Импульсный режим работы радара создает частоту повторения

Цель урока: проконтролировать знания учащихся, полученные при изучении данной темы.

1. Организационный момент.

2. Выполнение контрольной работы.

Вариант – 1.

№ 1. Волна распространяется по поверхности воды в озере со скоростью 6 м/с. Найти период и частоту колебаний бакена, если длина волны 3 м.

№ 2. Возникает ли эхо в степи? Почему?

№ 3.Какой электроемкостью обладает колебательный контур, если он настроен в резонанс с радиостанцией, работающей на радиоволне 400 м. В колебательный контур радиоприемника

входит катушка индуктивностью 0,5 Гн.

№ 4. Импульсный режим работы радара создает частоту повторения импульсов равную 2000 Гц. Продолжительность одного импульса составляет 0, 9 мкс. Определить наибольшую и наименьшую удаленность объекта, который обнаруживает этот радар.

№ 5. Вычислить плотность потока электромагнитного излучения, если плотность энергии волны этого излучения 0,6·10-10Дж/м3.

Вариант – 2.

№ 1. Определить скорость распространения волн по поверхности воды, если известно, что за 10 с поплавок рыбака совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волн равно 1,2 м.

№ 2. Многократное эхо можно услышать в горах. Почему?

№ 3.Радиоприемник настроен в резонанс с электромагнитными колебаниями длина волны, которых равна 300 м. Найти емкость конденсатора колебательного контура, если индуктивность катушки 50 мкГн.

№ 4. Работающий в импульсном режиме радиолокатор излучает импульсы частотой 1500 Гц. Длительность отдельного импульса составляет 0,7 мкс. Определите наибольшее и наименьшее расстояние, на котором радиолокатор обнаружит цель.

№ 5. Определите плотность энергии электромагнитной волны, известно , что плотность потока излучения равна 7мВт/м2

Решения задач

Вариант -1

№ 1. Дано: Ѵ=6 м/с; λ= 3 м; T — ?; ν — ?

Решение. Ѵ=λ/T; T= λ/Ѵ; ν= Ѵ/λ; T= 3/6 = 0,5 c; ν= 6/3 = 2 Гц

№ 2. Нет, не возникает. Нет преграды от которой звук отразился бы.

№ 3. Дано: L= 0,5 Гн; λ= 400 м; с =3·108м/сж С- ?

Решение.T= 2π QUOTE ; T2= 4π2LC; C= T2/4π2L; T= λ/c;

T= 400/3·108= 1,3·10-6c; C= (1,3·10-6)-2/40·0,5= 0,9 пФ.

№ 4. Дано: ν= 2000Гц; t1= 0,9·10-6c; r- ?; R- ?

Решение. r= с t1/2; R= с t/2; t=1/ν; R= c/2ν;

r= 3·108·0,9· 10-6= 135 м; R= 3·108/2·2000 = 75 км.

№ 5 Дано: ω= 4·10-11Дж/м3; I -? I = ω ·c; I= 4·10-11·3·108= 12 мВт/м2.

Вариант – 2.

№ 1. Дано: t = 10 c; n = 20 кол.; λ= 1,2 м; Ѵ- ? T= t/n; Ѵ= λ/T; Ѵ= λ·n/T; Ѵ= 2,4 м/с.

№ 2. Звук неоднократно отражается от многих препятствий, которыми являются горы.

№ 3. Дано: L= 50·10-6Гн; λ= 300 м; С-?

Решение. T= 2π QUOTE ; T2= 4π2LC; T= λ/c; C= T2/4π2L; T= 1·10-6c; C= 507 пФ

№ 4. Дано: ν=1500 Гц; t1= 0,7·10-6c; r- ?; R- ? r= 3·108·0,7·10-6/2= 105 м; R= 100 км.

№ 5. Дано: I= 6 мВт/м2; ω-? I= ω c; ω = I/c; ω= 6·10-3/3·108 = 2·10-11 Дж/м3

Подведем итоги урока.

Домашнее задание: QUOTE 52, № 1013.

Импульсный радиолокатор

Импульсный радиолокатор

зондирующий импульс

отраженный сигнал

τ

Τ

Рисунок 2. Параметры импульсов в радиолокаторе

зондирующий импульс

отраженный сигнал

τ

Τ

Рисунок 2. Параметры импульсов в радиолокаторе

Импульсный радиолокатор — это радиолокационное устройство, которое излучает короткие мощные импульсы,
а между ними (во время так называемого интервала покоя) принимает эхо-сигналы.
В отличие от
радиолокатора непрерывного излучения,
передатчик импульсного радиолокатора выключен до момента окончания измерения.
Характерной особенностью этого метода является то, что зондирующие импульсы имеют очень малую длительность
(обычно их длительность составляет τ ≈ 0,1 … 1 мкс).
Между зондирующими импульсами имеются очень продолжительные паузы Τ >> τ,
которые называют интервалами приема (обычно Т ≈ 1 мс), как показано на Рисунке 2.
Дальности до отражающих объектов определяют путем
измерения времени запаздывания
эхо-сигнала, как показано на Рисунке 1 (для стационарных радиолокаторов) или сравнением характерных изменений
допплеровского спектра
эхо-сигнала со значениями для заданных дальностей, хранящимися в базе данных (для радиолокаторов, расположенных на быстро движущихся платформах).
Импульсные радиолокаторы, как правило, разрабатываются для больших дальностей целей и излучают сравнительно высокую импульсную мощность.

Важной отличительной особенностью по сравнению с другими методами радиолокации является необходимость
синхронизации во времени
всех процессов, происходящих в импульсном радиолокаторе.
Передний фронт излучаемого импульса определяет начало отсчета для измерения запаздывания эхо-сигнала.
Концом интервала запаздывания является момент достижения нарастающим фронтом эхо-сигнала своей вершины.
Задержки, возникающие при обработке сигнала, являются систематическими и должны учитываться при расчете дальности цели.
Случайные отклонения времени запаздывания влияют на
точность
импульсного радиолокатора.

Зондирующий сигнал

Форма зондирующего сигнала может быть математически описана следующим выражением:

s(t) = A(t)· sin[2πf(t)·t + φ(t)]

(1)

Рисунок 3. Частотный спектр последовательности прямоугольных импульсов вблизи несущей частоты f_tx

Рисунок 3. Частотный спектр последовательности прямоугольных импульсов вблизи несущей частоты f_tx

Функция A(t) описывает изменение амплитуды в зависимости от времени t, например, амплитудную модуляцию.
В простейшем случае передатчик включается на короткое время (длительностью τ),
а в остальное время остается в «выключенном» состоянии.
Поэтому A(t) = 1 во время излучения импульса и A(t) = 0 в остальное время.
Зависимость от времени определяется частотой повторения импульсов и
коэффициентом заполнения.
Поскольку радиолокационные отклики испытывают разнообразные, не поддающиеся точному учету, потери,
действительная амплитудная модуляция не несет особого смысла, за исключением переключающей функции (включение / выключение).
Огибающая частотного спектра периодической последовательности импульсов описывается функцией вида
(sin x)/x (Рисунок 3), которую иногда называют арочным синусом.
Основная часть излучаемой мощности (обратите внимание на логарифмический масштаб оси ординат)
находится в интервале частот B_HF = 2/τ в окрестности несущей частоты сигнала f_tx.

Частота повторения импульсов
f_PRF, длительность зондирующего импульса τ
и длительность интервала приема (Τ − τ) определяют показатели качества радиолокатора, например,
минимальную дальность действия
(зондирующий импульс должен полностью покинуть антенну) и
максимальная однозначно измеряемая дальность
(эхо-сигнал должен быть принят до момента излучения следующего зондирующего импульса).
Длительность зондирующего импульса τ
в основном определяет
разрешающую способность по дальности
ΔR импульсного радиолокатора, которая описывается выражением:

Чем короче зондирующий сигнал, тем ближе друг к другу могут находиться два отражателя,
которые тем не менее будут обнаруживаться как два отдельных объекта, а не как один протяженный объект.
Ширина спектра B_HF зондирующего сигнала увеличивается по мере уменьшения длительности импульса:

В случае простой модуляции импульса уменьшение его длительности ограничивает максимальную дальность действия радиолокатора.
В этих условиях энергия зондирующего сигнала E_p
может быть увеличена только за счет импульсной мощности P_S при заданном разрешении по дальности.
Для максимальной дальности определяющим фактором является энергия импульса, а не импульсная мощность:

Ep = Ps· τ = Pav· Τ =	Pav	где	Ep = энергия импульса; PS = излучаемая импульсная мощность; Pav = средняя мощность (за период зондирования).	(4)
fPRF

Значительное улучшение в такой ситуации может быть достигнуто за счет внутренней модуляции зондирующего импульса
(внутриимпульсной модуляции).
Соотношение между длительностью зондирующего импульса и длительностью импульса на выходе приемника определяется сжатием импульсов в приемнике.
Измерение координат нескольких отражателей, в том числе определение дальности до каждого из них,
может быть выполнено в течение длительности зондирующего импульса.

Функция φ(t) в выражении (1) описывает фазовый сдвиг всего сигнала.
Радиолокатор, в котором начальная фаза зондирующего сигнала известна или может быть вычислена, называют
полностью когерентным.
Если же известно текущее значение фазы, но начальное ее значение не известно,
то радиолокатор относят к одному из видов псевдокогерентных радиолокаторов.
Если начальная фаза полностью неизвестна (меняется хаотически), радиолокатор является некогерентным.
Функция φ(t) приобретает большое значение для случаев внутриимпульсной модуляции с кодированием (манипуляцией) фазы.

Эхо-сигнал (отраженный сигнал)

Обычно предполагают, что длительность зондирующего импульса и длительность отраженного эхо-сигнала равны.
Поэтому при расчетах, где фигурируют излучаемая мощность и мощность принятого сигнала (что имеет место в
фундаментальном уравнении радиолокации),
длительность этих сигналов можно опустить.

• B спектре:
  • могут возникать дополнительные гармоники на несущей частоте;
  • на несущую частоту могут быть наложены одна или несколько
    допплеровских частот.
• Может изменяться направление
  поляризации.
• Длительность эхо-сигнала не является постоянной и может существенно увеличиваться за счет
  интерференции сигналов,
  отраженных близко расположенными элементами цели (следовательно, имеющими отличия во времени запаздывания).

В итоге эхо-сигнал подвергается такому большому количеству влияний, что его форма рассматривается как неизвестная.
Тем не менее, оптимальные согласованные приемники или
согласованные фильтры
создаются путем использования нескольких параллельных каналов,
учитывающих возможные деформации сигнала.
Эти устройства обеспечивают максимально возможное отношение «сигнал — (шум + помеха)»
(В англоязычных источниках: Signal to Noise Plus Interference Ratio, SNIR).
С их выхода сигнал поступает на дальнейшую обработку.
При этом запоминается момент (положение на оси времени) максимального превышения сигналом шума как важный параметр,
идентифицирующий этот сигнал среди сигналов, принятых от других целей.

В общем случае ширина полосы приемника выбирается как можно более узкой для снижения уровня принимаемых нежелательных шумовых и помеховых колебаний.
В случае использования простого радиоимпульса ширина полосы приемника определяется соотношением B_HF = 1/τ.
Влияние шумов может быть также уменьшено за счет
накопления импульсов
в приемнике.
Это означает суммирование принятых импульсов в нескольких периодах зондирования.
Предполагается, что на протяжении интервала накопления (несколько периодов зондирования) цель остается неподвижной,
то есть задержка между импульсами будет постоянной и в каждом очередном периоде эхо-сигнал будет находиться на одном и том же месте на оси времени.
Шум имеет случайное распределение амплитуд и складываться будет со случайными фазами.
Поэтому результат его суммирования всегда будет меньше суммы накопленных эхо-сигналов.
Таким образом, за счет использования накопления улучшается отношение «сигнал — шум».

Построение, структурная схема

Синхронизатор

Модулятор

Передатчик

Антенный переключатель

Антенна

Приемник

Индикатор

Рисунок 4. Структурная схема моностатического импульсного радиолокатора

Рисунок 4. Структурная схема моностатического импульсного радиолокатора
(интерактивный рисунок)

Конструкция импульсного радиолокатора зависит от того находятся ли передатчик и приемник в одном месте
(совмещенный, моностатический радиолокатор) или оба эти компонента размещены в совершенно разных местах
(многопозиционный, бистатический радиолокатор).

Совмещенный импульсный радиолокатор, в дополнении к компактной конструкции, обладает тем преимуществом,
что важные для импульсного радиолокатора устройства синхронизации могут быть сосредоточены в центральном
блоке синхронизации.
Таким образом, внутренние задержки на переключающих устройствах могут быть малыми.
Сложная и дорогая
антенна радиолокатора
за счет применения антенного переключателя может использоваться как для излучения, так и для приема сигналов.

Недостатком является необходимость отключения высокочувствительного приемника при помощи
антенного переключателя
на время излучения зондирующего сигнала во избежание выхода его из строя под воздействием большой мощности передатчика.
В течение этого времени прием сигналов невозможен.

Описание блоков на блок-схеме:

В бистатическом импульсном радиолокаторе приемник имеет собственную антенну, находящуюся на удалении от передатчика.
Этим определяется преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости сложных мер защиты приемника от высокой мощности передатчика.
В простейшем случае сеть строится путем дополнения существующего моностатического радиолокатора новыми приемными пунктами.
Пример: метеорологический радиолокатор
Poldirad
в Оберпфаффенгофене (Oberpfaffenhofen), Германия (недалеко от Мюнхена).
Приемные антенны не являются остронаправленными: они должны обеспечивать прием с нескольких направлений одновременно.
Недостатком здесь является очень сложная синхронизация.
Одновременно с эхо-сигналами приемник должен принимать и прямой сигнал от передатчика.
По этому сигналу и известному расстоянию до передатчика может быть сформирован сигнал синхронизации.
Основным применение бистатической схемы в военном деле являются
загоризонтные радиолокаторы.

Пассивные радиолокаторы
являются разновидностью бистатических радиолокаторов.
В них используются различные высокочастотные излучения (радио- или телевещание, импульсные радиолокаторы).
В пассивных радиолокаторах положение цели рассчитывается на основе разницы между временем прихода прямого сигнала
и дополнительным временем запаздывания отраженного сигнала.
Неоднозначность измерения устраняется путем непосредственного определения направления на цель по ее побочным излучениям или
путем синхронизации двух пассивных радиолокаторов, расположенных в разных местах.

