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