báo cáo cuối kì vật lí 2 SÓNG RADAR và ỨNG DỤNG

BÁO CÁO CUỐI KÌ
VẬT LÍ A2
Đề tài:

SÓNG RADAR và ỨNG DỤNG
Giảng viên hướng dẫn: Dương Thị Như Tranh

Lớp L18


1. Giới thiệu về radar
2. Nguyên lí hoạt động
3. Ứng dụng
4. Các yếu tố ảnh hưởng tới radar


1. Giới thiệu về radar
Radar là từ viết tắt của Radio Detection and Ranging, có nghĩa là dò tìm và định vj bằng sóng vô
tuyến. Đây là một hệ thống dùng để định vị, đo khoảng cách và lập bản đồ các vật thể.


Radar được một người Scotland Robert Watson-Watt (1892-1973) chế tạo ra.


Trong chiến tranh thế giới thứ II, radar được sử dụng chủ yếu trong quân sự. Sau đó, radar được
cải tiến rất nhiều và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: kiểm soát không lưu, theo dõi
thời tiết, thuật đo sao, và kiểm soát tốc độ đường…


2. Nguyên lí hoạt động
Radar hoạt động ở tần sô vô tuyến siêu cao tần, có bước sóng siêu cực ngắn, dưới dạng xung được phát theo một tần số

lập xung nhất định.
Radar sử dụng sóng điện từ, nhờ vào anten, sóng radar tập trung thành một luồng hẹp phát vào trong không gian. Trong
quá trình lan truyền, sóng radar gặp bất kỵ mục tiêu nào thì nó bị phản xạ trở lại. Tín hiệu phản xạ trở lại được chuyển
sang tín hiệu điện. Nhờ biết được vận tốc sóng, thời gian sóng phản xạ trở lại nên có thể biết được khoảng cách từ máy
phát đến mục tiêu.


Chỉ với một lượng nhỏ sóng phản xạ, tín hiệu radio có thể dễ dàng thu nhận và khuyếch đại.
Sóng radio có thể dễ dàng tạo ra với cường độ thích hợp, có thể phát hiện một lượng sóng cực
nhỏ và sau đó khuyếch đại vài lần. Vì thế radar thích hợp để định vị vật ở khoảng cách xa mà
các sự phản xạ khác như của âm thanh hay của ánh sáng là quá yếu không đủ để định vị.
Tuy nhiên, sóng radio không truyền xa được trong môi trường nước, do đó, dưới mặt biển, người
ta không dùng được radar để định vị mà thay vào đó là máy sonar dùng siêu âm.


3. Vai trò và Ứng dụng

Vai trò :radar đóng một vai trò quan trọng trong ngành hàng không và hàng hải,
trong dân sự lẫn quốc phòng. ứng dụng : radar được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực quan trọng như:


Trong quân sự: dùng radar để phát hiện tên lửa, máy bay, tàu…khi xâm nhập vào lãnh thổ để kịp thời ngăn chặn
bảo vệ chủ quyền an toàn quốc gia


Trong dự báo thời tiết: dự báo trước thời tiết xấu như bão, mưa dông,… có thể tránh được những rủi
ro đáng tiếc, tránh được mất mác về người và tài sản
ngoài ra radar còn dùng:
Để đo áp suất các electrons ở tầng điện ly chính là mục tiêu của radar những electron này có thể phát

ra sóng radio, cường độ sóng dội lại sẽ đo dược số electron có khả năng phát xạ sóng radio từ đó tính
được áp suất.
Đo nhiệt độ các electron khi chuyển động sẽ mang theo nhiệt khi tín hiệu phát xạ dội lại sẽ chứa một
khoảng tần số phát gần với tần số của máy phát. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ chuyển động của các
electron cũng tăng radar sẽ hoạt động như một cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ của tầng điện ly


Đo tốc độ gió
Khi một electron di thoát ra khỏi một nguyên tử nó sẽ làm cho nguyên tử tích điện dương
Các ion ở thể khí này có nhiệt độ khác nhau
Hỗn hợp electron/ion này được gọi là một plasma và nó luôn luôn di chuyển (gió mà ta cảm nhận)
Do vậy radar phát xạ rời rạc (incoherent scatter radar) có thể đo được tốc độ gió…


4. Các yếu tố ảnh hưởng tới radar

1.

Các đặc tính của radar
sóng vô tuyến

-.
-.
-.
-.
-.