Применение

Импульсные радиолокаторы разработаны, в основном, для больших расстояний до целей.
Основным их применением все еще остается военная сфера.
Другими применениями являются
управление воздушным движением,
наблюдение за погодой
(особенно
осадками),
а также спутниковое дистанционное зондирование Земли.

МИНИСТЕРСТВО
образоваНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЁЖИ  РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

ГОУ СПО
«Бахчисарайский колледж
строительства, архитектуры и дизайна»

Утверждаю

Зам. директора по учебной работе

_______________/Зобенко С.Н./

«______»____________20____г.

Комплект
оценочных средств

по учебной дисциплине

физика

в рамках основной
профессиональной образовательной программы (ОПОП)
по специальности СПО

07.02.01 «Архитектура»;

08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»;

08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем
газоснабжения»;

54.02.01 «Дизайн (по отраслям)»

г. Бахчисарай, 2014
г.

Организация-разработчик:

ГОУ СПО
«Бахчисарайский колледж строительства, архитектуры и дизайна»

Разработчик:

Гапеенко Н.А., преподаватель ГОУ
Бахчисарайский колледж строительства, архитектуры и дизайна. г. Бахчисарай;

Одобрено на заседании цикловой комиссии специальных дисциплин № 1
«Общеобразовательных дисциплин математической и естественно-научной
направленности»

         Протокол № ______ от  «______» __________________ 2014
г.

         Председатель цикловой комиссии _______________ /Боровская Е.А./

1. Общие положения

Контрольно-оценочные
средства (КОС) предназначены для контроля и оценки образовательных достижений
студентов.

КОС включают
контрольные материалы для проведения текущего контроля и промежуточной
аттестации в форме экзамена

КОС разработаны, на основе ФГОС
СПО по специальностям:

07.02.01
«Архитектура»;

08.02.01
«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»;

08.02.08 «Монтаж и
эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»;

54.02.01 «Дизайн (по
отраслям)»

2. Результаты освоения дисциплины, подлежащие
проверке

1.1.
В результате аттестации по учебной дисциплине осуществляется комплексная
проверка следующих умений и знаний, а также динамика формирования общих
компетенций:

Таблица 1.1

3. Оценка освоения  умений и знаний учебной
дисциплины.

Предметом
оценки служат умения и знания, предусмотренные ФГОС по дисциплине физика,
направленные на формирование общих и профессиональных компетенций.

Таблица 2.

Умения

Знания

Бал-лы

Практические работы

У.1. Описывать и объяснять физические явления и свойства тел

У.2. Делать выводы на основе экспериментальных данных

У.3. Приводить примеры практического использования физических знаний

У.4. Применять полученные знания для решения физических задач

У.5. Измерять ряд физических величин, представляя результаты измерений с учетом их погрешностей

З.1. смысл физических понятий

З.2. смысл физических величин

З.3. смысл физических законов

З.4. Вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие науки

ЛР № 1

Измерение показателя преломления стекла.

+

+

+

+

+

2,5

ЛР № 2

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы.

+

+

+

+

2,5

ЛР № 3

Измерение длины световой волны.

+

+

+

+

2,5

ЛР № 4

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

+

+

+

+

+

2,5

К 1

Контрольная работа по теме «Электромагнитные волны»

+

+

+

+

+

+

+

5

К 2

Контрольная работа по теме «Световые волны»

+

+

+

+

+

+

5

К 3

Контрольная работа по теме «Световые кванты»

+

+

+

+

+

+

5

К 4

Контрольная работа по теме «Атомная физика и физика атомного ядра»

+

+

+

+

+

+

5

4. Материалы для текущей проверки и оценки знаний и
умений

Контрольные работы.

Контрольная работа №1 «Электромагнитные волны»

Вариант – 1.

№
1. Волна распространяется по поверхности воды в озере со скоростью 6 м/с. Найти
период и частоту колебаний бакена, если длина волны 3 м.

№
2. Возникает ли эхо в степи? Почему?

№
3.Какой электроемкостью обладает колебательный контур, если он настроен в
резонанс с радиостанцией, работающей на радиоволне 400 м. В колебательный
контур радиоприемника входит катушка индуктивностью 0,5 Гн.

№
4. Импульсный режим работы радара создает частоту повторения импульсов равную
2000 Гц. Продолжительность одного импульса составляет 0, 9 мкс. Определить
наибольшую и наименьшую удаленность объекта, который обнаруживает этот радар.

№
5. Вычислить плотность потока электромагнитного излучения, если плотность
энергии волны этого излучения 0,6·10-10Дж/м3.

Вариант – 2.

№ 1. Определить
скорость распространения волн по поверхности воды, если известно, что за 10 с
поплавок рыбака совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними
гребнями волн равно 1,2 м.

№
2. Многократное эхо можно услышать в горах. Почему?

№
3.Радиоприемник настроен в резонанс с электромагнитными колебаниями длина
волны, которых равна 300 м. Найти емкость конденсатора колебательного контура,
если индуктивность катушки 50 мкГн.

№
4. Работающий в импульсном режиме радиолокатор излучает импульсы частотой 1500
Гц. Длительность отдельного импульса составляет 0,7 мкс. Определите наибольшее
и наименьшее расстояние, на котором радиолокатор обнаружит цель.

№
5. Определите плотность энергии электромагнитной волны, известно , что
плотность потока излучения равна 7мВт/м2

Решения задач

Вариант -1

№
1. Дано: Ѵ=6 м/с; λ= 3 м; T – ?; ν – ?

Решение.
Ѵ=λ/T; T= λ/Ѵ; ν= Ѵ/λ; T= 3/6 = 0,5 c; ν= 6/3 = 2 Гц

№
2. Нет, не возникает. Нет преграды от которой звук отразился бы.

№
3. Дано: L= 0,5 Гн; λ= 400 м; с =3·108м/сж С- ?

Решение.T=
2π QUOTE   ; T2= 4π2LC; C= T2/4π2L; T= λ/c;

T=
400/3·108= 1,3·10-6c; C= (1,3·10-6)-2/40·0,5= 0,9 пФ.

№
4. Дано: ν= 2000Гц; t1= 0,9·10-6c; r- ?; R- ?

Решение.
r= с t1/2; R= с t/2; t=1/ν; R= c/2ν;

r=
3·108·0,9· 10-6= 135 м; R= 3·108/2·2000 = 75 км.

№
5 Дано: ω= 4·10-11Дж/м3; I -? I = ω ·c; I= 4·10-11·3·108= 12 мВт/м2.

Вариант – 2.

№
1. Дано: t = 10 c; n = 20 кол.; λ= 1,2 м; Ѵ- ? T= t/n; Ѵ= λ/T; Ѵ= λ·n/T; Ѵ= 2,4
м/с.

№
2. Звук неоднократно отражается от многих препятствий, которыми являются горы.

№
3. Дано: L= 50·10-6Гн; λ= 300 м; С-?

Решение.
T= 2π QUOTE   ; T2= 4π2LC; T= λ/c; C= T2/4π2L; T=
1·10-6c; C= 507 пФ

№
4. Дано: ν=1500 Гц; t1= 0,7·10-6c; r- ?; R- ? r= 3·108·0,7·10-6/2= 105 м; R=
100 км.

№
5. Дано: I= 6 мВт/м2; ω-? I= ω c; ω = I/c; ω= 6·10-3/3·108 =
2·10-11 Дж/м3

Контрольная работа №2.  «Световые волны»

Вариант 1.

1.
 Вычислить на каком расстоянии от линзы находится полученное изображение; если
собирающая линза имеет фокусное расстояние равное 10 см, а предмет удален от
линзы на 12 см.

2.
Двояковыпуклая стеклянная линза имеет радиусы кривизны R₁ = 50 cм и R₂ = 30 см, найти
оптическую силу и фокусное расстояние этой линзы.

3.
При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое
дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального и на расстоянии
1,8 м от решетки. Найти длину волны.

4.
Почему блестят воздушные шарики в воде?

5.
Постройте изображение в собирающей линзе, если расстояние от предмета до линзы

d
. Охарактеризуйте, полученное изображение.

Вариант 2.

1.
Найти фокусное расстояние двояковыпуклой линзы, если, изображение предмета,
расположенного на расстоянии 40 см от линзы получилось действительным и
увеличенным в 1,5 раза.

2.
Выпукло – вогнутая линза имеет радиусы кривизны поверхностей R₁ = 25 cм и R₂=
40 cм. Найти оптическую силу стеклянной линзы.

3.
Период дифракционной решетки 0,02 мм. Определить угол отклонения лучей с длиной
волны 0,55 мкм в спектре первого порядка, полученного с помощью дифракционной
решетки.

4.
Если смотреть на красные буквы через зеленое стекло, какого цвета будут буквы?

5.
Постройте изображение в двояковыпуклой линзе, если расстояние от предмета до
линзы d. Охарактеризуйте, полученное изображение.

Решение задач 1 и 2 вариантов

Вариант- 1.

1.
Дано: d= 0,12 м; F= 0,1 м; f- ?; 1/F= 1/d+1/f; f= d F/ d-F; f=0,053 м.

2.
R₁=0,5 м; R₂=0,3
м; n = 1,6; D- ?; D= (n-1) · (1/R₁+ 1/R₂); D= 0,6· QUOTE   = 3,2 дптр.

3.
Дано: d= 2·10-5м; L=1,8 м; S=0,036 м; k=1; λ-?

d
QUOTE   ; QUOTE   λ= QUOTE   ; λ = 4·10-7м

4.
Солнечный свет, падающий на пузырьки, испытывает на их поверхности полное
отражение и не проходит внутрь, отражаясь от них, как от зеркала.

5.
Изображение получается действительным, уменьшенным, перевернутым.

Вариант- 2.

1.
Дано: d=0,4 м, Г=1,5; F-?; 1/F= 1/d+ 1/f; Г=f/d; f= Г d; f=0,6 м; F = 0,24 м.

2.
Дано: R₁= 0,25 м; R₂= –
0,4 м; n=1,6; D-?; D=(n-1) (1/R₁ + 1/R₂); D=0,9 дптр.

3.Дано: d=2·10-5м; λ= 0,55·10-6м; k=1; d QUOTE   QUOTE   ; QUOTE   =0,0275; φ = 1⁰18’

4.
Через зеленое стекло. мы увидим черные буквы.

5.
Изображение получится мнимым, увеличенным, прямым.

Контрольная работа №3.  «Световые кванты»

Вариант 1.

1.
Определите энергию, массу и импульс фотонов, соответствующих наиболее длинным и
наиболее коротким волнам видимой части спектра.

2.
Какую энергию должен иметь фотон, чтобы обладать массой, равной массе покоя
электрона?

3.
Для света с длиной волны 500нм порог зрительного восприятия равен 2,1· 10ˉ¹³Дж.
Рассчитайте число фотонов, воспринимаемых глазом на пороге зрительного
восприятия.

4.В
каком случае давление света больше: при падении его на зеркальную поверхность
или на черную.

Вариант  2.

1.
Цезий освещают желтым монохроматическим светом с длиной волны 0,589 · 10ˉ6м.
Работа выхода электрона равна 1,7· 10ˉ¹⁹Дж.
Определите кинетическую энергию вылетающих из цезия фотоэлектронов.

2.
Определите скорость фотоэлектронов при освещении калия фиолетовым светом с длиной
волны 4,4· 10ˉ⁷м, если работа выхода
Электронов с поверхности калия 1,92эВ.

3.
В опыте по фотоэффекту металлическая пластина освещалась светом с длиной волны
420нм. Работа выхода электрона с поверхности пластины равна 2 эВ. При какой
задерживающей разности потенциалов прекратится фототок?

4.
При горении кварцевых ламп в физиотерапевтическом кабинете поликлиники
ощущается запах озона. Почему?

Решение задач контрольной работы.

Вариант – 1.

1.
Дано: λ1= 7,6·10ˉ⁷м; λ₂ = 4 · 10ˉ⁷м;
с = 3· 10⁸м/с; Е1, Е₂, m1, m₂,
p1, р₂ – ?

Решение.
Е =h ν = QUOTE   ; E₁ = 2,6·10ˉ¹⁹ Дж; Е₂ = 5· 10ˉ¹⁹ Дж.

m
= E/c²; m₁ = 0,29·10ˉ³⁵ кг; m₂ = 0,55· 10ˉ³⁵ кг.

Р
= mc; P₁ = 0,87· 10ˉ²⁷
Нс; Р₂ = 1,65· 10ˉ²⁷ Нс

2.
Дано: m0 = 9,1· 10ˉ³¹ кг; с = 3· 10⁸м/с
; Е – ?.

Решение.
m = E/c²; Е = m0 c²; Е = 82· 10ˉ¹⁵ Дж.

3.
Дано: λ = 500нм= 5·10ˉ⁷м; Е = 2,1· 10ˉ¹³Дж; п –
?

Решение.
Е₁ = h ν; E₁ =
3,96· 10ˉ¹⁹Дж – энергия одного
фотона. Е – энергия всех фотонов. n = QUOTE   ; n = 53· 10⁴ –
число фотонов.

4.
При падении на черную поверхность фотоны не отражаются и их импульс меняется от
величины mc до нуля. При падении на зеркальную поверхность импульс фотонов
меняется от mc до – mc, так как свет отражается. Изменение импульса в этом
случае в 2 раза больше, поэтому и давление на зеркальную поверхность в 2раза
больше, чем на черную поверхность.

Вариант – 2.

1.
Дано: λ= 0,589· 10ˉ⁶м; А = 1,7· 10ˉ¹⁹Дж; ЕК- ?

Решение. QUOTE   = h ν – A = QUOTE  EK= 1,8· 10ˉ¹⁹ Дж.

2. Дано: λ= 4,2· 10ˉ⁷м; А = 1,92эВ = 3,1· 10ˉ¹⁹ Дж; Ѵ-?.

Решение.
QUOTE   Ѵ= QUOTE   ; Ѵ= 6· 10⁵м/с.

3.
Дано: λ= 420 нм =4,2·10ˉ⁷м; А= 2эВ= 3,2· 10ˉ¹⁹Дж; U₃— ?

Решение.
QUOTE   = h ν –A; QUOTE   = е U₃; e U₃= h ν – A; ν= c/λ ; U₃= QUOTE   = 0,95 В.

