海軍兵器系統概論 東吳大學軍事教育 全校選修 第４章 偵測子系統 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電 4.4 偵蒐裝備 雷達 雷達基本原理 天線及雷達波波套形成 雷達大部組成 雷達基本原理 ♦ 發出一段有指向性的電磁波到特定的方位 ♦ 如果該段電磁波被碰撞反射回來，即知道 在該方位有”東東” ♦ 計算發波到回波的時間差而得知道該東東 的距離 ♦ 那~~~要如何知道四週哪裏有東東？ 雷達 RADAR ♦ 雷達是什麼？可由其英文名稱來暸解 ♦ RADAR 是 RAdio Detection And Ranging 的縮寫，而中文的雷達，是該縮寫的直接音譯 Radio：指電磁波。 大部分的雷達，使用波長.
Download ReportTranscript 海軍兵器系統概論 東吳大學軍事教育 全校選修 第４章 偵測子系統 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電 4.4 偵蒐裝備 雷達 雷達基本原理 天線及雷達波波套形成 雷達大部組成 雷達基本原理 ♦ 發出一段有指向性的電磁波到特定的方位 ♦ 如果該段電磁波被碰撞反射回來，即知道 在該方位有”東東” ♦ 計算發波到回波的時間差而得知道該東東 的距離 ♦ 那~~~要如何知道四週哪裏有東東？ 雷達 RADAR ♦ 雷達是什麼？可由其英文名稱來暸解 ♦ RADAR 是 RAdio Detection And Ranging 的縮寫，而中文的雷達，是該縮寫的直接音譯 Radio：指電磁波。 大部分的雷達，使用波長.
海軍兵器系統概論 東吳大學軍事教育 全校選修 1 第４章 偵測子系統 4-1 基礎知識：偵蒐類別與目標資訊 4-2 基礎知識：能量與波 4-3 電磁波 4-4 偵蒐裝備：雷達、聲納、光電 2 4.4 偵蒐裝備 雷達 雷達基本原理 天線及雷達波波套形成 雷達大部組成 3 雷達基本原理 ♦ 發出一段有指向性的電磁波到特定的方位 ♦ 如果該段電磁波被碰撞反射回來，即知道 在該方位有”東東” ♦ 計算發波到回波的時間差而得知道該東東 的距離 ♦ 那~~~要如何知道四週哪裏有東東？ 4 雷達 RADAR ♦ 雷達是什麼？可由其英文名稱來暸解 ♦ RADAR 是 RAdio Detection And Ranging 的縮寫，而中文的雷達，是該縮寫的直接音譯 Radio：指電磁波。 大部分的雷達，使用波長 1 ~ 300厘米，亦即頻率 1~300 GHz 的電磁波。 • 電磁波波長可介於 10-6 到 107 米（公尺） – 厘米波：波長為數厘米的電磁波 5 雷達 RADAR Detection : 偵知。 指藉由接收物體反射回來的電磁波，來偵知物體 的存在 Ranging : 測距。 計算發波與回波的時間間隔，即可得知物體與我 之間的距離 R = cΔt/2。 ♦ 雷達，若以意譯，則為電磁波偵知測距儀 6 練習一下下…電達測距 從我發功到回來的功 一共是0.0002秒的時間 哇，有 R = cΔt/2 目標！ 所以目標到我是？ 我 是 電 達 天 線 3*108*0.0002/2公尺 也就是… 老大，30公里哦！ 看龜波氣 功… …… 本 雷 達 使 用 建 構 式 數 學 製 造 ， 請 耐 心 等 候 7 脈波雷達 脈波 pulse wave 脈波雷達參數 脈波雷達效能 8 脈波 pulse wave ♦ 什麼是脈波？ 不連續（間歇）的波，例如每１小時，有５分 鐘的波動 此５分鐘的波動其頻率可與脈波頻率無關 脈波可以是有規律的，也可以無固定規律 ♦ 為什麼脈波型的電磁波適合用於雷達？ 明確的發射時間與反射時間有利計算目標距離 ♦ 有沒有使用連續波來偵測的雷達？ 9 脈波雷達參數 ♦ PRT (脈波來復時) : 每隔多少時間會有一個脈波。 ♦ PRF (脈波來復頻) : 脈波出現的頻率，亦即單位時 間內有幾個脈波，PRF = 1/PRT ♦ PW (脈 波 寬 度) : 指脈波中，波動持續的時間 ♦ RT (停 止 時 間) : 指脈波中，沒有波動的時間 ♦ RF (發 射 頻 率) : 指波動的頻率 10 脈波雷達效能 ♦ 脈波寬度(PW)的影響 距離解析力： RRES = c PW/2 最近偵測距： RMIN = c PW/2 ♦ 脈波來復時(PRT)影響： 最遠可偵距離, RUNAMB = c PRT/2 = c/(2PRF). 天線Rotation Rate 旋轉率 11 最遠可偵距 Maximum Range 真實距離 Unambiguous Range 12 練習題又來了…哈哈哈 ♦ 某雷達使脈波資料如下： PW = 10微秒（毫=10-3 微＝10-6 奈＝10-9 ） RT = 1毫秒 ♦ 請問： 雷達的PRF為何？ 最遠可偵距離為何？ 距離解析力及最近偵測距為何？ 13 脈波雷達大部組成 同步器 發射機 收發轉 換器 電源 供應器 天線 複示器 接收機 14 4.4 偵蒐裝備 聲納 最早的聲納 聲納一般概念 工作原理 聲納類別 水中聲波的傳導 25 26 最早的聲納 ♦ 想想看，水下的聲音如何聽見？ ♦ 最早的水中聽音裝備 文西管：Leonardo da Vinci（1452-1519）記 錄於1490年把長管插入水中，聽到遠方船隻所 發出的聲音，後來人將之稱為文西管 ♦ 那不同來向的聲音呢？ 