作者sedgewick (三分熟的闹钟)
看板Military
标题Re: [提问]AESA和APAR的差别，赏金500P
时间Thu Nov 14 02:20:11 2024
※ 引述《sedgewick (三分熟的闹钟)》之铭言：
: 这颗匠师应该是全力投入 beamforming 这个技术下的产物.
: 嘘 cwchang2100 : 其实文章的观念是错误的,因为所谓的beam forming
: → cwchang2100 : 所指的是信号强度,而不是波前.观念上就错了.
: → cwchang2100 : beam就是在某个狭窄范围内的信号是很强的.
我不喜欢吵架, 但 cw 兄你这样理解 beamforming 也去做 phased array?
算了, 不跟你计较; 我就当意见不一样, 那常有的事, internet 嘛.
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今天来讲 beamforming.
为了怕大家担心食品安全, 稍微交代一下我的背景.
我的博班领域就是在做「电磁波的空间调变」, 所以保证无毒.
在微波领域的空间调变其实就是在讲次世代的雷达成像技术.
守备范围也蛮广的, 譬如波束成型（就是 beamforming）或合成孔径.
但这些属於技术应用, 并不是很高深的学问（但是也要会）.
电磁波的空间调变, 大部份人听不懂, 所以我都自介做电磁波散射. XD
先来讲一个我们实验室算是独步全球的绝技.
去找一个典型的 LCD 萤幕, 24 寸, 两百万画素的.
我们可以在 10 米外用 iphone 的镜头拍出这个萤幕的所有坏点.
里面最难找的状态就是「只有一个暗点」, 无妨, 照样找出来.
大家可以试着用 iphone 的手机拍萤幕看看...
不要说距离 10 米了, 0.5 米都拍不出一个像素的, 解析力不够.
再说, 除了拍出像素外还要在 200 万里找到一个坏点? 这难度很高吧.
但我们做得到, 这就是空间调变的一种技巧...
设备长一样, 譬如我可以跟大家共用同一台 iphone 找同一台 LCD.
结果一定是射程差数十倍, 讯号解析力差 60dB 以上.
所以同样都做光达, 有空间调变跟纯外行的, 射程差 10 倍都很客气.
当然光达市场也没有这麽甜就是, 有其他的增程技术可以用.
但乡民要知道, 如果这些技巧都不知道, 你的射程就是人家的 1/10.
很吃惊吗? 不然用 iphone 试试看拍十米外的萤幕...
雷射武器也一样, 元件全抄完了但射程只有人家的 1/10? 不要太讶异.
这个领域几年前开始还被中国列为国防科技的重点投资项目.
因为它「似乎」可以侦测隐形战机, 换句话说在中国念这个是会被管制的.
但因为我没有 F-35, 所以我不知道侦测隐形战机是真的还假的.
有乡民家里有养 F-35 的话, 要不要考虑开过来一起研究看看?
这麽劲爆的题目应该可以投很好的期刊.
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回来说波束成型...
讲波束成型, 人家第一个问题就是问你怎麽计算?
文雅一点的就是问你的 master equation 或者 Hamiltonian 是什麽?
（另一层意思就是, 不会算? 那......我们换个名片就好了. ）
我们不是问波瓣几个, 跟主波束差几个 dB, 强度或角度分布如何.
我们是问 fundamental mode 是什麽? 或者跟什麽 eigenspace 近似?
然後有没有 high order mode? 近似区间落在哪里?
书虫的领域就在念这个（不只念这个, 但这基础大约相当於九九乘法. ）
总之呢, 波束成型的源头来自於波动方程式, 马克士威方程式的化简.
我们在解波动方程式的时候, 数学家会教你拆成时间项跟空间项.
波束成型永远在处理空间项的部份.
所以它也会被叫做 wavefront construction, spatial part modulation.
因为这技术在处理波前 (wavefront) 在空间中的传递, 从近场到无穷远.
时间项是另一个领域, 譬如 pulse compression 就是处理时间项.
空间项在讲的是说, 你要如何分配你的场源, 场源可以很多个.
让这些场源在整个三维空间中呈现你想要的分布.
