تبلیغات
انجمن مهندسین برق و الکترونیک - آشنایی با رادار ها

اسلایدر



 تبلیغات انجمن مهندسین برق و الکترونیک


 تبلیغات انجمن مهندسین برق و الکترونیک


آشنایی با رادار ها:


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






آشنایی با رادار ها:


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 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 پدیده داپلر

 

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.


مفهوم رادار:


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


تصاویر هواشناسی گرفته شده توسط رادار ها






موضوع : مهندسی مخابرات (Telecommunication Engineering)،
برچسب ها : آشنایی با رادار ها، رادار، امواج، پژواك و پدیده داپلر، شكستن دیوارصوتی، مفهوم رادار، آنتن رادار،




تاریخ : سه شنبه 23 مهر 1392 | 04:23 ب.ظ | نویسنده : رامین خادم ملت | نظرات

 انجمن مهندسین برق و الکترونیک