古いWW2-eraレーダーはどのように時間遅延を正確に測定し、これをオシロスコープに統合しましたか？

光の速度は毎秒約300,000 kmです。わずか1ミリ秒の誤差は、約300 kmずれることになります。これはレーダーにとってはあまりにも大きな誤差です。3 kmの範囲精度を得るには、10マイクロ秒程度の精度が必要だと思います。

しかし、私が知りたいのは、マイクロ秒の精度がオシロスコープにどのように統合され、人間のオペレーターが視覚的に1ミリ秒の違いに気付くことができるかです。翻訳は何でしたか？たとえば、1マイクロ秒の差は、ブリップを10ミリメートル離れた場所に置きますか？オシロスコープは信号を電圧に変換することを理解していますが、得られないのは、時間遅延がどのように処理されて画面に表示されるのかということです。これには真空管が必要でしたか？

基本的なPPI（計画位置インジケータ）レーダーディスプレイ-時計の秒針のような円形の画面を一周する明るい線を持つ種類-は、電子機器が電子ビームの「スイープ」を生成するという原理に基づいて動作します。レーダー受信機からの信号がその強度を制御している間、放射状の経路。強い信号が受信されるたびに、ディスプレイ上に明るいスポットが作成されます。「ブリップ」の位置は、実世界でそれを作成したターゲットの位置に直接対応しています。

その時代のアナログ回路は、簡単に10 MHz以上の帯域幅を持ち、15メートル（50フィート）程度の範囲の分解能を可能にします。（信号は2回トリップする必要があるため、通常の2倍の解像度が得られることに注意してください。）範囲が75 km（約45マイル）に設定されているとします。信号が最大範囲でレシーバーに戻るには約0.5 msかかります。つまり、送信される各パルスに対して、ディスプレイ上の電子ビームはその時間内にディスプレイの中心から端まで移動する必要があります。これを行う回路は、通常のオシロスコープの水平掃引発生器ほど複雑ではありません。範囲設定を短くするには、スイープを高速にする必要がありますが、それでも理由はあります。

パルス発生器の出力を強度信号に追加して、ディスプレイ上に範囲「マーカー」を作成することもできます。これは、オペレーターがターゲットまでの距離を判断するためのより良い方法を提供する同心円です。

のこぎり波発生器は、ディスプレイの中心から端までの基本的なスイープ信号を提供します。アンテナの物理的位置と同期して回転させる方法はいくつかありました。非常に初期のバージョンでは、実際にCRTディスプレイの首の周りに偏向コイルを機械的に回転させていました。後のモデルでは、サイン関数とコサイン関数が組み込まれた特別なポテンショメーターを使用しました。スイープ信号（およびその補数）がエンドターミナルに適用され、ワイパーが同期モーターによって回転し、2つのタップが信号を提供しました（現在修正済み）XおよびY偏向プレート。その後も、このサイン/コサイン変調は完全に電子的に行われました。

1つの問題は、これらのディスプレイが非常に明るくないことでした。これは、主に、使用するのに十分な長さの「残留」画像を生成するために使用される長期持続性蛍光体のためです。それらは暗い部屋で使用する必要があり、時にはオペレーターが覗き込むことができるフードが付いていました。私は第二次世界大戦中は生きていませんでしたが、1980年代初頭に、レーダーセットからの信号をデジタル化して「ラスタライズ」して、従来のテレビモニターに表示できるチップでいくつかの作業を行いました。このようなモニターは、より明るくすることができます（短持続性蛍光体）-たとえば、空港の管制塔で直接使用するのに十分な明るさ​​で、塔のオペレーターが別のレーダーのオペレーターからの口頭のメッセージに頼る必要がありません別の部屋で。チップは「遅い減衰」もシミュレートしました アナログディスプレイの機能。現在、すべての安価なデジタルオシロスコープには、この「可変持続性」機能が備わっています。:-)

当然、レシーバー信号をビデオフレームバッファーに書き込むときに、アナログディスプレイの放射状スキャンをシミュレートする必要がありました。ROMを使用して、報告されたアンテナの角度位置をサイン/コサイン値に変換し、これをDDSジェネレーターのペアに供給して、各スイープのXおよびYメモリアドレスのシーケンスを生成しました。

これには真空管が必要でしたか？

従来のアナログスコープは、本質的に真空管（CRT）であり、タイムベースののこぎり波と信号が水平プレートと垂直プレートに直接適用され、画面上の移動位置にビームを向けます。

