اعتبارات التصميم الخاصة بالنظم المتعددة القنوات لأجهزة تحديد البيانات في تطبيقات الرادار

مقدمة إلى نظم التعاون التقني المتعدد القنوات في رادار

وتعتمد نظم الرادار الحديثة على هياكل المحولات المشابهة المتعددة القنوات لتحقيق حل عال، وتعزيز كشف الأهداف، والتضليل الديناميكي، وبرقمنة الإشارات من عناصر عديدة من الهوائيات في آن واحد، يمكن للمهندسين أن ينفذوا أجهزة التضليل الرقمية، والتجهيز التكييفي في وقت الفضاء، وغير ذلك من التقنيات المتقدمة التي تحسن أداء الرادار في البيئات المتنازع عليها أو المتزامنة)١٢(.

وتبحث هذه المادة الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميم بالنسبة لنظم التعاون التقني المتعدد القنوات في الرادار، وتوفر إرشادات عملية لمهندسي النظم والمهندسين في المعدات، ونستكشف استراتيجيات أخذ العينات، وتوزيع الساعات، والسهر، وأداة الضوضاء، وتقنيات المعايرة، وتحديات التكامل، وكلها مدعومة بالإشارة إلى المعايير الصناعية الحالية وتكنولوجيات المكونات.

معايير الأداء الأساسية

معايير معدل أخذ العينات ونييكيست

ويُقال إن معدل أخذ العينات هو أكثر البارامترات أهمية، إذ أن أقصى تواتر للفوائد يحدده التردد الناقل وحجم النبض المُرسل، ووفقا لنظرية عدم أخذ العينات في نييكيست شانون، يجب على شركة التعمير الأفريقية أن تُعين بمعدل ضعف أعلى عنصر تردد (أو ضعف معدل الترددات الترددية في عينات الضمادات).

كما أن اختيار شركة ADC ذات معدل أخذ العينات المرتفع بما فيه الكفاية يتيح أيضاً إقامة هياكل مباشرة لأخذ العينات في إطار نموذج الإبلاغ الموحد، مما يزيل مراحل التحويل المتعددة ويقلل من عدد العناصر وحجمها وطاقتها، غير أن البلدان الجزرية الصغيرة النامية تستهلك عموماً قدراً أكبر من الطاقة ويولد مزيداً من الحرارة، ولذلك يجب أن تُجرى عمليات تبادل على أساس المنبر (المولدة والأرضية والبحرية) والبيئة التشغيلية.

القرار والعدد الفعال للبيت

أما القرار الذي أُعرب عنه بقطع، فيحدد أصغر تغيير في الإشارة يمكن تمييزه، وفي الرادار، فإن وجود حل كبير ضروري لكشف الأهداف الصغيرة إلى جانب العائدات الكبيرة من الحزم، أما النطاق الدينامي النظري لنموذج ADC فهو نحو 6.215 1 و176 د.ب، حيث يمثل عدد القطع، ويوفر 12 دي.

يجب أن يختار المهندسون قرارًا من مركز مكافحة المخدرات يوفر مجالاً دينامياً كافياً لمتطلبات المدى الدينامية الفوري للرادار، وبالنسبة لأجهزة الرادار ذات النبضات التي تكشف عن أهداف سريعة الحركة في كتلة أرضية ثقيلة، فإن وحدة تحديد الـ 14 أو 16 درجة مشتركة، وتستخدم أجهزة تحديد المقاييس المنخفضة (10) - 12 قطعة) أحياناً في نظم منخفضة التكلفة أو ذات نطاق عال حيث يتم تحديد السرعة على وجه الدقة.

"الرنج الديناميكي" و "الرنج" الناطق الناطق الحر

ويشمل النطاق الديناميكي في أجهزة تحديد البيانات الرادارية القدرة على التعامل مع الإشارات القوية دون التشبع (أداء الإشارة الكبيرة) وعلى كشف الإشارات الضعيفة في وجود متدخلين قويين (أداء الإشارات الصغيرة) وتشمل القياسات الرئيسية ما يلي:

• Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)] ' 8211 ' ؛ نسبة الإشارة الأساسية إلى أكبر نبرة راقية، أما بالنسبة للرادار، فلا بد أن تكون SFDR عالية (التي غالبا ما تكون 80 dBc) لمنع الإنذارات الكاذبة وقناع الأهداف.
• Signal-to-Noise Ratio (SNR)] ' 8211; ، ويشمل الضوضاء الحرارية، والضوضاء الكمي، والضوضاء الدائرية، ويحسن جهاز كشف الأجسام الفضائية العالي نطاق الكشف.
• Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio (SINAD)](#8211)؛ وهو تدبير مشترك استخدم لاستخراج النواة الإلكترونية.

