پایگاه تخصصی برق مخابرات

چکیده :

رادار يك سيستم الكترومغناطيسي است كه براي تشخيص و تعيين موقعيت هدف بكار مي رود . با رادار مي توان درون محيطي را كه براي چشم ،غير قابل نفوذ است ديد مانند تاريكي ،باران،مه.برف،غبار و غيره . اما مهمترين مزيت رادار توانايي آن درتعيين فاصله يا حدود هدف مي باشد .كاربرد رادارها در اهداف زميني ، هوايي،دريايي، فضايي و هواشناسي مي باشد. ايجاد سيستمي با توانايي بالا در رديابي پديده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد .

مقدمه :

گاه امکان بررسی اجسام از نزدیک وجود ندارد . برای مثال جهت بررسی سطح اقیانوس ها نقشه برداری از عراضی جغرافیایی لزوم ساخت وسایلی که بتوانند از راه دور این کاررا انجام دهند به چشم می خورد . با دستیابی به تکنولو؟ی سنجش از راه دور بسیاری از این مشکلات برطرف گشت . در واقع در این روش امکان بررسی اجسام وسطوحی که نیاز به بررسی از راه دور دارند را فراهم می آورد . سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج از این طیف استفاده گردد .

عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند .در اینگونه سیستم ها با اندازه گیری انر؟ی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساتع می کند نتایج لازم کسب می گردد .هواشناسی واقیانوس نگاری از کاربردهای این نوع سنجش می باشد .

در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد : سنسورهای تصویری وغیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .

از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج واسکترومتر ها(پراکنش سنج ) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .

معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد . سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انر؟ی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد . از مزایای شاخص رادار می توان به عملکرد رادار در شب یا روز وهمچنین قابلیت تصویربرداری درشرایط آب و هوایی مختلف اشاره کرد . امواج مایکرویو قادر به نفوذ در ابر مه ,گردوغبار وباران می باشند . از آنجاییکه عملکرد رادار با طرز کار سنسورهایی که با طیف های مرئی ومادون قرمز کار می کنند متفاوت است لذا می توان با تلفیق اطلاعات بدست آمده تصاویر دقیقی را بدست آورد .

تاریخچه :

اولین تجربه در مورد بازتابش امواج رادیویی توسط هرتز آلمانی در سال 1886 بدست آمد . پس از گذشت مدت زمان کمی اولین رادار که از آن برای آشکارسازی کشتی ها استفاده می شد مورد بهره برداری قرار گرفت . در سالهای 1920 تا 1930 پیشرفت هایی در جهت ساخت رادار با قابلیت تعیین فاصله اهداف صورت گرفت . اولین رادارهای تصویری درطی جنگ جهانی دوم برای آشکارسازی وموقعیت یابی کشتی ها وهواپیماها استفاده شد . بعد از جنگ جهانی دوم راداربا دید جانبی (SLAR) جهت جستجوی اهداف نظامی و کشف مناطق نظامی ساخته شد . اینگونه رادارها با داشتن آنتن درسمت جپ وراست مسیر پرواز قادر به تفکیک دقیقتر اهداف مورد نظر بودند . در سال 1950 با توسعه سیستم های SLAR تکنولو؟ی رادار دهانه ترکیبی ( رادار با آنتن ترکیبی) گامی در جهت ایجاد تصاویر با کیفیت بالا برداشته شد . در سال 1960 استفاده از رادارها ی هوایی وفضایی توسعه یافت وعلاوه برکاربرد نظامی جهت نقشه برداری های جغرافیایی و اکتشافات علمی و... نیز مورد استفاده قرار گرفتند .

§ اصول رادار :

مهمترین نکته حائز اهمیت در بخش قبل را میتوان معرفی رادار به عنوان وسیله اندازه گیری معرفی کرد . اجزاء تشکیل دهنده سیستم رادار فرستنده , گیرنده آنتن وسیستم های الکتریکی جهت ثبت و پردازش اطلاعات می باشد .

همانطور که در تصویر شماره 1 مشاهده می شود فرستنده پالس های کوتاه مایکرویو (A) را که بوسیله آنتن راداربه صورت پرتو متمرکز می شوند(B) با فاصله زمانی معیین تولید می کند . آنتن راداربخشی از سیگنال های بازتابیده شده (c) از سطوح مختلف را دریافت می کند.

با اندازه گیری مدت زمان ارسال پالس و دریافت پ؟واک های پراکنده شده از اشیاء مختلف می توان فاصله آنها ودر نتیجه موقعیت آنها را تعیین نمود .با ثبت و پردازش سیگنال بازتابیده توسط سنسور تصویر دو بعدی از سطح مورد نظر تشکیل می گردد .

