ממירים אנליסטים-to-Digital (ADCs) משמשים כממשק קריטי בין העולם האנלוגי של אותות מכ"ם לבין התחום הדיגיטלי של עיבוד נתונים.ב מכ"ם חלל ומערכת Synthetic Aperture Radar (SAR), ADCs חייב ללכוד באופן נאמן את אותות הפיתוח של לוח זמנים מכ"ם ורעש משתקפים ממרחבי כדור הארץ או מטרות אחרות, מהמיר אותם ל bitstreams דיגיטליים המאפשרים הדמיה גבוהה, וסיויג'רטואלית'רטואלית's're-Reducation's', ובסופו של 'ADC' של תפקוד דינמי, ובסופו של מערכת סטנדרטית' של מערכת סטנדרטית' של תפקודים של מערכת סטנדרטית' של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקוד גיאוגרפיים-Remmertified-Remmertified', ובסופו של מערכת.

התפקיד הבסיסי של ADCs בחללבורן רדאר ו- SAR Systems

מערכות מכ"ם חלליות פועלות על ידי העברת גלים אלקטרומגנטיים מותקפים ולאחר מכן קבלת הדים מפוזרים מן פני השטח.האות האנלוגי המתקבל, לאחר הדגימה והסנן, חייב להיות מומר במילים דיגיטליות לעיבוד מאוחר יותר.ב SAR, המרה חייבת להתרחש במהירות גבוהה כי רמות הרדאר של הפלטפורמה ביחס לקרקע יוצרות קצב סינתטי הדורש מידע מדויק ואמפודי מכל דופק.

מעבר הדמיה, מכ"מים חלליים מבצעים את altimetry, פיזור הדם, ואינדיקציה ממוקדת, אשר כל אלה מסתמכים על דיגיטציה מדויקת של הד המתקבל.לדוגמה, פיזור רוח רחב של האוקיינוס חייב למדוד את החלק האחורי של החלקה עם דיוק גבוה על פני טווח דינמי גדול - בין משטחים רגועים לגלים סערות. ADC חייב לספק החלטה גבוהה (בדרך כלל 12 ק"ג') כדי למנוע כמות מספקת של כמה קמציות (מפס) ומעטה) כדי למנוע מגועת) כדי למנוע כמות מספקת של כמה קמצליחות (מפסה) ומעטה (מפסה) ועד כמה מגועת) כדי למנוע כמות מספקת של כמה מגועת) כדי למנוע מגועת) כדי למנוע מגועת) ועד כמה פעמים (מפסת (מפסת גודל של כמה קמצלי) ועד כמה פעמים) כדי למנוע מגיפות (מפסת (מפסה) ועד כמה מטווח של כמה קמצוץ (מפסה) ועד כמה פעמים) ועד כמה פעמים) ועד כמה פעמים) ועד לכדי כמה פעמים) ועד למהירויות (עדויות) כדי למנוע מגיפות רוחב של כמה מהירויות (מפסה) כדי למנוע מגיפות רוחב של

המונחים: barwidth Considerations

משפט ניאקיט-שןנון מדגימה קובע כי שיעור הדגימה חייב להיות לפחות פעמיים המרכיב התדירות הגבוה ביותר בסימן האנלוגי.במערכות SAR בפועל, רוחב הפס המתקבל עשוי לחלוף עשרות עד מאות מגה-הרץ, בהתאם לנדרשת הרזולוציה בטווח של אותות.לדוגמה, מערכת שמטרתה לרזולוציה של 1 מ"מ עשויה להשתמש ב- capb של 150 M, הדורשת לעתים קרובות קצב דגימה קוונטית של לפחות.

יתר על כן, מכ"מים חלליים רבים משתמשים בפסד של גל רציף או גל רציף (FMCW) גל גל (FMCW) גל גל גל (FMCW) גל רציף, שבו ADC חייב ללכוד רוחב פס רחב של רגעי תוך שמירה על ליניאריות לאורך כל טאטא התדר.הקצב הדגימה חייב להיות נבחר להתאים את תדירות החזרה הדופק (PR) ואת טווח הנדרש לעתים קרובות להעסיק ארכיטקטורת ADC כדי להשיג קצב מדויק של 10-12 נקודות מבט (12) באופן קיצוני של פחות יעיל ביותר של 10- השניות).

