49 42F
chyx741021 匠師很特別啊,它甚至不是相位陣列雷達不是嗎? 11/11 21:50 43F
sedgewick chyx 兄, 我正在惡補中... 你有什麼好料嗎? :D 11/11 21:50 44F
sedgewick day 兄是說硬體夠力, 軟體可不可以做 stretch 嗎? 11/11 21:51 45F
daydream314 平行處理嗎? 就是多個LO配多個predefined range 11/11 21:51 46F
sedgewick 但硬體夠力的話就不用 stretch processing 了. 11/11 21:52 47F
sedgewick 哦哦我搞錯 day 兄意思... homemade radar 可以. 11/11 21:52 48F
sedgewick 很多 SDR 其實就教你怎麼用 GPU 硬幹... 11/11 21:53 49F
chyx741021 沒有沒有,我也是看Flak而已 :p 11/11 21:53 50F
chyx741021 也希望可以從sed 大這裡學習~ 11/11 21:53 51F
daydream314 多個 A/D 多個matched filter之類 11/11 21:53 52F
sedgewick 但是這種純軟體的做法推不到極限, 極限一定壓更凶 11/11 21:53 53F
sedgewick 欸我好像還是講太快... 你是說好幾個 LO 嗎? 11/11 21:55 54F
sedgewick 這......我第一個反應是 cross-talk 應該很嚴重. 11/11 21:56 55F
daydream314 SDR 和現代電戰真的是 GPU/FPGA 11/11 21:56 56F
sedgewick 電戰可以用 FPGA 啊, 那個沒有要偵測微小訊號... 11/11 21:58 57F
sedgewick 反而需要彈性跟即時的調整, 這點跟雷達不太一樣. 11/11 21:59 58F
daydream314 硬體夠力的話就不用 stretch processin 這句話不懂 11/11 22:01 59F
edison 上次看自制AESA雷達的ytr,似乎是可以用行動基地台 11/11 22:07 60F
daydream314 我本以為analog domain用硬體實現 現在也是SDR? 11/11 22:07 61F
edison 當信訊源,陣列天線接收來做目獲 11/11 22:07 62F
sedgewick 其實是說推到極限的話 analog filter 原則上要硬體 11/11 22:16 63F
sedgewick edison 兄說的那個還挺有創意的... 11/11 22:17 64F
sedgewick 國外 youtuber 是蠻多在講 home-made radar 的. 11/11 22:17 65F
sedgewick 連 AESA 都有車庫加工的產品, BOM 表三百鎂之類 XD 11/11 22:19 66F
ryannieh 推認真文 11/11 22:21 67F
edison 如果訊號源同步可以解決,拿基地台來抓無人機應該是 11/11 22:42 68F
edison 滿好用的 11/11 22:42 69F
daydream314 edison網友提的如果以商用就是6G 11/11 22:47 70F
daydream314 sensing and communication 我也覺得有潛力變軍用 11/11 22:47 71F
daydream314 抓無人機 11/11 22:48 72F
sedgewick 不要推到極限, 用一堆便宜的 home-made radar 取代 11/11 23:00 73F
sedgewick 這個也真的是一條路沒錯... 11/11 23:01 74F
ejsizmmy 就是因為這個很有趣所以我才說可以研究,因為Flak 11/11 23:31 75F
ejsizmmy 後來說匠師這玩意他發現不是ESA 11/11 23:31 76F
HAHAHUNG 好文推 11/11 23:32 77F
ry3298 11/12 00:04 78F
kdjf beam forming有時只是為了讓beam效果更好(減少旁波 11/12 00:15 79F
kdjf 瓣、用組合束增加角解析度、甚至玩多波束),不一定 11/12 00:15 80F
kdjf 會做成可以掃描的版本 11/12 00:15 81F
kdjf 也能做可變波束,掃描/追蹤/警戒用不同孔徑甚至類型 11/12 00:19 82F

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