PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : رادار چگونه كار مي كند



Sohrab
30-09-2007, 23:08
امواج رادار در تمام اطراف ما وجود دارد، اگرچه ديده نمي‏شود. مركز تنظیم ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها - چه آنها كه روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پروازند - و هدايت آنها از رادار استفاده مي‏كنند. در برخي از كشورها، پليس از رادار براي شناسايي خودروهاي با سرعت غير مجاز استفاده مي‏‏كند. ناسا از رادار براي شناسايي موقعيت كرة زمين و ديگر سيارات استفاده مي‏كند، همين طور براي دنبال كردن مسير ماهواره‏ها و فضاپيماها و براي كمك به كشتيها در دريا و مانورهاي رزمي از آن استفاده مي‏شود. مراكز نظامي نيز براي شناسايي دشمن يا هدايت جنگ‏افزارهايشان از آن استفاده مي‏كند.
هواشناسان براي شناسايي طوفانها و تندبادهاي دريايي و گردبادها از آن استفاده مي‏برند. شما حتي نوعي خاص از رادار را در مدخل ورودي فروشگاهها مي‏بينيد كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان درب را باز مي‏كنند. به طور واضح، مي‏بينيد كه رادار وسيله‏اي بسيار كاربردي است. در اين مقاله به اسرار رادار می پردازیم.
استفاده از رادار عموماً در راستاي سه هدف است:
شناسايي حضور داشتن یا نداشتن جسمی در فاصله‏اي مشخص؛ عمدتاً آنچه شناسايي مي‏شود متحرك است و مانند هواپيما، اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسامی است كه مثلاً در زير زمين مدفون شده‏اند. در بعضي از موارد، حتي رادار ممکن است ماهيت آنچه را كه مي‏يابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپيمايي را كه شناسايي مي‏كند.
شناسايي سرعت آن جسم؛ دقيقاً همان هدفي كه پليس از آن در بزرگراهها براي نظارت بر سرعت خودروها از آن استفاده مي‏كند.
جابجايي اجسام؛ شاتلهاي فضايي و ماهواره‏هاي دوار بر دور كره زمين از چيزي به عنوان «رادار حفره‏هاي مجازي» براي تهيه نقشه جزئيات و نقشه‏هاي عوارض جغرافيايي سطح ماه و ديگر سيارات استفاده مي‏كنند.
تمام اين سه عمليات را می توان با دو پديده‏اي كه شما در زندگي روزمره با آن آشنایيد پياده کرد: «پژواك» و «پديده داپلر»؛ اين دو پديده بسادگي فهمیده می شود؛ زیرا هر روزه شما با آنها در حوزه شنوايي خويش برخورد داريد. رادار از اين دو پديده در حوزة امواج راديويي استفاده مي‏برد
پژواك و پديده داپلر
«پژواك» پديده‏اي است كه شما هر روزه با آن برخورد داريد؛ اگر شما داخل چاه يا دره ای فرياد بزنيد، پژواك صداي شما چند لحظه بعد به گوشتان مي‏رسد. در واقع، شما صدايتان را باز خواهيد شنيد. پژواك بدين سبب رخ مي‏دهد كه «بعضي» از امواج صدا پس از برخورد به سطحی مانند سطح آب یا انتهاي چاه و يا ديوارة كوه به سمت شما باز مي‏گردد و گوش شما دوباره آن را می ‏شنود (به اين علت واژه بعضي را آورديم كه صداي برخي از حيوانات مانند اردك در طول موج خاصی پژواكي ندارد). فاصله زماني بين فرياد شما تا شنيدن پژواك آن با فاصله مكاني بين شما و آن سطح بازگردانندة پژواك ارتباط دارد.
هنگامي كه شما داخل چاهی فرياد مي‏كشيد، صداي شما از دهانة چاه به سمت انتهاي چاه می رود و پس از برخورد با سطح آب انتهاي چاه منعكس مي‏شود. در اين حالت، اگر شما سرعت صدا را به طور دقيق بدانيد، با اندازه‏گيري زمان رفت ‏و برگشت صدا، مي‏توانيد عمق چاه را حساب كنيد.