4.
Кварцевые лампы дают ультрафиолетовое излучение, лучи ультрафиолета, действуя
на кислород воздуха, образуют озон – О₃.

Контрольная работа №4.  «Атомная физика и физика
атомного ядра»

Вариант 1.

 1.
Найти время, за которое число атомов радия уменьшится в 4 раза. Период
полураспада радия 1600лет.

2.
Определить состав ядер изотопов кислорода: QUOTE  .

3.
Определите энергию связи изотопа лития: QUOTE  

4.
В археологических исследованиях «возраст» найденных предметов определяется по
содержанию изотопа некоторого химического элемента. По ядерной реакции
определите этот элемент, указав его заряд и массовое число.

5.
Среди всех частиц, которые используют для бомбардировки ядер, легче всего в
ядро проникает нейтрон. Почему?

Вариант 2.

1.
Найти время, за которое число атомов радона уменьшится в 5 раз. Период
полураспада радона 1 минута.

2.
Определить состав ядер изотопов урана: QUOTE  

3.
Какая энергия связи приходится на один нуклон в ядре атома кислорода

4.
Ядро изотопа магния QUOTE   подвергается бомбардировке протонами.
Ядро, какого элемента при этом образуется?

5.
В настоящее время можно осуществить вековую мечту алхимиков средневековья –
превратить ртуть в золото. Каким образом?

 Решения задач контрольной работы.

1 вариант.

1.
Дано: Т= 1600лет; n=4; t-?

Решение. N=N0∙2t/T; QUOTE   = QUOTE   ; 2t/T= QUOTE   ; QUOTE   ; t= QUOTE   = QUOTE  

2.
QUOTE  

3. Дано: Z=3; N=4; mp=1,00728
а. е. м.; mn=1,00866 а. е. м.; МЯ=7,01601 а. е. м.; с=3∙108м/с; EСВ-?

Решение.
EСВ= ∆Mc2=(Zmp+Nmn-MЯ) с2;

∆M=0,11∙10-27кг;
ЕСВ=0,99∙10-11Дж = 62 МэB.

4.
QUOTE   ; Z=6; A=14 – это данные углерода.

5.
Нейтроны не имеют заряда и имеют большую массу. Легко проникают в ядро (на них
не действует кулоновское отталкивание) и превращают его в ядро другого
элемента.

2 вариант

1.  Дано: Т= 1 мин; п=5; t-? Решение. N= N0∙2t/T; QUOTE   ; 2t/T= QUOTE   ; QUOTE   ; t= = 2,5 мин.

2. ; ;

3. Дано: Z=8; N=9;
mp=1,00728 а.е.м.; mn=1,00866 а. е. м.; МЯ=16,991 а. е. м.

с=3∙108м/с;
ЕСВ- ?

Решение.
EСВ= QUOTE   М с2=(Zmp+Nmn- MЯ)с2

∆M=0,26∙10-27кг;
ЕСВ=2,34∙10-11Дж = 146 МэB.

4.
QUOTE   ;

5.
QUOTE  

Лабораторные работы.

Лабораторная работа №1 Измерение показателя преломления
стекла.

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластина, линейка,
 угольник, блок питания, лампочка, экран со щелью, соединительные провода,
ключ.

Цель работы: Измерить показатель преломления оргстекла с помощью плоскопараллельной
пластины.

Теоретическое обоснование: Метод измерения показателя преломления с помощью
плоскопараллельной пластины основан на то, что луч, прошедший
плоскопараллельную пластину, выходит из нее параллельно направлению падения.
Проходя через пластину, пучок света испытывает двукратное преломление: сначала
на границе воздух-стекло, а затем на границе стекло-воздух. Согласно закону
преломления показатель преломления среды n=sinα/sinβ, где α – угол падения света на грань пластины из
воздуха в стекло, β – угол преломления светового пучка в стекле.

Источником света служит электрическая лампочка,
подключенная через ключ к источнику питания по нижеприведенной схеме. Узкий
световой пучок создается с помощью металлического экрана со щелью. Ширина пучка
может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.

Для того чтобы определить отношение синусов углов,
необходимо расположить пластину внутри круга так, чтобы одна из ее параллельных
граней совпадала с пунктирной линией. Эта линия указывает границу раздела сред
воздух-стекло. Затем тонким карандашом проводят линию вдоль второй грани,
которая укажет границу стекло-воздух. Не смещая пластины, на ее первую грань
направляют пучок света под каким-либо углом, так чтобы он вошел в пластину в точке
В. Вдоль падающего и вышедшего лучей ставят точки 1, 2, 3, и 4. Затем с помощью
угольника  строят прямоугольные треугольники АВЕ и СBD. Так как sinα=AE/AB, а sinβ=CD/BC и АВ=ВС,
так как это радиусы одной окружности, то формула для определения показателя
преломления примет вид n_пр =AE/DC, где n_пр – приближенное значение показателя
преломления. Длины отрезков АЕ и ДС необходимо измерить с помощью линейки.

Максимальную относительную погрешность ε измерения
показателя преломления определяют по формуле: , где
ΔАЕ и ΔDC – абсолютные погрешности измерения отрезков с помощью
линейки. Абсолютная погрешность измерения ΔА складывается из инструментальной
погрешности ΔА_и и погрешности отсчета ΔА_от: ΔА = ΔА_и +
ΔА_от.

В нашем случае  ΔА_и  = 1 мм и ΔА_от =
1 мм, следовательно ΔАЕ =ΔDC= 2мм. Максимальная абсолютная погрешность
определяется по формуле Δn=n_прε. Окончательный результат измерения показателя
преломления записывается так: n=n_пр±Δn

     Проведение работы:

1. Собрать схему, включить лампочку и получить тонкий
световой пучок.

2. Расположить пластинку внутри круга и отметить нижнюю
грань карандашом.

3. Направить световой поток под произвольным углом на точку
В.

4. Измерить показатель преломления стекла при этом угле
падения. Результаты измерения, расчеты и погрешности занести в таблицу1.

Таблица 1.

Измерено	Вычислено
АЕ, мм	DC, мм	nпр	ΔАЕ, мм	ΔDC, мм	ε, %	Δn

5. Повторить пункты 2, 3, 4 при другом угле падения
светового пучка.

6. Результаты занести  в следующую строчку таблицы.

7. Выключить лампочку, во избежание перенагрузки в сети.

8. Сравнить значения двух коэффициентов преломления с
учетом погрешностей по формулам и отобразить неравенства на оси:

n_1пр – Δn₁ < n₁ < n_1пр +Δn₁

n_2пр – Δn₂ < n₂ < n_2пр +Δn₂

9. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя
преломления от угла падения светового пучка.

Вывод:

           

Лабораторная работа №2 Определение оптической силы и
фокусного расстояния собирающей линзы.

Цель работы: определить фокусное расстояние и оптическую силу
собирающей линзы.

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника,
длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, содержащим
букву, источник тока, ключ, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

                Тренировочные задания и вопросы

1. Линзой называется _____
2. Тонкая линза – это _____
3. Покажите ход лучей после преломления в собирающей
   линзе.

1. Запишите формулу тонкой линзы.
2. Оптическая сила линзы – это _____      
            D= ______
3. Как изменится фокусное расстояние линзы, если
   температура ее повысится?
4. При каком условии изображение предмета, получаемое с
   помощью собирающей линзы, является мнимым?
5. Источник света помещен в двойной фокус собирающей
   линзы, фокусное расстояние  которой  F = 2 м. На каком
    расстоянии от линзы находится его изображение?
6. Постройте изображение в собирающей линзе.

            Дайте
характеристику полученному изображению.

                                Ход работы

1 Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к
источнику тока через выключатель.

2. Поставьте лампочку на один край стола, а экран –
у другого края. Между ними поместите собирающую линзу.

3. Включите лампочку и передвигайте линзу вдоль
рейки, пока на экране не будет получено резкое, уменьшенное изображение
светящейся буквы колпачка лампочки.

4. Измерьте расстояние от экрана до линзы в мм.
      d=

5. Измерьте расстояние от линзы до изображения в
мм.        f

6. При неизменном d повторите опыт еще 2 раза,
каждый раз заново получая резкое изображение.       f,  f

7. Вычислите среднее значение расстояния от
изображения до линзы.

     f       f  
    f= _______

8. Вычислите оптическую силу линзы  D  
     D

9. Вычислите фокусное расстояние до линзы.  
    F        F=

10. Результаты вычислений и измерений занесите в
таблицу.

№   опыта	f·10¯³,   м	f,     м	d,     м	D,      дптр	D,   дптр	F,     м

11. Измерьте толщину линзы в мм.    
  h= _____

12. Вычислите абсолютную погрешность измерения
оптической силы линзы по формуле:

      ∆D = ,    
  ∆D = _____

13. Запишите результат в виде
 D = D± ∆D       D = _____

Вывод:

Лабораторная работа №3 Измерение длины световой волны.

Цель
работы: экспериментальное
определение световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: Дифракционная решётка с периодом 1/100 мм или 1/50
мм,экран, линейка, источник света. Схема установки:

Вывод по проделанной работе:

Измерив экспериментально длину волн красного и фиолетового
света с помощью дифракционной решетки, мы пришли к выводу, что она позволяется
очень точно измерять длины световых волн.



Лабораторная работа №4 Наблюдение сплошного и линейчатого
спектров.

Цель работы: выделить основные отличительные признаки
сплошного и линейчатого спектров, наблюдать разного вида спектры.

Оборудование:

·        
Проекционный аппарат;

·        
спектральные трубки с
водородом, криптоном, неоном;

·        
источник питания;

·        
соединительные провода;

·        
стеклянная пластинка со скошенными
гранями;

·        
лампа с вертикальной нитью
накала;

·        
призма прямого зрения.

Указания к
работе

1. Расположите
пластинку горизонтально перед глазом. Сквозь грани, составляющие угол 45^о,
наблюдать сплошной спектр.

2.Выделить основные
цвета полученного сплошного спектра и записать их в наблюдаемой
последовательности.

3. Повторить опыт,
рассматривая сплошной спектр через грани, образующие угол 60^о.
Записать различия в виде спектров.

4.Наблюдать линейчатые
спектры водорода, криптона, неона, рассматривая светящиеся спектральные трубки
сквозь грани стеклянной пластины. Записать наиболее яркие линии спектров.
(Наблюдать линейчатые спектры удобнее сквозь призму прямого зрения).

5.Сделайте вывод.

6. Выполните следующие
задания:

a.      
На рисунках А, Б, В приведены
спектры излучения газов А и В и газовой смеси Б. На основании анализа этих
участков спектров можно сказать, что смесь газов содержит:

1.     
только газы А и В;

2.     
газы А, В и другие;

3.     
газ А и другой неизвестный газ;

4.     
газ В и другой неизвестный газ.

b.     
На рисунке приведен спектр
поглощения смеси паров неизвестных металлов. Внизу – спектры поглощения паров
лития и стронция. Что можно сказать о химическом составе смеси металлов?

1.     
смесь содержит литий, стронций
и еще какие–то неизвестные элементы;

2.     
смесь содержит литий и еще какие-то
неизвестные элементы, а стронция не содержит;

3.     
смесь содержит стронций и еще
какие-то неизвестные элементы, а лития не содержит;

4.     
смесь не содержит ни лития, ни
стронция.

5.
Контрольно-оценочные материалы  для аттестации по учебной дисциплине

1.1.Паспорт
КОМ

Форма
аттестации за второй семестр — экзамен

Рейтинг-план

Всего 100 баллов, из них

Текущие баллы – 91,6
баллов

СРС – 8,4 баллов

Форма проведения: тест

Значение 
рейтинговых баллов для отдельных видов учебной деятельности студента

07.02.01
«Архитектура»

№ пп	Вид учебной деятельности	Баллы	Максимум за семестр
1	Лабораторные и практические работы.	2,5	42,5
2	Самостоятельная работа	0,4	8,4
3	Посещаемость	0,2	16,8
4	Контрольные работы	5	15
5	Выполнение домашней работы	10	17,3
6	Премиальные баллы — высокое качество выполнение работ; — участие в олимпиадах, конференциях	1	5
	Всего за семестр		100

5.2.Содержание КОМ  для экзамена (задания для студента)

Тест (задачи части А по 1 баллу (30), части В – 2 балла
(8), части С – 3 балла (6). Итого:  44 балла)

Вариант 1.

Часть I

А1. На
рисунке приведен график зависимости координаты электрокара, движу­щегося вдоль
оси  от времени. Определите по этому графику путь, проделан­ный
электрокаром за интервал времени от  до . 1) 0,5 м; 2) 1
м; 3) 3 м; 4) 3,5 м.

А2. Автомобиль, двигавшийся с некоторой скоростью,
начинает тормозить. Считая движение равнопеременным, укажите зависимость
импульса тела от времени при торможении  (рисунок).

А3.
Велосипедист начинает движение с постоянным ускорением. Во сколько раз путь,
пройден­ный за 3 с, больше, чем путь, пройденный за 3-ю секунду? 1) 1; 2)
1,8; 3) 9; 4) для точного ответа нужно знать ускорение.

А4.  С какой силой Земля притягивает свободно
падающий груз массой 11 кг? 1)11 Н; 2)
110 Н; 3) 1100 Н; 4) 0,11 Н.  

А5.  Два
одинаковых груза, массой  каждый, прикреплены к концам невесомой веревки,
перекинутой через неподвижный невесомый блок, и покоятся. На один из грузов
кладут перегрузок массой  (рисунок). С каким ускорением будут двигаться грузы? 1); 2) ; 3) ; 4)  .

А6.  Каковы
единицы измерения момента силы? 1); 2); 3) ; 4) .

А7.  Чему равно перемещение какой-либо точки,
находящейся на краю диска радиусом , при его
повороте на 60⁰? 1); 2); 3) ; 4) 0.

А8.  Автомобиль
движется равномерно и прямолинейно со скоростью  (рисунок).
Какое направление (рисунок) имеет равнодействующая всех сил, приложенных к
автомобилю? 1) 1.; 2) 2.; 3) 3.; 4).

А9.  Тело
массой  пускают с вершины наклонной плоскости высотой . Оно
равномерно соскальзывает с плоскости на горизонтальную поверхность. Какую
работу  надо
совершить, чтобы равномерно втащить тело на высоту  по этой
плоскости? 1) 0.; 2);3) ; 4) .

