رادار چيست؟
چکيده :

رادار يك سيستم الكترومغناطيسي است كه براي تشخيص و تعيين موقعيت هدف بكار مي رود . با رادار مي توان درون محيطي را كه براي چشم ،غير قابل نفوذ است ديد مانند تاريكي ،باران،مه.برف،غبار و غيره . اما مهمترين مزيت رادار توانايي آن درتعيين فاصله يا حدود هدف مي باشد .كاربرد رادارها در اهداف زميني ، هوايي،دريايي، فضايي و هواشناسي مي باشد.
امواج رادار چيزي است كه در تمام اطراف ما وجود دارد، اگر چه ديده نمي‏شود. اما مركز كنترل ترافيك فرودگاهها براي رديابي هواپيماها چه آنها كه بر روي باند فرودگاه قرار دارند و چه آنها كه در حال پرواز هستند، 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 ماهواره ‏ها 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 جنگ افزارهايشان از آن استفاده مي‏كنند.

هواشناسان براي شناسايي طوفانها، تندبادهاي دريايي و گردبادها از آن استفاده مي‏برند. شما حتي نوعي خاص از رادار را در مدخل ورودي فروشگاهها مي‏بينيد كه در هنگام قرار گرفتن اشخاص در مقابلشان، درب را باز مي‏كنند. بطور واضح مي‏بينيد كه رادار وسيله‏ اي بسيار كاربردي مي‏باشد.
استفاده از رادار عموماً در راستاي سه هدف زير مي‏باشد:
شناسايي حضور يا عدم حضور يك جسم در فاصله ه‏اي مشخص – عمدتاً آنچه كه شناسايي مي‏شود متحرك است و مانند هواپيما، اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسامي كه مثلاً در زيرزمين نيز مدفون شده ‏اند، نيز مي‏باشد. در بعضي از موارد حتي رادار مي‏تواند ماهيت آنچه را كه مي‏يابد مشخص كند، مثلاً نوع هواپيمايي كه شناسايي مي‏كند.
شناسايي سرعت آن جسم- دقيقاً همان هدفي كه پليس در بزرگراه‌ها براي كنترل سرعت خودروها از آن استفاده مي‏كند.
جابه‌جايي اجسام – شاتل‏هاي فضايي و ماهواره هاي دوار بر دور كره زمين از چيزي به عنوان رادار براي شناسايي حفره ‏هاي مجازي ، تهيه نقشه جزئيات زمين ، نقشه ‏هاي عوارض جغرافيايي سطح ماه و ديگر سيارات استفاده مي‏كنند.

مقدمه

خيالپردازي در بسياري از مواقع به حقيقت مي‌پيوندد. جالب است بدانيد که اختراع رادار هم در حقيقت همانند بسياري از اختراعات ديگر ريشه در يک داستان علمي - تخيلي دارد. واژه رادار که امروزه در سرتاسر دنيا کاربرد دارد، همانند راديو و تلويزيون يک اصطلاح بين المللي شده است. در واقع اختراع رادار از يک پديده فيزيکي و بسيار طبيعي به نام انعکاس گرفته شده است.
همه ما بارها و بارها بازگشت صدا را در مقابل صخره‌هاي عظيم تجربه کرده ا‌يم. نور خورشيد هم با استفاده از همين پديده است که از سوي ماه و در هنگام شب به ما مي‌رسد.
امواج راديويي و الکترومغناطيس نيز قابليت انعکاس و بازتاب دارند و رادار بر اساس همين خاصيت ساده بوجود آمد. ساده‌ترين رادارها در حقيقت از يک فرستنده و يک گيرنده راديويي بوجود آمدند. در ابتدا اين وسيله فقط قادر بود وجود شيء را اعلان کند و به هيچ وجه توانايي تشخيص اندازه و ويژه گي هاي ديگر آن را نداشت. بنابرين بشر در ساخت رادار نيز از طبيعت استفاده‌هاي فراوان و اساسي کرده و با تغييراتي جزئي براي خود وسيله ا‌ي سودمند ساخته است.