وفي نظم الوصل المتعددة، يجب أن تضاهي النطاق الدينامي لكل شركة من البلدان الأفريقية المتقدمة مستويات الإشارة المتوقعة، وكثيرا ما تستخدم مراقبة المكسب الآلي والموجهات الأمامية لمنع التشبع مع الحفاظ على الحساسية.

التواؤم والتواؤم في النظم المتعددة القنوات

توزيع القفل ورقم المرحلة

ومن الأهمية بمكان أن تتوافق ساعات أخذ العينات على جميع القنوات بشكل دقيق مع عملية رادارية متسقة، وأي مضرب أو مضرب بين القنوات يستحدث أخطاء في المرحلة تؤدي إلى تدهور دقة الأشعة وتجهيز دوبلر، ومن الضروري وجود مصدر ساع منخفض الطراز (مثلا، مشعل نظيف يتبعه شريحة توزيع على مدار الساعة) ويجب أن يكون جهاز التحكم في الساعة أقل بكثير من جهاز تحديد العينات المزود بمقياس للجرعات.

وينبغي تصميم شبكات توزيع القفل بمواد متطابقة من حيث طول التعقب، وحواجز التأبين ذات القلة المنخفضة، وتدمج بعض وحدات البرمجيات المتعددة القنوات حلقة غير مسودة تدريجياً يمكن أن تتزامن مع إشارة خارجية، وفيما يتعلق بالصفائف الكبيرة، تستخدم طبوغرافيا نجمية أو سلاسل ضارة مع مراقبة دقيقة للتشريد.

القناة إلى الشاعر والاختبار

وحتى مع الساعة المشتركة، فإن الاختلافات في مسارات مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وحجم العتبة، والتأخيرات في نهاية المرحلة التمهيدية، تتسبب في وجود انحرافات متبقية بين القنوات، ويجب قياس هذا الخريف وتعويضه رقميا أو من خلال خطوط تأخير قابلة للتكيف، ويشمل العديد من البلدان النامية الحديثة روتيناتيات المعايرة التي تنسق توقيت العينات إلى داخل عدد قليل من الثانية، وفي نظم متعددة الأقمشات، يحافظ على المزام الدوري باستخدام اختبارات المشتركة.

Reference: ] Analog Devices – Multi-Channel ADC Synchronization for Phased Array Radar]

التحول الرقمي إلى أسفل

وبعد أخذ العينات، كثيرا ما تجهز البيانات الرقمية من كل قناة بواسطة جهاز رقمي منفذ إلى شبكة الأساس، يليه التحلل لخفض معدلات البيانات، ويجب أن تكون هذه المعالجة متسقة عبر القنوات، وأن تستخدم جهازا مصمما لسلاسل الأوسمة يخضع للمراقبة الرقمية ومرشحات للتحلل المتزامن يكفل الحفاظ على المرحلة وعلى علاقات التأخير.

استهلاك الطاقة والإدارة الحرارية

ADC Power Dissipation

ويمكن أن تُفرِق أجهزة التصنيف ذات السرعة العالية (عينات على الرقم القياسي لمقياس المقياس العالمي لتحديد المواقع) قدرة كبيرة، تتجاوز في كثير من الأحيان 1-3 W لكل قناة من 12-14 جهازاً، وفي نظام ذي سعة 64، يمكن أن تصل القوة الإجمالية لأجهزة تحديد التعريفات الجمركية إلى 150 دبليو أو أكثر، لا تشمل التجهيز الرقمي وتوزيع الساعات، ويجب إزالة هذه الحرارة للحفاظ على الأداء، كما أن التبريد بواسطة أجهزة التدفئة، أو الهواء القسري، أو التبريد بالطرق السائل، أمر شائع في المجال العسكري والهوائي.

