============================
دوستای عزیزم امیدواردم مطالب به دردتون بخوره
براتون رنگ رنگیش کردم تا حوصله بکنین و بخونیدشون
:11:
============================
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.
هواشناسان برای شناسایی طوفانها، تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده میبرند. شما حتی نوعی خاص از رادار را در مدخل ورودی فروشگاهها میبینید كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز میكنند. بطور واضح میبینید كه رادار وسیلهای بسیار كاربردی میباشد. در این بخش از مقالات ما به اسرار رادار میپردازیم.
استفاده از رادار عموماً در راستای سه هدف زیر میباشد:
شناسایی حضور یا عدم حضور یك جسم در فاصلهای مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسایی میشود متحرك است و مانند هواپیما، اما رادار قادر به شناسایی حضور اجسام كه مثلاً در زیرزمین نیز مدفون شدهاند، میباشد. در بعضی از موارد حتی رادار میتواند ماهیت آنچه را كه مییابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپیمایی كه شناسایی میكند.
شناسایی سرعت آن جسم- دقیقاً همان هدفی كه پلیس از آن در بزرگراهها برای كنترل سرعت خودروها از آن استفاده میكند.
جابه‌جایی اجسام – شاتلهای فضایی و ماهوارههای دوار بر دور كره زمین از چیزی به عنوان رادار حفرههای مجازی برای تهیه نقشه جزئیات، نقشههای عوارض جغرافیایی سطح ماه و دیگر سیارات استفاده میكنند.
تمام این سه عملیات میتواند با دو پدیدهای 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 حوزه شنوایی خویش برخوردارید. رادار از این دو پدیده در حوزة امواج رادیویی استفاده میبرد.
با این پدیده در حوزه شنیداری یا صوتی خویش بیشتر آشنا شویم.
پژواك و پدیده داپلر
پژواك پدیدهای است كه شما هر روزه با آن برخورد دارید، اگر شما به داخل یك چاه و یا در یك دره فریاد بزنید، پژواك صدای شما چند لحظه بعد به گوشتان میرسد. در واقع شما صدایتان را باز خواهید شنید. پژواك بدین جهت رخ میدهد كه بعضی از امواج صدای شما (به این دلیل واژه بعضی را آوردیم كه صدای برخی از حیوانات مانند اردك در فركانس خاص امواج صدای این حیوان هیچگاه پژواكی ندارد) پس از برخورد به یك سطح (كه این سطح میتواند سطح آب، انتهای چاه یا دیوارة كوه موجود در انتهای دره باشد) به سمت شما باز میگردد و گوش شما دوباره آنرا میشنود. فاصله زمانی‌ای كه بین فریاد شما تا شنیدن پژواك آن طول میكشد با فاصله مكانی بین شما و آن 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. شما هر روز (بدون اینكه حتی از آن دركی داشته باشید) آن را تجربه میكنید. این پدیده زمانی رخ میدهد كه یك مولد امواج صوتی و یا منعكس كننده امواج صوتی دارای حركت باشد. 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 برای اینكه بهتر این پدیده را درك كنید كنار یك اتوبان آن را تجربه كنید) فرض كنید كه خودرویی با سرعت 100 كیلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت باشد. تا زمانی‌كه خودرو در حال نزدیك شدن به شماست فقط یك نت صوتی را میشنوید (در واقع یك فركانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فركانس صحبت كردیم)، اما هنگامی كه خودرو به كنار شما میرسد صدای بوق ناگهان تغییر كرده و به عبارتی «بم» تر میشود و بعد از لحظهای كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدا بمتر نیز میشود، در صورتی كه شما میدانید كه صدای بوق همیشه ثابت است، كما اینكه راننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعی بوق را میشنود. این تغییرات صوت 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 1000كیلومتر در 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). راننده داخل خودرو به مدت یك دقیقه شستی بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، این صدا با سرعتی برابر با 1000كیلومتر بر ساعت به سمت شما حركت میكند، بعد از 6 ثانیه از فشرده شدن شستی بوق توسط راننده، شما چه صدایی را خواهید شنید؟ (این 6 ثانیه در واقع مدت زمانی است كه طول میكشد صدا به شما برسد) و به مدت یك دقیقه پس از آن چه میشنوید؟ مسلماً صدای بوق را بدون هیچ تغییری.
پدیده داپلر: شخص پشت سر خودرویی را با بسامدی (فركانس) پایینتر و بمتر از آنچه كه راننده داخل خودرو و در حال حركت میشنود. راننده از شخصی كه خودرو به سمت آن در حال حركت است صدا را با نت پایینتر میشنود.
حال فرض كنید خودرو از فاصلهای دور با سرعتی معادل 100 كیلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو و با 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 داده است.