تاريخچه

نخستين بار در سال 1901 « هوگو ژرنسبارک » که او را «ژول ورن» آمريکايي مي‌نامند، در يک داستان علمي _ تخيلي ، آن را طرح ريزي کرد. در سال 1906 ، يک دانشجوي 23 ساله آلماني ، به نام « هولفس ير » دستگاهي ساخت که با اصول رادارهاي امروزي مي‌توانست امواجي را بسوي موانع بفرستد و بازتاب آنها را دريافت دارد. آزمايش اساسي ارسال امواج الکترومغناطيسي بسوي هواپيماهاي در حال پرواز ، بوسيله يک دانشمند فرانسوي به نام « پير داويد » انجام يافت. در آغاز جنگ دوم جهاني بود که تکنسينهاي انگليسي موفق شدند، نخستين مدلهاي راداري امروزي را بسازند. اما کار آنها يک مشکل اساسي داشت. امواج تا نقطه‌اي که مي‌خواستند نمي‌رسيد و تنها تا پنج هزار متر برد داشت.
به همين دليل يک فرانسوي ديگر به نام "موريس پونت" در سال 1930 موفق به اختراع دستگاهي جالب به نام "مانيترون" شد که امواج بسيار کوتاه راديويي را بوجود مي‌آورد و به همين دليل رادارهايي که به کمک اين وسيله تکميل شدند توانستند تا دهها کيلومتر بيش از رادار قبلي امواج را ارسال کنند. دستگاه اختراعي پونت در سال 1935 ابتدا در کشتي معروفي به نام نرماندي نصب شد و توانست آن را از خطر برخورد با کوههاي عظيم يخي شناور در اقيانوس محافظت کند و بدين ترتيب رادار علاوه بر استفاده وسيع در هوا ، سطح درياها را هم به تسخير خود در آورد.

مکانيسم عمل

همانطور که امواج دريا و امواج صوتي پس از رسيدن به مانعي منعکس مي‌شوند، امواج الکترومغناطيسي هم وقتي به مانعي برخورد کردند، بر مي‌گردند و ما را از وجود آن آگاه مي‌سازند. به کمک امواج الکترومغناطيسي نه تنها از وجود اجسام در فاصله دور باخبر مي‌شويم، بلکه بطور دقيق تعيين مي‌کنيم که ايا ساکن هستند يا از ما دور و يا به ما نزديک مي‌شوند. حتي سرعت جسم نيز بخوبي قابل محاسبه است. وقتي امواج منتشر شده از رادار ، به يک جسم دور برخورد مي‌کنند، به طرف نقطه حرکت بر مي‌گردند. امواج برگشتي توسط دستگاههاي خاص در مبدا تقويت مي‌شوند و از روي مدت رفت و برگشت اين امواج ، فاصله بين جسم و رادار اندازه گيري مي‌شود.

کاربردها
نظامي

درجنگ جهاني دوم زمانيکه رادار وارد صحنه نبرد شد، انگلستان پيگاههاي وسيعي را با رادار مجهز کرد و به اين ترتيب هواپيماهاي آلماني در کار خودشان دچار اختلال شدند. به عقيده بسياري از کارشناسان همين رادار بود که آلمان را علي رغم حمله‌هاي گسترده هوايي بر روي شهرهايي نظير لندن ، ناکام گذاشت. همچنين بسياري از زير دريايي هايي که تعداد زيادي از کشتيهاي حمل و نقل و ناوهاي جنگي متفقين را به قعر دريا مي‌فرستادند، با کمک رادارها شناسايي شدند و در عمليات گوناگون خود دچار شکست گرديدند.

رادارها حتي در توپخانه‌ها ، موشک اندازها و جنگ هاي زير درياييها نيز وارد عمل شدند و توجه قدرتهاي بزرگ تسليحاتي را ، حتي پس از شکست هيتلر و پايان جنگ جهاني به خودشان جلب کردند. اما صرف نظر از کاربردها نظامي، رادار خدمات صلح آميز بسياري را بري انسان امروزي در برداشته است. کاهش سوانح در مسافرت هاي دريايي و هوايي همگي مديون رادار هستند.

علمي

در حقيقت يکي از مهمترين کاربردهاي علمي رادار با آغاز عصر فضا بوجود آمد و بشر توانست براي اولين بار با کمک رادار به فضا دسترسي پيدا کند و حتي سطح سياره ها و اشکال گوناگون آنها را شناسايي کند. اين موفقيت سالها قبل از آن بود که سفينه ها بتوانند از سطح سيارات عکسبرداري کنند. بنابرين رادار علي رغم خرابي هاييکه با گسترده تر کردن جنگ ها به وجود آورد، توانست خدمات بسيار ارزنده اي را براي جامعه بشري به ارمغان آورد و انسان اين همه را مديون طبيعت بي ادعاست!