А10.  Как 
изменяется мощность автомобиля, движущегося вверх по наклонной
плоскости с постоянным ускорением? 1) возрастает; 2) убывает; 3) сначала
возрастает, потом убывает; 4) не изменяется.

А11. Какие из характеристик движения точек  и , находящихся
на поверхности равномерно вращающегося диска (рисунок), являются одинаковыми?
А. Линейная скорость. Б. Угловая скорость. В. Период вращения. Г.
Центростремительное ускорение. 1) только Б.; 2)Только В.; 3) Б и В.; 4)
Б. В и Г.

А12.
Период колебания пружинного маятника на Земле . Как
изменится период этого маятника на Луне, если сила тяжести на Луне меньше в 6
раз? 1) не изменится; 2) уменьшится в 6 раз; 3) увеличится в раз; 4)
уменьшится в  раз.

А13. Груз
массой 2 кг колеблется на пружине в вертикальной плоскости. Чему равна работа
силы тяжести за 1 период? 1) 0.; 2) 1 Дж; 3) 2 Дж; 4) 4 Дж.

А14. Точка
совершает гармонические колебания по закону . Определите
смещение точки через 2,5 с после начала движения. 1) 1,4
м; 2) 0,7 м; 3) 0,35 м; 4) 0.

А15.
Средняя квадратичная скорость молекул водорода, азота и кислорода в разных
сосудах одинакова. Что можно сказать о температуре газов? 1) азот имеет
более высокую температуру; 2) водород имеет более высокую температуру; 3) кислород
имеет более высокую температуру; 4) температура газов одинакова.

А16. Сравните значения давления идеального газа,
используя рисунок. 1); 2) ; 3) ; 4) .

А17. Идеальный одноатомный газ изменяет свое
состояние в соответствии с графиком (рисунок). На каком из участков газ
получает тепло? 1) А.; 2) Б.; 3) В.; 4) такого участка нет.

А18.
если при передаче некоторого количества теплоты изменение внутренней энергии в
любой момент времени равно переданному количеству теплоты, то такой процесс
является: 1) адиабатным; 2) изотермическим; 3) изохорным; 4) изобарным.

А19. При
сгорании дров выделилось количество теплоты 8 кДж. Эту энергию без потерь
получила латунная заготовка и нагрелась при этом на 10⁰С. Удельная
теплоемкость латуни . Чему равна масса заготовки? 1) 1
кг; 2)2 кг; 3)0,5 кг; 4) 5 кг.

А20. Две
жидкости одинаковой удельной теплоемкости, но имеющие разную массу  и
температуру , смешали в калориметре. Какая в результате установится температура
смеси? 1); 2) ; 3) ; 4) .

А21.
Определите разность температур нагревателя и холодильника идеальной тепловой
машины, если температура нагревателя равна 450К, а коэффициент полезного
действия равен 25%.            1) 125К; 2)112,5К; 3)250К; 4) 425К.

А22. На
расстоянии 3 см от точечного заряда напряженность
поля равна 20 кВ/м. Определите диэлектрическую проницаемость окружающей среды. 1)
1.; 2) 2.; 3) 3.; 4) 4.

А23.
Точечный отрицательный заряд
поместили в однородное электростатическое поле (рисунок). В какой из точек
потенциал результирующего поля максимален? 1) 1.; 2) 2.; 3) 3.; 4) 4.

А24. Напряжение
между обкладками конденсатора увеличили в 4 раза. Как изменилась электроемкость
конденсатора? 1) увеличилась в 4 раза; 2) увеличилась в 2 раза;
3)уменьшилась в 4 раза; 4) не изменилась.

А25. Два
резистора с сопротивлениями 5 и 10 Ом соединены параллельно. Чему равно отношение
сил токов , протекающих через эти резисторы? 1) 2.; 2) 0,5.;
3)1.; 4) для определения недостаточно данных.

А26.
Два проводника одинаковой длины, изготовленных из одного и того же материала,
соединены последовательно. Сечение первого проводника 1 мм², второго
– 2 мм². К системе проводников приложено напряжение 300В. Определите
напряжение на втором проводнике. 1) 50;    2) 100; 3) 150; 4) 250.

А27. При
измерении зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах была
получена следующая зависимость (таблица). В каком из опытов измерение было
ошибочным? 1) 2.; 2) 3.; 3) 4.; 4) 5.

А28. Ток в
прямом проводе идет в направлении, указанном на рисунке. Как направлен вектор
индукции магнитного поля в точке ? 1)
вниз; 2) вверх; 3)в плоскости листа; 4) из плоскости листа.

А29. Напряжение на конденсаторе в колебательном
контуре изменяется по закону . Определите период колебаний в контуре. 1)0,02 с;
2) 0,01 с; 3) 100 с; 4) 50 с.

А30. При
радиоактивном распаде ядра урана  последовательно
испускаются  и частицы. Найдите массовое число образовавшегося ядра. 1)
233.; 2) 232.; 3) 230.; 4) 2226.

Часть 2

В1.  С
катера, движущегося по течению, упал круг. Чрез 15 минут после этого катер
повернул обратно, чтобы подобрать круг. Какое перемещение совершил круг
относительно берега за время от падения до подъема на катер, если скорость
течения реки 0,1 м/с?

В2.  С
каким ускорением по вертикали нужно перемещать конец нити, на другом конце
которой висит груз, чтобы натяжение нити уменьшилось в  раза по
сравнению со случаем когда нить неподвижна?

В3.  В
сосуде под поршнем находится 2 моль гелия. Определите начальную температуру
газа (К), если при сообщение ему количества теплоты 18 кДж объем гелия за счет
поднятия поршня увеличился в 2,5 раза.

В4. 
Определите число нейтронов, содержащихся в 300
г воды.

Часть 3

С1. 
На поверхности гладкого стола
лежит груз массой , к которому привязана нить, перекинутая через блок
(рисунок). В каком случае груз быстрее соскользнет с поверхности стола, если:
а) к свободному концу нити привязать груз массой ; б) за
свободный конец нити потянуть с силой ? Массой нити пренебречь.

С2.  Резисторы с сопротивлениями  и  и
конденсаторы емкостью ,  включены в цепь с ЭДС , внутренним сопротивлением которого можно пренебречь.
Определите заряды, установившиеся на конденсаторах.

Вариант 2.

Часть I

А1. Тело,
брошенное под углом к горизонту, упало на расстоянии 10
м от точки бросания. максимальная высота подъема над землей 5
м. Модель перемещения тела от точки бросания до точки падения на землю равен: 1)
10 м; 2) 2 м; 3) 15 м; 4) 0.

А2. Тело
движется по окружности с постоянной по модулю скоростью. Как должна измениться
скорость тела, чтобы при увеличении радиуса в 4 раза центростремительное
ускорение не изменилось? 1) уменьшиться в 2 раза; 2) увеличиться в 2
раза; 3) уменьшиться в 4 раза; 4) увеличиться в 4 раза.

А3. Тело движется равнозамедленно и прямолинейно.
Какое из утверждений верно? Равнодействующая всех приложенных сил: 1) не
равна нулю, постоянна по модулю, но не по направлению; 2) не равна нулю,
постоянна по модулю и направлению; 3) не равна нулю, постоянна по направлению,
но не по модулю; 4) равна нулю.

А4.  На
рисунке изображена зависимость импульса тела при прямолинейном движении от
времени. Определите силу, действующую на тело. 1) 30 Н; 2) 45 Н; 3) 60 Н;
4) 90 Н.  

А5.  Груз
массой  поднимают вертикально вверх  из состояния покоя на
высоту  с
постоянным ускорением . Чему равна работа силы, вызвавшей это перемещение? 1); 2) ; 3) ; 4) .

А6.  Пуля, имевшая скорость 300 м/с, застряла в
стенке. На сколько увеличилась внутренняя энергия пули и стенки, если масса
пули 9 г? 1)  0,405 Дж; 2) 0,81 Дж; 3) 405 Дж; 4) 810 Дж.

А7.  Де
силы и приложены в точке  к диску радиусом 1
м (рисунок), который может вращаться вокруг оси, проходящей через точку  перпендикулярно
плоскости чертежа. Сумма моментов данных сил относительно этой оси равна: 1); 2) ; 3) ; 4) .

А8. 
На рисунке приведен график
зависимости координаты от времени тела, движущегося прямолинейно. Участки и соответственно
представляют типы движения: 1) равноускоренный,равнозамедленный;
2) оба равноускоренный; 3) равнозамедленный, равноускоренный; 4) оба равнозамедленных.

А9. Точка
движется согласно уравнениям (в метрах, в секундах). Скорость равна: 1) 4 м/с; 2) 3 м/с;3)
7 м/с; 4) 5 м/с.

А10.  При
каком приблизительном давлении 1 моль идеального газа, занимающего объем 1
л, имеет температуру 177⁰С? 1) 1,5 МПа; 2)3,7 МПа; 3) 10⁵
Па; 4) 0.37 Па.

А11. Как
изменится давление идеального газа на стенки сосуда, если в данном объеме
среднеквадратичная скорость молекулы увеличится вдвое, а концентрация останется
прежней? 1) не изменится; 2) увеличится в 4 раза; 3) увеличится в 2 раза;
4)  уменьшится в 4 раза.

А12. На
сколько увеличится внутренняя энергия трех молей идеального одноатомного газа
при изохорном нагревании его от 19 до 21⁰С? 1) 33 Дж; 2) 50
Дж; 3) 75 Дж; 4) 25 Дж.

А13. Сравните давления водорода  и кислорода , если
концентрация газов одинакова и среднеквадратичная скорость водорода в 2 раза
больше среднеквадратичной скорости кислорода. 1); 2) ; 3) ; 4) .

А14. На
диаграмме (рисунок) представлен график зависимости объема идеального
газа постоянной массы от абсолютной температуры. Как изменяется давление газа? 1)
уменьшается; 2) увеличивается; 3) не изменяется; 4) ответ неоднозначный.

А15. 
Какое направление в точке  (рисунок)
имеет вектор напряженности электрического поля , созданного
двумя разноименными зарядами? Положения зарядов и точки  образуют
равносторонний треугольник. 1); 2); 3); 4).

А16. Заряд
на обкладках конденсатора увеличили в 4 раза. Как изменилась электроемкость
конденсатора? 1) не изменилась; 2) увеличилась в 2 раза; 3) уменьшилась в
4 раза; 4) увеличилась в 4 раза.

А17.
Два резистора с сопротивлениями
5 и 10 Ом соединены последовательно. Чему равно отношение сил токов ,
протекающих через эти резисторы? 1) 2.; 2) 0,5.; 3)1.; 4) для определения
недостаточно данных.

А18.
Определите общее сопротивление электрической цепи (рисунок), если . 1)
1,4 Ом; 2) 1.6 Ом; 3) 1.3 Ом; 4) 2 Ом.

А19. Чему равно, согласно графику зависимости силы
тока от напряжения (рисунок), сопротивление этого участка? 1) 400 Ом; 2)
4 Ом; 3) 50 Ом; 4) 48 Ом.

А20. Электрон влетает в однородное электрическое поле
(рисунок). Как будет двигаться электрон в поле? 1) равномерно, в том же
направлении; 2) равномерно, в противоположном направлении; 3) по параболе
вправо; 4) по параболе влево.

А21.
Какой магнитный поток пронизывал
каждый виток катушки, имеющий 1000 витков, если при равномерном исчезновении
поля в течение 0,8 с в катушке индуцируется ЭДС 10В?  1) 0,125 Вб; 2)
1,25 Вб; 3) 8 кВб; 4) 8 мВб.

А22. Жесткий
квадратный виток с током расположен вблизи длинного прямого проводника с током
(рисунок). В каком направлении будет перемещаться виток? Система находится в
невесомости. 1) влево; 2) вправо; 3) вверх; 4) вниз.

А23. Рамку,
площадь которой равна , поместили в магнитное поле вдоль его силовых линий.
Когда по рамке пропустили ток , на нее стал действовать момент сил . Чему равен
модуль индукции магнитного поля? 1) 0,5 Тл; 2) 1 Тл; 3) 2 Тл; 4) 18 Тл.

А24.
В магнитном поле с индукцией
 вращается с постоянной частотой стержень длиной . Ось вращения
проходит через конец стержня и параллельна линиям индукции (рисунок). Стержень
перпендикулярен вектору индукции магнитного поля . При этом на
концах стержня возникает разность потенциалов, равная . Чему равен
период вращения? 1) 3,14 с; 2)3,14 мс; 3) 6,28 мс; 4) 12,56 мс.

А25. В
колебательном контуре емкость конденсатора уменьшена в 5 раз. Что нужно
сделать, чтобы период колебаний остался прежним? 1) увеличить
индуктивность в 5 раз; 2) уменьшить индуктивность в 5 раз; 3) увеличить
индуктивность в 25 раз; 4) уменьшить индуктивность в 25 раз.

А26. Максимальная
величина ускорения точки, движение которой описывается уравнением ,
равна: 1) 0,1 м/с²; 2) 0,2 м/с²;  3) 03  м/с²;
4) 0,4 м/с².

А27. Луч
выходит из скипидара в воздух. Угол полного внутреннего отражения для скипидара
равен . Чему равна скорость распространения света в скипидаре?
Скорость света в воздухе . 1); 2) ; 3) ; 4) .

А28. Как
изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона при освещении
пластинки, изготовленной из металла с , светом с
частотой , а затем ? 1) увеличится в 3 раза; 2)
уменьшится в 3 раза; 3) увеличится в 6 раз; 4) уменьшится в 6 раз.

А29. В
ядерной реакции ядро поглощает протон и испускает частицу. На сколько единиц при этом уменьшится массовое
число ядра? 1) 1.; 2) 2.; 3) 3.; 4) 5.

А30. Во
сколько раз заряд ядра изотопа азота с массовым числом 13 им порядковым номером
7 больше заряда протона? 1) 1.; 2) 13/7.; 3) 13.; 4) 7.

Часть
2

В1.  Тело
бросили под углом 30⁰ к горизонту с начальной скоростью .
Найдите величину перемещения через 3 с.

В2. 
Определите число протонов,
содержащихся в 10 г алюминия .

В3.  В
электрическую цепь (рисунок) включена лампочка, сопротивление которой .
Найдите КПД источника (%), если внутреннее сопротивление источника тока , внешнее
сопротивление .

