雷达的工作原理

回声是你一直在经历的事情。如果你对着一口井或峡谷喊叫，回声一会儿就会回来。回声的产生是因为你呼喊中的一些声波从表面反射（井底的水或远处的峡谷壁）并传回你的耳朵。从你喊叫到听到回声之间的时间长度取决于你与产生回声的表面之间的距离。

多普勒频移：车后的人听到的声音比司机低，因为车正在开走。因为汽车正在接近，所以坐在汽车前面的人听到的声音比司机高。

多普勒频移也是常见的。你可能每天都在经历(常常没有意识到)。当声音由运动物体产生或反射时，就会发生多普勒频移。在极端情况下会产生多普勒频移音爆(见下文)。这里是如何理解多普勒频移(你可能也想在一个空停车场尝试这个实验)。假设有一辆车以每小时60英里(每小时)的速度向你开过来，它的喇叭响着。当汽车靠近时，你会听到喇叭演奏一个“音符”，但当汽车经过你时，喇叭的声音会突然转变为一个较低的音符。是同一只喇叭，一直发出同样的声音。你听到的变化是由多普勒频移引起的。

发生的事情是这样的声速通过停车场的空气是固定的。为了简化计算，假设它是600英里/小时（确切的速度由空气的压力、温度和湿度决定）。假设汽车静止不动，距离您正好1英里，并鸣笛整整一分钟。喇叭发出的声波将以600英里/小时的速度从汽车向您传播。您将听到六秒钟的延迟（声音以600英里/小时的速度传播1英里），然后是整整一分钟的声音。

现在让我们假设汽车以每小时60英里的速度向你驶来。它从一英里外开始鸣响喇叭整整一分钟。你仍然会听到六秒钟的延迟。但是，该声音只能播放54秒。那是因为一分钟后汽车就在你身边，一分钟结束时的声音会瞬间传到你的耳朵里。这辆车（从司机的角度看）仍在按喇叭一分钟。然而，由于汽车在行驶，从你的角度来看，一分钟的声音被压缩到54秒。相同数量的声波被压缩成更小的时间量。因此，它们的频率增加，喇叭的音调对你来说更高。当汽车从你身边经过并离开时，这个过程是相反的，声音会扩展以填满更多的时间。因此，音调较低。

您可以按以下方式组合回波和多普勒频移。假设你向一辆向你驶来的汽车发出巨大的声音。有些声波会从汽车上反弹（回声）。但是，因为汽车正朝你驶来，所以声波会压缩的. 因此，回声的音调将高于您发送的原始声音。如果你测量回声的音调，你就可以确定汽车行驶的速度。

左图：戈德斯通深空通信中心（NASA深空网络的一部分）的天线帮助为NASA的星际航天器提供无线电通信。 右图:水面搜索雷达和空中搜索雷达安装在导弹驱逐舰的前桅上。

摄影礼遇国家航空和航天局（左），国防部（右）

我们已经知道声音的回声可以用来确定物体的距离，我们也知道我们可以用回声的多普勒频移来确定物体的运动速度。因此，有可能创造一个“声音雷达”，而这正是声纳是多少。潜艇船只一直都在使用声纳。你可以用同样的原理来处理空气中的声音，但空气中的声音有几个问题:

因此雷达使用无线电波相反的声音。无线电波传播得很远，人类是看不见的，即使它们很微弱，也很容易被探测到。

让我们以一个用于探测飞行中的飞机的典型雷达为例。雷达装置打开发射机，发射出短而高强度的高频无线电波。爆炸可能会持续一微秒。然后雷达装置关闭发射机，打开接收器，监听回声。雷达装置测量回波到达所需的时间，以及回波的多普勒频移。无线电波以光速传播，大约每微秒1000英尺;所以如果雷达装置有一个好的高速时钟，它可以非常准确地测量飞机的距离。利用特殊的信号处理设备，该雷达还可以非常准确地测量多普勒频移，确定飞机的速度。

在陆基雷达中，潜在的干扰比在空基雷达中多得多。当一个警察雷达发出脉冲，它会在各种物体上反射——篱笆，桥山,建筑。消除所有这类杂波的最简单的方法是通过识别它不是多普勒位移来过滤掉它。警方的雷达只寻找多普勒位移信号，因为雷达波束是紧密聚焦的，所以只能击中一辆车。

警方现正使用激光测量汽车速度的技术。这种技术叫做激光雷达，它使用光而不是无线电波. 看见雷达探测器的工作原理有关激光雷达技术的信息。