صنعتي وبازرگاني

شناسايي حضور يا عدم حضور يک جسم در فاصله ه‏اي مشخص – عمدتاً آنچه را که توسط رادار شناسايي مي‏شود متحرک مي باشد ( مانند هواپيما ) اما رادار قادر به شناسايي حضور اجسام که مثلاً در زير زمين نيز مدفون شده‏ اند، مي‏باشد. در بعضي از موارد حتي رادار مي‏تواند ماهيت آنچه را که مي‏يابد مشخص کند، مثلاً نوع هواپيميي که شناسايي مي‏کند. شناسايي سرعت آن جسم- دقيقاً همان هدفي که پليس از آن در بزرگراهها براي کنترل سرعت خودروها از آن استفاده مي‏کند.

مثالي از کاربرد رادار

حال بياييد در مورد نمونه اي واقعي از راداري كه براي شناسايي هواپيماهاي در حال پرواز بكار مي‏رود صحبت كنيم. سيستم رادار در ابتدا با روشن كردن فرستنده ، يك دسته موج راديويي متراكم در آسمان و در جهات مختلف پخش مي‏كند. اين ارسال براي چند ميكروثانيه صورت مي‏پذيرد، حال فرستنده خاموش شده و گيرنده سيستم رادار مترصد دريافت پژواك امواج كه به همراه اطلاعات حاصل از پديده داپلر نيز هستند مي‏ماند.
امواج راديويي با سرعتي معادل سرعت نور حركت مي‏كنند، تقريباً در هر ميكروثانيه 300 متر را در فضا طي مي‏كنند؛ حال اگر سيستم رادار مذكور داراي يك ساعت بسيار دقيق و قوي باشد، مي‏تواند با دقت بسيار بالايي موقعيت هواپيما را مشخص كند، با استفاده از روشهاي خاص پردازش سيگنال براي تحليل پديده داپلر بر روي موجهاي برگشتي مي‏توان به دقت سرعت هواپيما را مشخص كرد.
آنتن رادار ، يك دسته پالس امواج راديويي كوچك (اما قدرتمند) را با يك فركانس مشخص منتشر مي سازد. هنگامي كه امواج به يك جسم برخورد مي‏كنند منعكس شده و در اثر پديده داپلر فشرده ‏تر يا گسسته ‏تر مي‏شوند. همان آنتن وظيفه دريافت امواج منعكس شده را كه البته بسيار كمتر از امواج ارسالي هستند بر عهده دارد.
در رادارهاي زميني قضيه خيلي پيچيده‏تر از رادارهاي هوايي است، هنگامي كه يك رادار پليس به ارسال پالس موج راديويي مي‏پردازد بخاطر وجود اجسام بسيار در سر راهش مانند نرده‏ها، پلها، تپه ‏ها و ساختمانها پژواكهاي بسياري را دريافت مي‏دارد، اما از آنجايي كه تمام اين اجسام ثابت هستند به جزء خودروها مورد نظر، لذا سيستم رادار خودروهاي پليس ، از ميان امواج منعكس شده، فقط آنهايي را انتخاب مي‏كند كه در آنها پديده داپلر قابل شناسايي است،( آن هم به اندازه ‏‏اي كه جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد،) در ضمن آنتن اين رادارها بسيار 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. اين تكنولوژي به نام «ليدار» شناخته مي‏شود. در اين مدل بجاي امواج راديويي از اشعه نوري متمركز (يا همان ليزر) استفاده مي‏شود.

فضايي

جابجايي اجسام - شاتل‏هاي فضايي و ماهواره‏هاي دوار بر دور کره زمين از چيزي با عنوان رادار حفره‏ هاي مجازي براي تهيه نقشه از عوارض جغرافيايي سطح زمين ، ماه و ديگر سيارات استفاده مي‏کنند.