В4. 
Катушку индуктивностью  подключили к конденсатору, имеющему заряд  при
напряжении . Чему равна амплитуда силы тока возникших в цепи колебаний?

Часть 3

С1.  Тело
массой 100 г брошено с земли со скоростью 20 м/с под углом к горизонту.
Определите это угол, если известно, что за время полета тела от исходной до
верхней точки траектории модель изменения импульса оказался равным .

С2. 
Температура воздуха в помещении объемом  при
нормальном атмосферном давлении равна 15⁰С. после подогрева воздуха
калорифером его температура  поднялась до 20⁰С. найдите массу
воздуха, вытесненного из комнаты за время нагревания. Молярная масса воздуха .

Ключ к тестам экзамена.

№ задания	Вариант 1	Вариант 2
В1	180м	104м
В2	6,53 м/с2	2,9.1024
В3	289 К	79%
В4

№ задания	Вариант 1	Вариант 2
А1	3	1
А2	2	2
А3	2	2
А4	2	2
А5	3	4
А6	4	3
А7	1	2
А8	4	3
А9	3	4
А10	1	2
А11	3	2
А12	1	3
А13	1	3
А14	2	1
А15	3	1
А16	3	4
А17	2	1
А18	3	1
А19	2	3
А20	2	2
А21	2	3
А22	3	4
А23	2	4
А24	3	1
А25	4	3
А26	1	4
А27	2	4
А28	2	1
А29	4	2
А30	1	3

№ задания	С1	С2
Вариант 1	во втором
Вариант 2

«Импульсы в секунду» перенаправляются сюда. Не следует путать с Импульсный сигнал.

В частота следования импульсов (PRF) — количество импульсов повторяющегося сигнала в определенной единице времени, обычно измеряемое в импульсов в секунду. Этот термин используется в ряде технических дисциплин, в частности радар.

В радаре — радиосигнал определенного несущая частота включается и выключается; термин «частота» относится к несущей, в то время как PRF относится к количеству переключателей. Оба измеряются с точки зрения цикл в секунду, или же герц. PRF обычно намного ниже, чем частота. Например, типичный Вторая Мировая Война радар как у Type 7 Радар GCI имел базовую несущую частоту 209 МГц (209 миллионов циклов в секунду) и частоту повторения импульсов 300 или 500 импульсов в секунду. Связанная мера — это ширина импульса, количество времени, в течение которого передатчик включен во время каждого импульса.

PRF — одна из определяющих характеристик радиолокационной системы, которая обычно состоит из мощного передатчика и чувствительного приемника, подключенных к одной антенне. После создания короткого импульса радиосигнала передатчик выключается, чтобы приемные устройства слышали отражения этого сигнала от удаленных целей. Поскольку радиосигнал должен идти к цели и обратно, требуемый период молчания между импульсами является функцией желаемой дальности действия радара. Для сигналов большего диапазона требуются более длительные периоды, требующие более низких значений PRF. И наоборот, более высокие частоты повторения импульсов производят более короткие максимальные дальности, но передают больше импульсов и, следовательно, радиоэнергии в заданное время. Это создает более сильные отражения, облегчающие обнаружение. Радиолокационные системы должны уравновешивать эти два конкурирующих требования.

Используя старую электронику, PRF обычно фиксировались на определенном значении или могли переключаться между ограниченным набором возможных значений. Это дает каждой радиолокационной системе характеристическую частоту повторения импульсов, которую можно использовать в радиоэлектронная борьба для определения типа или класса конкретной платформы, такой как корабль или самолет, или, в некоторых случаях, конкретной единицы. Приемники радиолокационных предупреждений в самолет включает библиотеку общих PRF, которые могут идентифицировать не только тип радара, но в некоторых случаях режим работы. Это позволяло предупреждать пилотов, когда ЗРК СА-2 батарея, например, «заблокирована». Современные радиолокационные системы обычно могут плавно изменять свою частоту повторения импульсов, ширину импульса и несущую частоту, что значительно затрудняет идентификацию.

Сонар и лидар системы также имеют PRF, как и любая импульсная система. В случае с гидролокатором термин частота следования импульсов (PRR) встречается чаще, хотя относится к той же концепции.

Вступление

Электромагнитные (например, радио- или световые) волны являются концептуально чистыми одночастотными явлениями, тогда как импульсы можно математически представить как составленные из ряда чистых частот, которые суммируются и обнуляются во взаимодействиях, которые создают последовательность импульсов определенных амплитуд, PRR, базовых частот фазовые характеристики и т. д. (см. Фурье-анализ ). Первый термин (PRF) чаще встречается в технической литературе по устройствам (Электротехника и некоторые науки), а последняя (PRR) чаще используется в военно-космической терминология (особенно терминология вооруженных сил США) и спецификации оборудования, такие как учебные и технические руководства для радаров и гидролокаторов.

В взаимный PRF (или PRR) называется время повторения импульсов (PRT), интервал повторения импульсов (PRI), или же межимпульсный период (IPP), которое представляет собой время, прошедшее от начала одного импульса до начала следующего импульса. Термин IPP обычно используется для обозначения количества периодов PRT, подлежащих цифровой обработке. Каждый PRT имеет фиксированное число вентилей диапазона, но не все из них используются. Например, РЛС APY-1 использовала 128 IPP с фиксированными 50 стробами дальности, давая 128 Допплер фильтры с использованием БПФ. Различное количество ворот диапазона на каждом из пяти PRF меньше 50.

В радар технология PRF важна, так как определяет максимальную дальность стрельбы (р_{Максимум}) и максимальной доплеровской скорости (V_{Максимум}), который может быть точно определен радаром.^[1] И наоборот, высокий PRR / PRF может улучшить распознавание целей более близких объектов, таких как перископ или быстро движущаяся ракета. Это приводит к использованию низких PRR для поисковых радаров и очень высоких PRF для радаров управления огнем. Многие двухцелевые и навигационные радары, особенно военно-морские конструкции с переменными PRR, позволяют опытному оператору настраивать PRR для улучшения и прояснения радиолокационной картины — например, в плохих условиях моря, когда действие волн вызывает ложные отражения и в целом для уменьшения помех или, возможно, лучший ответный сигнал от выдающегося объекта ландшафта (например, обрыва).

Определение

Частота повторения импульсов (PRF) — это количество раз, когда импульсная активность происходит каждую секунду.

Это похоже на цикл в секунду используется для описания других типов сигналов.

PRF обратно пропорционален периоду времени. что является свойством импульсной волны.

PRF обычно связана с интервалом между импульсами, который представляет собой расстояние, которое проходит импульс до появления следующего импульса.

Физика

PRF имеет решающее значение для выполнения измерений определенных физических явлений.

Например, тахометр может использовать импульсная лампа с регулируемым PRF для измерения скорости вращения. PRF для стробоскопа регулируется в сторону увеличения от низкого значения до тех пор, пока вращающийся объект не будет казаться неподвижным. Тогда PRF тахометра будет соответствовать скорости вращающегося объекта.

Другие типы измерений включают расстояние с использованием времени задержки для отраженных эхо-импульсов от света, микроволн и передачи звука.

Измерение

PRF имеет решающее значение для систем и устройств, измеряющих расстояние.

• Радар
• Лазерный дальномер
• Сонар

Различные PRF позволяют системам выполнять очень разные функции.

Радиолокационная система использует радиочастотный электромагнитный сигнал, отраженный от цели, для определения информации об этой цели.

PRF требуется для радар операция. Это скорость, с которой импульсы передатчика отправляются в воздух или космос.

Неопределенность диапазона

Радиолокационная система определяет дальность действия через временную задержку между передачей и приемом импульса по соотношению:

Для точного определения дальности импульс должен быть передан и отражен до того, как будет передан следующий импульс. Это приводит к максимальному однозначному пределу диапазона:

Максимальная дальность также определяет неопределенность дальности для всех обнаруженных целей. Из-за периодической природы импульсных радиолокационных систем для некоторых радиолокационных систем невозможно определить разницу между целями, разделенными целыми кратными максимальной дальности, с использованием одного PRF. Более сложные радиолокационные системы позволяют избежать этой проблемы за счет использования нескольких PRF одновременно на разных частотах или на одной частоте с изменяющимся PRT.

В процесс разрешения неоднозначности диапазона используется для определения истинного диапазона, когда PRF выше этого предела.

Низкий PRF

Системы, использующие PRF ниже 3 кГц, считаются низкой PRF, потому что прямая дальность действия может быть измерена на расстоянии не менее 50 км. Радиолокационные системы, использующие низкий PRF, обычно дают однозначную дальность.

Однозначная доплеровская обработка становится все более сложной задачей из-за ограничений когерентности, поскольку частота повторения импульсов падает ниже 3 кГц.

Например, L-диапазон радар с частотой следования импульсов 500 Гц производит неоднозначная скорость выше 75 м / с (170 миль / час), при обнаружении истинной дальности до 300 км. Эта комбинация подходит для радаров гражданских самолетов и метеорологический радар.

РЛС с низкой частотой повторения импульсов имеют пониженную чувствительность при наличии низкоскоростных помех, которые мешают обнаружению самолетов вблизи местности. Индикатор подвижной цели обычно требуется для приемлемой работы вблизи местности, но это вводит радиолокационный гребешок проблемы, усложняющие приемник. Радиолокаторы с низкой частотой повторения импульсов, предназначенные для обнаружения самолетов и космических аппаратов, сильно страдают от погодных явлений, которые нельзя компенсировать с помощью индикатора движущейся цели.

Средняя PRF

Дальность и скорость можно определить с помощью средней частоты повторения импульсов, но ни один из них не может быть идентифицирован напрямую. Средний PRF составляет от 3 кГц до 30 кГц, что соответствует дальности действия радара от 5 до 50 км. Это неоднозначный диапазон, который намного меньше максимального диапазона. Разрешение неоднозначности диапазона используется для определения истинной дальности в радаре со средней частотой повторения импульсов.

Средняя PRF используется с Импульсно-доплеровский радар, что требуется для смотреть вниз / сбивать возможности в военных системах. Возвращение доплеровского радара обычно не является неоднозначным до тех пор, пока скорость не превысит скорость звука.

Техника называется разрешение неоднозначности требуется для определения истинной дальности и скорости. Доплеровские сигналы находятся в диапазоне от 1,5 кГц до 15 кГц, что является слышимым, поэтому аудиосигналы от радиолокационных систем со средней частотой повторения импульсов могут использоваться для пассивной классификации целей.

Например, L группа Радиолокационная система, использующая частоту повторения импульсов 10 кГц с рабочим циклом 3,3%, может определять истинную дальность до 450 км (30 * C / 10 000 км / с). Это приборный диапазон. Однозначная скорость составляет 1500 м / с (3300 миль / час).

Однозначная скорость L-диапазон радар, использующий частоту повторения импульсов 10 кГц, составит 1500 м / с (3300 миль / час) (10000 x C / (2 x 10 ^ 9)). Истинная скорость может быть найдена для объектов, движущихся со скоростью менее 45 000 м / с, если полосовой фильтр пропускает сигнал (1 500 / 0,033).

Средняя PRF обладает уникальными радиолокационный гребешок проблемы, требующие избыточных схем обнаружения.

Высокий PRF

Системы, использующие PRF на частотах выше 30 кГц, работают, более известные как радары с непрерывной непрерывной волной (ICW), поскольку прямая скорость может быть измерена до 4,5 км / с при L группа, но разрешение диапазона становится более трудным.

Высокая частота повторения импульсов ограничена системами, требующими работы вблизи, такими как бесконтактные предохранители и радар правоохранительных органов.

Например, если во время фазы покоя между импульсами передачи отобрано 30 выборок с использованием PRF 30 кГц, то истинный диапазон может быть определен максимум до 150 км с использованием 1 микросекундных выборок (30 x C / 30 000 км / с). Отражатели за пределами этого диапазона могут быть обнаружены, но истинный диапазон не может быть идентифицирован.

Становится все труднее брать несколько выборок между импульсами передачи на этих частотах импульсов, поэтому измерения дальности ограничиваются короткими расстояниями.^[2]

Сонар

Гидролокаторы работают так же, как радары, за исключением того, что среда является жидкостью или воздухом, а частота сигнала — звуковая или ультразвуковая. Как и радар, более низкие частоты распространяют относительно более высокие энергии на большие расстояния с меньшей разрешающей способностью. Более высокие частоты, которые затухают быстрее, обеспечивают повышенное разрешение близлежащих объектов.

Сигналы распространяются на скорость звука в среде (почти всегда вода), а максимальная частота повторения импульсов зависит от размера исследуемого объекта. Например, скорость звука в воде составляет 1497 м / с, а толщина человеческого тела составляет около 0,5 м, поэтому PRF для ультразвуковые изображения человеческого тела должно быть менее примерно 2 кГц (1,497 / 0,5).

Другой пример: глубина океана составляет примерно 2 км, поэтому звук возвращается с морского дна за секунду. По этой причине сонар — очень медленная технология с очень низким PRF.

Лазер

Основная статья: лидар

Световые волны могут использоваться в качестве радиолокационных частот, и в этом случае система известна как лидар. Это сокращение от «LIght Detection And Ranging», аналогичное первоначальному значению инициализма «RADAR», которое было RAdio Detection And Ranging. С тех пор оба слова стали широко используемыми английскими словами и поэтому являются скорее сокращениями, чем инициализмами.

Лазерный дальномер или другие дальномеры светового сигнала работают так же, как радар, на гораздо более высоких частотах. Нелазерное обнаружение света широко используется в автоматизированных системах управления машинами (например, электрические глаза, управляющие воротами гаража, сортировочными воротами конвейера и т. Д.), А те, которые используют обнаружение частоты пульса и ранжирование, по сути, являются системами того же типа, что и радар — без наворотов человеческого интерфейса.

В отличие от более низких частот радиосигнала, свет не огибает изгиб Земли и не отражается от ионосферы, как сигналы поисковых радаров диапазона C, и поэтому лидар полезен только в системах прямой видимости, например, в высокочастотных радиолокационных системах.

Смотрите также

• Радар
• Импульсно-доплеровский радар
• Метеорологический радар

Рекомендации

Радар – это радиолокационная электронная станица, применяемая для определения расположения в пространстве крупных объектов, их формы, скорости, направления движения. На базе радиолокационной станции построено множество приборов, используемых в авиации, судоходстве, военной обороне, бытовой жизни.

