radar và ứng dụng trong dự báo thời tiết

Trong quá trình thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về radar và ứng dụng trong dự báo thời tiết ” bản thân em đã gặp không ít khó khăn, vướng mắc.. Bên cạnh những gì đạt được trong quá trình thự

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

-o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VỀ RADAR VÀ ỨNG DỤNG

TRONG DỰ BÁO THỜI TIẾT

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Thầy HỒ HỮU HẬU THẠCH THỊ THU NGUYÊN

Giáo viên phản biện: MSSV:1090212 Thầy Phạm Văn Tuấn Lớp: SP Vật Lý K35

Thầy Dương Quốc Chánh Tín

Cần Thơ 5 - 2013

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

……

Đạt được kết quả như ngày hôm nay, ngoài sự nổ lực của bản thân, em còn nhận được sự dạy bảo tận tình, sự động viên, an ủi và khích lệ rất nhiều từ phía nhà Trường, Thầy Cô, Gia đình và Bạn bè

Trong quá trình thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về radar và ứng dụng trong dự báo thời tiết ” bản thân em đã gặp không ít khó khăn, vướng mắc Trước tiên, em xin

bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn chân thành, sâu sắc tới các Thầy Cô Trường Đại học Cần Thơ nói chung, Thầy Cô Khoa Sư Phạm, cũng như quý thầy cô trong thư viện khoa, thư viện trường, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn sư phạm vật lý đã tạo điều kiện thuận lợi cho em tìm kiếm tài liệu tham khảo, nghiên cứu, học hỏi Em

xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Hồ Hữu Hậu, người thầy đã tận tình chỉ bảo,

hướng dẫn, giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đề tài

Bên cạnh những gì đạt được trong quá trình thực hiện đề tài thì tất yếu sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót vì kiến thức của em còn hạn chế Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè để em bổ sung kiến thức

và đề tài được hoàn thiện tốt hơn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đã nhiệt tình giúp

đỡ em trong suốt những năm vừa qua Em xin chúc tất cả quý thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe và thành công trong cuộc sống