• پهنای باند :

از آنجاییکه گستره طیف امواج مایکرویو نسبت به طیف های مرئی ومادون قرمزوسیع تر می باشد لذا اکثر رادار ها از این طیف استفاده می کنند . در رادارهای تصویری اغلب از طول موج های زیر استفاده می شود:

تمامی طول موج های استفاده شده در رادارهای تصویری در محدوده سانتیمتر است . طول موج رادار در نحوه تشکیل تصویر موثر می باشد . با افزایش طول موج شاهد تصاویر با کیفیت بهتر می باشیم .در دو تصویر زیر(تصاویر شماره 2و3) از دو طول موج متفاوت استفاده شده است . شما می توانید تفاوت آشکاری را که دراین تصاویر وجود دارد مشاهده نمایید . علت این تفاوت تغییر در نحوه فعل وانفعال سیگنال با سطح اشیاء میباشد که در ادامه درباره این موضوع صحبت خواهد شد

• قطبیدگی(polarization) :

هنگامی که در مورد امواج الکترومغناطیسی همانند امواج مایکرویو صحبت می گردد بحث درباره قطبیدگی حائز اهمیت می باشد . قطبیدگی عبارت است از جهت میدان الکتریکی در امواج الکترومغناطیسی . به طور کلی می توان قطبیدگی امواج را به سه دسته تقسیم بندی کرد : قطبیدگی خطی و دایره ای وبیضوی .

اغلب رادار های تصویری از قطبیدگی خطی استفاده کرده , که این نوع قطبیدگی را می توان به دو بخش عمودی(vertical) وافقی (horizontal) تقسیم بندی کرد (تصویر شماره4). اغلب سنسورهای رادار طوری طراحی شده اند که قابلیت ارسال وهمچنین دریافت امواج را به یکی از دو صورت بالا دارا هستند . در بعضی از رادارها دریافت وارسال امواج با ترکیبی از دو نوع قطبیدگی انجام می پذیرد

تصویر شماره 4

به طور کلی می توان چهارترکیب از قطبیدگی رادرا در نظر گرفت :

• HH

• VV

• HV
• VH

حرف H نشان دهنده قطبیدگی افقی وحرفV نمایانگر قطبیدگی عمودی میباشد . درچهارترکیب بالا حرف سمت راست نحوه دریافت سیگنال را نشان می دهد .

§ هندسه رادار (radar geometry):

درسیستم تصویربرداری رادار هوایی با جابجانمودن سکو در یک مسیر مستقیم که مسیرپرواز(flight direction)(A) نامیده می شودعمل تصویربرداری انجام میگردد . پای قائم در صفحه تصویر را ندیر(nadir)(B) می نامیم .آنتن رادار امواج را برای روشن کردن نوارتصویر(swath) (C) ارسال می کند . با قرار گرفتن نوارهای تصویر در کنار هم ناحیه تصویر(track) (ناحیه خاکستری رنگ ) تشکیل می گردد که این ناحیه نسبت به خط ندیر فاصله دارد . محور طولی ناحیه تصویرکه با مسیر پروازموازی می باشدرا سمت(azimuth)(E) ومحورعرضی راکه برمسیرپروازعمود است را برد(range)(D) می نامیم .

§ وا؟ه شناسی :

محدوده نزدیک (Near range): بخشی از نوارتصویر که به خط ندیر نزدیک است .

محدوده دور(far range) : بخشی از نوار تصویر که در فاصله دور نسبت به خط ندیر قرار دارد .

برد مایل (slant range): خط شعاعی که از رادار به هریک از اهداف می توان نظیر کرد .

برد زمینی (ground range ) : تصویر برد مایل در سطح زمین .

زاویه تابش(incidence angle) : زاویه بین پرتورادار و سطح زمین .

زاویه دید(look angle) : زاویه بین خط عمود وپرتو رادار.

