Номер 6.103, страница 144 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Радиолокация - номер 6.103, страница 144.

Условие.

6.103. Почему радиолокационная установка посылает радиосигналы в виде коротких импульсов длительностью $\tau$, следующих друг за другом через равные промежутки времени $t_0$ (рис. 6.20)?

Рис. 6.20

Решение.

Решение

Импульсный режим работы радиолокационной установки (РЛС) является ключевым для выполнения её основной задачи — обнаружения объектов и определения расстояния до них. Причины использования именно такого формата сигнала следующие:

Посылание радиосигналов в виде коротких импульсов длительностью τ

Во-первых, использование импульсов позволяет разделить во времени процессы передачи и приёма сигнала. РЛС, как правило, использует одну и ту же антенну для излучения мощного сигнала и для приёма очень слабого отражённого эхо-сигнала. Если бы сигнал излучался непрерывно, его огромная мощность не позволила бы приёмнику зафиксировать слабое эхо. Поэтому РЛС работает в цикличном режиме: в течение короткого времени $τ$ она излучает импульс, а затем в течение паузы ($t_0 - τ$) "слушает" эфир, ожидая возвращения отражённого сигнала.

Во-вторых, длительность импульса $τ$ определяет важные тактические характеристики радара. Разрешающая способность по дальности — это способность РЛС различать два объекта, находящихся на одной линии визирования, но на разном расстоянии. Минимальное расстояние между объектами, при котором они видны раздельно, равно $ \Delta R = \frac{c \cdot τ}{2} $, где $\text{c}$ — скорость света. Чем короче импульс (меньше $τ$), тем выше разрешающая способность. Кроме того, $τ$ определяет минимальную дальность обнаружения. Во время излучения импульса приёмник РЛС "ослеплён", и эхо от очень близкой цели может вернуться до того, как передатчик выключится. Эта "мёртвая зона" вокруг радара, или минимальная дальность, равна $R_{min} = \frac{c \cdot τ}{2}$.

Ответ:

Сигналы посылаются в виде коротких импульсов для того, чтобы можно было использовать одну и ту же антенну для передачи и приёма, разделяя эти процессы во времени. Кроме того, длительность импульса определяет разрешающую способность радара по дальности и его минимальную дальность действия.

Следование импульсов друг за другом через равные промежутки времени t₀

Период повторения импульсов $t_0$ (время от начала одного импульса до начала следующего) определяет главную характеристику дальности РЛС — максимальную дальность однозначного обнаружения. Для того чтобы расстояние до цели было определено корректно, отражённый от неё сигнал должен вернуться к антенне до того, как будет послан следующий импульс. Если эхо от далёкой цели придёт после отправки следующего импульса, система неверно рассчитает время задержки и, соответственно, расстояние. Максимальное время, которое есть у эха на возвращение, — это период $t_0$. За это время сигнал проходит путь "туда и обратно", равный $2R_{max}$. Следовательно, максимальная дальность обнаружения связана с периодом повторения формулой: $R_{max} = \frac{c \cdot t_0}{2}$. Регулярное повторение импульсов позволяет постоянно обновлять информацию об обстановке и отслеживать перемещение целей.

Ответ:

Импульсы следуют друг за другом через равные промежутки времени $t_0$ для того, чтобы установить максимальную дальность действия радара. Этот промежуток должен быть достаточным, чтобы эхо-сигнал от самой далёкой цели успел вернуться к приёмнику до излучения следующего импульса, что позволяет однозначно определить расстояние до цели.