当然也有反过来, 你要如何根据有限的侦测器读数, 反推空间中的电磁场?
正常来说这是很困难的, 因为天线单元顶多也才成千上万个而已.
譬如 F-16 上面那颗 AESA, 大概有一千出头个天线单元.
这是不够的嘿, 标准的波束成型要用 1/20 波长为单位分割场源.
然後孔径大约要做到波长的 100 倍, 这样所形成的波前才会细腻.
很多相位阵列雷达, 大概只用半波长为分割单位, 孔径也只有五六倍.
所以雷达是难在要用很有限的取样, 去猜测方圆数百公里内的电磁场.
或者说, 用瞎子摸象的方法去猜测会摸到大象, 河马还是长颈鹿.
这意思是要先知道「自己送出了什麽」, 还有「自己预期收到什麽」.
这两句话就是空间调变在做的事, 整个空间分布, 不是只有雷达碟面上.
它不是电路上的电流如何分布的事情, 量电路用示波器跟电表就好了.
一个震荡电路要辐射成电磁波, 遵循的方程式就是马克士威方程式.
算这东西连偷吃步的空间都没有, 最最最基本的解就是一个复杂的偶极辐射.
要说口诀大概也就只有一条「辐射功率跟频率四次方成正比.」
至於其他的计算, 我也不会比喻, 但无论如何要知道收发各自会得到什麽.
至於行话算这个, 都是用一个一个 wave eigenmode 在讲.
大家学到大学普物, 普物里面的波动, 在任何一个位置都只有一个波前.
这个普物的波动模型虽然很好理解, 但它会产生很严重的数学矛盾.
真正的状况是, 有几个 eigenmode 就有几个波前.
雷达是很典型的 infinite multi-mode, 所以会有无穷多个波前.
我们就算只考虑比较强的, 大概也有几十个 wave mode, 也就是几十个波前.
空间中随便指一个位置, 它都有几十个波前要考虑, 这样的数学才会自洽.
雷达的波束成型, 就是说用这几十个波前, 加出一个大约堪用的平面波.
但一定要会算, 不然瞎子摸象摸不出来的.
回想一下前面提到的 iphone 找坏点的例子.
我们在 iphone 的例子就是知道所有 LCD 上的场源会产生什麽空间分布.
不过呢, 雷达领域的波束成型还算是小儿科.
因为雷达波的波前都像狗啃的, 这不用进微波实验室量测.
计算雷达孔径, 波长跟天线单元的分布就知道了, 就像前面说的.
波前连续性跟 wave mode distribution 都不会好到哪里去, 这物理限制.
至於日常生活会摸到的科技, 最强调波束成型的是全像术.
全像术那个领域是一有不对劲了就整个烂掉了.
日常生活以外嘛, 核融合拘束电浆就是一种波束成型.
拿到诺贝尔物理奖的光镊也是一种波束成型.
因为是波动方程式的结果, 所以超音波也有波束成型.
孕妇的超音波胎儿照片, 就是超音波波束成型加上合成孔径所产生的成像.
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所以说波束成型在处理的问题跟方法, 讲起来大约是这样.