تصویر شماره 6

§ اثرات سطح بر تصویر رادار :

میزان روشنایی ( درخشندگی ) تصویر به میزان پراکندگی(scattering) سیگنال های مایکرویودر برخورد باسطح بستگی دارد . پراکنش سیگنال به پارامترهایی از قبیل مشخصات رادار (فرکانس قطبیدگی هندسه دید و...) وهمچنین خصوصیات سطح (پستی وبلندی نوع پوشش و...) وابسته است . به طور کلی می توانیم عوامل بالا را در سه عامل اصلی زیر خلاصه کنیم :

1) صیقلی بودن سطح

2) هنسه دید و رابطه آن باسطح

3) درصد رطوبت وخصوصیات الکتریکی سطح

صیقلی بودن سطح مهمترین عامل تعیین کننده روشنایی تصویرمی باشد . سطوح صاف موجب بازتابش آیینه ای(A) در فعل وانفعال سیگنال رادار با سطح می گردند . درنتیجه این نوع بازتابش مقدار اندکی ازسیگنال های بازتابیده شده به سمت رادار باز میگردند . بنابراین سطوح صاف با درجه تیره گی بیشتر در تصویر ظاهر خواهند گشت . سطوح ناصاف سیگنال های رادار راتقریبا به صورت یکنواخت بازتاب می دهند . و درنتیجه بخش عمده ای از این سیگنال ها به سمت راداربازمیگردند . بنابراین سطوح ناصاف با درجه روشنایی بیشتر در تصویر مشاهده می شوند . به این نوع انعکاس بازتابش پخشیده(B)گفته می شود . احتمال وقوع انعکاس زاویه ای (C) در نواحی که از سطوح عمود برهم تشکیل شده وجود دارد. به بیان ساده تر سیگنال های بازتابیده شده از سطح اول پس از برخورد به سطح دوم به سمت رادار بازتاب داده میشود .این نوع انعکاس به طور معمول در مناطق شهری (ساختمان ها خیابان ها پل ها و... ) اتفاق می افتد . صخره ها کوه ها ونیزار رودخانه ها نیز سیگنال رادار را اینگونه بازتاب می دهند .

زاویه تابش(incidence angle) نیز در نحوه شکل گیری تصویر همچنین صیقلی بودن سطوح نقش ایفا می کند . با در نظر گرفتن سطح وطول موج ثابت با افزایش زاویه تابش سیگنال های کمتری به سوی رادار بازمیگردند ودر نتیجه درجه تیره گی افزایش می یابد .به بیان دیگر با افزایش زاویه تابش سطوح صیقلی تر از مقدار واقعی خود در تصویر ظاهرمی شوند .

به طور کلی تغییر در هندسه دید در بهبود نقشه های جغرافیایی وهمچنین برطرف کردن اختلال هایی از قبیل سایه دارشدن و کاهش عمق تصویرموثر می باشد .

وجود رطوبت در خصوصیات الکتریکی وحجم اجسام موثر می باشد . تغییر در خواص الکتریکی در جذب ارسال وهمچنین نحوه شکل گیری تصویر موثر می باشد . بنابراین درصد رطوبت اجسام در فعل وانفعال سیگنال رادارومتعاقبا تصویر موثر می باشد . معمولا با افزایش رطوبت جسم سیگنال های بیشتری توسط جسم بازتابیده می شود . برای مثال علفزارهای وسیع در هنگامی که مرطوب هستند در تصویر رادار روشنتر ظاهر می شوند .

§ دقت تفکیک(spatial resolution) :

به میزان توانایی رادار جهت تفکیک اشیاء مختلف از همدیگر دقت تفکیک گفته می شود . بر خلاف سیستم های نوری افزایش دقت تفکیک در رادار بر اساس خصوصیات امواج مایکرویو وهمچنین تاثیرات هندسی انجام می پذیرد . دررادارهایی که از یک آنتن جهت ارسال امواج استفاده می کنند یک پالس موج ارسال گشته و با دریافت پ؟واک آن توسط گیرنده تصویر تشکیل می شود .

دقت تفکیک را می توان در دو راستا بررسی کرد . در جهت سمت ناحیه تصویر که دقت سمت (azimuth resolution) نامیده می شود ودر جهت برد که آن را دقت برد (range resolution) می نامیم .

دقت برد به طول پالس رادار (P) بستگی دارد . در صورتی که عمل تفکیک با طول بیشتر از نصف پالس صورت گیرد اهداف از یکدیگر قابل تشخیص اند . برای مثال در شکل شماره 8 اهداف 1و2 در تصویر به صورت یک جسم مشخص شده در حالیکه هدف های 3و4 به راحتی از هم تفکیک شده اند .

با افزایش زاویه تابش (افزایش برد )شاهد کاهش دقت برد می باشیم .