真空管は、ビームを動かすためにプレートに必要な大きな電圧を生成するためにアンプ回路でも使用されていました。

私の知る限り、第二次世界大戦時代のすべてのスコープはこの原理に基づいていたため、真空管はスコープ設計に固有の部分でした。

しかし、私が知りたいのは、ミリ秒の精度がオシロスコープにどのように統合され、人間のオペレーターが視覚的に1ミリ秒の違いに気付くことができるかです。

水平偏向はのこぎり波によって駆動されました。このノコギリのスルーレートは、画面上の時間と水平位置の間のスケーリングを決定します。現在の日の範囲では、スケーリングは、画面スペース1センチメートルあたり数ピコ秒から1センチメートルあたり数時間まで可能です。1940年代では、最高のスケールは1センチメートルあたりのピコ秒ではありませんでしたが、1センチメートルあたりのマイクロ秒であった可能性があります。

明らかに、従来のレーダーディスプレイには、「水平」軸（レーダーシステムの範囲に対応するタイムベース）軸が画面の中心を軸に回転して、アンテナの回転を示すアンテナの方向を示す複雑さが少しあります。これがどのように達成されたかはわかりません（いくつかの異なる可能性が想像できます）。ただし、これにより、画面上のレーダーの「範囲」解像度は、「水平」偏向板の電圧がランプされる速度によって決定されるという基本的な点は変わりません。

1941年12月7日に真珠湾にあったSCR-270レーダーには、次の特徴がありました。

• 送信周波数：105 MHz
• パルス幅：10-25μsec
• 繰り返し率：621 Hz
• 電力レベル：100 kW
• 最大航続距離：250マイル
• 精度：4マイル、2度

CRTを含む多数の真空管を使用しました（レーダー全体が4つの大型トレーラーを占有していました）。次のリンクは、接近してくる日本の飛行機が検出されたときの実際のオシロスコープのトレースを示しています。

http://www.pearl-harbor.com/georgeelliott/scope.html。

12SK7真空管について考えてみましょう：0.002のgm、0.8MegOhmsのプレート抵抗、6pFのグリッドキャパシタンス、7pFの出力（プレート）キャパシタンス。

gm / Cで帯域幅を予測します。節点Cは6p + 7p + 7p寄生= 20pFと仮定します。

帯域幅は0.002 / 20e-12 = 0.0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadians / secondまたは16MHzです。マルチステージシステムの応答に0.35 /帯域幅のテクトロニクスの経験則、または0.35 / 16MHzを使用すると、Triseは20ナノ秒です。20nSは片道20フィート、両方向10フィートの解像度を提供します。

http://www.r-type.org/pdfs/6sk7.pdf

私が正しく理解している場合、問題はレーダーディスプレイエレクトロニクスが光速度にどのように正確に対処できるかについてです。ここでは、レーダーディスプレイの電子回路の動作が予想よりも遅いことを示します。

レーダーが100マイルの範囲で設計されているとします。便宜上、丸めて約160kmです。

既に述べたように、スコープディスプレイのXおよびY偏向は、独立した電圧入力によって制御されます。簡単なa-scopeセットアップを考えてみましょう。-Vから+ V（ディスプレイの左端から右端）へのスイープを生成する回路からX偏向を実行します。（これはおそらく真空管回路でした。）回路は、レールからレールに移動するのにかかる合計時間が1ミリ秒になるように設計されています。この掃引は、レーダーの送信をトリガーする同じタイミング信号によってトリガーされる可能性があります。

Y偏向はレーダー受信機から供給されます。反射が受信されると、スイープ位置に関係なくブリップが表示されます。その結果、受信機が反射を後で感知するほど、ディスプレイ上で右にブリップが表示されます。

注意すべきことは、レーダー波が200マイル（往復）移動するのに対して、スコープディスプレイ上のドットは数インチしか移動しないということです！この意味で、ディスプレイの電子機器は「光の速度」よりもはるかに遅い速度で実行できます。チューブエレクトロニクスでは、1msのスイープが容易に実現されます。オーディオ信号の増幅と同じクラスのテクノロジーです。比較のために、すべての古いNTSCテレビで使用された水平掃引期間は約0.064 msでした。

レーダーシステムは、ターゲットを既知の範囲に配置し、表示された量がグラウンドトゥルースと一致するように回路を調整することで調整できます。（システムのキャリブレーションはアート形式でなければなりませんでした！）

$300000\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{s}}$

1つの方法は、レーダー信号を正弦波で変調してから、送信信号と戻り信号間の変調信号の位相差を測定することです。この差は常に距離に比例します。欠点は、複数のエコーからの戻りが干渉し、両方の中間の距離を示す戻り信号を作成することです。

後のモデルでは、レーダー「チャープ」を使用します。この場合、変調周波数はノコギリ波となり、異なるエコーを区別し、それぞれの距離を正確に測定できます。