Analog-to-Dijital Operatörler (ADC) Dünya radar sinyallerinin analog dünyası ve veri işlemenin dijital alanı arasında kritik arayüz olarak hizmet eder. Uzaylı radar ve Sentetik Aperture Radar (SAR) sistemler, ADC'lerin performansı, sistemin dinamik aralığı, sinyal-toğrafsız sinyalleri, yüksek çözünürlüklü görüntüleme, hedef sınıflandırma ve geofiziksel yeniden giriş noktası haline getiren dijital dalgalara dönüştürmeye sadık olarak işaret eder.
Uzaylı Radar ve SAR Sistemlerindeki ADC'lerin Temel Rolü
Uzaylı radar sistemleri, pulsiyonel dalgalar ile çalışır ve sonra yüzeyden gelen yankıları alır.Ingplification and filter, ADC degrads tarafından yapılan bir sonraki işleme tepkisini sayısal olarak alır.In SAR işlemcisi, dönüşüm yüksek hızda meydana gelir çünkü radar platformun hareketine göre hassas bir aşamayı talep eden sentetik bir aperture oluşturur ve her bir puldan amplifiğe veya gürültüyü alır.
Ekranın ötesinde, uzaydan gelen radarlar, büyük dinamik bir aralıkta yüksek hassasiyetle çakılmalıdır ve tüm bunlar alınan yankıların doğru sayısallaşmasına dayanır. Örneğin, geniş bir örnek ve yeterli örnekleme oranı (birkaç megahertz aralığının birkaç gigahertz'un yüksek hassasiyetle kesitini ölçmek gerekir) fırtınaya bağlı dalgalar için.
Sampling Rate and Band Wide Mindations
Nyquist-Shannon örnekleme teorem, örnekleme oranının 150 MHz'in en az iki katı olması gerektiğini belirtir. Pratik uzaydan elde edilen SAR sistemleri, alınan bant genişliğine bağlı olarak, yüzlerce megahertz'a kadar uzanan genişleyebilir. Örneğin, 1 m aralığı çözünürlüğünü hedefleyen bir sistem, filtre sinyalinin en az 300 MHz'lik bir örnekleme oranını gerektirir.
Dahası, birçok uzaydan gelen radarlar bir adım adım adım veya frekans ayarlı sürekli dalga (FMCW) dalgaformu kullanıyor, ADC'nin tüm frekansın genelinde lineerliği korurken geniş bir anlık bant genişliği yakalaması gerekir. Örnek oranı, alt-konverterler arasında son derece hassas bir şekilde eşleştirmek için seçilir.
Uzayda ADCs için Anahtar Performans Ölçümleri SAR
Bir uzay görevi için bir ADC'yi değerlendirmek basit örnekleme oranı ve biraz derinlik ötesine geçer. Çeşitli birbiriyle metrikler onun uygunluğunu tanımlar:
- [[Düzücü Bits Sayısı (ENOB): [Dönetici: 0,6, ısı gürültü ve bozulma için hesaplar. $ 12bit ADC with an ENOB of 10.5 bits may perfect for a given application, while a 16-bit device with 13.5 ENOB offers above dynamic range but at the cost of higher power consumption.
- [FONT=0]Spurious-Free Dynamic Range (SFDR): ), temel sinyal ve en büyük gürültü arasında farkın temel sinyali ve en büyük gürültünün (tipik olarak >80 dBc) karışık hedeflerden kaçınmak önemlidir.
- [FONT:0)Integral ve Diferansiyel Olmayanlık (INL/DNL): [DFLT:1), Non-linearities, görüntünün radyometrik doğruluğunu ortaya koyar.INL aşağıda 0,5 LSB ve DNL uzay-grad bileşenleri için ortak hedeflerdir.
- Power Dissipation: Sınırlı güneş enerjisi ve termal yönetim kısıtlamaları ile bir uyduda, ADC gücü ilk sipariş tasarım hedefidir. Tipik uzaydan ADCs 0,5 ile 2 W arasında çalışır, ancak yüksek hızlarda <100 mW için ortaya çıkıyor.
ADC Çözümünin SAR Image Quality üzerinde Etkisi
ADC'nin ölçüm gürültüsü, doğrudan sistem gürültünün altındaki saate katkıda bulunur. Verilen bir sistem gürültüsü için, ADC çözünürlüğünü (daha fazla bit) artırmak, böylece sayısal sinyalin SNR'sini geliştirmek. Ancak, ölçüm gürültüsünün altındaki kentsel alanların iyi bir şekilde azaltılması gibi, uygulamadaki 12bit ADC'nin çoğu uzay kaynaklı SAR sistemleri için yeterli olduğunu gösterir.
SAR'ta, ADC'nin faz doğruluğu eşit derecede önemlidir. Faz hataları, azimuth yönündeki hedeflerin yanlış olması ve organik aperture uzunluktaki koherensi azaltmak için, özellikle X-band veya daha yüksek frekanslarda çalışan bir usta saati kullanarak, taşıyıcının sadece birkaç yüz femtosans kökünden uzak tutulması gerekir.