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 61.230.92.93 (台湾)
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※ 编辑: sedgewick (61.230.92.93 台湾), 11/14/2024 02:41:39
1F：推 MartianIT : 吼说中文不会腻 XDDD (我文盲) 11/14 02:54
2F：推 Pegasus170 : 这里就是如何投射侦测电波跟解析讯号的范围，我研 11/14 04:11
3F：→ Pegasus170 : 究所时跟洛马合作的教授就专长这块…然後我这个硕 11/14 04:11
4F：→ Pegasus170 : 士打工仔只能碰跟那部分无关的分散系统演算。发文 11/14 04:11
5F：→ Pegasus170 : 板友那部分我完全不被允许接触及讨论… 11/14 04:11
6F：推 Pegasus170 : 那是美国政府根洛马的绝对机密 11/14 04:12
7F：推 southpeace : 听君一席话，如听一席话 11/14 04:37
8F：推 MartianIT : 天马大被食品安全那段disclaimer钓出来的吗? XDDD 11/14 06:42
9F：推 debaucher : 先推再看(反正也看不懂 呜呜) 11/14 06:58
10F：推 kdjf : 这该不会是现在萤幕出厂坏点愈来愈少的原因吧? 11/14 07:15
11F：嘘 cwchang2100 : 以iphone来说,我用旧的iPhone 10在3米,还是可以看到 11/14 07:36
12F：→ cwchang2100 : 暗点喔! 用最新的iPhone 16在十米看到暗点,应该OK. 11/14 07:37
13F：→ cwchang2100 : iPhone 10才12M和10倍放大.iPhone 16是24M和25倍 11/14 07:39
14F：→ cwchang2100 : 放大.我觉得你太低估了iPhone.呵呵. 11/14 07:39
15F：→ cwchang2100 : 另外,连UHF雷达的频宽都能讲错的,就算搬出博班的 11/14 07:40
16F：→ cwchang2100 : 名头外加堆砌一些名词,也不会让我生出一丝尊重. 11/14 07:42
17F：→ cwchang2100 : 目前beamforming常见的技巧就是用重叠波前加强信号, 11/14 07:44
18F：→ cwchang2100 : 最终形成beam,也就是铅笔般突出的信号强度. 11/14 07:45
19F：→ cwchang2100 : 一般不就是看gain(增益)的图吗? 这有啥好神秘的? 11/14 07:46
20F：→ cwchang2100 : 这种常识都要搞神秘? 只是显得基础知识的薄弱而已. 11/14 07:47
21F：→ cwchang2100 : PS:上面打错,iPhone 16是48M和25倍(数位放大).更强 11/14 07:49
22F：→ cwchang2100 : 洛马的隐身机密源自Pyotr Ufimtsev的一篇论文. 11/14 07:52
23F：→ cwchang2100 : 主要是在讲绕射的计算.也是很基本的学问而已.呵呵. 11/14 07:53
24F：推 mudmud : 推波前解析 11/14 09:33
25F：推 nusia : 专业给推 11/14 10:03
26F：推 key7110 : 谢谢说明，增长知识 11/14 12:14
27F：推 kdjf : 黄光500nm距离10m在15mm镜头的绕射极限大概0.3mm， 11/14 12:22
28F：→ kdjf : 24in单点0.25mm还切3色，不觉得能直接拍到SNR够高 11/14 12:22
29F：推 kdjf : 看起来就是在demo怎麽在极限附近处理讯号的题目 11/14 12:24
30F：→ cwchang2100 : 坏点就是暗点和亮点,在测试模式都会很明显. 11/14 15:10
31F：→ cwchang2100 : 请自行拿iPhone放大照LCD萤幕,只要不太远,像素清晰 11/14 15:11
32F：→ cwchang2100 : 可见.这并没有什麽困难的地方. 11/14 15:12
33F：→ cwchang2100 : 测试模式之下,就是全明全暗,SNR就拉到最高了. 11/14 15:18
34F：推 lordray1 : 还好我完全不懂了 11/14 18:55
35F：推 airforce1101: 每个实验室都有自己的独步技术，不然就不用吃饭了 11/15 07:48
36F：→ airforce1101: ，哈哈 11/15 07:48
37F：推 airforce1101: 绕射一点也不基础诶 11/15 07:54
38F：→ airforce1101: 物理直觉上觉得是反射很强 11/15 07:55
39F：→ airforce1101: 实际上VNA S21显示有明显相减叠加 11/15 07:57
40F：→ airforce1101: 要怎麽描述一点也不容易 11/15 07:57
41F：→ airforce1101: CW兄觉得别人信口开河，可否问问代表作 11/15 07:58
42F：推 aeoleron : 提醒一下这边一堆中国人 11/15 10:03
43F：→ cwchang2100 : 个人不认识代表作网友,你可以直接问代网友.我没意见 11/16 18:49
44F：→ cwchang2100 : 因为时间过太久,我已没有看这篇文章的回应,所以晚回 11/16 18:50
45F：→ cwchang2100 : 我是看不懂你的意思,但S21估计和绕射无关.波长有差. 11/16 18:52