در واقع تعداد اعوجاجهای موج صوتی ثابت بوده ولی در زمان كوتاهتری به سمت شما آمده و از آنجائی‌كه تعریف فركانس تعداد نوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً این نوسانات را 1 بر 60 ثانیه تقسیم كردیم و فركانس F1 بدست میآمد، حال باید این تعداد نوسانات را بر 54 تقسیم كنیم كه 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 64 ثانیه صدای بوق را میشنوید كه فركانس حاصله در این حالت كمتر (یا صدای بمتر) خواهد بود.
شكستن دیوار صوتی
اینك كه ما در حال بحث بر روی رابط صدا و سرعت هستیم میتوانیم در مورد شكستن دیوار صوتی هم صحبت كنیم. فرض كنید آن خودرویی كه صحبتش بود با سرعتی معادل 100 كیلومتر در ساعت به سوی شما، آن هم در حال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتی چون سرعتی معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذا نه از آن جلو زده و نه عقب میمانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدایی را نخواهید شنید. اما در لحظهای كه خودرو به شما میرسد، تمام امواج صوتی جمع شده و یكجا شما آنها را میشنوید. صدای بسیار بلند و با فركانس بسیار بالا.
این صدا توسط هواپیمایی كه قادرند با سرعتی معادل با سرعت صوت حركت كنند میتواند موجبات وحشت بسیاری از افرادی كه در زیر مسیر این هواپیما قرار دارند بوجود آورده قدرت این صدا به قدری است كه میتواند شیشهها 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 موج متمركز بصورت V شكل از جلو قایق به طرفین حركت میكند كه زاویه این موج توسط سرعت قایق كنترل میشود. در واقع تجمع امواجی كه قایق در هر لحظه تولید میكند و هر لحظه بر 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 ایستادهاید به 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) از آنجایی كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده یا به هم فشرده میشوند (در حالی كه خودرو به سمت شما میآید) و یا از هم باز میشوند. در حالت حركت مخالف در هر دو صورت شما میتوانید با مقایسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدست آورید.
مفهوم رادار:
دیدیم كه میتوان با استفاده از مفهوم پژواك به فاصله اجسام دور پی برد و همین طور با استفاده از تغییر پدیده داپلر به سرعت 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 این گونه رادار در هوا استفاده نمیشود:
- صدا در هوا مسافت زیادی را نمیتواند بپیماید…. شاید در حدود 5/1 كیلومتر و یا كمی بیشتر
- هركسی میتواند صدا را بشنود لذا استفاده از صدا در محیط آزاد موجب آزار دیگران میشود كه البته میتوان با بالا بردن فركانس صدای مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» این مشكل را حل كرد.
- صدای منعكس شده حاصل از پدیده پژواك بسیار ضعیف میباشد به طوری كه دریافت آن بسیار سخت است.
سمت چپ: آنتن های مجموعه مخابراتی فضایی گلدستون (بخشی از شبكه ارتباطی فضایی ناسا) كه به ارتباطات مخابراتی رادیویی فضاپیماهای میان سیارهای ناسا كمك میكند.
سمت راست: رادار جست وجوی سطح و هوا كه بر روی نوك دكل یك موشك هدایت شونده قرار گرفته است.
حال بیایید در مورد یك نمونه واقعی راداری كه برای شناسایی هواپیماهای در حال پرواز بكار میرود صحبت كنیم. سیستم رادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قویاش یك دسته موج رادیویی متراكم در آسمان و در جهات مختلف پخش میكند. این ارسال برای چند میكروثانیه صورت میپذیرد، حال فرستنده خاموش شده و گیرنده سیستم رادار مترصد دریافت پژواك امواج كه به همراه اطلاعات حاصل از پدیده داپلر نیز هستند میماند.
امواج رادیویی با سرعتی معادل سرعت نور حركت میكنند، تقریباً در هر میكروثانیه 300 متر را در فضا طی میكنند؛ حال اگر سیستم رادار مذكور دارای یك ساعت بسیار دقیق و قوی باشد، میتواند با دقت بسیار بالایی موقعیت هواپیما را مشخص كند، با استفاده از روشهای خاص پردازش سیگنال برای تحلیل پدیده داپلر بر روی موجهای برگشتی میتوان به دقت سرعت هواپیما را مشخص كرد.
آنتن رادار یك دسته كوچك اما قدرتمند پالس امواج رادیویی از یك فركانس مشخص را در فضا میفرستند. هنگامی كه امواج به یك جسم 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 ارسالی هستند بر عهده دارد.
در رادارهای زمینی قضیه خیلی پیچیدهتر از رادارهای هوایی است، هنگامی كه یك رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیویی میپردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نردهها، پلها، تپهها و ساختمانها پژواكهای بسیاری را دریافت میدارد، اما از آنجایی كه تمام این اجسام ثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سیستم رادار خودروهای پلیس از میان امواج منعكس 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 رادارها بسیار 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
------------------------------------------------
