امواج رادار چيزي است كه در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه ديده نميشود. مركز كنترل ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها چه آنها كه بر روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند 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 و يا هدايت جنگافزارهايشان از آن استفاده ميكنند
چيزي است كه در تمام اطراف ما وجوددارد، اگر چه ديده نميشود. مركز كنترل ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها چهآنها كه بر روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند و هدايتآنها از رادار استفاده ميكنند. در برخي از كشورها پليس از رادار براي شناساييخودروهاي با سرعت غير مجاز استفاده ميكند. ناسا از رادار براي شناسايي موقعيت كرةزمين و ديگر سيارات استفاده ميكند، همين طور براي دنبال كردن مسير ماهوارهها وفضاپيماها و براي كمك به كشتيها در دريا و مانورهاي رزمي از آن استفاده ميشود. مراكز نظامي نيز براي شناسايي دشمن و يا هدايت جنگافزارهايشان از آن استفادهميكنند.
هواشناسان براي شناسايي طوفانها،تندبادهاي دريايي و گردبادها از آن استفاده ميبرند. شما حتي نوعي خاص از رادار رادر مدخل ورودي فروشگاهها ميبينيد كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، دربرا باز ميكنند. بطور واضح ميبينيد كه رادار وسيلهاي بسيار كاربردي ميباشد. دراين بخش از مقالات ما به اسرار رادار ميپردازيم.
استفاده از رادار عموماً در راستاي سههدف زير ميباشد:
شناسايي حضور ياعدم حضور يك جسم در فاصلهاي مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسايي ميشود متحركاست و مانند هواپيما، اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسام كه مثلاً در زيرزميننيز مدفون شدهاند، ميباشد. در بعضي از موارد حتي رادار ميتواند ماهيت آنچه را كهمييابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپيمايي كه شناسايي ميكند.
شناسايي سرعت آنجسم- دقيقاً همان هدفي كه پليس از آن در بزرگراهها براي كنترل سرعت خودروهااز آن استفاده ميكند.
جابه‌جايياجسام – شاتلهاي فضايي و ماهوارههاي دوار بر دور كره زمين از چيزي بهعنوان رادار حفرههاي مجازي براي تهيه نقشه جزئيات، نقشههاي عوارض جغرافيايي سطحماه و ديگر سيارات استفاده ميكنند.
تمام اين سه عمليات ميتواند با دوپديدهاي كه شما در زندگي روزمره با آن آشنائيد پياده شود: «پژواك» و «پديده داپلر» اين دو پديده به سادگي قابل فهم ميباشند، چرا كه هر روزه شما با آنها در حوزهشنوايي خويش برخورداريد. رادار از اين دو پديده در حوزة امواج راديويي استفادهميبرد.
بگذاريد ابتدا با اين پديده در حوزهشنيداري يا صوتي خويش بيشتر آشنا شويم.
پژواك و پديدهداپلر
پژواك پديدهاي است كه شما هر روزه با آن برخورد داريد، اگرشما به داخل يك چاه و يا در يك دره فرياد بزنيد، پژواك صداي شما چند لحظه بعد بهگوشتان ميرسد. در واقع شما صدايتان را باز خواهيد شنيد. پژواك بدين جهت رخ ميدهدكه بعضي از امواج صداي شما (به اين دليل واژه بعضي را آورديم كه صداي برخي ازحيوانات مانند اردك در فركانس خاص امواج صداي اين حيوان هيچگاه پژواكي ندارد) پس ازبرخورد به يك سطح (كه اين سطح ميتواند سطح آب، انتهاي چاه يا ديوارة كوه موجود درانتهاي دره باشد) به سمت شما باز ميگردد و گوش شما دوباره آنرا ميشنود. فاصلهزماني‌اي كه بين فرياد شما تا شنيدن پژواك آن طول ميكشد با فاصله مكاني بين شما وآن سطح بازگردانندة پژواك ارتباط دارد.