Как работает радар

Радарная станция работает по принципу радиолокации. Она генерирует радиоволны, отправляет их в пространство в строго определенном диапазоне и направлении. При движении волны сталкиваясь с объектами и ландшафтом частично отражаются обратно, после чего их эхо воспринимается чувствительной частью прибора. На основании информации как быстро вернулась отраженная волна, расчетная часть устройства определяет местоположение объекта. Мощность отраженного сигнала дает возможность рассчитать фактические размеры обнаруженной преграды.

Принцип работы радарной станции основан на эхолокации, используемой летучими мышами для ориентирования в пространстве. При разработке прибора были задействованы похожие механизмы, но вместо ультразвукового сигнала используются радиоволны, имеющие более высокий радиус действия.

Простейшая классическая радиолокационная станция состоит из следующих компонентов:

• Передатчик.
• Антенна.
• Приемник.

В классическом понимании функцию передатчика выполняет импульсный генератор. Он выступает в качестве контролируемого источника электромагнитного сигнала.

Антенна излучает сгенерированный зондирующий сигнал в необходимом направлении, затем служит для приема отраженных обратно волн. Излучение и прием выполняются поочередно. Также возможно применение двух антенн. В таком случае одна отвечает за отправление сигнала, а вторая за его прием. Они устанавливаются на определенном отдалении друг друга, и калибруются между собой. Применение двух антенн увеличивает точность и быстродействие радара.

Применяемый в радаре приемник отвечает за прием и усиление отраженной волны. Он считывает данные с антенны, и выполняет их анализ для получения окончательных результатов, выдаваемых на экран устройства.

Методы работы радаров

Радар может работать на разных физических принципах анализа данных. Одни из них требуют сложной технической составляющей, что увеличивает стоимость станции, а другие дают сравнительно неточные результаты, но позволяют производить недорогие приборы.

Радарные станции работают по трем основным методам:

1. Частотный.
2. Фазовый.
3. Импульсный.

Частотный метод

Метод обнаружения частотным излучением подразумевает применение модуляции излучаемого непрерывного сигнала. Прибор отправляет его в пространство и фиксирует отражение. Прибор проводит расчеты на основании информации о том, сколько времени ушло на движение волны туда и обратно. Такой метод обнаружения имеет некоторые достоинства:

• Работает даже на слабом передатчике.
• Дешев в производстве.
• Может работать на малых дистанциях.

При выполнении радиолокации частотным методом обязательно применение двух антенн. Частотный принцип работы априори подразумевает улавливание большого количества помех второй антенной, создаваемых первой. Отраженные и только отправляемые сигналы мешают друг другу, что негативно влияет на чувствительность.

Метод фазовой радиолокации

Радар данного типа применяется для исследования места положения и размера движущихся объектов. Передающее устройство радара может работать непрерывно или импульсами. Метод заключается в определении разности фаз между отправляемым и воспринимаемым сигналом. Оборудование, работающее по фазной технологии, не воспринимает помехи от неподвижных поверхностей. Это достаточно распространенные приборы, главный недостаток которых в невозможности определения точной дистанции до перемещающегося объекта.

Импульсный метод

Это современный метод обнаружения объектов в пространстве. Радар сначала создает короткий импульс длиной всего в микросекунду, после чего прекращает трансляцию и воспринимает эхо от отправленной волны. Такая технология исключает появление искажения от одновременной генерации волн и восприятия их эха.

Такие приборы имеют фиксированный интервал повтора импульсов. Его длина рассчитывается в зависимости от того, на каком расстоянии ведется поиск. Частота повторений у радаров дальнего обзора составляет сотни импульсов в секунду.

Радар, работающий по импульсному методу обнаружения, имеет много достоинств:

• Работает на одной антенне.
• Отличается точностью.
• Позволяет следить сразу за несколькими объектами и различать их.
• Имеет простую индикаторную составляющую.

Не лишены импульсные радары и недостатков:

• Могут работать только с мощными импульсными передатчиками.
• Не могут обнаружить объект на малой дистанции.
• Имеют большие слепые зоны, где объекты не обнаруживаются.

Где применяются радары

Радары являются крайне полезным оборудованием для обнаружения объектов в пространстве и различных препятствий при движении транспорта. Их применяют в:

• Авиации.
• Судоходстве.
• Оборонном направлении.
• Промышленной и любительской рыбной ловле.
• Направлении безопасности дорожного движения и т.п.

В авиации радар выполняет главную навигационную функцию. Его применение позволяет отслеживать воздушные суда, предотвращать их столкновение между собой. В условиях плохой видимости именно радары предупреждают пилотов о возможных преградах, таких как выступы скал. Радарами оснащаются все аэропорты и аэродромы. По ним непрерывно отслеживается местоположение воздушных судов. Авиационные радары направлены в небо, поэтому они не воспринимают объекты на земле.

Радары применяются в морской и речной навигации. Их наличие позволяет предотвратить столкновение между судами. Также радарные станции создают картину рельефа дна. Они предупреждают о возможных рифах, скальных уступах, отмелях. С помощью радаров осуществляется поиск спасателями пострадавших судов. Судоходные радары не реагируют на воздушные судна. Приборы данного типа работают в частотном диапазоне, поскольку имеют высокую точность замеров на близком расстоянии. Это позволяет видеть точную картину особенностей рельефа дна.

Наиболее точные радары с большим радиусом действия используются в военном направлении. Они позволяют отслеживать передвижение морских и воздушных судов, в том числе и ракет. Ими оснащаются установки ПВО. Стационарные радары устанавливаются на военных и стратегически важных объектах.

Радар для рыбной ловли рассчитан на малый радиус действия. Его задача заключается в обнаружении в воде рыбных косяков. Судна промышленной ловли используют данные радара для обнаружения мест локации рыбы перед сбросом сетей. В любительской ловле приборы преимущественно применяются для исследования рельефа дна. Устройства более высокого ценового сегмента дополнительно позволяют обнаружить крупных рыбных особей и подсказать, куда забросить снасть.

Любительские радары имеет очень малый вес, при этом действуют всего на несколько десятков метров. Для их срабатывания антенна прибора должна погрузиться в воду. Зачастую радары для рыбной промышленной ловили и навигационные являются одним комбинированным прибором. Это удобно, и позволяет облегчить управление судном, уменьшить нагромождение рубки техникой. Такие устройства могут оснащаться монохромным или цветным экраном.

Дорожные радары являются очень узкоспециализированным оборудованием, основная задача которого заключается только в определении скорости движение строго определенного транспорта. Устройство измеряет ускорение не всех машин из потока, а только тех, на которое направлено. Это достаточно компактные приборы. Для их точного срабатывания требуется ручное наведение. Радары данного типа применяются подразделениями дорожной полиции всего мира, а полученные с их помощью данные о скорости являются доказательствами нарушения правил дорожного движения.

Радардетектор

Тесно связанным прибором с радаром является радардетектор. Это специализированное оборудование, применяемое для обнаружения сигналов радаров. Прибор способен предупредить о вхождении в зону действия волн от радарной станции.

Это предупреждающее оборудование, преимущественно используемое водителями автотранспорта. Прибор, измеряющий скорость движения автомобилей, отправляет импульсы, которые рассеиваются далеко за пределами чувствительности прибора. Фон из таких волн определяется установленным в автомобиле детектором до того, как машина попадает в чувствительную зону действия радара. Прибор предупреждает водителя световым или звуковым сигналом о проведении замеров скорости его движения. Это позволяет заблаговременно сбросить ускорение, если оно превышает максимально разрешенное. Таким образом, при въезде на участок дороги радиуса действия радара, тот уже не обнаруживает нарушения ПДД.

Эффективность детекторов позволяет засечь работу радара задолго до того, как тот сможет замерить скорость авто. Это связано с тем, что радар постовых служб работает по принципу эффекта Допплера. Он сначала отправляет сигнал, потом ожидает, пока тот отразится. Для измерения скорости движущегося объекта нужно определенное время на исследование выделенного объекта, чтобы получить данные о скорости. Радардетектор выполняет похожую функцию, что и приемник самого радара. Он улавливает сигналы и сразу сообщает об этом водителю. Тот успевает сбросить скорость, пока прибор еще не сфокусировался на машине.

Похожие темы:

• Видеокамеры. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Видеорегистратор. Виды и работа. Применение и особенности
• Системы видеонаблюдения. Виды и особенности. Устройство и работа

Радары

Радар — это устройство для обнаружения и определения местонахождения объектов в пространстве по отраженным от них радиоволнам;
радиолокатор.

Название этого радиолокационного прибора «радар» (Radar) происходит от аббревиатуры его полного наименованию на английском
языке – Radio Detection And Ranging (радиообнаружение и измерение дальности).

Базовые принципы функционирования радара

Можно описать следующим образом принцип, по которому работает радар: очень схож с принципом отражения звуковой волны.
Если вы кричите в направлении звукоотражающего объекта (такого как ущелье в горах или пещера), вы услышите эхо. Если вам
известна скорость звука в воздухе, вы можете затем оценить расстояние и общее направление и направление на объект. Время,
необходимое для возврата эха, может грубо преобразовываться в расстояние, если вам известна скорость звука. В радаре
используются импульсы электромагнитной. Высокочастотная энергия измеряется радаром и отражается от наблюдаемого объекта.
Некоторая небольшая часть этой отраженной энергии возвращается обратно к радару. Эта отраженная энергия называется ЭХО, так
же как и в терминологии звука. Радар использует это эхо для определения направления и расстояния до отражающего объекта.

Как следует из этого определения, радары используются для обнаружения присутствия цели (объекта обнаружения) и определения
его положения в пространстве. Сокращение подразумевает также тот факт, что измеряемой количественной величиной обычно
является расстояние до объекта. На рис. 1. показан упрощенный принцип работы простейшего радара. Антенна радара облучает цель
СВЧ-сигналом, который затем отражается от цели и «захватывается» приемным устройством. Электрический сигнал, захватываемый
приемной антенной радара, называется «эхом» или «ответом». Сигнал радара генерируется мощным передатчиком и принимается
специальным высокочувствительным приемником.

Алгоритм обработки сигнала

Алгоритм работы простейшего радара можно описать следующим образом:

• Передатчик радара выдает короткие мощные СВЧ импульсы энергии
• Переключатель (мультиплексор) попеременно переключает антенну между передатчиком и приемником так, чтобы использовалась
  только одна необходимая антенна. Это переключение необходимо, так как мощные импульсы передатчика разрушили бы приемник, если
  бы энергия поступила непосредственно на вход приемника
• Антенна передает сигналы передатчика в пространство с требуемым распределением и эффективностью. Этот процесс применяется
  аналогичным образом при приеме
• Передаваемые импульсы излучаются в пространство посредством антенны
  в виде электромагнитной волны, которая проходит по прямой линии с постоянной скоростью и будет затем отражаться от цели
• Антенна принимает обратные рассеянные сигналы (так называемые эхо-сигналы)
• При приеме мультиплексор подает слабые эхо-сигналы на вход приемника
• Сверхчувствительный приемник усиливает и демодулирует принятые СВЧ сигналы и выдает видеосигналы на выход
• Индикатор представляет наблюдателю непрерывную графическую картину положения целей относительного радара

Все цели выдают так называемое диффузное отражение, т.е. сигнал обычно отражается в широком диапазоне направлений.
Такой отраженный сигнал также называется «рассеянием» или обратным рассеянием – это термин, присвоенный отражениям сигнала в
противоположном направлении относительно падающего луча.

Сигналы радара могут отображаться как на традиционном индикаторе положения на плоскости (PPI), так и на более современных
(жидкокристаллических, плазменных и др.) системах дисплея радара. Экран PPI имеет вращающийся вектор с радаров в начале
координат, который отображает направление антенны (азимут целей). Он обычно изображает картину исследуемого пространства
в виде карты зоны, покрываемой лучом радара.

Очевидно, что большинство функций простейшего радара являются зависящими от времени. Временная синхронизация между передатчиком
и приемником радара требуется для измерения расстояния. Системы радара излучают каждый импульс в течение времени передачи
(или длительности импульса τ), ожидают возврата эхо-сигналов во время «слушания» или времени покоя и затем излучают
следующий импульс, что показано на рис. 2.

Так называемый синхронизатор координирует во времени процесс синхронизации для определения расстояния до цели и выдает
сигналы синхронизации для радара. Он же одновременно подает сигналы на передатчик, который посылает следующий новый импульс, и на
индикатор и другие связанные схемы управления.

Время между началом одного импульса и началом следующего импульса называется периодом или межимпульсным интервалом (PRT) и
PRT = 1/PRF.

Здесь частота повторения импульса (PRF) системы простейшего радара – это число импульсов, которые передаются в секунду.
Частота передачи импульсов существенно влияет на максимальное расстояние, которое может отображаться, что мы покажем ниже.

Основная функция радара – измерение расстояния

Расстояние до стационарной или перемещающейся цели (объекта) определяется из времени прохождения высокочастотного
передаваемого сигнала и скорости распространения (с0). Фактическое расстояние цели от радара обычно называют «наклонная
дальность» – это некоторая линия в поле зрения между радаром и облучаемым объектом, в то время как расстояние «по земле» –
это горизонтальное расстояние между излучателем и его целью и его расчеты требуют знания высоты цели. Так как волны проходят
к цели и обратно, то физическое время кругового прохождения луча радара делится пополам с целью получения времени, которое
необходимо волне для достижения этой цели. Поэтому для расчетов обычно используется следующая формула:

AJHVEKF

Где R – наклонная дальность; t_delay – время, необходимое для прохождения сигнала до цели и обратно; с₀ – скорость света
(приблизительно 3 × 10⁸ м/сек).

Если соответствующее время прохождения (t_delay) известно, то расстояние R между целью и радаром можно легко рассчитать с использованием этого выражения.

Одна из практических проблем определения точности расстояния состоит в том, как однозначно определить расстояние до цели, если цель возвращает мощный эхо-сигнал. Эта проблема возникает из-за того, что импульсные радары, как правило, передают последовательность импульсов. Приемник радара измеряет время между передними фронтами последнего переданного импульса и импульса эха. На практике часто бывают, что эхо будет приниматься от цели на значительном (большом) расстоянии после передачи второго импульса передачи.

