チャープレーダーが克服するために設計されたパワー制限は何ですか？

Chirped Pulse Amplification（CPA）は、2018年のノーベル物理学賞の受賞者である光学技術です。パルスストレッチャーとコンプレッサーの間にアンプを挟んで、直接パルスします。

この技術はもともと電子機器の歴史の初期のどこかでレーダー信号を増幅するために開発されたことが光学の一般的な民間伝承であり、壊れやすい真空管アンプなどがある場合は、交換することができます適切に分散性のマイクロ波導波路、または60年代に使用されたものに適した光学回折格子。

その漠然とした理解を超えようとするために、私はレーダー増幅のどの問題が元のstretch-amplify-compress作業のターゲットであったかを正確に見てみました（CPAという名前が開発中にすでに使用されていたかどうかはわかりません、そのようなシステムを実際にエレクトロニクスのコンテキストで説明するために使用されているかどうか）、1985年に光学系にジャンプしたときにエレクトロニクスで使用されたもの、そしてより一般的にはその開発の歴史は何ですか？しかし、私はあまり確信が持てないいくつかのラフなエッジがあり、私はこのSEがそれらについて尋ねるのに良い場所であることを望んでいます。

元のCPA論文、

増幅されたチャープ光パルスの圧縮。D.ストリックランドとG.モウロウ。光学通信 55、447（1985） 。

この手法は、レーダーで既に使用されているソリューションに類似していることを認め、読者を初心者向けのレビューに送ります

フェーズドアレイレーダー。E.ブルックナー。Scientific American 252、1985年2月、94〜102ページ。。

しかし、これには参照がないため、これは書誌上の行き止まりです。特に、技術には大きな違いがあるという事実に驚いています。

• 光学では、短いパルスを持ち、強くします。これにより、かなり極端な程度に達する可能性のある非線形光学現象を調査できます。これは、使用したいことをする前にパルスを圧縮する必要があることを意味します。

• 一方、StricklandとBrooknerの説明では、電子機器は最終解析の直前にパルスの圧縮のみを本当に重視しており、システムは非圧縮パルスを発してプレーンやグレープフルーツと相互作用することに完全に満足していることは明らかですサイズの金属オブジェクト」があり、その後圧縮を行います。

このビューは、よりアクセスしやすいロチェスターのレポートによって強調されています。

LLEレビュー、四半期報告書、1985年10月〜12月。ニューヨーク州ロチェスターのレーザーエネルギー論研究所。§3B、PP。42-46。

もう少し詳しく説明しようとすると、少し混乱します。ウィキペディアでは、関心のある読者に、テクノロジーの機密解除後の1960年のレビューを紹介しています。

パルス圧縮-より効率的なレーダー伝送の鍵。CEクック。手続き IRE 48、310（1960） 。

しかし、私は彼らが解決しようとしていた問題が何であったかを理解するのに苦労しています。クックの紹介から、

ほとんどの場合、検出範囲の拡大の要求は、特定の最小量の範囲解決能力に対する通常の戦術的な要件を犠牲にしていませんでした。この状況に直面して、レーダー管の設計者は、戦術的な考慮事項により、より広い送信パルスによる平均電力の増加による検出範囲の拡大が許可されていないため、管のピーク電力の増強に集中することを余儀なくされています。結果として、多くの場合、平均出力に関する限り、高出力チューブは非効率的に使用されています。この非効率性を補うために、エンジニアはレーダー検出範囲を拡大するための検出後統合技術を開発しました。また、これらの手法は、利用可能な総平均電力の使用が考慮される限り、さらなる非効率性につながります。

ここでは、「戦術的な要件」が何にかかっているのか、それらがシステムのパルス幅、平均電力、およびピーク電力要件の両方になぜおよびどのように影響するのかは明確ではありません。

Dickeと Darlingtonの特許は、特にアンプ内のレーダーパルスのピーク電力と、その後に続く出力要素の両方のピーク電力の制限としてのアンテナでのスパークに関する言及により、問題が何であるかを確立するのにいくらか役立ちます。（これは、CPAの場合とは対照的です。この場合、問題は、レーザーゲインメディアに強度しきい値があり、それを超えると、自己収束やレーザーフィラメンテーションなどの非線形効果が発生することです。 はゲイン媒体を破壊しますが、ミラーやその他の「出力」要素で高強度パルスを照射することは完全に問題ありません。）ここには、私がはっきりと見ていないものがもっとあるということです。

