रडार कैसे काम करता है

रडार एक ऐसी चीज है जो हमारे चारों ओर प्रयोग में है, हालांकि यह सामान्य रूप से अदृश्य है। हवाई यातायात नियंत्रण जमीन और हवा दोनों में विमानों को ट्रैक करने के लिए रडार का उपयोग करता है , और विमानों को सुचारू लैंडिंग के लिए मार्गदर्शन करने के लिए भी उपयोग करता है । मोटर चालकों की गति का पता लगाने के लिए पुलिस रडार का उपयोग करती है। नासा पृथ्वी और अन्य ग्रहों का नक्शा बनाने, उपग्रहों और अंतरिक्ष मलबे को ट्रैक करने और डॉकिंग और पैंतरेबाज़ी जैसी चीजों में मदद करने के लिए रडार का उपयोग करता है । सेना इसका इस्तेमाल दुश्मन का पता लगाने और हथियारों का मार्गदर्शन करने के लिए करती है।

मौसम विज्ञानी तूफान, तूफान और बवंडर को ट्रैक करने के लिए रडार का उपयोग करते हैं । जब दरवाजे अपने आप खुलते हैं तो आपको कई किराने की दुकानों पर राडार का एक रूप दिखाई देता है! जाहिर है, रडार एक अत्यंत उपयोगी तकनीक है।

जब लोग रडार का उपयोग करते हैं, तो वे आमतौर पर तीन चीजों में से एक को पूरा करने की कोशिश कर रहे होते हैं:

इन तीनों गतिविधियों को दो चीजों का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है जिनसे आप रोजमर्रा की जिंदगी से परिचित हो सकते हैं: इको और डॉपलर शिफ्ट । ध्वनि के क्षेत्र में इन दो अवधारणाओं को समझना आसान है क्योंकि आपके कान हर दिन प्रतिध्वनित होते हैं और डॉपलर शिफ्ट होते हैं। रडार रेडियो तरंगों का उपयोग करके उन्हीं तकनीकों का उपयोग करता है ।

इस लेख में, हम रडार के रहस्यों को उजागर करेंगे। आइए पहले ध्वनि संस्करण को देखें, क्योंकि आप पहले से ही इस अवधारणा से परिचित हैं।

1. गूंज
2. डॉपलर शिफ्ट
3. रडार को समझना

इको एक ऐसी चीज है जिसे आप हर समय अनुभव करते हैं। यदि आप किसी कुएं या घाटी में चिल्लाते हैं, तो प्रतिध्वनि एक क्षण बाद वापस आती है। प्रतिध्वनि इसलिए होती है क्योंकि आपके चिल्लाने की कुछ ध्वनि तरंगें एक सतह से परावर्तित होती हैं (या तो कुएं के नीचे का पानी या दूर की ओर घाटी की दीवार) और वापस आपके कानों तक जाती हैं। जिस क्षण आप चिल्लाते हैं और जिस क्षण आप प्रतिध्वनि सुनते हैं, उसके बीच की अवधि आपके और प्रतिध्वनि पैदा करने वाली सतह के बीच की दूरी से निर्धारित होती है।

गूंज के साथ गहराई की गणना

जब आप किसी कुएं में चिल्लाते हैं, तो आपके चिल्लाने की आवाज कुएं से नीचे जाती है और कुएं के तल पर पानी की सतह से परावर्तित (गूंज) होती है। यदि आप प्रतिध्वनि के वापस आने में लगने वाले समय को मापते हैं और यदि आप ध्वनि की गति जानते हैं, तो आप कुएं की गहराई की सही-सही गणना कर सकते हैं।

डॉपलर शिफ्ट भी आम है। आप शायद इसे रोजाना अनुभव करते हैं (अक्सर इसे साकार किए बिना)। डॉप्लर शिफ्ट तब होता है जब ध्वनि किसी चलती हुई वस्तु से उत्पन्न होती है, या उससे परावर्तित होती है। चरम पर डॉप्लर शिफ्ट सोनिक बूम बनाता है (नीचे देखें)। यहां डॉप्लर शिफ्ट को समझने का तरीका बताया गया है (आप इस प्रयोग को खाली पार्किंग में भी आजमाना चाह सकते हैं)। मान लीजिए कि एक कार आपकी ओर 60 मील प्रति घंटे (मील प्रति घंटे) की रफ्तार से आ रही है और उसका हॉर्न बज रहा है। कार के पास आते ही आप हॉर्न को एक "नोट" बजाते हुए सुनेंगे, लेकिन जब कार आपके पास से गुजरेगी तो हॉर्न की आवाज अचानक कम हो जाएगी। यह वही हॉर्न है जो पूरे समय एक ही आवाज करता है। आप जो परिवर्तन सुनते हैं वह डॉप्लर शिफ्ट के कारण होता है।