Sinh viên thực hiện

Thạch Thị Thu Nguyên

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

Ngày …Tháng … Năm

GVHD: Thầy Hồ Hữu Hậu

Trang 4

Luận văn tốt nghiệp GVHD : HỒ HỮU HẬU

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

PHẦN MỞ ĐẦU 5

1 Lý do chọn đề tài 5

2 Các giả thuyết của đề tài 6

3 Các bước thực hiện đề tài 6

4 Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài 6

PHẦN NỘI DUNG 7

CHƯƠNG 1 7

LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ RADAR 7

1.1 Sóng điện từ - Lý thuyết bức xạ 7

1.1.1 Điện từ trường tự do Sóng điện từ trong môi trường đồng chất Sóng phẳng 7

1.1.1.1 Điện từ trường tự do 7

1.1.1.2 Sóng điện từ trong môi trường đồng chất 8

1.1.1.3 Sóng phẳng 8

1.1.2 Sóng điện từ phẳng đơn sắc 10

1.1.3 Sóng điện từ trong chất dẫn điện 13

1.1.4 Phản xạ và khúc xạ của sóng điện từ ở mặt giới hạn của hai điện môi 15

1.1.4.1 Điều kiện biên đối với vector sóng điện từ 15

1.1.4.2 Tần số của các tia phản xạ và khúc xạ 16

1.1.4.3 Các góc phản xạ và khúc xạ 17

1.1.4.4 Biên độ của sóng phản xạ và khúc xạ 18

1.1.4.5 Hệ số phản xạ và khúc xạ 19

1.1.5 Bức xạ sóng điện từ 21

1.1.5.1 Thế vector và thế vô hướng 22

1.1.5.2 Các phương trình của thế vector và thế vô hướng 22

1.1.5.3 Nghiệm của các phương trình thế Thế trễ 23

1.1.5.4 Bức xạ của lưỡng cực 25

1.1.5.5 Điện từ trường của dao động tử tuyến tính 28

1.1.5.6 Tính chất điện từ trường của dao động tử tuyến tính 31

1.1.5.7 Lưỡng cực bức xạ tuần hoàn 32

1.1.6 Sự suy yếu sóng điện từ khi lan truyền trong khí quyển 33

Trang 5

1.1.6.1 Sự suy yếu trong không khí 33

1.1.6.2 Sự suy yếu trong mây 34

1.1.6.3 Sự suy yếu trong mưa 35

1.1.7 Hiệu ứng Doppler 35

1.2 Giới thiệu chung về radar 37

1.2.1 Lịch sử phát hiện sóng Radar 37

1.2.2 Khái niệm Radar 40

1.2.3 Nguyên tắc hoạt động 41

1.2.4 Phân loại radar 43

1.2.5 Phương trình radar đối với mục tiêu điểm trong chân không 44

1.2.6 Tính năng kĩ thuật – chiến thuật của Radar 45

1.2.6.1 Tính năng kĩ thuật 45

1.2.6.2 Tính năng chiến thuật 46

1.3 Thông số khai thác và kỹ thuật của radar 46

1.3.1 Thông số khai thác 46

1.3.1.1 Tầm xa cực đại của radar: (tầm xa tác dụng ) Dmax 46

1.3.1.2 Tầm xa cực tiểu của radar (vùng chết của radar ): Dmin 48

1.3.1.3 Độ phân giải theo khoảng cách: 49

1.3.1.4 Độ phân giải theo góc: 50

1.3.2.2 Chiều dài xung phátx 51

1.3.2.3 Chu kỳ lặp xung Tx Tần số lặp xung 51

1.3.2.4 Công suất phát xung: 52

1.3.2.5 Độ nhạy máy thu Pth.min: 53

1.3.2.6 Hệ số định hướng của anten Ga: 53

1.3.2.7 Tốc độ vòng quay của anten: n (vòng /phút) 54

1.4 Mục tiêu, nguyên tắc nhận tin tức về mục tiêu và ảnh hưởng của môi trường tới tầm tác dụng của radar 54

1.4.1 Mục tiêu radar 54

1.4.1.1 Mục tiêu riêng biệt: 54

1.4.1.2 Mục tiêu nhóm: 54

1.4.1.3 Mục tiêu khối: 55

1.4.2 Nguyên tắc nhận tin tức về mục tiêu: 55

Trang 6

1.4.3 Phân loại hệ thống radar và dải tần làm việc 58

1.4.3.1 Radar thụ động: 58

1.4.3.2 Radar chủ động: 58

1.4.3.3 Radar liên tục 60

1.4.3.4 Radar xung: 61

1.4.3.5 Dải tần làm việc 63

1.4.4 Tầm xa tác dụng của radar 63

1.4.4.1 Tầm xa tác dụng của radar khi không có tác động của môi trường: 63

1.4.4.2 Tầm xa tác dụng của radar khi có tác dụng của môi trường: 65

CHƯƠNG 2 66

ỨNG DỤNG CỦA RADAR TRONG DỰ BÁO THỜI TIẾT 66

2.1 Ứng dụng của Radar 66

2.2 Giới thiệu về cấu tạo và các thông số kĩ thuật của Radar thời tiết 67

2.2.1 Nguyên lý radar thời tiết 67

2.2.2.Các bộ phận chính của hệ thống radar Phân loại radar thời tiết 67

2.2.3 Các thông số kĩ thuật của radar thời tiết 69

2.2.3.1 Thông số kĩ thuật của hệ thống phát 69

2.2.3.2 Thông số kĩ thuật của hệ thống thu 70

2.2.3.3 Thông số của hệ thống anten 71

2.3 Hệ thống chỉ thị 73

2.4 Thể tích xung và mật độ năng lượng sóng trong xung phát 75

2.5 Các kiểu phản hồi 77

2.6 Mục tiêu khí tượng 77

2.6.1 Khái niệm về mục tiêu khí tượng 77

2.6.2 Tính chất của mục tiêu khí tượng 78

2.7 Phương trình radar đối với mục tiêu khí tượng trong môi trường không hấp thụ và tán xạ sóng điện từ 78

2.8 Ảnh Radar 81

2.8.1 Đặc điểm của Ảnh radar 81

2.8.2 Nguyên lý 82

2.8.3 Đặc điểm hình học của ảnh radar 83

2.8.4 Đặc điểm tương tác của sóng radar và bề mặt vật thể 84