ويشكل تخفيض استهلاك الطاقة دون التضحية بالأداء تحدياً مستمراً، إذ توفر بعض البلدان الجزرية الصغيرة النامية وسائل لتقليص الطاقة الكهربائية لفترات متعطلة، أو يمكن تشغيلها بمعدلات عينات أقل أثناء أساليب البحث، وتصبح العمليات المتعددة الوسائط التي تعدل التيارات التحيزية وتواتر ساعات الطيران متاحة في أسر متطورة للمحولين.

الآثار الحرارية على أداء شركة ADC

وتؤثر التغييرات في درجة الحرارة على خطية شركة التعمير والتنمية، وعلى الأرباح، وقابليتها، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يُغيّر الانجراف العائم عتبة القياس الكمي، مما يتسبب في أخطاء في المعالجة التي تجريها شركة التعمير للبلدان النامية (الإشارة إلى الأهداف)، ويُحدث تغييرا في تطابق السعة بين القنوات والخطوط، ويجب على المصممين أن يدمجوا التعويض الحراري عن طريق جداول البحث أو المعايرة في الوقت الحقيقي.

الطول، والابتزاز، وباند فيدث

غير المنصف والتفاضلي

ويصف عدم التقادم المتكامل وعدم التحيز في الخط الانحراف عن وظيفة نقل شركة ADC من خط مثالي مباشر، ويتسبب ارتفاع معدل التشويش والاختناق في الوئام، وفي الرادار، يمكن للانسجام بين النسقين أن يُستدل على القاعدة، ويُنشئ أهدافا زائفة، ويضمن العديد من المؤامرة ذات الأداء العالي أن تقوم شركة إن.

Input Bandwidth and Analog Front-End

يجب أن يتجاوز نطاق الترددات الترددية لـ (إيه دي) الحد الأقصى للإشارة، بالنسبة لأخذ العينات المباشرة، يجب أن يتجاوز نطاق الترددات أعلى تواتر للناقلات (مثلاً، 3-6 جيهرتز) للربط، 8-12 جيهرتز للزئبق)

معالجة الإشارات العالية الديناميكية

ويجب على رادار في كثير من الأحيان أن يقوم في الوقت نفسه بعملية عودة قوية وهشة الهدف " 8211؛ وطائفة دينامية يمكن أن تتجاوز 100 دي بي. ولا يمكن لمؤسسة التعمير الأفريقية أن تتعامل مع هذا النطاق في عملية صيد واحدة، بل إن النظام يستخدم أسلوباً قياسياً للمجموعة، أو مراحل متعددة من المكاسب، أو متغيرات ثنائية الوصل ذات رقمية منفصلة (مثلاً، من خلال تحديد أقل قدر من الضوضاء أو تكبير)().

التداخل المغناطيسي النبض ونزاهة الإشارة

الشحن والشحن

وتتأثر مجالس إدارة أجهزة تحديد البيانات بتداخل الكهرومغناطيسي من تبديل إمدادات الطاقة، والمجهزات الرقمية، والمصادر الخارجية، كما أن توفير الحماية السليمة من الأجهزة الجاهزة وغازات شركة EMI أمر بالغ الأهمية، ويجب أن تفصل مخططات الضبط الأرضي والأسس الرقمية، وتعيدها إلى نقطة واحدة (الركود) أو تستخدم طائرة صلبة ذات أثر ضوئي متأن.

PCB العُدد لمركبات متعددة القنوات

ويستلزم البحث عن العديد من الإشارات و الساعات المشابهة ذات السرعة العالية على هيئة واحدة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور اهتماماً دقيقاً لمراقبة الارتحال، والتتبع عبر الحدود، والأزواج المتمايزة، وينبغي أن يكون لكل قناة من قنوات التعاون التقنيات الأرضية الخاصة بها ومسار العودة، وينبغي توجيه إشارات القفل على طبقات داخلية مع توفير الحماية الأرضية لمنع الإشعاع إلى مسارات الأشعة، وفي صفائف كبيرة (مثل 128 قناة) باستخدام طبقات متعددة.