यहाँ क्या होता है। पार्किंग में हवा के माध्यम से ध्वनि की गति तय है। गणना की सादगी के लिए, मान लें कि यह 600 मील प्रति घंटे है (सटीक गति हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता से निर्धारित होती है)। कल्पना कीजिए कि कार स्थिर खड़ी है, यह आपसे ठीक 1 मील दूर है और यह ठीक एक मिनट के लिए अपना हॉर्न बजाती है। हॉर्न से निकलने वाली ध्वनि तरंगें कार से आपकी ओर 600 मील प्रति घंटे की गति से फैलेंगी। आप जो सुनेंगे वह छह सेकंड की देरी है (जबकि ध्वनि 600 मील प्रति घंटे पर 1 मील की यात्रा करती है) इसके बाद ठीक एक मिनट की ध्वनि होती है।

अब मान लीजिए कि कार आपकी ओर 60 मील प्रति घंटे की रफ्तार से बढ़ रही है। यह एक मील दूर से शुरू होता है और ठीक एक मिनट के लिए अपने हॉर्न को थपथपाता है। आप अभी भी छह सेकंड की देरी सुनेंगे। हालाँकि, ध्वनि केवल 54 सेकंड के लिए चलेगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक मिनट के बाद कार आपके ठीक बगल में होगी, और मिनट के अंत में ध्वनि आपको तुरंत मिल जाएगी। कार (चालक के नजरिए से) अभी भी एक मिनट के लिए अपना हॉर्न बजा रही है। क्योंकि कार चल रही है, हालांकि, आपके दृष्टिकोण से मिनट की ध्वनि 54 सेकंड में पैक हो जाती है। ध्वनि तरंगों की समान संख्या कम समय में पैक की जाती है। इसलिए, उनकी आवृत्ति बढ़ जाती है, और सींग का स्वर आपको अधिक लगता है। जैसे ही कार आपके पास से गुजरती है और दूर जाती है, प्रक्रिया उलट जाती है और ध्वनि अधिक समय भरने के लिए फैलती है। इसलिए,स्वर कम है।

आप इको और डॉपलर शिफ्ट को निम्न तरीके से जोड़ सकते हैं। मान लें कि आप अपनी ओर बढ़ रही कार की ओर एक तेज़ आवाज़ भेजते हैं। कुछ ध्वनि तरंगें कार (एक प्रतिध्वनि) से उछलेंगी। क्योंकि कार आपकी ओर बढ़ रही है, तथापि, ध्वनि तरंगें संकुचित होंगी । इसलिए, आपके द्वारा भेजी गई मूल ध्वनि की तुलना में प्रतिध्वनि की ध्वनि का स्वर अधिक होगा। यदि आप प्रतिध्वनि की पिच को मापते हैं, तो आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि कार कितनी तेजी से जा रही है।

ध्वनि बूम

जबकि हम यहां ध्वनि और गति के विषय पर हैं, हम सोनिक बूम को भी समझ सकते हैं। मान लें कि कार ध्वनि की गति से आपकी ओर बढ़ रही थी - 700 मील प्रति घंटे या तो। कार हॉर्न बजा रही है। हॉर्न द्वारा उत्पन्न ध्वनि तरंगें ध्वनि की गति से अधिक तेज़ नहीं हो सकती हैं, इसलिए कार और हॉर्न दोनों 700 मील प्रति घंटे की गति से आपके पास आ रहे हैं, इसलिए कार से आने वाली सभी ध्वनि "स्टैक अप" हो जाती हैं। आप कुछ नहीं सुनते हैं, लेकिन आप कार को आते हुए देख सकते हैं। ठीक उसी क्षण कार आती है, इसलिए उसकी सारी आवाजें आती हैं और वह जोर से होती है! यह एक सोनिक बूम है।

