حضور یک جسم در یک فاصله را تشخیص می دهد – معمولا “چیزی” مانند یک هواپیما در حال حرکت است، اما رادار نیز می تواند برای تشخیص اشیاء ثابت که در زیر زمین دفن شده اند استفاده شود. در برخی موارد، رادار می تواند یک شی نیز را شناسایی کند؛ برای مثال، می تواند نوع هواپیما شناسایی کند.
    تشخیص سرعت یک شی – به همین دلیل پلیس از رادار استفاده می کند.
    نقشه چیزی – شاتل فضایی و مدار ماهواره ای استفاده از چیزی به نام رادار آرام مصنوعی برای ایجاد نقشه های توپوگرافی دقیق از سطح سیارات و قمر.

همه این سه فعالیت را می توان با استفاده از دو چیز که ممکن است از زندگی روزمره آشنایی داشته باشد: تغییر اکو و داپلر. این دو مفهوم در قلمرو صدا به آسانی قابل درک است، زیرا گوش های شما هر روز تغییر می دهند و اکو و داپلر را تغییر می دهند. رادار از تکنیک های مشابه با استفاده از امواج رادیویی استفاده می کند.

در این مقاله، اسرار رادار را کشف خواهیم کرد. بگذارید به اولین نسخه صدا نگاه کنیم، زیرا شما در حال حاضر با این مفهوم آشنا هستید.

 

 

 

اکو

اکو چیزی است که شما همیشه تجربه می کنید. اگر شما به یک چاه و یا یک کانیون فریاد بزنید، اکو یک لحظه بعد باز می گردد. اکو اتفاق می افتد، زیرا برخی از امواج صوتی در فریاد خود، منعکس کننده ی یک سطح (یا آب در پایین چاه یا دیواره ی کانونی در طرف دور) هستند و به گوش شما باز می گردند. طول زمان بین لحظه ای که فریاد می زنید و لحظه ای که اکو را می شنوید، فاصله ای بین شما و سطح که اکو را ایجاد می کند تعیین می شود.

 

 

 

شیفت داپلر
تغییر داپلر: فردی که پشت ماشین است، صدای کمتری نسبت به راننده دارد، زیرا ماشین در حال حرکت است. فردی که در جلوی ماشین با صدای بلند بالاتر از راننده است، به دلیل نزدیک شدن ماشین.
تغییر داپلر: فردی که پشت ماشین است، صدای کمتری نسبت به راننده دارد، زیرا ماشین در حال حرکت است. فردی که در جلوی ماشین با صدای بلند بالاتر از راننده است، به دلیل نزدیک شدن ماشین.

شیفت داپلر نیز رایج است. شما احتمالا آن را روزانه تجربه کنید (اغلب بدون اینکه متوجه شوید). شیفت داپلر زمانی اتفاق می افتد که صدا توسط یک جسم متحرک تولید می شود یا منعکس می شود. تغییر Doppler در شدت ایجاد موج های صوتی (نگاه کنید به زیر). در اینجا چگونگی درک تغییرات داپلر (شما همچنین می توانید این آزمایش را در یک پارکینگ خالی امتحان کنید). بگذارید بگوییم یک ماشین به سمت شما در ۶۰ مایل در ساعت (مایل در ساعت) حرکت می کند و شاخ آن دمیده است. شما یک شاخ را می بینید که به عنوان ماشین در حال حرکت است، اما زمانی که ماشین عبور می کند صدای شاخ به طور ناگهانی به یک یادداشت پایین تبدیل می شود. این همان شاخ است که همان صدا تمام وقت است. تغییری که می شنوید ناشی از تغییر داپلر است.

 

در اینجا چیزی اتفاق می افتد. سرعت صدا از طریق هوا در پارکینگ ثابت است. برای ساده بودن محاسبه، بگذارید بگوییم این ۶۰۰ مایل در ساعت است (سرعت دقیق به وسیله فشار هوا، دما و رطوبت تعیین می شود). تصور کنید که ماشین ایستاده است، دقیقا ۱ مایل از شما فاصله دارد و دقیقا یک دقیقه طول می کشد. امواج صوتی از شاخ از ماشین به سمت شما در سرعت ۶۰۰ مایل در ساعت منتشر می شود. چه چیزی شما را شنیده است یک تاخیر شش ثانیه (در حالی که صدای سفر ۱ مایل در ۶۰۰ مایل در ساعت) و پس از دقیقا یک دقیقه به ارزش صدای.

حالا بگم که ماشین در حال حرکت به سمت شما در ۶۰ مایل در ساعت است. از یک مایل دورتر شروع می شود و دقیقا یک دقیقه طول می کشد. شما هنوز هم تاخیر شش ثانیه را می شنوید. با این حال، صدا تنها برای ۵۴ ثانیه بازی می کند. این به این دلیل است که ماشین بعد از یک دقیقه در کنار شما خواهد بود و صدا در پایان دقیقه به شما بلافاصله به شما خواهد رسید. ماشین (از منظر راننده) هنوز یک دقیقه زده است. با این حال، از آنجا که ماشین در حال حرکت است، با این حال، ارزش صدای دقیقه از لحاظ بصری به ۵۴ ثانیه بسته می شود. همان تعداد امواج صوتی به مقدار کمتری از زمان بسته بندی می شود. بنابراین فرکانس آنها افزایش می یابد و صدای شاخ صدای شما بالاتر است. همانطور که ماشین شما عبور می کند و حرکت می کند، روند متوقف می شود و صدای پخش می شود تا زمان بیشتری را پر کند. بنابراین تن پایین تر است.

