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平方反比定律和雷达

通过大卫先生|2016年1月4日

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牛顿的普遍引力定律 - 以及这种不同领域的许多其他关系,如电,磁,光,声音和辐射传播 - 符合逆平方法。该法律规定,强度与距离源的距离的平方成反比。

牛顿定律规定,宇宙中的任何两个物体都以一种力相互吸引,这种力与它们的质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。

同样,查尔斯库仑的法律量化了静电电荷的颗粒之间的静电吸引力或排斥。它指出,这些带电体之间的电力的大小与电荷的产品成正比,与它们之间的距离的平方成反比。

逆平面

在作用中的逆平方法:距离增加的磁通线总数是恒定的。磁通线的密度与距离源的距离的平方成反比,因为球体的表面积随半径的平方而来。因此场强与距离源的距离的平方成反比。

随着距离的距离的距离减少声强度也符合逆平方法,但由于各种原因,大型礼堂中观察到的效果更复杂。关闭房间中的声强度从20英尺到200英尺。将是100或20分贝。然而,这种巨大的损失是由混响的部分抵消。

在人类中间,20-dB滴剂似乎是响亮的四分之一。在低范围内,在感知体积中存在更大的损失,称为低音损耗。在礼堂,房间的尺寸和形状 - 包括天花板高度,墙壁和座椅纹理,占用者数量和其他因素 - 以复杂的方式结合创造最终效果。

这些定律和其他类似定律是类似的。替换几个词,它们是相同的。很容易看出,两个物体的效应随距离而减小,但为什么是指数2呢?

它是三维空间中简单几何的结果。如果我们像往常一样假定这两个物体是点源或球形物体,它们向各个方向发射的能量相等,那么这种能量就会以匀速前进的球壳的形式出现。能量的强度与壳的面积成反比,壳的面积随着时间的推移而增大,并且远离热源。

经过的距离(球体的半径)和能量强度(球体表面的面积,而不是体积)之间的数学关系可以用以下公式表示:

一个= 4πr2

这就是这些法律中广场的原因。

雷达(无线电探测与测距)是一种遵循平方反比定律的实体。它起源于海因里希·赫兹(Heinrich Hertz, 1857-1894)和其他19世纪后期的研究人员的工作,他们发现无线电波可以从固体物体反射。在第二次世界大战初期,英国电子工程师发明了探测穿越英吉利海峡的敌方飞机的方法,这一发现的意义得到了更充分的体现。

从那时起,雷达系统变得更加精密,并扩展到许多非军事应用。雷达能够提供有关物体的方位和距离的信息,由此可推断出它们的确切位置。此外,可以确定组成和形状,多普勒雷达可以确定一个物体的速度,以接近或远离观测者。

雷达方程式

雷达信号的接收功率是P的函数t=发射机功率,Gt=发射天线的增益Ar=接收天线有效孔径(面积),Gr=接收天线的增益,σ=目标的雷达横截面或散射系数,
F =模式传播因子,Rt=发射机到目标的距离,Rr目标到接收机的距离。当发射机和接收机处于同一位置时,Rt= R.r以及R项t²Rr²可以用R代替4.,其中r是范围。因此,收到的电源随着范围的第四个电源而下降。

这一信息是通过发射机-接收机组合获得的,通常在同一位置,通常在时间分配的基础上使用同一天线。电磁能量束瞄准感兴趣的物体。导电材料包括大多数金属、碳纤维、海水、不同程度的矿藏和相对潮湿的空气都具有高度的反射性,在雷达上表现良好。

发射信号的频率决定了接收图像的分辨率。早期的模型使用低频信号,因此只能成像大型物体。目前,厘米距离的信号能够识别小目标。

极化是雷达设备设计的一个重要因素。出于各种目的,极化可以是水平的,垂直,线性或圆形的。不同的偏振是适合单个反射的。例如,圆极化减少了雨的干扰,这对于恶劣天气恶劣的雷达辅助飞机导航至关重要。接收信号中的线性偏振表示感兴趣的金属对象,而随机偏振导致诸如空地接口的不规则表面。

虽然雷达信号强度服从反平方关系,但还有许多其他因素对信号有影响。如果信号通过的介质不是真空,就会有衰减,衰减量取决于材料和通过的距离。此外,虽然光束可以与地球表面平行,但在相当长的距离内,地球的球形形状是相关的。另一个变量是空气的折射率随高度和水分含量而变化。

由于反射信号随距离迅速衰减,最终降至噪声底限以下,信噪比变得至关重要。噪声可以是内部的,如在所有电子元件中产生的,也可以是外部的,如故意干扰或环境的,如热背景辐射。

信号处理的最近进步具有减少限制因素,包括发射和反射信号的噪声和部分屏障,并且可以预期额外的改进。

《华盛顿邮报》平方反比定律和雷达第一次出现在测试和测量提示。


提交:测试和测量提示


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