پديدة داپلر نيز بسيار معمول است. شما هر روز (بدون اينكه حتي از آن دركي داشته باشيد) آن را تجربه مي‏كنيد. اين پديده زماني رخ مي‏دهد كه مولد امواج صوتي يا منعكس كننده امواج صوتي داراي حركت باشد. مثلاً خودرویی كه در حال بوق زدن است. حالت تشديد شدة پديدة داپلر در شكستن «ديوار صوتي» رخ مي‏دهد. در اينجا، به درك اين پديده مي‏پردازيم؛ ممكن است شما اين پديده را در كنار بزرگراه تجربه كنيد. فرض كنيد كه خودرويي با سرعت 100 كيلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت است. تا زمانيكه خودرو در حال نزديك شدن به شماست، فقط يك نت صوتي را مي‏شنويد (در واقع طول موجی ثابت)؛ اما هنگامي كه خودرو به كنار شما مي‏رسد، صداي بوق ناگهان تغييرمی كند و به عبارتي «بم» تر مي‏شود و بعد از لحظه‏اي كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن باشد)، صدا بمتر نيز مي‏شود، در صورتي كه شما مي‏دانيد صداي بوق هميشه ثابت است، كما اينكه راننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعي بوق را مي‏شنود.
اين تغييرات صوت را با پديده داپلر می توان توضيح داد؛ اما آنچه رخ مي‏دهد: «سرعت صوت» مقداري ثابت است، براي ساده‏تر شدن محاسبات، سرعت صورت را 1000 كيلومتر در ساعت در نظر بگيريد. (سرعت واقعي صوت وابسته به دما و فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض كنيد كه خودرويي در فاصله يك كيلومتري شما قرار دارد (به صورت غير متحرك). راننده داخل خودرو به مدت يك دقيقه شستي بوق را می فشرد تا صدا به گوش شما برسد. اين صدا با سرعتي برابر با 1000 كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت مي‏كند. بعد از 6 ثانيه از فشرده شدن شستي بوق به دست راننده، شما چه صدايي را خواهيد شنيد؟ (اين 6 ثانيه در واقع مدت زماني است كه طول مي‏كشد تا صدا به شما برسد.) به مدت يك دقيقه پس از آن چه مي‏شنويد؟ مسلماً صداي بوق را، بدون هيچ تغييري.
پديده داپلر: شخص پشت سر بسامدي (فركانس) پايينتر و بمتر از راننده داخل خودرو و در حال حركت مي‏شنود. راننده صدا را - از شخصي كه خودرو به سمت او در حال حركت است - با نت پايينتری مي‏شنود.
حال، فرض كنيد که خودرو از فاصله‏اي دور با سرعتي معادل 100 كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو و با همان صداي بوق و به مدت همان يك دقيقه شستي بوق را فشار ميدهد. جالب است! شما صداي بوق را فقط به مدت 54 ثانيه خواهيد شنيد، آن هم به سبب حركت خودرو رخ داده است.
در واقع، تعداد اعوجاجهاي موج صوتي ثابت است، ولي در زمان كوتاهتري به سمت شما آمده و از آنجا كه تعريف بسامد تعداد نوسانات موج در واحد زمان است، اگر قبلاً اين نوسانات را 1 بر 60 ثانيه تقسيم ‏می كرديم و بسامد F1 به دست مي‏آمد، حال بايد اين تعداد نوسانات را بر 54 تقسيم كنيم كه مطمئناً عددي بزرگتر خواهد شد. اين عدد بزرگتر يا فركانس بالاتر يعني صداي «زير»تر.
شكستن ديوار صوتي
اينك كه ما در حال بحث بر روي رابط صدا و سرعت هستيم مي‏توانيم در مورد شكستن ديوار صوتي هم صحبت كنيم. فرض كنيد آن خودرويي كه صحبتش بود با سرعتي معادل 100 كيلومتر در ساعت به سوي شما، آن هم در حال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتي چون سرعتي معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذا نه از آن جلو زده و نه عقب مي‏مانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدايي را نخواهيد شنيد. اما در لحظه‏اي كه خودرو به شما مي‏رسد، تمام امواج صوتي جمع شده و يكجا شما آنها را مي‏شنويد. صداي بسيار بلند و با فركانس بسيار بالا.
اين صدا توسط هواپيمايي كه قادرند با سرعتي معادل با سرعت صوت حركت كنند مي‏تواند موجبات وحشت بسياري از افرادي كه در زير مسير اين هواپيما قرار دارند بوجود آورده قدرت اين صدا به قدري است كه مي‏تواند شيشه‏ها را بشكند.
چنين اتفاقي براي قايقها نيز رخ مي‏دهد. منتهي در اين ميان تجمع امواج آب كه سرعتي در حدود سرعت اين قايقها دارند. اين موج متمركز بصورت V شكل از جلو قايق به طرفين حركت مي‏كند كه زاويه اين موج توسط سرعت قايق كنترل مي‏شود. در واقع تجمع امواجي كه قايق در هر لحظه توليد مي‏كند و هر لحظه بر آن مي‏افزايد نيز توسط پديده داپلر قابل توضيح است.