شما می توانید تغییر اکو و داپلر را با روش زیر ترکیب کنید. بگو بگو صدایی با صدای بلند به سوی یک ماشین به سوی شما حرکت می کند. برخی از امواج صوتی از ماشین خارج می شوند (اکو). از آنجا که ماشین به سمت شما حرکت می کند، اما امواج صوتی فشرده می شوند. بنابراین، صدا اکو دارای یک درجه بالاتر از صدای اصلی شما ارسال می شود. اگر شما محدوده ای از اکو را اندازه گیری می کنید، می توانید تعیین کنید که ماشین به چه اندازه سریع است.

 

 

 

چگونه رادار کار می کند
توسط مارشال مغز

درک رادار
چپ: آنتن در مجتمع ارتباطات فضایی جی گلدستون (بخشی از شبکه فضایی عمیق ناسا) کمک به برقراری ارتباط رادیویی برای فضاپیمای بین فضایی ناسا است. راست: رادار جستجوی جستجو در سطح و رادار هوا جستجو بر روی پایه ناوشکن موشک هدایت شده است.
چپ: آنتن در مجتمع ارتباطات فضایی جی گلدستون (بخشی از شبکه فضایی عمیق ناسا) کمک به برقراری ارتباط رادیویی برای فضاپیمای بین فضایی ناسا است. راست: رادار جستجوی جستجو در سطح و رادار هوا جستجو بر روی پایه ناوشکن موشک هدایت شده است.
عکس محبت آمیز ناسا (سمت چپ)، وزارت دفاع (راست)

ما دیده ایم که اکو صدا می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای تعیین اینکه چقدر دور است، و ما همچنین دیده می شود که ما می توانیم تغییر Doppler اکو را برای تعیین اینکه چقدر سریع چه چیزی می رویم استفاده کنید. بنابراین ممکن است یک “رادار صحیح” ایجاد کنید و این دقیقا همان سونار است. زیردریایی ها و قایق ها از سونار استفاده می کنند. شما می توانید از اصول مشابه با صدا در هوا استفاده کنید، اما صدا در هوا دارای چند مشکل است:

    صدا بسیار دور نیست – شاید بیشتر از یک مایل.
    تقریبا هر کس می تواند صداها را بشنود، بنابراین یک “رادار صحیح” قطعا همسایه ها را مختل می کند (شما می توانید اکثر این مشکل را با استفاده از سونوگرافی بجای صدای شنیداری حذف کنید).
    از آنجا که اکو صدا بسیار ضعیف است، احتمال دارد که تشخیص آن سخت باشد.

بنابراین رادار به جای صدای رادیو از امواج رادیویی استفاده می کند. امواج رادیویی به سرعت در حال حرکت هستند، برای انسان ها نامرئی هستند و حتی زمانی که ضعیف هستند، بسیار آسان است.

بیایید یک مجموعه رادار معمولی طراحی کنیم تا هواپیماها را در پرواز شناسایی کنیم. رادار تنظیم کننده فرستنده را روشن می کند و یک موج کوتاه و پرقدرت از امواج رادیویی با فرکانس بالا می برد. انفجار ممکن است یک میکرو ثانیه طول بکشد. سپس رادار تنظیم کننده فرستنده را خاموش می کند، گیرنده را روشن می کند و برای اکو گوش می دهد. مجموعه رادار اندازه گیری زمان لازم برای خروج اکو و همچنین تغییر داپلر اکو است. امواج رادیویی با سرعت نور، تقریبا ۱۰۰۰ فوت در هر میکرو ثانیه، حرکت می کنند؛ بنابراین اگر رادار دارای یک ساعت با سرعت بسیار بالا باشد، می تواند فاصله بسیار دقیق هواپیما را اندازه گیری کند. با استفاده از تجهیزات پردازش سیگنال خاص، مجموعه رادار همچنین می تواند تغییرات داپلر را بسیار دقیق و سرعت هواپیما را تعیین کند.

در رادار زمینی، تداخل بالقوه بالقوه بیشتری نسبت به رادار مبتنی بر هوا وجود دارد. هنگامی که یک رادار پلیس یک پالس را بیرون می کشد، از انواع مختلف اشیاء – نرده ها، پل ها، کوه ها، ساختمان ها استفاده می کند. ساده ترین راه برای از بین بردن همه این نوع اختلافی این است که فیلتر کردن آن را با شناختن این که Doppler-shifted نیست. یک رادار پلیس فقط برای سیگنال های Doppler حرکت می کند و به دلیل اینکه پرتو رادار به شدت متمرکز شده است، تنها یک ماشین دارد.

پلیس در حال حاضر با استفاده از تکنیک لیزر برای اندازه گیری سرعت اتومبیل ها. این تکنیک لیادار نامیده می شود و به جای امواج رادیویی از نور استفاده می کند. ببینید چگونه آشکارسازهای رادار برای اطلاعات در مورد فناوری لایتار کار می کنند.