레이더 작동 방식

레이더는 일반적으로 보이지 않지만 우리 주변에서 사용되는 것입니다. 항공 교통 관제사 는 레이더를 사용 하여 지상과 공중에서 비행기 를 추적 하고 부드러운 착륙을 위해 비행기를 안내합니다. 경찰은 레이더를 사용하여 지나가는 운전자의 속도를 감지합니다. NASA는 레이더를 사용하여 지구와 다른 행성을 매핑하고, 위성 과 우주 쓰레기 를 추적 하고 , 도킹 및 기동과 같은 작업을 돕습니다. 군대는 적을 탐지하고 무기를 안내하는 데 사용합니다.

기상학자는 레이더를 사용하여 폭풍, 허리케인 및 토네이도 를 추적 합니다. 문이 자동으로 열리면 많은 식료품점에서 레이더 형태를 볼 수도 있습니다! 분명히 레이더는 매우 유용한 기술입니다.

사람들이 레이더를 사용할 때 일반적으로 다음 세 가지 중 하나를 수행하려고 합니다.

이 세 가지 활동은 모두 일상 생활에서 익숙할 수 있는 두 가지 요소인 에코 및 도플러 이동을 사용하여 수행할 수 있습니다 . 귀는 매일 에코와 도플러 편이를 듣기 때문에 소리의 영역에서 이 두 가지 개념을 이해하기 쉽습니다 . 레이더는 전파를 사용하여 동일한 기술을 사용 합니다.

이 기사에서 우리는 레이더의 비밀을 알아낼 것입니다. 이미 이 개념에 익숙하기 때문에 먼저 사운드 버전을 살펴보겠습니다 .

 

내용물

1. 에코
2. 도플러 편이
3. 레이더 이해하기

에코 는 항상 경험하는 것입니다. 우물이나 협곡에 소리를 지르면 잠시 후에 메아리가 돌아옵니다. 에코는 외침의 일부 음파가 표면(우물 바닥의 물이나 반대쪽의 협곡 벽)에서 반사되어 귀로 다시 이동하기 때문에 발생합니다. 소리치는 순간과 메아리가 들리는 순간 사이의 시간 길이는 당신과 메아리를 생성하는 표면 사이의 거리에 의해 결정됩니다.

에코로 깊이 계산하기

우물에 소리를 지르면 소리가 우물을 따라 내려가 우물 바닥의 수면에 반사(메아리)됩니다. 에코가 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하고 음속을 알면 우물의 깊이를 상당히 정확하게 계산할 수 있습니다.

도플러 편이 도 일반적입니다. 당신은 아마도 그것을 매일 경험할 것입니다(종종 깨닫지 못한 채). 도플러 편이는 소리가 움직이는 물체에 의해 생성되거나 반사될 때 발생합니다. 극단적인 도플러 이동은 소닉 붐을 생성합니다 (아래 참조). 다음은 도플러 이동을 이해하는 방법입니다(빈 주차장에서 이 실험을 시도할 수도 있습니다). 시속 60마일(mph)로 다가오는 차가 있는데 경적을 울리고 있다고 가정해 보겠습니다. 차가 다가오면 경적이 하나의 "음표"를 연주하는 소리가 들리지만 차가 지나갈 때 경적 소리는 갑자기 낮은 음으로 바뀝니다. 항상 같은 소리를 내는 같은 호른입니다. 들리는 변화는 도플러 편이로 인해 발생합니다.

 

여기에 무슨 일이 일어납니다. 음속 주차장에서 공기를 통해 고정된다. 계산을 간단하게 하기 위해 600mph(정확한 속도는 공기의 압력, 온도 및 습도에 따라 결정됨)라고 가정해 보겠습니다. 차가 정지해 있고 정확히 1마일 떨어져 있고 정확히 1분 동안 경적을 울린다고 상상해 보십시오. 경적에서 나오는 음파는 시속 600마일의 속도로 차에서 사용자 쪽으로 전파됩니다. 듣게 되는 것은 6초 지연(사운드가 600mph로 1마일을 이동하는 동안)과 정확히 1분 분량의 사운드입니다.

이제 차가 60mph로 당신을 향해 움직이고 있다고 가정해 봅시다. 그것은 1마일 떨어진 곳에서 시작하여 정확히 1분 동안 경적을 울립니다. 여전히 6초 지연이 들립니다. 그러나 사운드는 54초 동안만 재생됩니다. 1분이 지나면 차가 바로 옆에 있고, 1분이 지나면 소리가 순간적으로 들리기 때문입니다. (운전자의 관점에서) 차는 여전히 1분 동안 경적을 울리고 있습니다. 하지만 차가 움직이기 때문에 1분의 소리가 당신의 관점에서 54초로 압축됩니다. 같은 수의 음파가 더 적은 시간에 압축됩니다. 따라서 주파수가 증가하고 혼의 음색이 더 높게 들립니다. 차가 당신을 지나쳐 멀어지면, 그 과정은 역전되고 소리는 더 많은 시간을 채우기 위해 확장됩니다. 그러므로,톤이 더 낮습니다.

