-
اساس كار رادارها
امواج رادار چیزی است كه در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمیشود. مركز كنترل ترافیك فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها كه بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده میكنند.
در برخی از كشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده میكند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت كرة زمین و دیگر سیارات استفاده میكند، همین طور برای دنبال كردن مسیر ماهوارهها و فضاپیماها و برای كمك به كشتیها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده میشود. مراكز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگافزارهایشان از آن استفاده میكنند
چیزی است كه در تمام اطراف ما وجوددارد، اگر چه دیده نمیشود. مركز كنترل ترافیك فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چهآنها كه بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدایتآنها از رادار استفاده میكنند. در برخی از كشورها پلیس از رادار برای شناساییخودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده میكند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت كرةزمین و دیگر سیارات استفاده میكند، همین طور برای دنبال كردن مسیر ماهوارهها وفضاپیماها و برای كمك به كشتیها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده میشود. مراكز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگافزارهایشان از آن استفادهمیكنند.
هواشناسان برای شناسایی طوفانها،تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده میبرند. شما حتی نوعی خاص از رادار رادر مدخل ورودی فروشگاهها میبینید كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، دربرا باز میكنند. بطور واضح میبینید كه رادار وسیلهای بسیار كاربردی میباشد. دراین بخش از مقالات ما به اسرار رادار میپردازیم.
امواج رادار چیزی است كه در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمیشود. مركز كنترل ترافیك فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها كه بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده میكنند. در برخی از كشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده میكند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت كرة زمین و دیگر سیارات استفاده میكند، همین طور برای دنبال كردن مسیر ماهوارهها و فضاپیماها و برای كمك به كشتیها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده میشود. مراكز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگافزارهایشان از آن استفاده میكنند
چیزی است كه در تمام اطراف ما وجوددارد، اگر چه دیده نمیشود. مركز كنترل ترافیك فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چهآنها كه بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدایتآنها از رادار استفاده میكنند. در برخی از كشورها پلیس از رادار برای شناساییخودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده میكند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت كرةزمین و دیگر سیارات استفاده میكند، همین طور برای دنبال كردن مسیر ماهوارهها وفضاپیماها و برای كمك به كشتیها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده میشود. مراكز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگافزارهایشان از آن استفادهمیكنند.
هواشناسان برای شناسایی طوفانها،تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده میبرند. شما حتی نوعی خاص از رادار رادر مدخل ورودی فروشگاهها میبینید كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، دربرا باز میكنند. بطور واضح میبینید كه رادار وسیلهای بسیار كاربردی میباشد. دراین بخش از مقالات ما به اسرار رادار میپردازیم.
استفاده از رادار عموماً در راستای سههدف زیر میباشد:
شناسایی حضور یاعدم حضور یك جسم در فاصلهای مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسایی میشود متحركاست و مانند هواپیما، اما رادار قادر به شناسایی حضور اجسام كه مثلاً در زیرزمیننیز مدفون شدهاند، میباشد. در بعضی از موارد حتی رادار میتواند ماهیت آنچه را كهمییابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپیمایی كه شناسایی میكند.
شناسایی سرعت آنجسم- دقیقاً همان هدفی كه پلیس از آن در بزرگراهها برای كنترل سرعت خودروهااز آن استفاده میكند.
جابه‌جاییاجسام – شاتلهای فضایی و ماهوارههای دوار بر دور كره زمین از چیزی بهعنوان رادار حفرههای مجازی برای تهیه نقشه جزئیات، نقشههای عوارض جغرافیایی سطحماه و دیگر سیارات استفاده میكنند.
تمام این سه عملیات میتواند با دوپدیدهای كه شما در زندگی روزمره با آن آشنائید پیاده شود: «پژواك» و «پدیده داپلر» این دو پدیده به سادگی قابل فهم میباشند، چرا كه هر روزه شما با آنها در حوزهشنوایی خویش برخوردارید. رادار از این دو پدیده در حوزة امواج رادیویی استفادهمیبرد.
بگذارید ابتدا با این پدیده در حوزهشنیداری یا صوتی خویش بیشتر آشنا شویم.
پژواك و پدیدهداپلر
پژواك پدیدهای است كه شما هر روزه با آن برخورد دارید، اگرشما به داخل یك چاه و یا در یك دره فریاد بزنید، پژواك صدای شما چند لحظه بعد بهگوشتان میرسد. در واقع شما صدایتان را باز خواهید شنید. پژواك بدین جهت رخ میدهدكه بعضی از امواج صدای شما (به این دلیل واژه بعضی را آوردیم كه صدای برخی ازحیوانات مانند اردك در فركانس خاص امواج صدای این حیوان هیچگاه پژواكی ندارد) پس ازبرخورد به یك سطح (كه این سطح میتواند سطح آب، انتهای چاه یا دیوارة كوه موجود درانتهای دره باشد) به سمت شما باز میگردد و گوش شما دوباره آنرا میشنود. فاصلهزمانی‌ای كه بین فریاد شما تا شنیدن پژواك آن طول میكشد با فاصله مكانی بین شما وآن سطح بازگردانندة پژواك ارتباط دارد.