Xung năng lượng điện từ trường
Tần số 3000 – 10000 MHz
Di chuyển theo đường thẳng

Tốc độ tương đương ánh sáng
Dễ bị khúc xạ trong môi trường truyền


•

Căn cứ vào vận tốc di chuyển của sóng điện từ trường, người ta tính khoảng cách mục
tiêu: là khoảng ½ thời gian sóng di chuyển đến mục tiêu và trở về thiết bị thu phát.

•
-

Đơn vị thời gian được sử dụng là microsecond.
Sự di chuyển của sóng cũng giống sóng biển
Đặc tính sóng gồm: năng lượng, tần số, biên độ, tốc độ di chuyển, kiểu phân cực sóng.


Một số mô hình phát xạ sóng vô tuyến


1.2 Chùm sóng radar

-

Sóng được hội tụ lại theo cách đặc biệt thành chùm
Hình thành các búp sóng chính, búp sóng phụ
Năng lượng chính nằm ở búp sóng chính dọc theo trục của chùm tia.


Độ rộng chùm sóng radar

Đối với một mức công suất phát đã cho trước, búp sóng chính của chùm tia radar vươn
đến một khoảng cách xa hơn với độ tập trung công suất cao hơn trong độ rộng chùm tia
hẹp hơn.
Để tăng tối đa tầm phát hiện mục tiêu, năng lượng được tập trung thành chùm càng
hẹp đến mức tối đa có thể.
Độ rộng chùm tia phụ thuộc vào tần số hay bước sóng của năng lượng phát đi, thiết kế
ănten và kích thước của anten.


Trong thực tế xem xét liên quan tới việc phát hiện mục tiêu và
phân biệt mục tiêu, do vậy chỉ có độ rộng chùm tia theo chiều
ngang là thật hẹp, giá trị tiêu biểu được cho giữa 0.65 đến 2.0
độ.
Độ rộng chùm tia theo hướng thẳng đứng tương đối lớn, giá trị
độ rộng này vào khoảng 15 đến 30 độ



1.3. Ảnh hưởng mặt biển lên sóng radar

Sóng radar được phát đi ở gần vùng lân cận với
mặt biển, búp sóng chính của chùm tia radar
một cách tổng thể, nó bao gồm một số các búp
sóng rời nhau tạo thành trong không gian.

Hiện tượng này là kết quả của sự xuyên nhiễu
trực tiếp giữa các sóng radar được phát đi và các
sóng này được phản xạ từ phía mặt nước biển.

2. YẾU TỐ KHÍ QUYỂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐƯỜNG CHÂN TRỜI RADAR

2.1 Đường chân trời

Sự ảnh hưởng của khí quyển lên đường chân trời của radar là một yếu tố
khác mà ta không nên bỏ qua khi đánh giá khả năng phát hiện mục tiêu nào
đó và đặc biệt đó là các đường bờ biển.

Thông thường, sóng radar bị giới hạn trong việc ghi nhận lại tầm xa các đối
tượng nằm thấp nơi đường chân trời.

Tầm xa của đường chân trời tùy thuộc vào độ cao của anten và độ bẻ cong
sóng radar. Sự bẻ cong này gây ra bởi sự nhiễu xạ và khúc xạ. Sự nhiễu xạ là
đặc tính vốn có của sóng điện từ. Khúc xạ là tùy vào điều kiện khí quyển nào
đó.



2.2 Các yếu tố thời tiết ảnh hưởng sóng radar

Trong trường hợp có mưa, các phần tử nước trong mưa sẽ tác động làm phân tán và
suy hao. Sự phân bố lượng mưa có ảnh hưởng đến mức độ suy hao tín hiệu radar.


Nếu kích thước hình dạng hạt mưa có tỉ lệ đáng kể với bước sóng 3cm, thì sự
cản trở xung dội mạnh sẽ được sinh ra tán xạ suy hao. Nếu mục tiêu nằm
bên trong vùng có mưa, xung dội từ đó sẽ bị suy giảm và ảnh hưởng đến
tầm hoạt động radar.

Nếu có một trận bão mạnh, hình ảnh radar sẽ có khả năng bị xóa sạch vì
cường độ suy hao quá lớn.


Sương mù
Trong hầu hết các trường hợp có sương mù, các xung phản hồi radar không
thật sự chịu ảnh hưởng. Nhưng ở các vùng có sương mù dày đặc có thể khiến
cho sự suy hao đến tầm hoạt động của radar.
Mây
Hình dạng hạt nước tạo thành đám mây quá nhỏ để tạo ra sự đáp ứng đối với
tín hiệu ở bước sóng 3cm. Nếu có một lượng mưa trong đám mây, người khai
thác có thể thấy nó trên màn hình radar.