الیـــــــــــــــــــــران
الکترونیک و کامپیوتر (مهندسان جوان ایرانی)الیـــــــــــــــــــــران
الکترونیک و کامپیوتر (مهندسان جوان ایرانی)اصول کار رادار
امواج رادار چیزی است که در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمی شود. مرکز کنترل ترافیک فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها که بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آن ها که در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده می کنند. در برخی از کشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده می کند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت کره زمین و دیگر سیارات استفاده می کند، همین طور برای دنبال کردن مسیر ماهواره ها و فضاپیماها و برای کمک به کشتی ها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده می شود. مراکز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگ افزارهایشان از آن استفاده می کنند.
چیزی است که در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمی شود. مرکز کنترل ترافیک فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها که بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها که در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده می کنند. در برخی از کشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده می کند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت کره زمین و دیگر سیارات استفاده می کند، همین طور برای دنبال کردن مسیر ماهواره ها وفضاپیماها و برای کمک به کشتی ها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده می شود. مراکز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگ افزارهایشان از آن استفاده می کنند.
ادامه را در ادامه مطلب بخوانید....
امواج رادار چیزی است که در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمی شود. مرکز کنترل ترافیک فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها که بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آن ها که در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده می کنند. در برخی از کشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده می کند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت کره زمین و دیگر سیارات استفاده می کند، همین طور برای دنبال کردن مسیر ماهواره ها و فضاپیماها و برای کمک به کشتی ها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده می شود. مراکز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگ افزارهایشان از آن استفاده می کنند.
چیزی است که در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه دیده نمی شود. مرکز کنترل ترافیک فرودگاهها برای ردیابی هواپیماها چه آنها که بر روی باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها که در حال پرواز هستند و هدایت آنها از رادار استفاده می کنند. در برخی از کشورها پلیس از رادار برای شناسایی خودروهای با سرعت غیر مجاز استفاده می کند. ناسا از رادار برای شناسایی موقعیت کره زمین و دیگر سیارات استفاده می کند، همین طور برای دنبال کردن مسیر ماهواره ها وفضاپیماها و برای کمک به کشتی ها در دریا و مانورهای رزمی از آن استفاده می شود. مراکز نظامی نیز برای شناسایی دشمن و یا هدایت جنگ افزارهایشان از آن استفاده می کنند.
هواشناسان برای شناسایی طوفانها، تندبادهای دریایی و گردبادها از آن استفاده می برند. شما حتی نوعی خاص از رادار رادر مدخل ورودی فروشگاهها میبینید که در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز می کنند. به طور واضح می بینید که رادار وسیله ای بسیار کاربردی میباشد. دراین بخش از مقالات ما به اسرار رادار میپردازیم.
استفاده از رادار عموماً در راستای سه هدف زیر میباشد:
شناسایی حضور یاعدم حضور یک جسم در فاصله ای مشخص – عمدتاً آنچه که شناسایی می شود متحرک است و مانند هواپیما، اما رادار قادر به شناسایی حضور اجسام که مثلاً در زیرزمین نیز مدفون شده اند، می باشد. در بعضی از موارد حتی رادار می تواند ماهیت آنچه را که می یابد مشخص کند، مثلاً نوع هواپیمایی که شناسایی می کند.
شناسایی سرعت آن جسم- دقیقاً همان هدفی که پلیس از آن در بزرگراهها برای کنترل سرعت خودروها از آن استفاده می کند.
جابه‌جایی اجسام – شاتل های فضایی و ماهواره های دوار بر دور کره زمین از چیزی به عنوان رادار حفره های مجازی برای تهیه نقشه جزئیات، نقشه های عوارض جغرافیایی سطح ماه و دیگر سیارات استفاده میکنند.