هنگامي كه شما به داخل يك چاه فرياد ميكشيد، صداي شما از دهانة چاه به سمت انتهاي چاه رفته 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 رفتوبرگشت صدا ميتوانيد عمق چاه را حساب كنيد
پديدة داپلر نيز بسيار معمول است. شماهر روز (بدون اينكه حتي از آن دركي داشته باشيد) آن را تجربه ميكنيد. اين پديدهزماني رخ ميدهد كه يك مولد امواج صوتي و يا منعكس كننده امواج صوتي داراي حركتباشد. مثلاً يك خودرو كه در حال بوق زدن است. حالت تشديد شدة پديدة داپلر در شكستن «ديوار صوتي» رخ ميدهد. در اين جا به درك اين پديده ميپردازيم (ممكن است شما براياينكه بهتر اين پديده را درك كنيد كنار يك اتوبان آن را تجربه كنيد) فرض كنيد كهخودرويي با سرعت 100 كيلومتر بر ساعت در حال بوق زدن به سمت شما در حركت باشد. تازماني‌كه خودرو در حال نزديك شدن به شماست فقط يك نت صوتي را ميشنويد (در واقع يكفركانس ثابت، در شماره گذشته راجع به فركانس صحبت كرديم)، اما هنگامي كه خودرو بهكنار شما ميرسد صداي بوق ناگهان تغيير كرده و به عبارتي «بم» تر ميشود و بعد ازلحظهاي كه از شما عبور كرد (و اگر همچنان راننده در حال بوق زدن بود) ناگهان صدابمتر نيز ميشود، در صورتي كه شما ميدانيد كه صداي بوق هميشه ثابت است، كما اينكهراننده داخل خودرو در تمام مدت بوق زدن فقط نت واقعي بوق را ميشنود. اين تغييراتصوت شنيده شده توسط شما بوسيلة پديدة داپلر قابل توضيح است. اما آنچه كه رخ ميدهد: «سرعت صوت» مقداري ثابت است، براي سادهتر شدن محاسباتمان سرعت صورت را 1000كيلومتردر ساعت در نظر بگيريد. (سرعت واقعي صوت وابسته به دما، فشار هوا و رطوبت هواست.) فرض كنيد كه خودرويي در فاصله يك كيلومتري شما قرار دارد (بصورت غير متحرك). رانندهداخل خودرو به مدت يك دقيقه شستي بوق را فشرده تا صدا به گوش ما برسد، اين صدا باسرعتي برابر با 1000كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت ميكند، بعد از 6 ثانيه ازفشرده شدن شستي بوق توسط راننده، شما چه صدايي را خواهيد شنيد؟ (اين 6 ثانيه درواقع مدت زماني است كه طول ميكشد صدا به شما برسد) و به مدت يك دقيقه پس از آن چهميشنويد؟ مسلماً صداي بوق را بدون هيچ تغييري.
پديدهداپلر: شخص پشت سر خودرويي را با بسامدي (فركانس) پايينتر و بمتر از آنچهكه راننده داخل خودرو و در حال حركت ميشنود. راننده از شخصي كه خودرو به سمت آن درحال حركت است صدا را با نت پايينتر ميشنود.
حال فرض كنيد خودرو از فاصلهاي دور باسرعتي معادل 100 كيلومتر بر ساعت به سمت شما حركت كند، همان راننده با همان خودرو وبا همان صداي بوق و به مدت همان يك دقيقه شستي بوق را فشارمي‌دهد ميشود. جالب است! شما صداي بوق را فقط به مدت 54 ثانيه خواهيد شنيد آن هم به خاطر حركت خودرو رخ دادهاست.
در واقع تعداد اعوجاجهاي موج صوتي ثابتبوده ولي در زمان كوتاهتري به سمت شما آمده و از آنجائي‌كه تعريف فركانس تعدادنوسانات موج در واحد زمان است لذا اگر قبلاً اين نوسانات را 1 بر 60 ثانيه تقسيمكرديم و فركانس F1 بدست ميآمد، حال بايد اين تعداد نوسانات را بر 54 تقسيم كنيمكه مطمئناً عددي بزرگتر خواهد شد. اين عدد بزرگتر يا فركانس بالاتر يعني صداي «زير»تر. همين توجيه نيز براي خودرويي كه از شما وجود دارد، در اين حالت شما 64ثانيه صداي بوق را ميشنويد كه فركانس حاصله در اين حالت كمتر (يا صداي بمتر) خواهد بود.
شكستن ديوارصوتي
اينك كه ما در حال بحث بر روي رابط صداو سرعت هستيم ميتوانيم در مورد شكستن ديوار صوتي هم صحبت كنيم. فرض كنيد آنخودرويي كه صحبتش بود با سرعتي معادل 100 كيلومتر در ساعت به سوي شما، آن هم درحال بوق زدن، حركت كند، امواج صوتي چون سرعتي معادل همان سرعت خودرو را دارند، لذانه از آن جلو زده و نه عقب ميمانند، لذا در كل مدت حركت خودرو شما صدايي رانخواهيد شنيد. اما در لحظهاي كه خودرو به شما ميرسد، تمام امواج صوتي جمع شده ويكجا شما آنها را ميشنويد. صداي بسيار بلند و با فركانس بسيار بالا.