رادار در طبيعت

شايد رادار طبيعي بيشترين استفاده را براي خفاش دارد. چرا که اين پرنده شب پرواز ، داراي حس بينايي ضعيفي است و به کمک طبيعت راداري که دارد، مي‌تواند موانع دور و برخود را تشخيص دهد. خفاش هنگام پرواز فريادهاي ابر صوتي خاصي ايجاد مي‌کند که پس از برخورد با اجسام مختلف ، منعکس مي‌شود و به گوش خفاش مي‌رسد. بوسيله همين پژواک صداهاي ابر صوتي است که نوع مانع و فاصله آن را تشخيص مي‌دهد و طوري پرواز مي‌کند که از تصادم با آنها در امان باشد. بالنها و دلفينها نيز از همين پديده بازتاب استفاده مي‌کنند که در مورد بازتابهاي صوتي به آن "سونار" گفته مي‌شود

تشخيص وجود يک جسم توسط رادار چگونه انجام مي شود؟

رادار وسيله اي است که بطور رايج در همه جا استفاده مي شود . اما اغلب فعاليت اين وسيله از ديد ما پنهان است . درکنترل ترافيک هوايي از رادار براي تعيين موقعيت هواپيماها هم از روي زمين و هم در آسمان و همچنين کمک به آنها براي پيمودن مسير صحيح استفاده مي شود
. پليس از رادار براي بدست آوردن سرعت اتومبيل ها استفاده مي کند . ناسا از رادار براي ترسيم نقشه سطح کره زمين و ديگر سيارات ، همچنين براي تعيين موقعيت ماهواره ها و اجسام فضايي وهدايت سفاين خود استفاده مي کند. و در صنايع نظامي نيز رادار کاربردهاي وسيعي از جمله کشف نيروهاي دشمن و يا هدايت موشک دارد. هواشناسان از رادار براي رديابي و تعيين سرعت و موقعيت توفان ها ، تندبادها و توده هاي هوا بهره مي جويند و حتي شما مي توانيد نوعي از رادار را در ساختار دربهايي که به طور خودکار بروي شما گشوده مي شوند نيز بيابيد. پس همانطور که به نظر مي رسد رادار يک وسيله بسيار سودمند است.
جايي از رادار استفاده مي شود که غالبا يکي از اهداف زير مد نظر است :
• تشخيص وجود يک جسم در فواصل دور که معمولا اجسام در حال حرکت هستند . اما رادارها قادرند اجسام ثابت و حتي اجسامي که در زير خاک يا آوار مدفون شده اند را نيز تشخيص دهند. حتي در بعضي موارد رادارها مي توانند نوع جسمي را که کشف کرده اند مشخص کنند مثلا رادارهايي که در صنايع هوايي مورد استفاده قرار مي گيرند مي توانند نوع هواپيما را هم تشخيص دهند.
• تشخيص سرعت حرکت يک جسم که اين خاصيت رادارها دليل استفاده پليس از اين وسيله است .
• نقشه برداري از سطوح : برخي سفينه هاي فضايي و ماهواره ها مجهز به وسيله اي به اسم Synthetic Aperture Radar هستند که از آن براي تهيه نقشه هاي توپوگرافي از سطح سياره ها و اجسام فضايي ديگر استفاده مي کنند.
هر سه مورد از کاربردهاي بالا با بهره جويي از دو پديده فيزيکي که در زندگي روزمره شما هم به طور متعدد اتفاق مي افتد انجام مي شوند : پديده هاي صوتي اکو و داپلر ! مفهوم اين دو پديده صوتي براي شما براحتي قابل درک هستند زيرا گوشهاي شما هر روز اصوات اکو و داپلر را مي شنوند. رادار از اين دو پديده در غالب امواج صوتي استفاده مي کند.
ما در اين مقاله سعي داريم که که از رازهاي رادار پرده برداريم . ابتدا به توضيح پديده هاي اکو و داپلر مي پردازيم که شما با آن آشناتر هستيد.