ADC Architectures ve onların yatakları Uzay için kullanılabilirlik
Uzaylı radar sistemlerinde, her biri hız, çözünürlük ve güç verimliliği arasında ticaret yapan birkaç ADC topoloji kullanılmıştır.
Boru Hattı ADCs
Boru Hattı ADCs dönüşümleri birden çok aşamaya kırıyor, her biri birkaç bit çalışıyor ve sonra sonuçları dijital olarak birleştirirler, bir boru hattı mimarisini kullanır (birkaç yüzölçümüne kadar) ve çözümü (10-14 bit) ve güç tüketiminin orta düzeyde tutulmasını sağlarken, Linear Teknolojisi (şimdi Analog cihazlar) 16-bit, 130 GS / parça, bir boru hattı mimarisini kullanır.
Sigma-Delta ( ⁇ ) ADCs
Sigma-delta ADCs, sinyal bant genişliğinin çok yüksek çözünürlükte (yaklaşık 18 bit) düşük bant genişliğinin maliyetinde (tipik olarak < 10 MHz) ve telometri gibi uygulamalar için çekicidir ve sinyal bant genişliğinin çok daha dar olduğu yerde, aşırı hızlanmış modlar kritiktir.Inver-günümsüzdür.
Flash ADCs
Flash ADCs, tek bir saat döngüsünde dönüşüm gerçekleştirmek için bir banka kullanıyor, son derece yüksek hızlara ulaşıyor (iki adımlı mimarilerde). güç tüketimi ve büyüklüğü, onları 6-8 bitleri pratikte kısıtlıyor. Flash ADCs bazen çok operasyonel görevler için çok fazla güç kullanıyor.
Zaman-Kontrol ADCs
Zaman-interleaving, yüksek agresyon oranları elde etmek için paralel olarak birden çok yavaş ADC'yi birleştirir. Örneğin, dört 250 MHz ADC kullanarak bir sistem 1 GSps. ancak, elde edilen akranlar arasında yanlış bir uyum sağlar, dengeleme ve kanallar arasında zaman zamanlaması, SFDR. Gelişmiş kalibre teknikleri ( ⁇ ve foreground dijital kalibrasyon) uzay yoluyla uzay yoluyla geniş çaplı bir dizi ve geniş çaplı bir şekilde genişletilebilir.
Radyasyon Etkileri ve Stratejileri Sertleştirme
Uzay radyasyonu ADCs için eşsiz bir meydan okuma oluşturur. Total ionizing doz (TID) etkiler, MOS transistörlerinde eşleme ve azaltıcı işlemleri artırmak için yol açabilir.Tek-event etkiler (SEE) veya SOI) veya tek bir kurtarma gereksinimleriyle karşılaştırıldığında geniş bir test yoluyla doğrulanabilir.
Ortak mitigation teknikleri şunları içerir:
- [FONT=0)Redttle[Dönetici[Dönetici:0)[Dönetici[Döneticiler için üç milyonlar kırmızısı kontrol için kontrol mantığı ve hata kayıt kodları için kodlar kullanarak.
- [FONT:0)Shielding[[DÜT:1] - yerel TIP veya Tantalum kalkanları enerjik partiküllerin etkisini azaltır.
- [FONT:0]Calibration devreleri [Dönetici: 1) Sürekli performans izlemek ve radyasyon kaynaklı sürüklenmek için doğru.
- [FONT=0)Komşu tasarım marjlarını kullanın[[Dönetici: 1) Transistörleri aşırılamak ve koruma halkalarını latch-up susceptability azaltmak için kullanmak.
Bu önlemler alanı ve güç tüketimini arttırır, ancak uzun süredir ihmal görevleri için gereklidir (örneğin, düşük Dünya yörüngesinde veya yüzeydeki operasyonlarda radyasyon ortamının sert olduğu orta Dünya yörüngesinde 5 yıl).
Uzay için ADC Teknolojisinde ilerlemeler SAR
Son on yılda ADC performanslarında dikkat çekici ilerleme görüldü, hem yarı iletken ölçeklendirme hem de yeni mimarlıklar tarafından yönlendirildi. Uzay uygulamaları için, birçok trend özellikle dikkat çekicidir:
On-Chip Digital Calibration
Modern ADCs, küçük bir ölü alanda elde edilen dijital kalibrasyon motorlarını, uzay için telafi etmek için, bu kalibrasyon döngüleri, kalibrasyon durumunu kaybetmeden önce tek bir engelleyiciye tolere etmek zorundadır.
Hibrit Mimarlıklar (Subranging + ⁇ )
Sepgma-delta modulation'ın şekillendirilmesi ile alt ayar hızını birleştiren Hybrid ADCs ortaya çıkabilir.Seks-bit ENOB inbands over 100 MHz while keeping power below 500 mW. such parts are beingeva high-deswath features.