この一連の混乱をさらに具体的な質問にまとめるには：

• ピークおよび平均パワーとレーダーパルス幅の特定の要件は、克服するためにチャープレーダーを設計しましたか？これらは電子機器に関する純粋に「内部的な」懸念でしたか、それともそうでなければ達成するのが難しい外部の目標や制限がありましたか？
• 「チャープパルス増幅」という名前はレーダーの文脈で使用されていますか？
• ストレッチ、増幅し、圧縮、および-光学形式のCPAで、その後のパルスを使用する-レーダー・アプリケーションで、またはより広範なエレクトロニクスの分野で全く使用しますか？

私はレーダーの専門家ではありませんが、一般的な概念を十分に理解しており、あなたの質問に答えようとしています。

ピークおよび平均パワーとレーダーパルス幅の特定の要件は、克服するためにチャープレーダーを設計しましたか？これらは電子機器に関する純粋に「内部的な」懸念でしたか、それともそうでなければ達成するのが難しい外部の目標や制限がありましたか？

レーダーの基本的な問題は、全範囲に十分な電力と、範囲分解能に適したタイミング分解能の両方を得ることです。マイクロ波周波数用の高出力アンプを構築するのは困難です。各送信パルスに多くのエネルギーを持たせたいが、パルスを短くしたい。光学で見つかった解決策は、パルスをチャープすることで引き伸ばすことです。これにより、同じパルスエネルギーを得るために、パワーアンプをより低い電力で長時間動作させることができます。

レーダーでは、アンテナに送る前にパルスを再度圧縮しなくても問題ありません。チャープパルスは、物体の検出に関して圧縮パルスと同様に機能します。

実際、反射が戻ってきたときに追加の利点が得られます。これは、受信機でチャープ信号を増幅できるためです（ピーク対平均電力に関して送信機のアンプと同じ利点が得られます）。検出直前にパルスを圧縮する「整合フィルター」。これには、多くの潜在的な干渉源も排除するという追加の利点があります。受信機フィルターから出てくる狭いパルスにより、必要な時間分解能が得られます。

「チャープパルス増幅」という名前はレーダーの文脈で使用されていますか？

一般に、チャーピングが使用されるのは増幅だけが理由ではないためです。

光学系スタイルのCPA（ストレッチ、増幅、圧縮、そしてパルスの使用）は、レーダー用途やより広範な電子分野で使用されていますか？

私の知る限りではありませんが、それは確かに実行可能です。

クックが話している戦術的な要件は、ノイズや妨害における信頼できるターゲットの検出です。これは検出の問題であり、コヒーレントな背景に対する信頼できるターゲットの解像度です。これは差別の問題です。

従来のパルスレーダーでは、これら2つの問題は、パルスエネルギーの増加とパルス幅の減少によって解決されます。より短いパルスは、複数の標的が同時に存在した場合に、1よりも長い単独で見られるように、より良いチャンスを持っており、整合フィルタ出力の信号対雑音比がパルス形状とは無関係であるとすべての可能なノイズのうちで最大フィルタ戦術的な問題を複数のターゲットリターンが時間的に十分に分離されるように、そのマッチドフィルターの長さが可能な限り短いレーダー信号を持つことで解決されます。そのため、レーダーのパフォーマンスにとって重要なのは、レーダーパルスではなく、エコーパルスが整合フィルターから出た後に起こることです。整合フィルターの出力振幅、したがって、そのSNRは、受信SNR とポストマッチドフィルターパルス長が同じである限り、操作、変調、送信して同じ戦術性能を達成できる送信パルスエネルギーに比例します。

性能は送信エネルギーに依存し、送信電力に依存せず、すべてのレーダー送信機は電力に制限があるため、レーダー設計者は意図的に振幅変調を使用することはなく、すべてのパルス内変調は位相または周波数です。従来のパルスレーダーで典型的かつ最も古いものはチャープレーダーですが、他にも多くの周波数または位相変調方式があります。チャープは最も古く、概念的には最も単純ですが、非常に敏感なレーダーではほとんど使用されません。その理由は、チャープレーダーのマッチドフィルターの出力が、望ましいピークから離れた出力（いわゆる時間サイドローブ）を生成するためです。この高レベルの「リンギング」は、近くにあるより大きなターゲットの出力によって、より小さなターゲットを識別することを防ぎます。