다음과 같은 방식으로 에코와 도플러 시프트를 결합할 수 있습니다. 당신을 향해 다가오는 차를 향해 큰 소리를 낸다고 가정해 봅시다. 일부 음파는 자동차에서 반사됩니다(에코). 그러나 차가 당신을 향해 움직이기 때문에 음파가 압축 될 것 입니다. 따라서 에코의 소리는 보낸 원래 소리보다 높은 피치를 갖습니다. 에코의 피치를 측정하면 차가 얼마나 빨리 가고 있는지 알 수 있습니다.

소닉붐

우리가 여기에서 소리와 움직임이라는 주제에 대해 이야기하는 동안 우리는 소닉 붐도 이해할 수 있습니다. 차가 정확히 음속(시속 700마일)으로 당신을 향해 움직이고 있다고 가정해 봅시다. 차가 경적을 불고 있습니다. 경적에서 생성된 음파는 음속보다 더 빠를 수 없습니다. 따라서 자동차와 경적은 모두 시속 700마일로 다가오므로 자동차에서 나오는 모든 소리가 "겹쳐집니다". 아무 소리도 들리지 않지만 다가오는 차가 보입니다. 정확히 같은 순간에 차가 도착하고 모든 소리가 큽니다! 그것이 바로 소닉붐이다.

같은 현상은 보트가 파도가 물을 통과하는 것보다 더 빠르게 물을 통과할 때 발생합니다(호수의 파도는 약 5mph의 속도로 이동합니다. 모든 파도는 고정된 속도로 매체를 통과합니다). 보트가 생성하는 파도는 "쌓아 올려" 보트 뒤에 보이는 V자 모양의 뱃머리 물결(웨이크)을 형성합니다. 보우 웨이브는 실제로 일종의 소닉 붐입니다. 그것은 보트가 생성한 모든 파도의 누적된 조합입니다. 후류는 V자 모양을 이루며 V의 각도는 보트의 속력에 의해 제어됩니다.

우리는 소리의 반향이 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 결정하는 데 사용될 수 있다는 것을 보았고, 또한 물체가 얼마나 빨리 가고 있는지를 결정하기 위해 반향의 도플러 이동을 사용할 수 있음을 보았습니다. 따라서 "사운드 레이더"를 만드는 것이 가능하며 이것이 바로 소나 입니다. 잠수함 과 보트는 항상 소나를 사용합니다. 공기 중 소리에도 동일한 원칙을 사용할 수 있지만 공기 중 소리에는 몇 가지 문제가 있습니다.

따라서 레이더 는 소리 대신 전파를 사용합니다 . 전파는 멀리 이동하여 사람의 눈에 보이지 않으며 희미한 경우에도 쉽게 감지할 수 있습니다.

비행 중인 비행기를 감지하도록 설계된 일반적인 레이더 세트를 살펴보겠습니다. 레이더 세트는 송신기를 켜고 고주파 전파의 짧은 고강도 버스트를 발사합니다. 버스트는 마이크로초 동안 지속될 수 있습니다. 그런 다음 레이더 세트는 송신기를 끄고 수신기를 켜고 에코를 수신합니다. 레이더 세트는 에코가 도착하는 데 걸리는 시간과 에코의 도플러 이동을 측정합니다. 전파는 마이크로초당 약 1,000피트의 빛의 속도로 이동합니다. 따라서 레이더 세트에 좋은 고속 시계가 있으면 비행기의 거리를 매우 정확하게 측정할 수 있습니다. 특수 신호 처리 장비를 사용하여 레이더 세트는 도플러 이동을 매우 정확하게 측정하고 비행기의 속도를 결정할 수도 있습니다.

지상 기반 레이더에는 공중 기반 레이더보다 훨씬 더 많은 잠재적 간섭이 있습니다. 때 경찰 레이더 울타리, - 펄스 밖으로 촬영, 그것은 개체의 모든 종류의 오프 에코 브릿지 , 산, 건물. 이러한 모든 잡동사니를 제거하는 가장 쉬운 방법은 도플러 이동이 아님을 인식하여 필터링하는 것입니다. 경찰 레이더는 도플러 이동 신호만 찾고 레이더 빔이 밀접하게 집중되어 있기 때문에 한 대의 차량만 공격합니다.

경찰은 현재 레이저 기술을 사용하여 자동차의 속도를 측정하고 있습니다. 이 기술을 라이더(lidar )라고 하며 전파 대신 빛 을 사용합니다 . 라이다 기술에 대한 정보는 레이더 감지기 작동 방식 을 참조하십시오 .

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