هنگامی كه شما به داخل یك چاه فریاد میكشید، صدای شما از دهانة چاه به سمت انتهای چاه رفته و پس از برخورد با سطح آب انتهای چاه منعكس میشود. در این حالت اگر شما سرعت صدا را به طور دقیق بدانید، با اندازهگیری زمان رفتوبرگشت صدا میتوانید عمق چاه را حساب كنید
پدیدة داپلر نیز بسیار معمول است. شماهر روز (بدون اینكه حتی از آن دركی داشته باشید) آن را تجربه میكنید. این پدیدهزمانی رخ میدهد كه یك مولد امواج صوتی و یا منعكس كننده امواج صوتی دارای حركتباشد. مثلاً یك خودرو كه در حال بوق زدن است. حالت تشدید شدة پدیدة داپلر در شكستن «دیوار صوتی» رخ میدهد. در این جا به درك این پدیده میپردازیم (ممكن است شما برایاینكه بهتر این پدیده را درك كنید كنار یك اتوبان آن را تجربه كنید) فرض كنید كهخودرویی با سرعت 100 كیلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت باشد. تازمانی‌كه خودرو در حال نزدیك شدن به شماست فقط یك نت صوتی را میشنوید (در واقع یكفركانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فركانس صحبت كردیم)، اما هنگامی كه خودرو بهكنار شما میرسد صدای بوق ناگهان تغییر كرده و به عبارتی «بم» تر میشود و بعد ازلحظهای كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدابمتر نیز میشود، در صورتی كه شما میدانید كه صدای بوق همیشه ثابت است، كما اینكهراننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعی بوق را میشنود. این تغییراتصوت شنیده شده توسط شما بوسیلة پدیدة داپلر قابل توضیح است.
اما آنچه كه رخ میدهد: «سرعت صوت» مقداری ثابت است، برای سادهتر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000كیلومتردر ساعت در نظر بگیرید. (سرعت واقعی صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض كنید كه خودرویی در فاصله یك كیلومتری شما قرار دارد (بصورت غیر متحرك). رانندهداخل خودرو به مدت یك دقیقه شستی بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، این صدا باسرعتی برابر با 1000كیلومتر بر ساعت به سمت شما حركت میكند، بعد از 6 ثانیه ازفشرده شدن شستی بوق توسط راننده، شما چه صدایی را خواهید شنید؟ (این 6 ثانیه درواقع مدت زمانی است كه طول میكشد صدا به شما برسد) و به مدت یك دقیقه پس از آن چهمیشنوید؟ مسلماً صدای بوق را بدون هیچ تغییری.
پدیدهداپلر: شخص پشت سر خودرویی را با بسامدی (فركانس) پایینتر و بمتر از آنچهكه راننده داخل خودرو و در حال حركت میشنود. راننده از شخصی كه خودرو به سمت آن درحال حركت است صدا را با نت پایینتر میشنود.
حال فرض كنید خودرو از فاصلهای دور باسرعتی معادل 100 كیلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو وبا همان صدای بوق و به مدت همان یك دقیقه شستی بوق را فشارمی‌دهد میشود. جالب است! شما صدای بوق را فقط به مدت 54 ثانیه خواهید شنید آن هم به خاطر حركت خودرو رخ دادهاست.
در واقع تعداد اعوجاجهای موج صوتی ثابتبوده ولی در زمان كوتاهتری به سمت شما آمده و از آنجائی‌كه تعریف فركانس تعدادنوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً این نوسانات را 1 بر 60 ثانیه تقسیمكردیم و فركانس F1 بدست میآمد، حال باید این تعداد نوسانات را بر 54 تقسیم كنیمكه مطمئناً عددی بزرگتر خواهد شد. این عدد بزرگتر یا فركانس بالاتر یعنی صدای «زیر»تر. همین توجیه نیز برای خودرویی كه از شما وجود دارد، در این حالت شما 64ثانیه صدای بوق را میشنوید كه فركانس حاصله در این حالت كمتر (یا صدای بمتر) خواهد بود.
شكستن دیوارصوتی
اینك كه ما در حال بحث بر روی رابط صداو سرعت هستیم میتوانیم در مورد شكستن دیوار صوتی هم صحبت كنیم. فرض كنید آنخودرویی كه صحبتش بود با سرعتی معادل 100 كیلومتر در ساعت به سوی شما، آن هم درحال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتی چون سرعتی معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذانه از آن جلو زده و نه عقب میمانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدایی رانخواهید شنید. اما در لحظهای كه خودرو به شما میرسد، تمام امواج صوتی جمع شده ویكجا شما آنها را میشنوید. صدای بسیار بلند و با فركانس بسیار بالا.
این صدا توسط هواپیمایی كه قادرند باسرعتی معادل با سرعت صوت حركت كنند میتواند موجبات وحشت بسیاری از افرادی كه درزیر مسیر این هواپیما قرار دارند بوجود آورده قدرت این صدا به قدری است كه میتواندشیشهها را بشكند.