ראשי התיבות של ADCs in Spaceborne SAR

הערכת ADC למשימה בחלל הולכת מעבר לשיעור דגימה פשוט ומעט עומק.מספר מדדים מקושרים מגדירים את התאמתה:

  • (FLT:0) מספר מלא של ביטים (ENOBIR): חשבונות 1:1 עבור רעש קוונטי, רעש תרמי ועיוות. A 12 סיביות ADC עם ENOB של 10.5 ביט עשוי להיות מספיק עבור יישום מסוים, בעוד מכשיר 16 סיביות עם 13.5 ENOB מציע טווח דינמי גבוה יותר, אך עלות צריכת חשמל גבוהה יותר.
  • (FLT:0) ספקטרום דינמי ללא תשלום (SFDR): 1 מודד את ההבדל בין אות היסוד לבין דחיפה הרעש הגדולה ביותר. SF (בדרך כלל >80 dBc) הוא חיוני כדי למנוע מטרות כוזבות בדימוי SAR מוגבל קלוטרי.
  • (FLT:0) אינטגראלי ושוויון לא-קוויאריות (INL/DNL): אנדרט 1 Non-Lironities מציג עיוות הרמוני וניתוק הדיוק הרדיומטרי של התמונה מתחת ל-0.5 LSB ו- DNL מתחת ל-0 0.25 LSB הם מטרות נפוצות עבור רכיבים ברמה חלל.
  • <חזק>Power Dissipation: בלוויינים עם כוח סולארי מוגבל ומגבלות ניהול תרמי, צמצום כוח ADC הוא יעד עיצוב הזמנה ראשונה.מרחב טיפוסי ADCs לצרוך בין 0.5 ל 2 W, אבל צ'יפס מתעוררים שואפים <100 mW לערוץ במהירויות גבוהות.

השפעה על החלטה של ADC על איכות SAR Image

הרעש הקוונטי של ADC תורם ישירות לקומה של רעש המערכת.עבור דמות רעש מערכתית נתונה, הגדלת ההחלטה ADC (עוד ביטים) מפחית רעש קוונטי, ובכך לשפר את ה-SNR של האות המרשימה.עם זאת, את היתרונות ישארויטים כאשר רעש הקוונטי נופל היטב מתחת לרעש התרמית של קצה הקבלה.

ב SAR, דיוק השלב של ADC חשוב באותה מידה. שגיאות שלב לגרום קידוד שגוי של מטרות בכיוון הזימוט ולהפחית את ההשבתה ביישומים SAR (InSAR) .שימוש במפרט שעון מאסטר ג'רמיטר, ה- ADC יש לשמור מתחת למאות שניות שורש מס' (n-me-me-me-me-me-me-me-me) כדי לשמר שלב ממוצע במיוחד עבור מערכת Xperture Xer.

אדריכלות ADC ותכונותיהם לחלל

כמה התנצלויות ADC הועסקו במערכות מכ"ם חלליות, כל אחת עם עצירות סחר בין מהירות, פתרון ויעילות כוח.

המונחים: ADCs

פיפיר ADCs לשבור את ההמרה לתוך שלבים מרובים, כל טיפול כמה ביטים, ולאחר מכן לשלב את התוצאות דיגיטלית. הם מציעים איזון טוב של מהירות (עד כמה מאות MHz) ורזולוציה (10-14 ביטים) תוך שמירה על צריכת חשמל מתון. הרבה ADCs בעל ערך חלל, כגון טכנולוגיית קואר (כיום התקנים אנליג) 16 סיביות) 16 סיביות (GS / חלקיים, להשתמש באדריכלות רגישות, עם זאת, צינורות.

Sigma-Delta ( ⁇ ) ADCs

Sigma-delta ADCs מעסיקה oversampling ורעש עיצוב כדי להשיג מאוד גבוה מאוד (עד 18 ביטים) עלות רוחב פס נמוך (בדרך כלל < 10 MHz) הם אטרקטיבי עבור יישומים כמו מכ"ם אלטר ופיזור המפואר כאשר רוחב הפס האות הוא טווח צר אבל דינמי הוא קריטי.

פלאש ADCs

פלאש ADCs משתמשים בבנק של מחוקקים כדי לבצע המרה במחזור שעון יחיד, השגת מהירויות גבוהות מאוד (עד עשרות GHz) צריכת החשמל שלהם וגודלם גדלים באופן אקספוננציאלי עם החלטה, הגבלתם ל-6-8 ביטים בפועל.פלאש ADCs משמשים לעתים כחזית במערךים מדבקים בזמן או כמתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתת-ה באדריכלות שני שלבים בחלל ניסיוני.