تمام این سه عملیات میتواند با دوپدیده ای که شما در زندگی روزمره با آن آشنائید پیاده شود: «پژواک» و «پدیده داپلر» این دو پدیده به سادگی قابل فهم می باشند، چرا که هر روزه شما با آنها در حوزه شنوایی خویش برخوردارید. رادار از این دو پدیده در حوزه امواج رادیویی استفاده می برد.
بگذارید ابتدا با این پدیده در حوزه شنیداری یا صوتی خویش بیشتر آشنا شویم.
پژواک و پدیده داپلر
پژواک پدیدهای است که شما هر روزه با آن برخورد دارید، اگرشما به داخل یک چاه و یا در یک دره فریاد بزنید، پژواک صدای شما چند لحظه بعد به گوشتان می رسد. در واقع شما صدایتان را باز خواهید شنید. پژواک بدین جهت رخ می دهدکه بعضی از امواج صدای شما (به این دلیل واژه بعضی را آوردیم که صدای برخی ازحیوانات مانند اردک در فرکانس خاص امواج صدای این حیوان هیچگاه پژواکی ندارد) پس ازبرخورد به یک سطح (که این سطح می تواند سطح آب، انتهای چاه یا دیواره کوه موجود درانتهای دره باشد) به سمت شما باز می گردد و گوش شما دوباره آن را می شنود. فاصله زمانی‌ای که بین فریاد شما تا شنیدن پژواک آن طول می کشد با فاصله مکانی بین شما وآن سطح بازگرداننده پژواک ارتباط دارد.
هنگامی که شما به داخل یک چاه فریاد می کشید، صدای شما از دهانه چاه به سمت انتهای چاه رفته و پس از برخورد با سطح آب انتهای چاه منعکس می شود. در این حالت اگر شما سرعت صدا را به طور دقیق بدانید، با اندازه گیری زمان رفت وبرگشت صدا می توانید عمق چاه را حساب کنید
پدیدة داپلر نیز بسیار معمول است. شما هر روز (بدون اینکه حتی از آن درکی داشته باشید) آن را تجربه می کنید. این پدیده زمانی رخ میدهد که یک مولد امواج صوتی و یا منعکس کننده امواج صوتی دارای حرکت باشد. مثلاً یک خودرو که در حال بوق زدن است. حالت تشدید شده پدیده داپلر در شکستن «دیوار صوتی» رخ می دهد. در این جا به درک این پدیده می پردازیم (ممکن است شما برای اینکه بهتر این پدیده را درک کنید کنار یک اتوبان آن را تجربه کنید) فرض کنید که خودرویی با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حرکت باشد. تازمانی‌که خودرو در حال نزدیک شدن به شماست فقط یک نت صوتی را می شنوید (در واقع یک فرکانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فرکانس صحبت کردیم)، اما هنگامی که خودرو به کنار شما می رسد صدای بوق ناگهان تغییر کرده و به عبارتی «بم» تر میشود و بعد ازلحظهای که از شما عبور کرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدا بم تر نیز می شود، در صورتی که شما می دانید که صدای بوق همیشه ثابت است، کما اینکه راننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعی بوق را می شنود. این تغییرات صوت شنیده شده توسط شما بوسیله پدیده داپلر قابل توضیح است. اما آنچه که رخ می دهد: «سرعت صوت» مقداری ثابت است، برای ساده تر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000کیلومتردر ساعت در نظر بگیرید. (سرعت واقعی صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض کنید که خودرویی در فاصله یک کیلومتری شما قرار دارد (بصورت غیر متحرک). راننده داخل خودرو به مدت یک دقیقه شستی بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، این صدا باسرعتی برابر با 1000کیلومتر بر ساعت به سمت شما حرکت میکند، بعد از 6 ثانیه ازفشرده شدن شستی بوق توسط راننده، شما چه صدایی را خواهید شنید؟ (این 6 ثانیه درواقع مدت زمانی است که طول میکشد صدا به شما برسد) و به مدت یک دقیقه پس از آن چهمیشنوید؟ مسلماً صدای بوق را بدون هیچ تغییری.