چنین اتفاقی برای قایقها نیز رخ میدهد. منتهی در این میان تجمع امواج آب كه سرعتی در حدود سرعت این قایقها دارند. این موجمتمركز بصورت V شكل از جلو قایق به طرفین حركت میكند كه زاویه این موج توسط سرعتقایق كنترل میشود. در واقع تجمع امواجی كه قایق در هر لحظه تولید میكند و هر لحظهبر آن میافزاید نیز توسط پدیده داپلر قابل توضیح است.
شما میتوانید با استفاده از تركیبی از پژواك و پدیده داپلر بصورتی كه در زیر میآید استفاده كنید
در محلی كه ایستادهایدبه سمت خودرویی كه در حال حركت (به سمت شما یا در خلاف جهت) اصواتی را بفرستید. بعضی از این اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز میگردند. (پژواك) ازآنجایی كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده یا به هم فشرده میشوند (درحالی كه خودرو به سمت شما میآید) و یا از هم باز میشوند. در حالت حركت مخالف درهر دو صورت شما میتوانید با مقایسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدستآورید.
مفهومرادار:
دیدیم كه میتوان با استفاده از مفهومپژواك به فاصله اجسام دور پی برد و همین طور با استفاده از تغییر پدیده داپلر بهسرعت این جسم پی ببریم. با توجه به این مفاهیم میتوان فهمید كه رادار صوتی چیست؟این گونه رادار در زیردریاییها و كشتیها كاربرد دارد و همیشه در حال كار است. میتوان از رادار صوتی در محیط آزاد نیز استفاده كرد، اما بخاطر چند اشكال ریز اینگونه رادار در هوا استفاده نمیشود.
- صدا در هوا مسافت زیادی را نمیتواندبپیماید…. شاید در حدود 5/1 كیلومتر و یا كمی بیشتر
- هركسی میتواند صدا را بشنود لذااستفاده از صدا در محیط آزاد موجب آزار دیگران میشود كه البته میتوان با بالابردن فركانس صدای مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» این مشكل را حل كرد.
- صدای منعكس شده حاصل از پدیده پژواكبسیار ضعیف میباشد به طوری كه دریافت آن بسیار سخت است.
سمت چپ: آنتن های مجموعه مخابراتی فضاییگلدستون (بخشی از شبكه ارتباطی فضایی ناسا) كه به ارتباطات مخابراتی رادیوییفضاپیماهای میان سیارهای ناسا كمك میكند.
سمت راست: رادار جست وجوی سطح و هوا كهبر روی نوك دكل یك موشك هدایت شونده قرار گرفته است.
حال بیایید در مورد یك نمونه واقعیراداری كه برای شناسایی هواپیماهای در حال پرواز بكار میرود صحبت كنیم. سیستمرادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قویاش یك دسته موج رادیویی متراكم در آسمان ودر جهات مختلف پخش میكند. این ارسال برای چند میكروثانیه صورت میپذیرد، حالفرستنده خاموش شده و گیرنده سیستم رادار مترصد دریافت پژواك امواج كه به همراهاطلاعات حاصل از پدیده داپلر نیز هستند میماند.
امواج رادیویی با سرعتی معادل سرعت نورحركت میكنند، تقریباً در هر میكروثانیه 300 متر را در فضا طی میكنند؛ حال اگرسیستم رادار مذكور دارای یك ساعت بسیار دقیق و قوی باشد، میتواند با دقت بسیاربالایی موقعیت هواپیما را مشخص كند، با استفاده از روشهای خاص پردازش سیگنال برایتحلیل پدیده داپلر بر روی موجهای برگشتی میتوان به دقت سرعت هواپیما را مشخص كرد.
آنتن رادار یك دسته كوچك اما قدرتمندپالس امواج رادیویی از یك فركانس مشخص را در فضا میفرستند. هنگامی كه امواج به یكجسم برخورد میكنند منعكس شده و در اثر پدیده داپلر فشردهتر یا گسستهتر میشوند. همان آنتن وظیفه دریافت امواج منعكس شده را كه البته بسیار كمتر از امواج ارسالیهستند بر عهده دارد.
در رادارهای زمینی قضیه خیلی پیچیدهتراز رادارهای هوایی است، هنگامی كه یك رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیوییمیپردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نردهها، پلها، تپهها وساختمانها پژواكهای بسیاری را دریافت میدارد، اما از آنجایی كه تمام این اجسامثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سیستم رادار خودروهای پلیس از میان امواجمنعكس شده، فقط آنهایی را انتخاب میكند كه در آنها پدیده داپلر قابل شناسایی است،آن هم به اندازهای كه جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن این رادارهابسیار دهانه تنگی دارند، چرا كه فقط بر روی یك خودرو تنظیم میشوند.
البته امروزه پلیسها در برخی كشورها از جمله كشور خودمان از تكنولوژی لیزر برای تعیین سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده میكنند. تكنولوژی به نام «لیدار» شناخته میشود. در این مدل بجای امواج رادیویی از اشعه نوری متمركز (یا همان لیزر) استفاده میشود
http://www.signals.ir