اکو و داپلر

اکو پديده اي است که شما حتما آن را تجربه کرده ايد. اگر شما در داخل يک چاه يا يک دره فرياد بزنيد برگشت صداي خود را پس از چند لحظه خواهيد شنيد و دليل اين پديده اينست که برخي از امواج صوتي فرياد شما به سطحي ( مثلا بدنه چاه يا سطح آب در ته چاه و يا ديواره روبرويي شما در يک دره ) برخورد کرده و مجددا به سوي شما منعکس شده و به گوش شما مي رسد و شما مجددا آنها را مي شنويد. فاصله زماني بين احظه اي که شما فرياد زده ايد و لحظه اي که اکوي صداي خود را مي شنويد بستگي به فاصله بين شما و سطح منعکس کننده امواج دارد.
داپلر نيز يک پديده رايج است . شما حتما بارها آن را تجربه کرده ايد ( شايد بدون اينکه آن را درک کرده باشيد). اين پديده هنگامي اتفاق مي افتد که منبع صدا و يا منعکس کننده آن، يک جسم در حال حرکت باشد و اين پديده در نهايت منجر به توليد امواج سونيک مي شود . حال به توضيح اين پديده مي پردازيم .
تصور کنيد اتومبيلي که با سرعت 60 مايل در ساعت بسوي شما در حال حرکت است بوق خود را به صدا در مياورد . هنگامي که اتومبيل در حال نزديک شدن است صداي بوق آن هم بطور يکنواخت با نزديک شدن اتومبيل بلند تر مي شود اما هنگاهي که اتومبيل از مقابل شما عبور کرد صداي بوق بطور ناگهاني کم مي شود . در حالي که اين صداي يک بوق است که آن بوق هميشه يه صوت را توليد مي کند اما پديده داپلر باعث مي شود که شما صدا را اين گونه بشنويد.
چرا اين اتفاق مي افتد؟ سرعت صوت به شرط اينکه هوا ساکن باشد تقريبا در همه جا ثابت و حدود 600 مايل بر ساعت است. (سرعت دقيق آن بستگي به فشار و رطوبت هوا و دما دارد( .
تصور کنيد اتومبيل متوقف است و دقيقا يک مايل با شما فاصله دارد و به مدت يک دقيقه بطور مداوم بوق مي زند. امواج صوتي منتشر شده توسط بوق با سرعت 600 مايل بر ساعت به سمت شما حرکت مي کنند و شما صداي بوق را با 6 ثانيه تاخير خواهيد شنيد. (زيرا 6 ثانيه طول مي کشد تا امواج با سرعت 600 مايل برساعت مسافت يک مايلي بين بوق و شما را طي کنند(

حالا اجازه دهيد تصور کنيم که اتومبيل با سرعت 60 مايل بر ساعت به سمت شما حرکت مي کند . مبدا حرکت اتومبيل مسافت يک مايلي شماست و به مدت يک دقيقه تمام هم بطور مداوم بوق مي زند. شما باز هم صدا را با 6 ثانيه تاخير خواهيد شنيد اما اينبار به نظر شما اتومبيل فقط 54 ثانيه بوق مي زند. اين بدين خاطر است که اتومبيل پس از يک دقيقه دقيقا مقابل شما خواهد بود و صدا در اين لحظه بلا فاصله و بدون هيچ تاخيري به شما مي رسد. اتومبيل (از ديدگاه راننده آن ) يک دقيقه کامل بطور مداوم بوق زده است زيرا او نيز همراه با اتومبيل در حال حرکت بوده و صدا بدون تاخير به گوش او رسيده است . اما در جايگاه شما امواج صوتي که در طول يک دقيقه توليد شده است در 54 ثانيه فشرده مي شود. در واقع تعداد يکساني از امواج صوتي در مقدار کمتري از زمان بسته بندي شده اند. بنابراين فرکانس آنها افزايش يافته و شما با صدايي بلندتر از صداي واقعي آن را خواهيد شنيد. اما هنگامي که اتومبيل از مقابل شما عبور کرد همه اين وقايع بصورت برعکس تکرار مي شوند و مقدار يکسان صوت در مدت زمان بيشتري انتشار مي يابد در نتيجه فرکانس کاهش مي يابد و شما صداي آهسته تري از حد واقعي را خواهيد شنيد.
شما مي توانيد ترکيبي از اکو و داپلر را بصورت زير تجربه کنيد :
يک صداي بلند را به سمت اتومبيلي که بسوي شما در حرکت است ارسال کنيد. برخي از امواج اين صوت به اتومبيل برخورد کرده و به سمت شما منعکس مي شوند( اکو). اما چون اتومبيل به سوي شما در حال حرکت است امواج صوتي بازگشتي فشرده مي شوند بنابراين امواج بازگشتي فرکانس بيشتري از صدايي که شما ارسال کرده ايد را دارند. با انجام محاسباتي روي مقدارتفاوت فرکانس امواج ارسالي و بازگشتي ، مي توان سرعت اتومبيل را محاسبه نمود.