Reference: Texas Instruments ' 8211; High-Speed Layout Guidelines for ADC Systems]

تقنيات المعايرة والتعويض

معايرة الغاز والعرض

ويحدث الكسب من القنوات إلى القنوات ويقابل أوجه عدم الدقة ضوضاء ثابتة الطراز وتآكل التكامل المتسق، ويمكن إجراء المعايرة أثناء اختبارات المصانع أو عند بدء العمل بالحقن بمستوى معروف من مستوى DC (لمقابل) وموجة صينية (للكسب والمراحل) وتخزن معاملات الإصلاح في الذاكرة غير المتطورة وتطبق في المنطق الرقمي، وتدمج بعض أجهزة تحديد العينات في جميع أنواع الشاشات بصورة تلقائية وتصحيح هذه الأخطاء.

التأجير التدريجي والتعويض عن التأخير

وبالإضافة إلى تحقيق مكاسب ثابتة وقابلية، يجب أن تصحح النظم المتعددة القنوات للأخطاء في المرحلة عبر النطاق، وكثيرا ما يتم ذلك باستخدام مرشح تكييفي في الوقت الحقيقي أو جهاز مكافئ للضغط الزهيد على القناة الواحدة، كما أن معامل المكافئات تُحسب أثناء قياس الرقم القياسي باستخدام إشارة مرجعية تُدخل في الارتفاع المفاجئ، وتشمل الأخطاء المستمرة في الموجات الترددية.

تعويضات مؤقتة

ومع تشغيل الرادار، تؤدي تغيرات الحرارة إلى الانجراف في بارامترات المقياس المائي للتحلل، ويمكن أن يؤدي جهاز استشعار حرارة مخصص على لوحة المقياس المائي للتحلل، وكبديل لذلك، فإن وجود حلقة بطيئة في السائل ترصد العاصمة لقناة غير مستخدمة أو فولت مرجعي معد بدرجة حرارة يمكن أن يستكمل قيم التصحيح، وتوفر البلدان المتقدمة النمو نواتج لأجهزة استشعار درجة الحرارة وسجلات التعويض في الموقع.

التكامل مع التكوين الرقمي وتجهيز الإشارات

البيانات المشتركة بين الوجوه والبنديث

ويجب أن تُنقل البيانات الرقمية من جميع القنوات إلى مجهز مركزي، وبالنسبة لنظام ذي قدرة 64 وحدة، مع نظام قياس 14 وحدة، وجهاز قياس برمجيات، فإن معدل البيانات الخام يبلغ نحو 112 غيغاغراما، وأن تكون الوصلات المتسلسلة العالية السرعة (JESD204B/C، أو LVDS، أو SerDes) هي معايير، ويفضل أن تكون معدلات التصلب المقياس المقياسي للزفير.

FPGA Processing Chain

فنظام الأفضليات الحرة والمعاملات الحرة هو الخيار المعتاد في التجهيز الأمامي المتعدد القنوات للأجهزة المذكورة، وهي تعالج عملية تسلسل البيانات، والتحلل الرقمي، والتحلل، والوزن المتناثر، وضغط النبض، ويجب أن تكون لدى الهيئة خلايا منطقية كافية، وشريحات من نظام إدارة الدعم الميداني، والذاكرة اللازمة لاستيعاب عدد القنوات.

ترجمة: ترجمة

وفي صفوف كبيرة جدا (مئات إلى آلاف القنوات)، يلزم تقديم عروض متعددة من جانب اتحاد رابطات الموظفين المدنيين الدوليين، ويتم تحقيق التواؤم بين مختلف المعالم باستخدام ساعة مرجعية للنظام ونبض متزامن (SYSREF for JESD204B) وجميع المحولات تُعين على نفس الحافة من الساعة المرجعية، ويجب أن تُحسب الخوارزميات المعالجةية لتباينات اللياقة بين صفوف المؤسسة.

دراسات الحالة والاعتبارات التطبيقية - الدقيقة

Airborne Fire Control Radar

أما بالنسبة للطائرات المقاتلة، فيجب أن يكون نظام شركة التعمير والتنمية ضعيفاً، وأن يكون مدمجاً، وأن يعمل تحت درجة حرارة شديدة وهتزازات، وأن تُستخدم وحدات متعددة الأقراص من قنابل شركة التعمير والتنمية من 2 إلى 4 قنوات في مجموعة واحدة لخفض الحجم، وتُرسل البيانات المأخوذة عن طريق وصلات بصرية إلى وحدة التجهيز لتقليل الوزن إلى أدنى حد، ويُدرج استهلاك الطاقة في الميزانية بشكل ضيق، ويحد من الضوضاءة من قرار شركة التعمير والتنمية إلى 12-14 قطعة.