弄個各方向一支的管子 一戰時，多管組成的水中聽音器出現，成為聲 納前身 27 聲納 Sonar 一般概念 ♦ 聲納一詞，是英文 SONAR 的音譯。 ♦ SONAR是 SOund Navigation And Ranging 的縮寫，意為音響導航及測距 ♦ 聲納與雷達非常相似，只不過它是利用水 中聲波來通信、導航、偵測、與追蹤，而 雷達則是以電磁波來完成上述工作 28 聲納 Sonar 一般概念 ♦ 以水為聲波傳遞介質，受水質因素（鹽度、 溫層 、密度等）影響極大。 ♦ 水中聲學：以水中聲音傳導為內容的學問 音速／聲速 • 聲音在介質中傳播之速度。 • 音波可以在固體、液體或是氣體介質中傳播，介質 密度愈大，則音速愈快。 • 水中聲速約為空氣中的10倍 29 聲納的工作原理 ♦ 聲納基本上可分為被動式與主動式二種， 其工作原理概略如下： 被動式：「只聽不發」 • 收聽水中音波，來取得目標資訊 • 基本上無法測得目標距離 主動式：「發波後聽」 • 以聲納的發波機發出音響，然後收聽該音響的回音 • 可以測知目標方位、距離、大小、速度等資訊 30 聲納類別 ♦ 依裝設位置區分 舷裝聲納 舷外聲納 佈放聲納 ♦ 依音波頻率區分 音頻 超音波 ♦ 功能 目標偵測、測距、海底地形探勘、監聽等 37 水中聲波的傳導 ♦ 水中聲波的傳導方式影響聲納的效能 水中聲速 因溫度（T）、壓力（p）及鹽度（S）的改變 而不同，可以函式 fλ = c(T,p,S) 表示。其中 • T：溫度 Temperature，每昇高 10 C 約快 3 m/s • p：壓力 Pressure，每深100公尺 約快 1.7 m/s • S：鹽度 Salinity，每增加 1 ppt (part per thousand) 約快 1.3 m/s 深速： • 正深速、負深速 38 季節感溫層 溫躍層 深同溫層 深速圖 水 中 聲 速 因 海 水 溫 層 變 化 情 形 有温氣 區許 、 候 分多 鹽 和 為不 度 天 不同 ， 氣 同變 水 ， 的化 中 改 音， 聲 變 速或 速 海 層可 因 水 被此的 39 負深速、正深速與水面導管效應 負深速 聲波軌距：下彎 正深速 聲波軌跡：上揚 水面導管效應 40 陰影區與水中導管效應 陰影區 導管效應 41 4.4 偵蒐裝備 光電 頻譜 紅外光 雷射光 42 電磁波頻譜 Electromagnetic Spectrum M Radar 9 10 11 Infrared 12 微 波 m U H F -1 S H F -2 13 14 15 -3 光電 -4 -5 17 18 19 紫 外 光 可 見 光 E H F 16 -6 髮 絲 75μ X 射線 -7 -8 -9 -10 -11 - 原 子 0.55nm 43 紅外光 ♦ 特性： 波長比可見光長？短？ • 1 毫米到770奈米 • 位於紅光旁邊 具有很強的熱效應 穿透力比可見光強 ♦ 紅外光夜視 紅外光成像式 紅外光光源式 44 雷射光 LASER 45 雷射光 LASER 圖源 http://www.hk-phy.org/articles/laser/laser.html ♦ 兵器系統設計，唯一被選中的光電放射源 ♦ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的縮寫 ♦ 另稱為鐳射、激光 46 雷射光 LASER ♦ 特性： 頻寬窄、齊性高 (coherence) 能量強、用途廣 ♦ 現用的雷射源 氣體：氦-氖雷射、二氧化碳雷射… 寶石：紅寶石等 二極體：二極體雷射… 染料：染料雷射… 47 雷射光 LASER ♦ 雷射在軍事上的使用 有四種類別： 作為雷達波源 作為標定光源，導引 攻擊 作為能量武器，以高 能雷射摧毀目標 作為通訊媒介，傳遞 資料 48 雷射類別 ♦ 雷射依其對眼睛及皮膚的傷害性，現行分為幾個 類別 (Class)： 類別 類別 功率 第一類 Class 1 低 傷害性 無 管制 無 第二類 Class 2 低 需較長時間 低度 第三類 Class 3 中 眼睛不可直視 中 第四類 Class 4 高 對眼睛及皮膚均有傷害 (反射亦同)可能導致燃燒 高 49 備用原稿 電磁波頻譜 Electromagnetic Spectrum AM 100 FM Radar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 音頻 20-20k E L F 108 Infrared V L L F F M F H F 1m 微 波 V U H H F F S H F 紫 外 光 可 見 光 E H F 光電 頻率 23 1024 Gamma 射線 X 射線 波段 10-16 波長 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 地球 半徑 6366 km 海 浬 1852 m 髮 絲 75μ 原 子 0.55nm 電 子 2.8 fm50 ♦ abcdefghijklmnopqrstuvwxyz abcdefghijklmnopqrstuvwxyz ♦ ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 51