رادار ها چگونه کار مي کنند ؟‌

در قسمت قبل مشاهده کرديم که از پديده اکو مي توانيم براي تعيين فاصله يه شيء از يک محل مشخص استفاده کنيم همچنين مشاهده کرديم که با استفاده از ترکيب پديده هاي اکو و داپلر مي توانيم سرعت شيي را که به سمت ما مي آيد تعيين کنيم . بنابراين ما مي توانيم يک رادار صوتي داشته باشيم و اين دقيقا همان کاري است که سونار انجام مي دهد. زيردريايي ها و کشتي ها همواره از سونار استفاده مي کنند. دستگاه هاي سونار دقيقا طبق اصول انتشار صوت در هوا کار مي کنند اما استفاده از امواج صوتي چندين مشکل دارد:
• امواج صوتي برد کمي دارند و حداکثر پس از يک مايل نابود مي شوند.
• امواج صوتي را تقريبا همه مي توانند بشوند و بنابراين يک رادار صوتي مي تواند براي افرادي که در اطراف آن هستند مزاحمت زيادي ايجاد کند.( که البته مي توان اين مشکل را با استفاده از امواج فراصوتي بجاي امواج قابل شنيدن تا حد زيادي مرتفع کرد(
• امواج صوتي پس از اکو ضعيف مي شوند و اين، کشف و دريافت آنها را مشکل مي کند.
بنابراين در رادارها بجاي استفاده از امواج صوتي از امواج راديويي استفاده مي شود. امواج راديويي برد زيادي دارند ، توسط انسانها قابل حس نيستند و کشف و دريافت آنها حتي هنگامي که ضعيف هم شده اند براحتي امکان پذير است.
اجازه بدهيد عملکرد يک رادار را که براي کشف هواپيماهاي در حال پرواز طراحي شده است شرح دهيم . ابتدا مکانيزم ارسال در رادار فعال مي شود و امواج راديويي را با قدرت زياد و فرکانس بالا را به طرف هواپيما ارسال مي کند. مدت ارسال اين امواج در حد يک ميکروثانيه است. سپس مکانيزم ارسال در رادار غير فعال شده و مکانيزم دريافت فعال مي گردد و منتظر دريافت اکوي امواج ارسال شده مي ماند. سيستم رادار مدت زمان بين ارسال امواج و دريافت اکوي آنها را به دقت اندازه گيري مي کند. سرعت امواج راديويي برابر با سرعت نور و در حدود 1000 فوت در هر يک ميکروثانيه است . بنابراين اگر سيستم رادار از يک ساعت بسيار دقيق برخوردار باشد مي تواند مسافت هواپيما با رادار را بسيار دقيق اندازه گيري کند و اگر مجهز به يک سيستم ويژه پردازشگر امواج نيز باشد مي تواند امواج داپلر را به دقت بررسي کرده و سرعت هواپيما را به طور کاملا دقيق مشخص کند.
در رادارهاي زميني امکان مداخله امواج بسيار بيشتر از رادارهاي هوايي است .هنگامي که يک رادار پليس پالسي را ارسال مي کند امواج آن به هر شيئ که در مقابل آن باشد مانند: حفاظهاي جاده ، پل ها ، ساختمان ها ، کوه ها و ... برخورد کرده و اکو مي شوند. بهترين راه براي فيلتر کردن امواج بازگشتي اين است که بتوانيم امواج داپلر را از ميان ساير امواج تشخيص دهيم . رادارهاي پليس فقط امواج داپلر را مورد بررسي قرار مي دهند و چون اين امواج بطور دقيق روي يک اتومبيل خاص فکوس شده مي توانند سرعت آن اتومبيل را بدست آورند.
امروزه رادارهاي پليس از تکنولوژي ليزر براي بدست آوردن سرعت اتومبيل ها برخوردار گشته اند که اين رادار هاي ليزري را ليدار مي نامند. ليدار ها بجاي امواج صوتي از نور استفاده مي کنند.

اصول ونحوه عملکرد دستگاه رادار

چندين نوع رادار امروزه مورد استفاده قرار ميگيرند.از جمله مدلاسيون پيوسته يا Continuous Wave - CW مدلاسون فرکانس يا FM يا مدلاسون پالس (PM) .در بين اين چند مدل مدلاسيون مدلاسون پالس بيشتر از همه در ارتباطات و عمليات هاي نظامي مورد استفاده قرار ميگيرد.در اين مقاله وقتي که صحبت از رادار ميشود<منظور از نوع PM آن مي باشد.اساس رادار بر اين است که امواج انرژي دار پس از برخورد به هدف و موانع موجود در مسير خود منعکس شده وبه منبع خود برگشت مينمايند.موج برگشتي را اکو يا پژواک مينامند.برگشت امواج در رادار شبيه به برگشت صداست.بدين ترتيب که امواج صوتي با داشتن مقدار انرژي از منبع حرکت کرده و پس از برخورد به سطوح اجساممنعکس و توليد اکو ميکنند.اين در حاليست که صدا نوعي از امواج انرژي دار است.چون سرعت حرکت صوت ثابت است و مقدار آن تقريبا برابر 335 متر در ثانيه است ,پس مي توان مسافت موجود بين صدا و اکو را به طور تقريبي پيدا کرد, به اين صورت کهاگر مسافت زماني منبع صدا تا ديوار 4 ثانيه طول بکشد,چون سرعت حرکت صوت ثابت است مسافت برابر:
4*335=1340 . مسافت بين منبع صدا و سطح موجود برابر: 1340/2=675 متر مي باشد.