پدیدهداپلر: شخص پشت سر خودرویی را با بسامدی (فرکانس) پایینتر و بمتر از آنچهکه راننده داخل خودرو و در حال حرکت میشنود. راننده از شخصی که خودرو به سمت آن درحال حرکت است صدا را با نت پایینتر میشنود.
حال فرض کنید خودرو از فاصلهای دور باسرعتی معادل 100 کیلومتر بر ساعت به سمت شما حرکت کند، همان راننده با همان خودرو وبا همان صدای بوق و به مدت همان یک دقیقه شستی بوق را فشارمی‌دهد میشود. جالب است! شما صدای بوق را فقط به مدت 54 ثانیه خواهید شنید آن هم به خاطر حرکت خودرو رخ دادهاست.
در واقع تعداد اعوجاجهای موج صوتی ثابتبوده ولی در زمان کوتاهتری به سمت شما آمده و از آنجائی‌که تعریف فرکانس تعدادنوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً این نوسانات را 1 بر 60 ثانیه تقسیمکردیم و فرکانس F1 بدست میآمد، حال باید این تعداد نوسانات را بر 54 تقسیم کنیمکه مطمئناً عددی بزرگتر خواهد شد. این عدد بزرگتر یا فرکانس بالاتر یعنی صدای «زیر»تر. همین توجیه نیز برای خودرویی که از شما وجود دارد، در این حالت شما 64ثانیه صدای بوق را میشنوید که فرکانس حاصله در این حالت کمتر (یا صدای بمتر) خواهد بود.
شکستن دیوارصوتی
اینک که ما در حال بحث بر روی رابط صداو سرعت هستیم میتوانیم در مورد شکستن دیوار صوتی هم صحبت کنیم. فرض کنید آنخودرویی که صحبتش بود با سرعتی معادل 100 کیلومتر در ساعت به سوی شما، آن هم درحال بوق زدن، حرکت کند، امواج صوتی چون سرعتی معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذانه از آن جلو زده و نه عقب میمانند، لذا در کل مدت حرکت خودرو شما صدایی رانخواهید شنید. اما در لحظهای که خودرو به شما میرسد، تمام امواج صوتی جمع شده ویکجا شما آنها را میشنوید. صدای بسیار بلند و با فرکانس بسیار بالا.
این صدا توسط هواپیمایی که قادرند باسرعتی معادل با سرعت صوت حرکت کنند میتواند موجبات وحشت بسیاری از افرادی که درزیر مسیر این هواپیما قرار دارند بوجود آورده قدرت این صدا به قدری است که میتواندشیشهها را بشکند.
چنین اتفاقی برای قایقها نیز رخ میدهد. منتهی در این میان تجمع امواج آب که سرعتی در حدود سرعت این قایقها دارند. این موجمتمرکز بصورت V شکل از جلو قایق به طرفین حرکت میکند که زاویه این موج توسط سرعتقایق کنترل میشود. در واقع تجمع امواجی که قایق در هر لحظه تولید میکند و هر لحظهبر آن میافزاید نیز توسط پدیده داپلر قابل توضیح است.
شما میتوانید با استفاده از ترکیبی از پژواک و پدیده داپلر بصورتی که در زیر میآید استفاده کنید
در محلی که ایستادهایدبه سمت خودرویی که در حال حرکت (به سمت شما یا در خلاف جهت) اصواتی را بفرستید. بعضی از این اصوات پس از برخورد با خودرو به سمت شما باز میگردند. (پژواک) ازآنجایی که خودرو در حال حرکت است لذا اصوات منعکس شده یا به هم فشرده میشوند (درحالی که خودرو به سمت شما میآید) و یا از هم باز میشوند. در حالت حرکت مخالف درهر دو صورت شما میتوانید با مقایسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدستآورید.