شما مي‏توانيد با استفاده از تركيبي از پژواك و پديده داپلر بصورتي كه در زير مي‏آيد استفاده كنيد. در محلي كه ايستاده‏ايد به سمت خودرويي كه در حال حركت (به سمت شما يا در خلاف جهت) اصواتي را بفرستيد. بعضي از اين اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز مي‏گردند. (پژواك) از آنجايي كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده يا به هم فشرده مي‏شوند (در حالي كه خودرو به سمت شما مي‏آيد) و يا از هم باز مي‏شوند. در حالت حركت مخالف در هر دو صورت شما مي‏توانيد با مقايسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدست آوريد.
مفهوم رادار:
ديديم كه مي‏توان با استفاده از مفهوم پژواك به فاصله اجسام دور پي برد و همين طور با استفاده از تغيير پديده داپلر به سرعت اين جسم پي ببريم. با توجه به اين مفاهيم مي‏توان فهميد كه رادار صوتي چيست؟ اين گونه رادار در زيردريايي‏ها و كشتي‏ها كاربرد دارد و هميشه در حال كار است. مي‏توان از رادار صوتي در محيط آزاد نيز استفاده كرد، اما بخاطر چند اشكال ريز اين گونه رادار در هوا استفاده نمي‏شود.
- صدا در هوا مسافت زيادي را نمي‏تواند بپيمايد…. شايد در حدود 5/1 كيلومتر و يا كمي بيشتر
- هركسي مي‏تواند صدا را بشنود لذا استفاده از صدا در محيط آزاد موجب آزار ديگران مي‏شود كه البته مي‏توان با بالا بردن فركانس صداي مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» اين مشكل را حل كرد.
- صداي منعكس شده حاصل از پديده پژواك بسيار ضعيف مي‏باشد به طوري كه دريافت آن بسيار سخت است.
حال بياييد در مورد يك نمونه واقعي راداري كه براي شناسايي هواپيماهاي در حال پرواز بكار مي‏رود صحبت كنيم. سيستم رادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قوي‏اش يك دسته موج راديويي متراكم در آسمان و در جهات مختلف پخش مي‏كند. اين ارسال براي چند ميكروثانيه صورت مي‏پذيرد، حال فرستنده خاموش شده و گيرنده سيستم رادار مترصد دريافت پژواك امواج كه به همراه اطلاعات حاصل از پديده داپلر نيز هستند مي‏ماند.
امواج راديويي با سرعتي معادل سرعت نور حركت مي‏كنند، تقريباً در هر ميكروثانيه 300 متر را در فضا طي مي‏كنند؛ حال اگر سيستم رادار مذكور داراي يك ساعت بسيار دقيق و قوي باشد، مي‏تواند با دقت بسيار بالايي موقعيت هواپيما را مشخص كند، با استفاده از روشهاي خاص پردازش سيگنال براي تحليل پديده داپلر بر روي موجهاي برگشتي مي‏توان به دقت سرعت هواپيما را مشخص كرد.
آنتن رادار يك دسته كوچك اما قدرتمند پالس امواج راديويي از يك فركانس مشخص را در فضا مي‏فرستند. هنگامي كه امواج به يك جسم برخورد مي‏كنند منعكس شده و در اثر پديده داپلر فشرده‏تر يا گسسته‏تر مي‏شوند. همان آنتن وظيفه دريافت امواج منعكس شده را كه البته بسيار كمتر از امواج ارسالي هستند بر عهده دارد.
در رادارهاي زميني قضيه خيلي پيچيده‏تر از رادارهاي هوايي است، هنگامي كه يك رادار پليس به ارسال پالس موج راديويي مي‏پردازد بخاطر وجود اجسام بسيار در سر راهش مانند نرده‏ها، پلها، تپه‏ها و ساختمانها پژواكهاي بسياري را دريافت مي‏دارد، اما از آنجايي كه تمام اين اجسام ثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سيستم رادار خودروهاي پليس از ميان امواج منعكس شده، فقط آنهايي را انتخاب مي‏كند كه در آنها پديده داپلر قابل شناسايي است، آن هم به اندازه‏‏اي كه جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن اين رادارها بسيار دهانه تنگي دارند، چرا كه فقط بر روي يك خودرو تنظيم مي‏شوند.
البته امروزه پليسها در برخي كشورها از جمله كشور خودمان از تكنولوژي ليزر براي تعيين سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده مي‏كنند. تكنولوژي به نام «ليدار» شناخته مي‏شود. در اين مدل بجاي امواج راديويي از اشعه نوري متمركز (يا همان ليزر) استفاده مي‏شود..