تصویر شماره 8

دقت سمت به پهنای ستون امواج رادار یا پهنای زاویه ای (beam width) (A) و همچنین برد مایل(slant range) وابسته است . با افزایش پهنای زاویه ای می توانیم شاهد دقت سمت باشیم . در تصویرشماره 9 اهداف 1و2 که در محدوده نزدیک قرار دارند توسط رادار به راحتی قابل تشخیص اند درحالیکه هدف های 3و4 که در محدوده دور قرار گرفته اند قابل تشخیص نمی باشند . همچنین با افزایش طول آنتن رادار می توان دقت سمت را افزایش داد

رادار دهانه ترکیبی (synthetic aperture radar):

همانطور که در قسمت قبل گفته شد جهت بالابردن دقت سمت می توانیم طول آنتن رادار را افزایش دهیم . اگرچه در این افزایش طول ما با محدودیت هایی مواجه هستیم . در رادرهای هوایی طول آنتن رادار بین 1 تا 2 متر در نظر گرفته می شود . در ماهواره ها ما می توانیم این محدوده را بین 10 تا 15 متر در نظر بگیریم . با تغییراتی در چگونگی حرکت سکوی رادار وثبت و پردازش سیگنال های بازتابیده شده می توان بر محدودیت اندازه غلبه کرد . بدین طریق که ما با تغییر در نحوه رفتار رادار به صورت مجازی طول آنتن رادار را افزایش داده ایم .

تصویر شماره 10 چگونگی رسیدن به این خواسته را تشریح می کند .

1) ابتداشیءهدف (A)سیگنال های مایکرویو را به صورت پالس دریافت کرده . پ؟واک های هر پالس توسط رادار ثبت می شوند . سکوی رادار در مسیر مستقیم به طور پیوسته در حال حرکت است . در طول زمانی که شیء هدف در معرض پالس های رادار قرار داردعمل ثبت سیگنال های بازتابیده شده از شیءتوسط رادار انجام می پذیرد .2) زمان چندانی طول نمی کشد تا طول آنتن ترکیبی (B) مشخص گردد .

تصویر شماره 10

با افزایش پهنای زاویه ای وهمچنین کاهش سرعت سکو می توانیم دقت سمت را در محدوده دور افزایش دهیم .در نتیجه شاهد ثابت ماندن دقت تفکیک درراستای سمت می باشیم .به تکنولو؟ی فوق که جهت افزایش دقت برد صورت می پذیرد رادار دهانه ترکیبی یا SAR گفته می شود .این روش در اکثررادارهای هوایی وفضایی استفاده می شود .

§ خصوصیات تصویر رادار :

در تصاویر رادار با نوعی اختلال مواجه هستیم که به نویز اسپیکل(speckle) معروف است . این اختلال که باعث ظاهرشدن دانه های ریزودرشت (بافت فلفل نمکی) در تصویر می شود زاییده ساختار بهم ریخته سطح و همچنین تداخل سیگنال های بازتابیده می باشد . به عنوان نمونه یک سطح هموار مانند علفزار(تصویر شماره 11) را در نظر می گیریم . بدون در نظر گرفتن اثر این اختلال پیکسلهای تصویر با درجه روشنایی یکسان مشاهده می شوند . حال آنکه در تصویر حقیقی به علت تداخل سیگنال های پراکنده شده پیکسل ها دارای درجات روشنایی متفاوت می باشند .

در واقع نویز اسپیکل کیفیت تصاویر راکاهش داده ودر نتیجه درتحلیل تصاویربا مشکل مواجه می شویم .حال برای کاهش این اثر میتوان دو روش را بکار برد :

1) دید چندگانه (multi-looking processing):

در این روش هر پرتو رادار به چندین زیرپرتو (اشعه) تقسیم شده و هر اشعه وظیفه پوشش دادن یک ناحیه را بر عهده دارد . با ثبت تصاویر تشکیل شده توسط هر اشعه ومعدل گیری از آنها جهت تشکیل تصویر نهایی می توان نویز اسپیکل را کاهش داد .

تصویر شماره 12

2) فیلترینگ (spatial filtering) :

پس از پایان یافتن مرحله اول وتشکیل تصویر اولیه فیلترکردن تصویر آغاز می شود . در این روش با حرکت دادن یک پنجره متشکل از تعدادی پیکسل (معمولا 5*5 یا 3*3 ) در طی سطر وستون تصویر از پیکسل هایی که هر پنجره پوشش می دهد معدل گیری (درجه روشنایی پیکسل های موجود در هر پنجره اندازهگیری شده وپیکسلی با درجه روشنایی واحد جایگزین پنجره مربوطه می گردد) انجام می شود .

 بایستی توجه داشته باشیم که کاهش نویز اسپیکل باعث کاهش وضوح تصویر می گردد . همانطور که درتصاویر شماره 14 و 15مشاهده می شود تصویر شماره 15نسبت به تصویر دیگر دارای وضوح کمتری است . در نتیجه برای ایجاد تصاویر با جزئیات دقیق نمی توان از این روش استفاده کرد . زمانی که سطح هدف را وسیع در نظر بگیریم کاهش نویز اسپیکل می تواند مثمر ثمرباشد .

