Sådan fungerer Radar

Radar er noget, der er i brug overalt omkring os, selvom det normalt er usynligt. Flyvekontrol bruger radar til at spore fly både på jorden og i luften, og også til at guide fly ind til glatte landinger. Politiet bruger radar til at opdage hastigheden ved at passere bilister. NASA bruger radar til at kortlægge Jorden og andre planeter, at spore satellitter og rumrester og hjælpe med ting som docking og manøvrering. Militæret bruger det til at opdage fjenden og til at guide våben.

Meteorologer bruger radar til at spore storme, orkaner og tornadoer. Du ser endda en form for radar i mange købmandsforretninger, når dørene åbnes automatisk! Naturligvis, radar er en yderst nyttig teknologi.

Når folk bruger radar, de forsøger normalt at opnå en af ​​tre ting:

• Registrer tilstedeværelsen af ​​et objekt på afstand - Normalt bevæger "noget" sig, som et fly, men radar kan også bruges til at opdage stationære objekter begravet under jorden. I nogle tilfælde, radar kan også identificere et objekt; for eksempel, den kan identificere den type fly, den har opdaget.
• Find en objekts hastighed - Det er grunden til, at politiet bruger radar.
• Kort noget - Rumfærgen og kredsende satellitter bruger noget, der hedder Syntetisk blænde radar at lave detaljerede topografiske kort over planeter og månes overflade.

Alle tre af disse aktiviteter kan udføres ved hjælp af to ting, du måske kender til fra hverdagen: ekko og Doppler skift . Disse to begreber er lette at forstå inden for lydområdet, fordi dine ører hører ekko og Doppler skifter hver dag. Radar gør brug af de samme teknikker ved hjælp af radiobølger.

I denne artikel, vi afslører radars hemmeligheder. Lad os se på lyd version først, da du allerede kender dette koncept.

1. Ekko
2. Doppler skift
3. Forståelse af radar

Ekko

Ekko er noget man oplever hele tiden. Hvis du råber ind i en brønd eller en kløft, ekkoet vender tilbage et øjeblik senere. Ekkoet opstår, fordi nogle af lydbølgerne i dit råb reflekterer fra en overflade (enten vandet i bunden af ​​brønden eller kløftens væg på den anden side) og rejser tilbage til dine ører. Tiden mellem det øjeblik du råber og det øjeblik, du hører ekkoet, bestemmes af afstanden mellem dig og overfladen, der skaber ekkoet.

Når du råber ind i en brønd, lyden af ​​dit råb bevæger sig ned af brønden og reflekteres (ekko) fra overfladen af ​​vandet i bunden af ​​brønden. Hvis du måler den tid, det tager for ekkoet at vende tilbage, og hvis du kender lydens hastighed, du kan beregne dybden af ​​brønden ret præcist.

Doppler skift

Doppler skift er også almindelig. Du oplever det sandsynligvis dagligt (ofte uden at vide det). Dopplerforskydning opstår, når lyd genereres af, eller afspejles i, et objekt i bevægelse. Doppler skift i det ekstreme skaber lydbomme (se nedenunder). Sådan forstår du Doppler -skift (du kan også prøve dette eksperiment på en tom parkeringsplads). Lad os sige, at der kommer en bil mod dig med 60 miles i timen (mph), og dens horn brager. Du vil høre hornet spille en "note", når bilen nærmer sig, men når bilen passerer dig, vil lyden af ​​hornet pludselig skifte til en lavere tone. Det er det samme horn, der giver den samme lyd hele tiden. Den ændring, du hører, skyldes Doppler -skift.

Her er hvad der sker. Det lydens hastighed gennem luften på parkeringspladsen er fast. For enkel beregning, lad os sige, at den er 600 mph (den nøjagtige hastighed bestemmes af lufttrykket, temperatur og fugtighed). Forestil dig, at bilen står stille, det er nøjagtigt 1 kilometer væk fra dig, og det tudrer sit horn i præcis et minut. Lydbølgerne fra hornet vil sprede sig fra bilen mod dig med en hastighed på 600 mph. Det, du vil høre, er en forsinkelse på seks sekunder (mens lyden kører 1 km ved 600 mph) efterfulgt af præcis et minuts lyd.

Lad os nu sige, at bilen bevæger sig mod dig i 60 mph. Det starter fra en kilometer væk, og tudrer på det i præcis et minut. Du vil stadig høre den seks sekunders forsinkelse. Imidlertid, lyden afspilles kun i 54 sekunder. Det er fordi bilen vil være lige ved siden af ​​dig efter et minut, og lyden i slutningen af ​​minuttet kommer øjeblikkeligt til dig. Bilen (fra førerens perspektiv) blærer stadig i hornet i et minut. Fordi bilen kører, imidlertid, minutets lyd bliver pakket i 54 sekunder fra dit perspektiv. Det samme antal lydbølger er pakket ned på en mindre tid. Derfor, deres frekvens øges, og hornetonen lyder højere for dig. Når bilen passerer dig og bevæger sig væk, processen vendes og lyden udvides til at fylde mere tid. Derfor, tonen er lavere.