المراقبة الأرضية - الرادار

وقد زادت سرعة تقلص حجم أجهزة الرادار الأرضية وقلة الطاقة، مما يتيح استخدام أجهزة التصنيف المزودة بأجهزة التصنت ذات التفوق من 16 درجة أو أعلى، والتركيز على الكشف عن الوصلات البعيدة المدى والرفض الشامل، وتستخدم أجهزة التثبيت المتعددة القنوات في فترات الأشعة المتحركة على مراحل مع استخدام أجهزة التصفير الرقمية، وكثيرا ما تستخدم مئات القنوات، وتعالج البيانات في خواديم مكرونة ذات مواصفات مبردة أو معتمدية على الإدارة.

رادار السيارات (77/79 GHz)

وتستخدم نظم الرادار الآلية صفائف الهوائيات التابعة للمنظمة البحرية الدولية وتتطلب أجهزة صغيرة متعددة القنوات منخفضة التكلفة، وعادة ما تكون أجهزة تحديد المقاييس ذات السعة 12 مع معدلات أخذ العينات البالغة 50-100 من الدول الجزرية الصغيرة كافية لأن نطاق التردد ضيق (نحو بضع مئات من ميغاهيرتز) وكثيرا ما تدمج هذه البلدان في رقاقة واحدة من أجهزة الاستنشاق ذات الترددات المتوسطة التي تشمل جهاز نقل الصوت، وجهاز تحديد النطاقات، وحافظة على العزلة الوصلات الوصلات.

الاتجاهات المستقبلية

عينات مباشرة من RF في الترددات العليا

وتدفع السلف في عمليات الرصد والمراقبة والسيغي معدلات أخذ العينات إلى ما يتجاوز 10 أجهزة استشعار عن بعد ب12-14 قطعة من ENOB، مما يتيح أخذ عينات مباشرة من إشارات التردد X وربط الترددات الكهرومغناطيسية، والقضاء على التحويلات المتعددة للتخفيض وتبسيط هيكل جهاز الاستقبال، وتنتج شركات مثل أدوات تكساس، والأجهزة المتعددة الأنابيب، وأجهزة التليفزيون E2 محولات تُعينات واحدة تصل إلى 20 قناة من نوع الخدمات العامة.

رسم رقمي مع مئات القنوات

وستتطلب الرادارات الرقمية المتحركة المقبلة التي تضم مئات أو آلاف العناصر نظماً متكاملة و منخفضة القدرة. وستستخدم تكنولوجيا ثلاثية الأبعاد للتصنيف الصناعي، وهي تتراكم على ديس وذاكرة ومنطق تجهيز البيانات، لتلبية احتياجات الحجم والوزن والطاقة، وستخفض أجهزة القياس والتعبئة الذاتية الحاجة إلى إجراء تعديلات خارجية.

معيرة التعلم على أساس الآلات

ويمكن تدريب خوارزميات التعلم الآلات للتنبؤ بعدم خطايا شركة التعمير والتنمية وتعويضها في الوقت الحقيقي، ويمكن للشبكات العصبية التي تعمل على شبكات FPGA أو المجهزين المدمجين أن تصحح التشوهات في الاختلاط والضوضاء في المرحلة، وتحسين النطاق الدينامي الفعال دون تغيير في المعدات.

خاتمة

وتستلزم تصميم نظم متعددة القنوات لاستخدام أجهزة التصنيف الراداري فهماً شاملاً لمقايضة سلسلة الإشارات الرقمية، وتشمل الاعتبارات الرئيسية اختيار معدل أخذ العينات المناسب وحلها، وضمان التزامن الدقيق بين القنوات، وإدارة الطاقة والحرارة، والحفاظ على التواؤم على نطاق دينامي واسع، والحفاظ على سلامة الإشارات في مواجهة نظام المعلومات الاقتصادية.

Reference: Microwave Journal > 8211; Multi-Channel ADC Designs for Radar Systems]