זמן קצר: ADCs

זמן-interleaving משלב מספר איטי יותר ADCs במקביל להשגת שיעורי דגימה מצטברים גבוהים יותר.לדוגמה, מערכת באמצעות 4250 MHz ADCs יכול מדגם 1 GSPs. עם זאת, לא מתאים ברווח, מהפך, ותזמון בין הערוצים ליצור גוונים מעוררים מאוד כי deccaborn CM.NO מתקדם טכניקות ( ⁇ ו- cabration דיגיטלי) הם עבור שטח רחב של 10Boltbnbnb-b-b-b-b-b-b-הטווח הבא עם טמפרטורות רחבות של .

השפעות קרינה ואסטרטגיות קשיחות

קרינה חלל מהווה אתגר ייחודי עבור ADCs. Total ionizing מנה (TID) אפקטים לגרום לתנודות סף ב transistors MOS, המוביל לדליפה מוגברת והפחתה של תופעות לינאריות (SEE) כגון זעזועים חד-אפילוטים (SEUs) ו- יחיד-event latchup (SEL) יכול להשחית נתונים או להרוס את המכשיר.

טכניקות הקטנת נפוצות כוללות:

  • (ב) ,0) RedundancyFLT:1 - באמצעות אדמוניות משולשת-מודולרית לשליטה בלוגיקה ובקודים לתיקון שגיאות עבור נתוני פלט.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) של שולי עיצוב שמרניים (FLT:1) - מעלים טרנזיסטורים ושימוש טבעות שמירה כדי להפחית את הרגישות ל- tchup.

אמצעים אלה מגבירים את האזור ואת צריכת החשמל, אך הם חיוניים למשימות ארוכות (למשל, 5 שנים במסלול כדור הארץ נמוך או פעולות במסלול כדור הארץ בינוני שבו סביבת הקרינה קשה יותר).

קידום טכנולוגיית ADC עבור Spaceborne SAR

העשור האחרון ראה התקדמות יוצאת דופן בביצוע ADC, המונעת על ידי דחיסות למחצה וארכיטקטורה חדשה. עבור יישומי חלל, כמה מגמות ראויות במיוחד:

המונחים:Chip Digital Calibration

ADCs משלבים מנועי שימור דיגיטליים המפצה על אי התאמה של רכיבים, לא לינאריות ואפילו סחף מושרה טמפרטורה.זה מאפשר פתרון גבוה יותר (למשל, הליבה 14 סיביות) להיות מושג באזור קטן למות, עם calibration פועל מעת לעת או ברציפות.

אדריכלות היברידית (Sub החל + ⁇ )

ADCs היברידית המשלבת את המהירות של תת-הטווח עם עיצוב רעש של sigma-delta Modulation הם מתעוררים. הם יכולים לספק >12-bit ENOB בפסיבי רוחב פס מעל 100 MHz תוך שמירה על כוח מתחת 500 mW. חלקים כאלה מוערכים למשימות SAR עתידיות הדורשות ברזולוציה גבוהה ורחבות.

3D אינטגרציה ו- Chiplets

שילוב תלת-ממדי מאפשר הליבה ADC, קליברציה דיגיטלית, וזיכרון להיות ערומים אנכית, צמצום parasitics ומאפשר רוחב פס גבוה יותר תוך שליטה על עקבות.עבור חלל, גישה זו גם משפרת ניהול תרמי ומאפשרת שדרוגים מודולריים. כמה סוכנויות חלל הם חקר מודולים מבוססי שבבים מבוססי ADC שניתן לשלב באמצעות סיליקון.

תמיכה ב- Onboard Processing

עם עליית עיבוד SAR על יישומים כגון העברת גילוי מטרה ו ניטור אסון לטווח קצר בזמן אמת, ADCs משולבים בקפידה עם מערך השערים (FPGAs) או מעגלים משולבים ספציפיים יישומים (ASICs) זה מקטין רוחב פס העברת נתונים ומאפשר סינון מתוחכמות ועיסוי ישירות לאחר המרה.

מחקר מקרה: ADCs in Operational Spaceborne SAR Missions

מספר משימות SAR של Spaceborne ממחישות את האבולוציה ואת החשיבות של טכנולוגיית ADC.

סוכנות החלל האירופית Sentinel-1

Sentinel-1 (C-band) מעסיקה שרשרת מקלט דיגיטלית מאוד.ADC של ערוץ כפול שלה פועל ב 250 גב'פס עם 12 סיביות החלטה, השגת טווח דינמי של 70 dB. מודול ADC כולל קיטור בנוי והוא מוסמך למשימה 7,400 ק"ג של לוויין.