حال ببينيم کار رادار در سيستم PM چگونه هست؟

از دستگاه فرستنده امواج انرژي دار به صورت پاس ارسال مي شود,اين پالس ها پس از برخورد به مانع برگشته و بصورت اکو دريافت ميشوند.همانطوري که در مورد صدا گفته شد شخص صدا کننده بايد براي دريافت اکوي برگشتي بايد بگوش باشد در دستگاه رادار نيز براي دريافت اکو بايد عمل ارسال را در فرستنده قطع نمود . بدين جهت فرستنده در رادار به جاي ارسال سيگنال هاي ممتد پالس ميفرستد!تا بين پالس ها اگر اکو وجود داشت قابل دريافت باشد.دريافت اکو به مهني وجود مانع شيئي در ميدان برد رادار تفسير ميشود.در دستگاه هاي رادار به جاي استفادا هاز فرکانس هاي صوتي يا AF از فرکانس راديويي يا RF استفاده مي کنند.ولي طرز محاسبه فاصله به همان شکل محاسبه فرکانس صوتي است.
تصويري از رادار موشک هاک

سرعت امواج راديويي برابر 300000 کيلومتر در ثانيه است.يا 300 متر در يک ميليونم ثانيه مي باشد.چون براي ما مسافت منبع تامانع مورد نظر است پس بايد 300 تقسم بر 2 شود و يا 150 متر را در زمان رفو برگشت ضرب کنيم تا مسافت بدست بياييد .مثلا اگر اکوي امواج ارسالي پس از 10 ميکرو ثانيه برگردد ( دريافت شود) فاصله منبع تا هدف برابر 15010=1500 متر خواهد بود.

اين فاصله را اپراتور دستگاه رادار مي تواند به طور نظري روي اسکپ رادار خود مشاهده کند و موقعيت شيئي را نسبت به توقف گاه خود مشخص کند. پس ميتوان گفت که رادار فاصله را محاسبه و اسکپ آن فاصله را برحسب مايل يا يارد نشان ميدهد.پيدا کردن محل دقيق هدف زماني صورت ميگيرد که جهت انتن رادار براي قويترين اکو که از هدف منعکس ميشود توجيه شده باشد.يعني آنتن دقيقا در جهت هدف قرار بگيرد.مدارات موجود در رادار علاوه بر کشف وسايل پرنده مي توانند ارتفاع يا زاويه اشيا را نسبت به دستگاه تعيين کنند. اين مدارات را سيستم سنکرون رادار مي نامند .ارتفاع هواپيما را با زاويه ايي که آنتن با سطح افق ميسازد,تعيين ميگردد.جهت هواپيما يا شي پرواز کنده نيز نسبت به شمال تعيين مي شودزاويه بين شمال و آنتن را زاويه انحراف مينامند.

شرح مقدماتي دستگاه رادار

با توجه به عکس زير:
1-منبع تغذيه /2-اسکپ و تايمر /3-فرستنده /4-قسمت آر اف / 5-گيرنده

کليه اعمال رادار از تايمر شروع ميشوند و پس از اينکه در اين قسمت تک پالس ها ساخته ميشوند به مدلاتور و اسکپ ارسال ميشود.مدلاتور با پالس تايمر تحريک شده و يک پالس با ولتاژ زياد DC به نوسانساز رادار که لامپ مگنترون است اعمال مينمايد.اين پالس باعث ميشود که مگنترون شروع به نوسان کند و مقاديري انرزي RF از طرق دوپلکسر و موجبر(ويوگايد)به انتن رسده و ارسال ميگردد.
در انتهاي اين ارسال دوپلکسربراي دريافت تغيير وضعيت ميدهد.و دستگاه براي دريافت اکو منتظر ميماند!اکو هاي برگشتي به وسيله آنتن اخذ و از طريق موجبر به دوپلکسر و گيرنده ميرسند.گيرنده نيز با دريافت اکو يک پالس به اسکپ ميفرستد و اسکپ پالس اکو را با پالس اصلي که در تايمر ساخته شده بودمقايسه ميکند,تاخير بين ارسال پالس تايمر و پالس دريافت شده فاصله تا هدف را مشخص ميکند.