एक ही घटना तब होती है जब एक नाव पानी के माध्यम से तेजी से यात्रा करती है, पानी के माध्यम से यात्रा करती है (झील में लहरें शायद 5 मील प्रति घंटे की गति से चलती हैं - सभी तरंगें एक निश्चित गति से अपने माध्यम से यात्रा करती हैं)। लहरें जो नाव "स्टैक अप" उत्पन्न करती हैं और वी-आकार की धनुष तरंग (जागने) बनाती हैं जिसे आप नाव के पीछे देखते हैं। धनुष लहर वास्तव में एक प्रकार का ध्वनि उछाल है। यह नाव द्वारा उत्पन्न सभी तरंगों का स्टैक्ड-अप संयोजन है। वेक एक वी आकार बनाता है, और वी का कोण नाव की गति से नियंत्रित होता है।

हमने देखा है कि ध्वनि की प्रतिध्वनि का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि कोई चीज कितनी दूर है, और हमने यह भी देखा है कि हम प्रतिध्वनि के डॉपलर शिफ्ट का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं कि कोई चीज कितनी तेजी से जा रही है। इसलिए "ध्वनि रडार" बनाना संभव है, और ठीक यही सोनार है। पनडुब्बियां और नावें हर समय सोनार का उपयोग करती हैं। आप हवा में ध्वनि के साथ समान सिद्धांतों का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन हवा में ध्वनि में कुछ समस्याएं हैं:

इसलिए रडार ध्वनि के बजाय रेडियो तरंगों का उपयोग करता है । रेडियो तरंगें दूर तक जाती हैं, मनुष्यों के लिए अदृश्य होती हैं और बेहोश होने पर भी इनका पता लगाना आसान होता है।

आइए उड़ान में हवाई जहाज का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया एक विशिष्ट रडार सेट लें। रडार सेट अपने ट्रांसमीटर को चालू करता है और उच्च-आवृत्ति वाले रेडियो तरंगों के एक छोटे, उच्च-तीव्रता वाले विस्फोट को शूट करता है। विस्फोट एक माइक्रोसेकंड तक रह सकता है। रडार सेट तब अपने ट्रांसमीटर को बंद कर देता है, अपने रिसीवर को चालू कर देता है और एक प्रतिध्वनि सुनता है। रडार सेट प्रतिध्वनि के आने में लगने वाले समय को मापता है, साथ ही प्रतिध्वनि के डॉपलर शिफ्ट को भी मापता है। रेडियो तरंगें प्रकाश की गति से चलती हैं, लगभग 1,000 फीट प्रति माइक्रोसेकंड; इसलिए यदि राडार सेट में उच्च गति की घड़ी अच्छी हो, तो यह हवाई जहाज की दूरी को बहुत सटीक रूप से माप सकता है। विशेष सिग्नल प्रोसेसिंग उपकरण का उपयोग करके, रडार सेट डॉपलर शिफ्ट को बहुत सटीक रूप से माप सकता है और हवाई जहाज की गति निर्धारित कर सकता है।

ग्राउंड-आधारित रडार में, वायु-आधारित रडार की तुलना में बहुत अधिक संभावित हस्तक्षेप होता है। जब एक पुलिस रडार एक पल्स को शूट करता है, तो यह सभी प्रकार की वस्तुओं - बाड़, पुलों , पहाड़ों, इमारतों से गूँजता है। इस तरह की सभी अव्यवस्थाओं को दूर करने का सबसे आसान तरीका यह है कि इसे यह पहचान कर छान लें कि यह डॉपलर-शिफ्ट नहीं है। एक पुलिस रडार केवल डॉपलर-शिफ्ट किए गए संकेतों के लिए देखता है, और क्योंकि रडार बीम कसकर केंद्रित है, यह केवल एक कार को हिट करता है।

पुलिस अब कारों की रफ्तार नापने के लिए लेजर तकनीक का इस्तेमाल कर रही है। इस तकनीक को लिडार कहा जाता है , और यह रेडियो तरंगों के बजाय प्रकाश का उपयोग करती है । लिडार प्रौद्योगिकी पर जानकारी के लिए देखें कि रडार डिटेक्टर कैसे काम करते हैं।

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