Du kan kombinere ekko og doppler shift på følgende måde. Sig, at du sender en høj lyd ud mod en bil, der bevæger sig mod dig. Nogle af lydbølgerne hopper af bilen (et ekko). Fordi bilen bevæger sig mod dig, imidlertid, lydbølgerne bliver komprimeret . Derfor, lyden af ​​ekkoet vil have en højere tonehøjde end den originale lyd, du sendte. Hvis du måler ekkoens tonehøjde, du kan bestemme, hvor hurtigt bilen kører.

Mens vi er her om emnet lyd og bevægelse, vi kan også forstå soniske bomme. Sig, at bilen kørte mod dig med præcis lydens hastighed - 700 mph eller deromkring. Bilen blæser i hornet. De lydbølger, der genereres af hornet, kan ikke gå hurtigere end lydens hastighed, så både bilen og hornet kommer mod dig i 700 mph, så al den lyd, der kommer fra bilen, "stabler op". Du hører ingenting, men du kan se bilen nærme sig. I præcis samme øjeblik ankommer bilen, det samme gør al dens lyd, og den er HØJ! Det er et lydmæssigt boom.

Det samme fænomen sker, når en båd rejser hurtigere gennem vand, end bølger rejser gennem vandet (bølger i en sø bevæger sig med en hastighed på måske 5 mph - alle bølger rejser gennem deres medium med en fast hastighed). Bølgerne, som båden genererer, "stabler op" og danner den V-formede bue (vågne), som du ser bag båden. Buebølgen er virkelig en slags sonisk boom. Det er den stablede kombination af alle de bølger, båden har genereret. Vågnen danner en V -form, og vinklen på V styres af bådens hastighed.

Forståelse af radar

Vi har set, at ekko af en lyd kan bruges til at bestemme, hvor langt væk noget er, og vi har også set, at vi kan bruge ekkolets Doppler -skift til at bestemme, hvor hurtigt noget går. Det er derfor muligt at oprette en "lydradar, "og det er præcis hvad ekkolod er. Ubåde og både bruger ekkolod hele tiden. Du kunne bruge de samme principper med lyd i luften, men lyd i luften har et par problemer:

• Lyd rejser ikke særlig langt - måske højst en kilometer.
• Næsten alle kan høre lyde, så en "lydradar" ville helt sikkert forstyrre naboerne (du kan fjerne det meste af dette problem ved at bruge ultralyd i stedet for hørbar lyd).
• Fordi lydens ekko ville være meget svag, det er sandsynligt, at det ville være svært at opdage.

Radar bruger derfor radiobølger i stedet for lyd. Radiobølger rejser langt, er usynlige for mennesker og er lette at opdage, selv når de er svage.

Lad os tage et typisk radarsæt designet til at registrere fly under flyvning. Radarsættet tænder sin sender og skyder en kort, højintensitetsudbrud af højfrekvente radiobølger. Udbruddet kan vare et mikrosekund. Radarsættet slukker derefter sin sender, tænder modtageren og lytter efter et ekko. Radarsættet måler den tid, det tager for ekkoet at ankomme, samt ekkoets dopplerforskydning. Radiobølger kører med lysets hastighed, cirka 1, 000 fod pr. Mikrosekund; så hvis radarsættet har et godt højhastighedsur, det kan måle afstanden på flyet meget præcist. Ved hjælp af specielt signalbehandlingsudstyr, radarsættet kan også måle Doppler -skiftet meget præcist og bestemme flyets hastighed.

I jordbaseret radar, der er meget mere potentiel interferens end i luftbaseret radar. Når en politiradar skyder en puls ud, det ekko af alle slags objekter - hegn, broer, bjerge, bygninger. Den nemmeste måde at fjerne al denne slags rod på er at filtrere det ud ved at erkende, at det ikke er Doppler-skiftet. En politiradar leder kun efter Doppler-skiftede signaler, og fordi radarstrålen er tæt fokuseret, rammer den kun en bil.

Politiet bruger nu en laserteknik til at måle bilers hastighed. Denne teknik kaldes lidar , og den bruger lys i stedet for radiobølger. Se Hvordan radardetektorer fungerer for oplysninger om lidar -teknologi.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer radio
• Sådan fungerer radiospektret
• Sådan fungerer radardetektorer
• Sådan fungerer satellitter
• Sådan fungerer ubåde
• Sådan fungerer lufttrafikkontrollen
• Sådan fungerer krydstogtsraketter
• Hvordan fungerer bevægelsesfølende lys og tyverialarmer?
• Hvordan fungerer stealth -teknologi?