В этом случае радар будет определять «неправильный» временной интервал и, как следствие, неправильное расстояние. Процесс измерения допускает, что импульс связывается со вторым переданным импульсом и показывает значительно меньшее по сравнению с фактическим расстоянием до цели. Это называется «неоднозначность определения расстояния» и имеет место тогда, когда имеются крупноразмерные цели на расстояниях, превышающих время повторения импульса. Время повторения импульса определяет максимальное «однозначное» расстояние. Для увеличения значения «однозначного» расстояния необходимо увеличить PRT (это значит – снизить PRF).

Эхо-сигналы, появляющиеся после времени приема, могут фиксироваться: – либо во времени передачи, где они остаются не принимаемыми в расчет, так как радар не готов к приему в это время, – либо в следующем времени приема, когда они могут приводить к ошибке измерения. Зона однозначного определения дальности радара может определяться с использованием формулы:

Runamb
=

RPT-τ

∙

c0
2

Численное значение используемого периода повторения импульсов (PRT) радара исключительно важно при определении максимального
расстояния, так как время возврата от цели, которое превышает PRT системы радара, проявляется
при неправильных положениях (расстояниях) на экране радара. Отражения, которые появляются при этих «неправильных»
расстояниях, рассматриваются как вторичные эхо-сигналы во времени. Кроме проблемы зоны однозначного определения
дальности удаленных целей (объектов), существует и
проблема обнаружения объектов на минимальном расстоянии от радара. Известно, что когда передний фронт эхо-импульса попадает
внутрь импульса передачи, невозможно точно определить время «кругового» прохода. Минимальное обнаруживаемое расстояние
(R_min)
зависит от импульса передатчиков при τ и времени восстановления мультиплексора t_recovery следующим образом:

Runamb
=

τ-trecovery

∙

c0
2

Поскольку приемник радара не воспринимает сигнал до момента окончания импульса передачи, необходимо отключить его от
передатчика во время передачи для исключения повреждения. В этом случае импульс «эхо» приходит от очень близкой цели.
Следует иметь в виду, что цели на расстоянии от радара, эквивалентном длительности импульса, не обнаруживаются. Например,
типовое значение для длительности импульса в 1 мкс для радара обычно соответствует минимальному определяемому расстоянию в
150 м, что, в общем, приемлемо. Однако радары с «длинным» импульсом имеют недостаток относительно минимального расстояния,
в частности радары с сжатием импульса, которые могут использовать длительности импульса порядка десятков и даже сотен
микросекунд. Типовая длительность импульса τ обычно составляет: – радар ПВО: до 800 мкс (минимальное расстояние 120 км); –
радар воздушного наблюдения гражданского аэропорта 1,5 мкс (минимальное расстояние 250 м); – бортовой радар обнаружения
перемещения объекта по поверхности: 100 нс (минимальное расстояние 25 м). Определение направления движения цели (объекта) –
еще одна из важных функций радара.

Специалисты по радарам часто используют такой термин, как **азимут** – направление на цель, которое определяется направленностью
антенны радара. Направленность, иногда называемая «коэффициент усиления антенны в заданном направлении», – это способность
антенны концентрировать передаваемую энергию в одном конкретном направлении. Соответственно такая антенна с высокой
направленностью называется направленной антенной. Путем измерения направления, в котором направляется антенна при приеме эха
можно определять координаты цели. Точность угловых измерений обычно определяется направленностью, которая является
определенной функцией геометрического размера антенны. «Истинный» пеленг цели радара – это угол между истинным направлением
на север и некоторой условной линией, указывающей направление на цель. Этот угол обычно измеряется в горизонтальной плоскости
и по часовой стрелке от направления на север. Угол азимута на цель радара может также измеряться по часовой стрелке от
центральной линии несущего радара корабля или самолета и называется в этом случае относительным азимутом. В частности, быстрая
и точная передача информации по азимуту между поворотным столом радара со смонтированной антенной на нем и информационными
экранами имеет важное практическое значение для различных серво-систем современных РЭА. Эти серво-системы используются в
более старых антеннах классических радаров и пусковых установках баллистических ракет и работают с помощью приборов типа
сельсин-датчиков с вращательным моментом и сельсин-приемников с вращательным моментом. При каждом вращении антенны
кодирующее устройство посылает множество импульсов, они затем подсчитываются в индикаторах. Некоторые радары работают без
(или с частичным) механическим перемещением. Радары первой группы используют электронное сканирование фазы по азимуту
и/или по возвышению (антенны с фазированной антенной решеткой).

Угол возвышения цели

Угол возвышения – это угол между горизонтальной плоскостью и линией видимости, измеренный в вертикальной плоскости. Угол
возвышения обычно описывается с помощью символа буквы ε. Угол возвышения всегда положителен выше горизонта
(угол возвышения 0), а отрицателен ниже горизонта (рис 4.).

Очень важный для пользователей радара параметр – высота цели над поверхностью земли (альтитуда), что обозначается обычно
буквой Н. Истинной альтитудой считается фактическое расстояние над уровнем моря (рис. 5.а). Альтитуда может рассчитываться
с помощью расстояния R и угла возвышения ε, как показано на рис. 5.б., где:

• R – наклонное расстояние до цели
• ε – измеренный угол возвышения
• r_e – эквивалентный радиус по земле

Однако на практике, как известно, распространение электромагнитных волн также подвергается эффекту рефракции (передаваемый
луч радара не является прямой линией стороны этого треугольника, он изгибается), и величина отклонения от прямой линии зависит
от следующих основных факторов: – передаваемой длины волны; – барометрического давления атмосферы; – температуры воздуха и –
атмосферной влажности. Точность определения цели – это степень соответствия между оцениваемым и
фактически измеренным положением и/или скоростью цели в данный момент времени и ее фактическим положением (или скоростью).
Точность радионавигационных характеристик обычно представляется в виде заданной статистической меры «системной ошибки».
Следует сказать, что установленная величина требуемой точности представляет неопределенность регистрируемой величины
относительно истинной величины и фактически показывает интервал, в котором лежит истинная величина при установленной
вероятности. Обычно рекомендуемый уровень этой вероятности составляет 9–10%, что соответствует примерно двум стандартным
отклонениям среднего для нормального гауссового распределения измеряемой переменной. Любое остаточное смещение должно быть
малым в сравнении с установленным требованием к точности. Истинное значение – это такая величина, которая при рабочих условиях
характеризует точно переменную, которая должна измеряться или наблюдаться на требуемом характеристическом интервале времени,
области и/или объеме. Точность не должна «конфликтовать» с еще одним важным параметром – разрешением радара.

Усиление антенны радара

Обычно этот параметр радара является известной величиной и приводится в его спецификации. Фактически это характеристика
способности антенны фокусировать выходящую энергию в направленном луче. Его численное значение определяется очень простым
соотношением:

G
=

максимальная интенсивность излучения
средняя интенсивность излучения

Этот параметр (усиление антенны) описывает степень, в которой антенна концентрирует электромагнитную энергию в узком угловом
луче. Два параметра, связанных с усилением антенны, – это коэффициент усиления антенны в заданном направлении и
направленность. Усиление антенны служит в качестве критерия качества относительно изотропного источника с направленностью
изотропной антенны, равной 1. Мощность, принимаемая от заданной цели, напрямую связана с квадратом усиления
антенны, когда эта антенна используется как для передачи, так и для приема. Этот параметр характеризирует
коэффициент усиления антенны – коэффициент увеличения передаваемой мощности в одном нужном направлении. Можно отметить, что в
этом отношении эталоном является «изотропная» антенна, которая одинаково передает мощность сигнала в любом произвольном
направлении (рис. 6).

Например, если сфокусированный луч имеет мощность в 50 раз больше, чем у равнонаправленной антенны с такой же мощностью
передатчика, то направленная антенна имеет усиление 50 (17 децибел).

Апертура антенны

Как было отмечено выше, обычно в простейших радарах одна и та же антенна используется во время передачи и приема. В случае
передачи вся энергия будет обрабатываться антенной. В случае приема антенна имеет то же усиление, но антенна принимает только
часть поступающей энергии. Параметр «апертура» антенны в общем случае описывает то, насколько хорошо эта антенна может
принимать мощность от поступающей электромагнитной волны.

При использовании антенны в качестве принимающей сигнал апертура антенны может для упрощения понимания представляться как
площадь круга, построенного перпендикулярно поступающему излучению, когда все излучение, проходящее в пределах круга,
выдается антенной в согласованную нагрузку. Таким образом, плотность поступающей мощности (Вт/м2) × апертуру (м2) =
поступающая мощность от антенны (Вт). Очевидно, что усиление антенны прямо пропорционально апертуре. Изотропная антенна
обычно имеет апертуру λ2/4π. Антенна с усилением G имеет апертуру Gλ2/4π.

Размеры проектируемой антенны зависят от ее требуемого усиления G и/или используемой длины волны λ в виде выражения частоты
передатчика радара. Чем выше частота, тем меньше антенна (или выше усиление при равных размерах).

Большие «тарелкообразные» антенны радара имеют апертуру, почти равную ее физической площади, и усиление, как правило, от 32
до 40 дБ. Изменение качества антенны (нерегулярность антенны, деформации или обычный образовавшийся на ее поверхности лед)
имеет очень большое влияние на усиление.

Шумы и эхо-сигналы

Минимально различимый эхо-сигнал определяется как мощность полезного эхосигнала на приемной антенне, который дает на экране
различимую отметку цели. Минимально различимый сигнал на входе приемника обеспечивает максимальное расстояние обнаружения
для радара. Для каждого приемника имеется определенная величина мощности приема, при которой приемник может работать вообще.
Эта наименьшая рабочая принимаемая мощность часто обозначается MDS (минимально различимый сигнал). Типовые
значения MDS для радара лежат в диапазоне от 104 до 113 дБ. Численные значения величины максимальной дальности определения
цели можно определить из выражения:

Rmax
=

P
tx

∙

G
2

∙

λ
2

∙

σ
t

4π

3

∙

P
MDS

∙

L
S

4

Термин «шум» также широко используется разработчиками и пользователями радиолокационной техники. Численное значение MDS
зависит в первую очередь от отношения сигнал/шум, определяемого как отношение энергии полезного сигнала к энергии шума.
Все радары, так как они являются полностью электронным оборудованием, должны уверенно работать в присутствии определенного
уровня шума. Основной источник шума называется тепловым шумом, и он вызывается тепловым движением электронов.

В общем случае все виды шумов можно разделить на две большие группы: внешний атмосферный или космический шум и внутренний (шум
приемника – вырабатываемый внутри в приемнике радара). Общая (интегральная) чувствительность приемника во многом зависит от
уровня собственного шума приемника радара. Приемник с низким уровнем собственного шума, как правило, разрабатывается с
использованием специальных конструкцией и компонентов, которые расположены в самом начале тракта. Проектирование приемника с
очень низкой шумовой характеристикой достигается за счет минимизации коэффициента шума в самом первом его блоке. Этот
компонент, как правило, характеризуется низкой шумовой характеристикой с большим усилением. По этой причине он обычно и
называется «малошумящий предусилитель» (Low noise preamplifier – LNA).

Ложная тревога – это «ошибочное решение по обнаружению цели радаром, вызванное шумом или другими мешающими сигналами,
превосходящими порог обнаружения». Проще говоря, это указание наличия цели радаром, когда реальной цели нет. Интенсивность
ложных сигналов (FAR) рассчитывается с использованием следующей формулы:

FAR
=

количество ложных целей
число ячеек диапазона

Сигналы ложных тревог вырабатываются тогда, когда тепловой шум превышает некоторый уровень установленного порога за счет
наличия паразитных сигналов (как внутренних для приемника радара, так и из источников, внешних для радара) или при ошибках
(сбоях) функционирования оборудования. Ложный сигнал может проявляться как мгновенная метка цели на дисплее ЭЛТ, на выходе
процессора цифрового сигнала, в виде звукового сигнала или всеми этими средствами вместе. Если порог обнаружения
устанавливается слишком высоко, будет очень мало ложных сигналов, но требуемое отношение сигнал/шум будет «подавлять»
обнаружение действительных целей. Если порог установлен слишком низко, то слишком большое число ложных срабатываний будет
маскировать обнаружение действительных целей. Искусство разработчика радара и заключается в том, что необходимо выбрать именно
оптимальный для решаемого круга задач уровень порога обнаружения. Принятый и демодулированный эхо-сигнал обрабатывается
пороговой логикой. Этот порог должен сбалансироваться так, чтобы нужные сигналы определенной амплитуды имели возможности
прохождения, а шум бы автоматически удалялся. Так как сильный шум присутствует в «верхушках» смешанного сигнала, которые лежат
в диапазоне нужных малых сигналов, то оптимизированный уровень порога должен быть компромиссом. Нужные сигналы должны, с одной
стороны, достигать индикации при минимальной амплитуде; с другой стороны, интенсивность ложных сигналов не должна возрастать.

Поэтому используется еще один параметр – вероятность обнаружения цели, который определяется следующим образом:

P
D

=

обнаружение цели
все возможные метки цели

∙

100
%

Классификация радиолокационных устройств

В зависимости от выполняемой функции радиолокационные устройства (РЛУ) классифицируются следующим образом (рис. 7) .

Можно выделить сразу две большие группы РЛУ, отличающиеся типом (видом) используемого устройства отображения конечной
информации. Это РЛУ с формированием изображения и РЛУ без формирования изображения. РЛУ с построением изображения формирует
картину наблюдаемого объекта или области. Они обычно применяются для построения карты земной поверхности, других планет,
астероидов, других небесных тел и для распределения по категориям целей для военных систем.

Радары без построения изображения производят измерения обычно только в линейном одномерном представлении изображения. Типичными
представителями системы радара без построения изображения являются измерители скорости и радарные измерители высоты. Они также
называются измерителями на отражении, так как они измеряют свойства отражения объекта или области, которые наблюдаются.
Примеры вторичных радаров без построения изображения – противоугонные системы в автомобилях, системы защиты помещений и др.

Все разновидности РЛУ в зарубежной литературе разделяются на две большие группы «Primary Radars» (первичные радары) и
«Secondary Radars» (вторичные радары). Рассмотрим их отличия, особенности организации и применения, используя ниже
терминологию основного используемого источника.