טרה-X / TanDEM-X

לווייני X-band אלה משתמשים ב- 300 MHz sampling Rate ADC עם רזולוציית 12 סיביות.תדירות נושאת גבוהה מאוד (9.6 GHz) דורש נאמנות בשלב יוצא דופן; מפרט ADC הוא מתחת 100 פניות.מערכת זו הדגים את היכולת לייצר מודלים של עלייה דיגיטלית עם דיוק אנכי טוב יותר מ 2 מטרים.

משלחת ה-RCM הקנדית RADARSAT Constellation Mission (RCM)

לווייני RCM משתמשים בשלושה לווייני תצפית כדור הארץ זהים.העומסים שלהם כוללים מקלט עם 14 סיביות ADCs הפעלה ב-180 גב 'ps. העומק הגבוה יותר משפר את ההחלטה הרדיומטרית עבור מעקב ימי ו ניטור קרקעי. ADCs הם סובלניים קרינה, תוך שימוש בטכניקות פריסה מיוחדות כדי להבטיח חסינות ל-לחיצת קיבולת במסלול הקוטבי 600 ק"מ.

כיוונים עתידיים ואתגרים

הדור הבא של Spaceborne SAR ידרוש עוד יותר מ- ADCs. משימות סוומבר להפיץ מספר גדול של לווינים קטנים (או CubeSats) לדרוש כוח נמוך, ADCs קומפקטיים אשר שומרים על ביצועים גבוהים למרות מגן מוגבל. יתר על כן, המגמה לקראת הדבקה דיגיטלית באמצעות אנטנות בשלבי-ריידור עבור ערוצי ADC מרובים (עשרות למאות) ללווין, עם כל שלב דיגיטלי, בדיוק, עם מקבילה, עם תזמון גבוה, עם תזמון, מקבילה, עם תזמון גבוה, מקבילה, מקבילה, עם מקבילה.

גבול נוסף הוא השימוש באינטליגנציה מלאכותית לפרשנות נתונים בזמן אמת.רשתות עצביות ישירות על אותות המכ"ם הדיגיטליים דורשות ADCs מיוחדים עם אינטליגנציה משולבת (ב-pixel או ליד-memory מחשוב), בעוד שעדיין בשלב המחקר, גישות אלה יכולות להפחית באופן דרסטי את נפח הנתונים שנצמד לכדור הארץ.

לבסוף, סביבת הקרינה הקשה במסלולי כדור הארץ נמוכים מאוד (VLEO, < 200 ק"מ) או במשימות חלל עמוקות (מיפוי אסטרואיד, מכ"ם פלנטרי) תמשיך לדחוף מעצבי ADC לחדש טכניקות קשיחות ללא מהירות או יעילות מקרית.

מסקנה

ממירים אנליגנו-ל-דיגיטליים הם המנוף של מכ"ם מודרני של חללים ומערכות מכ"ם ואווירה סינתטית, המאחדים את תחום החיישן האנלוגי עם גמישות העיבוד הדיגיטלי.קצב הדגימה שלהם, הרזולוציה, ליניאריות ויעילות הכוח לקבוע ישירות את איכות התמונה, הכיסוי והמשימה של מערכות החלל דורשות ביצועים גבוהים יותר ויותר, ויותר אנרגיה-קופצת, טכנולוגיות מתקדמות, ממשיכות לפתח רכיבים דיגיטליים, כדי לפתח את ההתבוננות, קריקטורת, קריקטורת, ולפתח את רכיבי כדור הארץ, ולפתח את התכונות הדיגיטליות, ולפתח את המשתנים, קריקטורת, ומעבדות, קריקטורת, קריקטורת, ומעבדות, הן את רכיבי קרינה מתקדמת, ומעבדות, הן יכולות מתקדמות, ומעבדות, ומשימות חלל, הן יכולות טכנולוגיות מתקדמות.

לקריאה נוספת על אמינות ADC ועיבוד אות SAR, מתייחסת למשאבים הבאים:

  • SAR:0 NASA Jet Propulsion Laboratory - SAR TechnologyIRLT 1
  • סוכנות החלל האירופית (Stinel-1 Mission ReviewFLT:1)
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ 0 (ב) מכשירים לוגיים - השפעות קרינה על ADCsibFLT)