اين صدا توسط هواپيمايي كه قادرند باسرعتي معادل با سرعت صوت حركت كنند ميتواند موجبات وحشت بسياري از افرادي كه درزير مسير اين هواپيما قرار دارند بوجود آورده قدرت اين صدا به قدري است كه ميتواندشيشهها 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 موجمتمركز بصورت V شكل از جلو قايق به طرفين حركت ميكند كه زاويه اين موج توسط سرعتقايق كنترل ميشود. در واقع تجمع امواجي كه قايق در هر لحظه توليد ميكند و هر لحظهبر 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 ايستادهايدبه 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) ازآنجايي كه خودرو در حال حركت است لذا اصوات منعكس شده يا به هم فشرده ميشوند (درحالي كه خودرو به سمت شما ميآيد) و يا از هم باز ميشوند. در حالت حركت مخالف درهر دو صورت شما ميتوانيد با مقايسه موج فرستاده شده و بازگشته سرعت خودرو را بدستآوريد.
مفهومرادار:
ديديم كه ميتوان با استفاده از مفهومپژواك به فاصله اجسام دور پي برد و همين طور با استفاده از تغيير پديده داپلر بهسرعت 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 اينگونه رادار در هوا استفاده نميشود.
– صدا در هوا مسافت زيادي را نميتواندبپيمايد…. شايد در حدود 5/1 كيلومتر و يا كمي بيشتر
– هركسي ميتواند صدا را بشنود لذااستفاده از صدا در محيط آزاد موجب آزار ديگران ميشود كه البته ميتوان با بالابردن فركانس صداي مورد استفاده و استفاده از امواج «فراصوت» اين مشكل را حل كرد.
– صداي منعكس شده حاصل از پديده پژواكبسيار ضعيف ميباشد به طوري كه دريافت آن بسيار سخت است.
سمت چپ: آنتن هاي مجموعه مخابراتي فضاييگلدستون (بخشي از شبكه ارتباطي فضايي ناسا) كه به ارتباطات مخابراتي راديوييفضاپيماهاي ميان سيارهاي ناسا كمك ميكند.
سمت راست: رادار جست وجوي سطح و هوا كهبر روي نوك دكل يك موشك هدايت شونده قرار گرفته است.
حال بياييد در مورد يك نمونه واقعيراداري كه براي شناسايي هواپيماهاي در حال پرواز بكار ميرود صحبت كنيم. سيستمرادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده قوياش يك دسته موج راديويي متراكم در آسمان ودر جهات مختلف پخش ميكند. اين ارسال براي چند ميكروثانيه صورت ميپذيرد، حالفرستنده خاموش شده و گيرنده سيستم رادار مترصد دريافت پژواك امواج كه به همراهاطلاعات حاصل از پديده داپلر نيز هستند ميماند.
امواج راديويي با سرعتي معادل سرعت نورحركت ميكنند، تقريباً در هر ميكروثانيه 300 متر را در فضا طي ميكنند؛ حال اگرسيستم رادار مذكور داراي يك ساعت بسيار دقيق و قوي باشد، ميتواند با دقت بسياربالايي موقعيت هواپيما را مشخص كند، با استفاده از روشهاي خاص پردازش سيگنال برايتحليل پديده داپلر بر روي موجهاي برگشتي ميتوان به دقت سرعت هواپيما را مشخص كرد.
آنتن رادار يك دسته كوچك اما قدرتمندپالس امواج راديويي از يك فركانس مشخص را در فضا ميفرستند. هنگامي كه امواج به يكجسم 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 ارساليهستند بر عهده دارد.
در رادارهاي زميني قضيه خيلي پيچيدهتراز رادارهاي هوايي است، هنگامي كه يك رادار پليس به ارسال پالس موج راديوييميپردازد بخاطر وجود اجسام بسيار در سر راهش مانند نردهها، پلها، تپهها وساختمانها پژواكهاي بسياري را دريافت ميدارد، اما از آنجايي كه تمام اين اجسامثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سيستم رادار خودروهاي پليس از ميان امواجمنعكس 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 رادارهابسيار 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