Первичные радары (Primary Radars)

Первичный радар сам формирует и передает высокочастотные сигналы, которые отражаются от целей. Возникшие эхо-сигналы
принимаются и оцениваются. В отличие от вторичного радара, первичный радар излучает и принимает свой собственный излученный
сигнал снова в виде эха. Иногда первичный радар бывает оснащен дополнительным устройством запроса, которым снабжены вторичные
радары, для комбинации преимуществ обеих систем. В свою очередь, Primary Radars разделены на две большие группы – импульсные
(Pulses Radars) и волновые (Continuous Wave). Импульсный радар формирует и передает высокочастотный импульсный сигнал высокой
мощности. После этого импульсного сигнала следует более длинный временной перерыв, при котором может быть принят эхо сигнал,
перед тем как отправляется следующий сигнал. В результате обработки можно определить направление, расстояние и иногда, при
необходимости, высоту или высоту над уровнем моря цели исходя из зафиксированного положения антенны и времени распространения
импульсного сигнала. Эти классические радары передают очень короткие импульсы (для получения хорошего разрешения по расстоянию)
с предельно высокой мощностью импульса (для получения максимального расстояния распознавания цели). В свою очередь все
импульсные радары можно разбить также на две большие группы. Первую из них составляют импульсные радары с использованием
метода сжатия импульсов. Эти радары передают относительно слабый по мощности импульс с большой длительностью. Отмодулирует
передающийся сигнал для получения разрешения по расстоянию также в пределах передающегося импульса с помощью методики сжатия
импульса. Далее различают моностатические и бистатические радары, представляющие вторую группу. Первые разворачиваются на
одном месте, передатчик и приемник располагаются совместно и радар в основном использует одну и ту же антенну для приема и
передачи.

Бистатические радары состоят из разделенных мест расположения приемника и передатчика (на значительном расстоянии).

Вторичные радары (Secondary Radars)

Так называемый вторичный радар отличается тем, что использующий его объект, например самолет, должен иметь собственный
ретранслятор (передающий ретранслятор) на борту и этот ретранслятор отзывается на запрос путем передачи кодированного сигнала
отзыва. Этот отклик может содержать значительно больше информации, чем может получить первичный радар (например, высота, код
идентификации или также любые технические проблемы на борту, такие как потери радиосвязи).

Наличие ретранслятора необходимо для обеспечения значительного снижения мощности передатчика в случае достижения того же
максимального расстояния обнаружения. Приемник вторичного радара может быть менее чувствительный, так как мощность активного
ответа всегда выше, чем мощность пассивных эхосигналов. Это обстоятельство имеет негативное влияние на боковые лепестки. Это
должно компенсироваться разработчиком путем использования соответствующих мер подавления эффекта боковых лепестков. Так как
частоты передачи и приема различны, здесь не возникает мешающих отражений. Поэтому нет необходимости в MTI системе для
компенсации паразитных отражений от земли. С другой стороны, изменение частоты с помощью преднамеренной помехи невозможно.
Возникающие внутренние помехи в оборудовании вторичного радара исключаются использованием дополнительных мер при монтаже
радиоэлектронных компонентов радара.

Радар непрерывной волны (Continuous Wave Radar)

Радары непрерывной волны (CW-радары) передают непрерывно высокочастотный сигнал. Эхо-сигнал также принимается и обрабатывается
непрерывно. Передаваемый сигнал этого радара постоянен по амплитуде и частоте. Этот вид радаров обычно специализируется на
измерении скорости движения различных объектов. Например, это оборудование используется для измерителей скорости. CW-радар,
передающий немодулированную мощность, может измерять скорость с использованием доплеровского эффекта, при этом он не может
измерять расстояние до объекта.

CW-радары имеют тот основной недостаток, что они не могут измерять расстояние. Для устранения этой проблемы может
использоваться метод частотного сдвига.

Классификация и принципиальные особенности военных радаров

Все многообразие радаров можно разделить на типы на основе сфер их использования.

Радары ПВО могут обнаруживать воздушные цели и определять их положение, курс и скорость в относительно большом пространстве.
Максимальное расстояние для радаров ПВО может превышать 500 км, и покрытие по азимуту составляет полный круг в 360 градусов.
Радары ПВО обычно делятся на две категории в зависимости от объема передаваемой информации о положении цели. Радары,
которые выдают только информацию о расстоянии и азимуте, называются двумерными, или 2D радарами. Радары, которые
выдают расстояние, азимут и высоту, называются трехмерными или 3D радарами.

Радары ПВО используются как устройства раннего предупреждения, так как они могут обнаруживать приближение самолета противника
или ракет на больших расстояниях. В случае атаки раннее предупреждение о противнике важно для организации успешной обороны от
атаки. Защита от авиации в виде противовоздушной артиллерии, ракет или истребителей должна иметь высокую степень готовности во
времени для отражения атаки. Информация о расстоянии и азимуте, даваемая радарами ПВО, предназначена для начального
озиционирования радаров, отслеживания и управления огнем по цели.

Другая функция радара ПВО – направление боевого патрулирующего самолета к положению, пригодному для перехвата самолета
противника. В случае управления самолетом информация по направлению движения цели получается оператором радара и передается на
самолет либо голосом пилоту по радиоканалу, либо по компьютерной линии.

Основные применения радаров ПВО:

• раннее предупреждение на большом расстоянии (включая раннее предупреждение о воздушной цели)
• захват цели и предупреждение о баллистической ракете
• определение высоты цели

Применение радара

Радар применяется как в военных, так и в гражданских целях. Наиболее распространенное применение в гражданских целях — это
помощь в навигации для морских и воздушных судов. РЛС, установленные на судах или в аэропорту, собирают информацию о других
объектах, чтобы предотвратить возможные столкновения. На море собирается информация о буях, скалах и т.д. В воздухе РЛС
помогают заходить на посадку воздушным судам, в условиях плохой видимости или неисправности.
Также радары используются в метеорологии, при прогнозировании погодных условий. Синоптики, как правило, используют их в
сочетании с лидаром (оптическим радаром) для изучения штормов, ураганов и других погодных катаклизмов. Доплеровский радар
основывается на принципе эффекта Доплера – т. е. изменение частоты и длины волны для наблюдателя (приемника) из-за движения
источника излучения или наблюдателя (приемника). Анализируя изменения частоты отраженных радиоволн, доплеровский радар может
отслеживать движение штормов и развитие торнадо.

Ученые используют радары, чтобы отслеживать миграцию птиц и насекомых, определять расстояние до планет. Потому как он может
показать в каком направлении и как быстро движется объект, радар используется полицией для определения нарушений скоростного
режима. Подобные технологии используются в спорте, например в теннисе, чтобы определить скорость подачи. Радар используют
спецслужбы, чтобы сканировать объекты. В военных целях радары, в большей степени, применяют в качестве поиска целей и
управления огнем.

Радары сейчас используются довольно широко. Особенно широкое применение они нашли в военной технике – ни один самолет или
судно не обходится без радара. Да и наземные радары распространены. На основе их показаний диспетчеры управляют движением и
посадки самолетов, они отслеживают появление опасных или подозрительных объектов на суше и на море. На кораблях также есть
такое устройство, как эхолот, которое работает по принципу радара, только измеряет глубину под судном.

Современные радары способны обнаружить цель на сотни километров. Созданы целые сети радиолокационных станций, которые
постоянно «прощупывают» поверхность Земли с целью обнаружения авиа- и ракетной атаки. И в мирных целях радары тоже применяются
– в космической технике и в авиатранспорте, на судах и даже автодорогах.

Открытие радиоволн подарило нам не только радио, телевидение и мобильники, но и способность «видеть» на сотни и тысячи
километров в любую погоду, на Земле и в космосе.

И, в заключение — просто интересный факт. Так называемые «самолеты-невидимки», созданные по технологии «стеллс», конечно
невидимками на самом деле не являются. Для глаза они – обычные самолеты, только необычной формы. А внешняя обшивка такого
самолета рассчитана так, чтобы луч радара в любом положении отражался куда угодно, только не обратно к радару. Кроме того,
она сделана из специального полимера, поглощающего большую часть радиосигнала. То есть, радар не получит отраженный сигнал от
такого самолета, а значит – ничего не нарисует на своем экране. Такая вот война технологий получается.

Обзор некоторых других современных радарных систем

Siemens VDO Automotive с 2003 года предлагает систему, основанную на радарах и видеодатчиках. Для реализации функциональности мониторинга «мертвых зон» и помощи при смене полосы система Siemens VDO использует инсталлируемый на заднем бампере автомобиля двухлучевой радарный датчик на 24 ГГц, который представляет собой и ACU, и датчик как один компонент.

В 2003 году Denso ввела две системы — АКК и систему предотвращения аварий, в обеих используются миллиметровый радар и блок управления (названные vehicle distance ECU для ACC и pre-crash ECU, соответственно).

77-гигагерцовый радар Denso может определять препятствия в горизонтальной плоскости с углом в 20° с точностью в 0,5°. Диапазон детектирования относительной скорости составляет ±200 км/ч (включая обнаружение стационарных объектов), диапазон детектирования расстояния — более 150 м.

Система pre-crash safety system Denso, основанная на радарах, автоматически активирует пассажирские ремни безопасности и тормозную систему автомобиля. Denso разработала эту систему совместно с корпорацией Toyota Motor. В новые автомобили эта система была введена в Японии еще в 2003 году, а в Северной Америке — в 2004 году.

АКК от TRW Automotive включает радарный датчик AC20 на 76 ГГц с цифровой волной FSK, цифровой процессор и контроллер. В радарном датчике с типичным интерфейсом CAN использован модульный дизайн на основе MMIC. Измерения расстояния— в диапазоне 1–200 м с точностью ±5% или 1 м, измерения скорости — в диапазоне ±250 км/ч с точностью ±0,1 км/ч, угловой диапазон измерений ±6° с точностью ±0,3°.

Максимальное замедление при вмешательстве АКК в управление (тормозную систему) ограничено пределом в 0,3 g. Если требуется большее замедление, требуется вмешательство водителя. Необходимое тормозное усилие в системах от TRW может быть также обеспечено электронным усилителем Electronic Booster, VSC/ESP.

СПВ/АКК от TRW могут быть расширены дополнительными датчиками короткого диапазона (<50 м). Скоростной диапазон при этом может быть расширен до 0 км/ч, для осуществления функций, подобных Follow Stop (Follow Stop означает, что в ситуациях затора автомобиль следует за впереди идущей машиной, пока она не остановится, и автоматическую остановку хост-автомобиля, при этом возобновление движения осуществляется по нажатию кнопки водителем, в отличие от Stop&Go). Функциональность АУП и ПНУП осуществляется с дополнительными видеодатчиками. РКД от TRW предназначены также для поддержки других функций СПВ, например, мониторинга «мертвых зон».

Поскольку АКК часто слишком активно вмешиваются в управление, из-за чего многие водители отключают круиз-контроль, радарная система Eaton VORAD (Vehicle Onboard RADar) разработана производителем с целью достичь минимального вмешательства системы в управление и продвигается на рынок в основном как средство помощи для бдительного и добросовестного водителя.

Система Eaton VORAD состоит из четырех основных компонентов: антенной сборки, центрального процессорного блока, водительского дисплея, соединительных жгутов.

Система Eaton VORAD включает основной передний радар для мониторинга транспортных средств во фронтальной области обзора и дополнительные боковые радары для мониторинга «мертвых зон» и других применений. Боковые датчики и боковые сенсорные дисплеи поставляются производителем как опции. Радарные сигналы от работающей системы всегда определяют расстояние между объектами во фронте автомобиля и относительную скорость и служат для предупреждения водителя об опасных ситуациях посредством только визуальных и звуковых сигналов (без воспроизведения видеоданных). Помимо множества стандартных функций, обеспечиваются такие опции, как режим тумана Fog Mode (визуальное предупреждение на дисплее о наличии объектов в пределах 150 метров), регулировка интенсивности дисплея по сигналам от датчика освещения, одновременное слежение до 20 объектов, находящихся впереди, и другие.

Система VORAD также поддерживает два специальных режима— Blind Spotter иSmart Cruise.

В режиме Blind Spotter дополнительный боковой датчик, включающий радарный трансмиттер и ресивер, закрепленный сбоку автомобиля, определяет подвижные или стационарные объекты от 0,3 до 3,7 м в стороне от автомобиля.

В режиме SmartCruise автомобиль поддерживает заданное расстояние до впереди идущего автомобиля.

Компания Delphi представила на автомобильный рынок свою интегрированную радарную 24-гигагерцовую UWB систему парковки Forewarn Back-up Aid system с интерфейсом CAN, предназначенную для осуществления функций помощи при заднем ходе, включая автоматическое торможение при идентификации подвижного или неподвижного препятствия. Принцип работы системы— CW (не доплеровский).

Улучшения включают интегрированный двойной ресивер и визуальный индикатор диапазона. Двойной ресивер позволяет повысить измерительный диапазон до 6 м с типичными скоростями заднего хода в диапазоне 4,8–11,3 км/ч, причем с одновременным расширением области охвата за углами автомобиля.

Компанией Delphi разработаны также и другие системы фронтального и бокового обнаружения объектов. Так, боковой детектор РКД на 24 ГГц в системе Delphi Forewarn Radar Side Alert предупреждает водителя о появлении объектов на соседних полосах в пределах 2,4–4 м. Фронтальная система обнаружения объектов использует многофункциональный РДД, работающий на частоте 77 ГГц, для детектирования и классификации объектов в диапазоне до 150 м. Системы Forewarn Smart Cruise Control, Forward Collision Warning иCollision Mitigation поставляются, например, для новых автомобилей Ford Galaxy и S-MAX.

Для таких применений, как мониторинг «мертвых зон», ПСП, радары 24 ГГц используют также компании Valeo, Raytheon и M/ACOM, Continental и Hella.

Q&A

Тема: Электромагнитные волны и скорость их распространения. Энергия электромагнитной волны. Плотность потока излучения. Радиолокация
Условие задачи полностью выглядит так:

№ 1018(н). Радиолокатор работает в импульсном режиме. Частота повторения импульсов равна 1700 Гц, а длительность импульса — 0,8 мкс. Найти наибольшую и наименьшую дальность обнаружения цели данным радиолокатором.

Задача из главы Электромагнитные волны и скорость их распространения. Энергия электромагнитной волны. Плотность потока излучения. Радиолокация по предмету Физика из задачника Физика задачник 10-11 класс, Рымкевич (10 класс, 11 класс)

Если к данной задачи нет решения — не переживайте. Наши администраторы стараются дополнять сайт решениями для тех задач
и упражнения где это требуется и которые не даны в решебниках и сборниках с ГДЗ. Попробуйте зайти позже. Вероятно, вы найдете то, что искали