3D İntegra ve Chiplets
Üç boyutlu entegrasyon, ADC çekirdeği, dijital kalibrasyonu ve hafızayı dikey olarak monte edilmeleri ve yüksek bant genişliğini kontrol ederken daha yüksek bant genişliğini azaltması sağlar. Uzay için bu yaklaşım aynı zamanda termal yönetimi geliştirir ve modüler yükseltmelere olanak sağlar. Çeşitli uzay ajansları silikon interposers kullanarak bir araya gelebilecek çipleri keşfeder.
Onboard Processing için destek
Hareketli hedef algılama ve yakın zamanlı felaket izleme gibi uygulamalar için onboard SAR işleme artışı ile ADCs, entegre hafıza ve dijital arayüzlerle sıkı bir şekilde entegre edilir (FPGA) veya uygulama özellikle entegre devrelere (ASIC) olanak sağlar.Bu, veri aktarımını azaltır ve dönüşümden sonra sofistike filtreleme ve puls sıkıştırmasını sağlar.
Vaka Çalışması: Operasyonel Uzayda ADCs SAR Misyonları
Birkaç uzaydan gelen SAR misyonları ADC teknolojisinin evrimi ve önemini göstermektedir.
Avrupa Uzay Ajansı'nın Sentinel-1
Sentinel-1 (C-band) oldukça sayısal bir alıcı zincirini kullanıyor. Çift kanal ADC 12bit kararıyla 250 Bayanps'de çalışıyor, 70 dB dinamik bir aralık elde ediyor. ADC modülü yerleşik kalibrasyonu içeriyor ve 1,400 kg uydunun 7 yıllık görevi için nitelikli.
Alman TerraSAR-X / TanDEM-X
Bu X-band SAR uyduları, 12bit çözünürlükle 300 MHz örnekleme oranı ADC'yi kullanmaktadır. Son derece yüksek taşıyıcı frekansı (9.6 GHz) olağanüstü aşama sadakat gerektirir; ADC jitter spesifikasyonu 100 femtosans'ın altında.Bu sistem, 2 metreden daha iyi dijital yükseklik modellerini üretme yeteneği göstermiştir.
Kanada RADARSAT Açıklama Misyonu (RCM)
RCM uyduları üç aynı dünya gözlem uydusuyor. SAR maaş yükleri 180 Bayanps'ta çalışan 14 bit ADC'li bir alıcıya sahiptir.Daha yüksek derinlik deniz gözetimi ve zemin deformasyon izleme için radyometrik çözümü geliştirir. ADCs radyasyon-tolerant, 600 km kutup yörüngesinde böpülme bağışıklığı sağlamak için özel bir düzen teknikleridir.
Future Yol ve Challenges
Bir sonraki uzay nesli SAR, ADC'lerden daha fazlasını talep edecektir. Swarm misyonları, her biri tam olarak maçlanmış kazanç, aşama ve zamanlama gerektirir.Bu, yüksek çözünürlükte yüksek performansa rağmen yüksek performanslı ADC'ler için gereken trende daha fazla dijital kirişler için, fazlı havaleleri kullanarak - her biri uyduya kadar çok sayıda ADC kanalı (ya yüzlerce) dağıtıyor.
Başka bir sınır, gerçek zamanlı veri yorumlanması için yapay zeka kullanımıdır.Sistem sinir ağları doğrudan sayısal radar sinyallerinde uzman ADCs'ler entegre istihbarat (pik veya yakın hafızalı hesaplama) gerektirir. Araştırma aşamasındayken, bu yaklaşımlar Dünya'a doğru bağlantı kurabilir.
Son olarak, Dünya yörüngesinde sert radyasyon ortamı (VLEO, < 200 km yükseklikte) veya derin uzay misyonlarında (asteroid haritalama, gezegen radarı) ADC tasarımcılarının hız veya verimlilik olmadan sertleştirme tekniklerini kullanmaya devam edecek.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Analog-dijik dönüştürücüler, modern uzaydan gelen radar ve sentetik aperture radar sistemleri, dijital işleme esnekliği ile analog sensör domaini teslim etmek. Örnekleme oranı, çözünürlük, lineerlik ve güç verimliliği doğrudan uygulanabilir bir görüntü kalitesi, kapsama ve görev süresini belirlemek için gereklidir. Uzay misyonları daha küçük, daha fazla güç toplamalı paketler, ADC teknolojisi, gelişmiş mimarileri dahil etmeye devam etmeli, radyasyon-harding ve dijital kalibrasyonunu belirlemelidir.
Uzayda ADC güvenilirlik ve SAR sinyal işleme hakkında daha fazla okuma için aşağıdaki kaynaklara bakınız:
- [0]NASA Jet Propulsion Laboratory – SAR Technology ).
- [0] Avrupa Uzay Ajansı – Sentinel-1 Misyon Genel Bakış).
- [FONT=0)IEEE – Uzaylı Radar için ADC Teknolojisinde İleriler).
- [FONT:0)Analog Cihazları - ADCs üzerinde Radyasyon Etkileri[Dön 1: 1).