مفهومرادار:
دیدیم که میتوان با استفاده از مفهومپژواک 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 که رادار صوتی چیست؟این گونه رادار در زیردریاییها و کشتیها کاربرد دارد و همیشه در حال کار است. میتوان از رادار صوتی در محیط آزاد نیز استفاده کرد، اما بخاطر چند اشکال ریز اینگونه رادار در هوا استفاده نمیشود.
- صدا در هوا مسافت زیادی را نمیتواندبپیماید…. شاید در حدود 5/1 کیلومتر و یا کمی بیشتر
- هرکسی میتواند صدا را بشنود لذااستفاده از صدا در محیط آزاد موجب آزار دیگران میشود که البته میتوان با بالابردن فرکانس صدای مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» این مشکل را حل کرد.
- صدای منعکس شده حاصل از پدیده پژواکبسیار ضعیف میباشد به طوری که دریافت آن بسیار سخت است.
سمت چپ: آنتن های مجموعه مخابراتی فضاییگلدستون (بخشی از شبکه ارتباطی فضایی ناسا) که به ارتباطات مخابراتی رادیوییفضاپیماهای میان سیارهای ناسا کمک میکند.
سمت راست: رادار جست وجوی سطح و هوا کهبر روی نوک دکل یک موشک هدایت شونده قرار گرفته است.
حال بیایید در مورد یک نمونه واقعیراداری که برای شناسایی هواپیماهای در حال پرواز بکار میرود صحبت کنیم. سیستمرادار در ابتدا با روشن کردن فرستنده قویاش یک دسته موج رادیویی متراکم در آسمان ودر جهات مختلف پخش میکند. این ارسال برای چند میکروثانیه صورت میپذیرد، حالفرستنده خاموش شده و گیرنده سیستم رادار مترصد دریافت پژواک امواج که به همراهاطلاعات حاصل از پدیده داپلر نیز هستند میماند.
امواج رادیویی با سرعتی معادل سرعت نورحرکت میکنند، تقریباً در هر میکروثانیه 300 متر را در فضا طی میکنند؛ حال اگرسیستم رادار مذکور دارای یک ساعت بسیار دقیق و قوی باشد، میتواند با دقت بسیاربالایی موقعیت هواپیما را مشخص کند، با استفاده از روشهای خاص پردازش سیگنال برایتحلیل پدیده داپلر بر روی موجهای برگشتی میتوان به دقت سرعت هواپیما را مشخص کرد.
آنتن رادار یک دسته کوچک اما قدرتمندپالس امواج رادیویی از یک فرکانس مشخص را در فضا میفرستند. هنگامی که امواج به یکجسم برخورد میکنند منعکس شده و در اثر پدیده داپلر فشردهتر یا گسستهتر میشوند. همان آنتن وظیفه دریافت امواج منعکس شده را که البته بسیار کمتر از امواج ارسالیهستند بر عهده دارد.
در رادارهای زمینی قضیه خیلی پیچیدهتراز رادارهای هوایی است، هنگامی که یک رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیوییمیپردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نردهها، پلها، تپهها وساختمانها پژواکهای بسیاری را دریافت میدارد، اما از آنجایی که تمام این اجسامثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سیستم رادار خودروهای پلیس از میان امواجمنعکس شده، فقط آنهایی را انتخاب میکند که در آنها پدیده داپلر قابل شناسایی است،آن هم به اندازهای که جسم متحرک اضافه سرعت داشته باشد، در ضمن آنتن این رادارهابسیار دهانه تنگی دارند، چرا که فقط بر روی یک خودرو تنظیم میشوند.
البته امروزه پلیسها در برخی کشورها از جمله کشور خودمان از تکنولوژی لیزر برای تعیین سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده میکنند. تکنولوژی به نام «لیدار» شناخته میشود. در این مدل بجای امواج رادیویی از اشعه نوری متمرکز (یا همان لیزر) استفاده میشود