2.9 Sử dụng vệ tinh radar để dự báo thời tiết 87

2.9.1 Nguyên lý đo lượng mưa bằng radar 87

Trang 7

2.9.2 Nhận biết dông 90

2.9.3 Nhận biết đường tố 90

2.9.4 Nhận biết lốc và vòi rồng 91

2.9.5 Nhận biết bão 93

2.9.5.1 Cấu trúc của trường PHVT mây và mưa trong bão 93

2.9.5.2 Quan hệ giữa đặc điểm PHVT mây bão với cường độ bão 94

2.10 Những sai số xuất hiện khi dùng radar, đặc điểm và vị trí đặt radar 94

2.10.1 Những sai số xuất hiện từ việc sử dụng rađa 95

2.10.2 Mức độ sai số khi dùng số liệu rađa 96

2.11 Sự cần thiết việc sử dụng rađa kết hợp với các số liệu quan trắc ở các trạm đo 97

2.12.Trạm Radar thời tiết ở Việt nam 98

PHẦN KẾT LUẬN 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

Trang 8

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay con người đã đưa những thành tựu khoa học kỹ thuật, những phát minh, phát kiến mới ứng dụng vào sản xuất, công nghệ, thông tin liên lạc, dịch vụ… nhằm phục vụ cho cuộc sống của con người ngày một tiến bộ hơn Những thành tựu khoa học đó đã được đúc kết và kế thừa từ kho tàng tri thức của nhân loại, đó là kết quả nghiên cứu của cả một quá trình lao động không mệt mỏi của biết bao thế hệ các nhà khoa học thuộc mọi lĩnh vực; trong đó vật lý học đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển chung của nền khoa học hiện đại

Chúng ta được sinh ra và lớn lên trong hoà bình nhưng dư âm của cuộc chiến tranh vẫn vang mãi trong chúng ta qua những lời kể của những người đã trực tiếp tham gia cuộc chiến tranh bảo vệ tổ quốc này hay qua những thước phim tư liệu lịch

sử Dù không ít thì nhiều nhưng trong những trận đánh bảo vệ vùng trời tổ quốc chúng ta đều nghe đến hai từ “Radar” Và với nhiệm vụ to lớn của nó chúng ta còn

đã mường tượng ra nó là một chiếc máy gì đó to lớn và vĩ đại mới có thể phát hiện

ra máy bay, tàu chiến ở cách xa hàng trăm thậm chí hàng nghìn km Nhưng càng lớn lên được tiếp thu thêm nhiều kiến thức chúng ta mới hiểu Radar là gì, nó hoạt động theo nguyên tắc nào và nó được ứng dụng như thế nào

Hiện nay trái đất của chúng ta đang phải đối mặt với nhiều thiên tai, động đất, sóng thần, biến đổi khí hậu,… để phòng tránh và làm giảm thiệt hại do thiên tai gây ra đòi hỏi công việc dự báo thời tiết phải chính xác và hiện đại Thời tiết ảnh hưởng rất lớn đến đời sống kinh tế – xã hội của loài người Việc dự báo một cách chính xác các hiện tượng thời tiết ngày càng trở nên cần thiết và trở thành mối quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới Do vậy việc nghiên cứu, phát triển Radar được các nước trên thế giới đặc biệt quan tâm và chú trọng Vì vậy tôi quyết định chọn đề

tài: “Tìm hiểu về Radar và ứng dụng trong dự báo thời tiết” Việc chọn đề tài này

cũng nhằm để bổ sung thêm kiến thức khoa học đồng thời giúp ích phần nào cho công tác giảng dạy của tôi sau này

Trang 9

2 Các giả thuyết của đề tài

- Cơ sở lý thuyết liên quan đến radar? Radar là gì? Nó hoạt động theo nguyên tắc nào ? Radar được phân loại ra sao?

- Ứng dụng của radar trong đời sống? Radar được ứng dụng như thế nào trong dự báo thời tiết?

Do đó, nội dung nghiên cứu của tôi gồm 2 phần:

- Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về radar

- Nghiên cứu ứng dụng của radar trong đời sống, đặc biệt là trong dự báo thời tiết

3 Các bước thực hiện đề tài

- Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt của đề tài

- Tìm các tài liệu liên quan đến đề tài, nghiên cứu tài liệu

- Tiến hành viết đề cương và trao đổi với giáo viên hướng dẫn để tham khảo

ý kiến và chỉnh sửa

- Viết luận văn hoàn chỉnh

- Báo cáo luận văn

4 Các phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài

4.1 Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết tổng quan về radar

 Đọc, tra cứu và tổng hợp về hệ thống radar thời tiết và ứng dụng của nó

 Tìm hiểu tình hình sử dụng radar của các nước trên thế giới hiện nay Đặc biệt thực trạng sử dụng radar ở Việt nam

4.2 Phương tiện thực hiện đề tài

 Các giáo trình chuyên ngành Vật lý như Điện Động Lực Học, Quang

 Các tài liệu tham khảo: Luận văn tốt nghiệp đại học, sách, bài giảng, các trang web khoa học và công nghệ

Trang 10

Đây là bản xem thử Vui lòng download về bản đầy đủ

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	806,74 KB