آشکارسازي فعاليت هاي انسان از پشت موانع با استفاده از پويانمايي سيگنال هاي رادار دوپلر

هااو لينگ، استاد دانشگاه تگزاس و شبها رم، دانشجوي دکترا، در تحقق بخشيدن به ديد اشعه ي X يک گام به جلو حرکت کردند. آن ها در حال تکميل سيستم هاي راداري هستند که مي توانند فعاليت هاي انساني را از پشت موانع آشکارسازي نموده و اين سيگنال ها را به تصاوير مجازي شبيه به بازي ويديئويي تبديل نمايند.
به گزارش سرويس علم و فناوري پايگاه اطلاع رساني صبا و به نقل از ساينس ديلي، لينگ در باره ي اين پروژه گفت: "چندين برنامه ي تحقيقاتي در مورد تصويربرداري از پشت ديوار در حال انجام مي باشد اما آن ها روي ساخت حسگرهاي سخت افزاري با بسياري از توانائي هاي مشخص تمرکز دارند. اين کار گران قيمت است. آنچه ما مي خواهيم در اين پروژه انجام دهيم اين است که اول بفهميم حرکات انسان چگونه در داده هاي راداري آشکار مي شود. سپس اين دانش را براي توليد تصوير يک انسان استفاده کنيم."
سيستم هاي راداري فرکانس راديويي مبتني بر دوپلر به ويژه براي دنبال کردن رد انسان هاي متحرک مناسب مي باشند. آن ها درهم ريختگي هاي پس زمينه را از اشياي ساکن جدا کرده و جزئيات کافي را جهت نمايش حرکات پوياي قسمت هاي مختلف بدن را به شکل "ميکرودوپلرها" ارائه مي دهند.
لينگ گفت: "يک انسان، پويايي حرکتي بسيار پيچيده اي دارد. هنگام راه رفتن، بازوها و پاها بسيار متفاوت از پيچ و تاب خوردن حرکت مي کنند و اين حرکات لطيف و ريز به صورت علائم منحصربفرد ميکرودوپلر ترجمه مي شوند."

سيگنال هاي راداري، سمت چپ، تبديل به پويانمايي فرد در حال راه رفتن، سمت راستي، مي شوند. در سيگنال هاي رادار، پيچ و تابي که حرکت کمتري دارد به رنگ نارنجي ضخيم تر مي باشد. بازوها و پاها که بيش تر حرکت مي کنندبه رنگ زرد نازک تر مي باشند.
لينگ و رم يک شبيه ساز رادار دوپلر مبتني بر فيزيک و با استفاده از داده هاي پويانمايي رايانه اي از حرکات انسان ساختند.سپس آن ها مشخصات مانع را در نمونه ي شبيه سازي ترکيب کردند. در نهايت، نتايج را با يک نمونه ي آزمايشي رادار دوپلر که از پيش توسعه داده شده بود با حرکات زنده ي انسان در وضعيت هاي ديد مستقيم و پشت موانع به لحاظ صحت بررسي کردند. چند تن از دانشجويان فارغ التحصيل پيشين و کنوني شامل يونگووک کيم، کرايگ کريستيانسون، نيک وايتلونيس و يانگ لي نيز در اين پروژه مشارکت داشتند.
رم گفت: "علائم ميکرودوپلر مي توانند ابزارهاي مهمي براي نظارت بر فعاليت هاي انسان در طول زمان هاي طولاني باشد. شبيه ساز رادار به ويژه يک وسيله ي قابل انعطاف و غير گران است که ما مي توانيم براي بهينه کردن پيکربندي هاي حسگر و الگوريتم هاي پردازش سيگنال از آن استفاده کنيم که براي توليد يک تصوير مجازي دقيق از انسان در پشت انواع مختلف موانع نياز مي باشد."
در نهايت، اين فن آوري کاربردهاي مهمي در عمليات جستجو و نجات، عمليات اجرايي قانوني و نظارت و مراقبت فيزيکي دارد.
منبع: http://forum.parsigold.com
/خ