گاه نیاز به استفاده از اندازه گیریهای دقیق جهت مقایسه مشاهدات وبدست آوردن نتایج لازم می باشد . در نتیجه بایستی دقت دقت ابزار اندازه گیری افزایش پیدا کند . این فعل توسط فرآیندی به نام کالیبراسیون (calibrasion) انجام پذیر است . ازآنجاییکه عمل اندازه گیری از اعمال اصلی رادار می باشد در نتیجه کالیبراسیون بسیار مهم می باشد . کالیبراسیون تلاش می کند تا اختلاف میان مقدار انر؟ی سیگنال بازتابیده با مقدار اندازه گیری شده توسط رادار کاهش یابد . در نتیجه کالیبراسیون دقیق ما شاهد تصاویری با دقت اندازه گیری یکسان توسط رادار خواهیم بود .

در کالیبراسیون نسبی سعی بر افزایش دقت سیستم رادار است . در حالیکه در کالیبراسیون مطلق با نصب دستگاه هایی بر روی زمین انر؟ی سیگنال های بازتابیده شده از سطح اندازه گیری شده و پس از تقویت به سوی رادار فرستاده می شوند. رادار می تواند با استفاده از این مقادیر به مقدار حقیقی انر؟ی دست پیدا کند .ودر نتیجه استنباط دقیقتری ازسطح حاصل داشته باشد .

§ کاربردهای پیشرفته :

علا وه بر کسب واستفاده درست از اطلاعات کابرد های خاص رادار به شرح زیر می باشد :

نخست تکنولو؟ی تصویر سه بعدی (stereo image) می باشد . در این روش با پوشش دادن ناحیه تصویر با زوایای تابش متفاوت وهمچنین بهره گیری ازجهت های دید متفاوت یا مخالف و انطباق تصاویر ایجادشده می توان یک تصویر سه بعدی از ناحیه تصویر ایجاد کرد .در نتیجه اختلال هایی از قبیل سایه دارشدن بعضی نواحی برطرف گردیده وزمینه برای تحلیل دقیقتر تصاویر فراهم می گردد . این تکنولو؟ی در تحلیل تصاویر مناطق جنگلی و جغرافیایی وهمچنین نقشه برداری از عراضی کاربرد دارد .

از دیگر پیشرفت های حاصل شده می توان به قطبش سنجی (polqrimetry) اشاره کرد . در این روش امکان دریافت و ار سال سیگنال های مایکرویو به صورت ترکیبی از قطبیدگی افقی و عمودی وجود دارد . در نتیجه ما می توانیم چهار ترکیب HH VV VH HV را برای دریافت یا ارسال امواج در نظر بگیریم . بدین طریق با ایجاد تصویری با وی؟ گی های مختلف نتایج لازم جهت دستیابی به تصویر دقیقتر حاصل می گردد .

نتیجه :

 

بسیاری از وسایل پیرامون ما برای کارکردن به انرژی برق نیاز دارند و بخش عمده ای از زندگی ما به برق متکی است برخی از وسایل مانند تلویزیون ها ، رادیوها ، لامپ ها،گرم کننده های برقی و... همگی به انرژی برق نیازدارند .حال تصور کنید در طول یک روز برق خانه شما قطع شود چراغ ها،تلویزیون و رادیو کار نمی کنند. بعد از مدتی از بیکاری به دور خود چرخ می زنید و پس از چند ساعت، ماندن درخانه برای شما طاقت فرسا خواهد شد. حال اگر چنین مشکلی را در مقیاس بزرگتر فرض کنیم این مشکلات هم بزرگتر می شوند. به عنوان مثال دریک شهر خدمات اجتماعی از قبیل اورژانس ، پلیس ، تجهیزات بیمارستانی و همه و همه از کار می افتند. مشکلاتی از این قبیل ممکن است حتی منجر به مرگ انسان هم شود. کارخانه های مواد غذایی بر اثر از کار افتادن سردخانه ها یشان متحمل میلیون ها دلار ضرر می شوند و درصورتی که این وضعیت باقی بماند، نیروهای دولتی و خدمات دولت هم از کار خواهند افتاد. با توجه به این گفته ها ، دیده می شود که یکی از نیاز های جدی بشر امروز انرژی الکتریکی است. بمب الکترومغناطیسی یا ای ـ بمب ((e-bomb اسلحه ای است که آن را به قصد نابود کردن این جزء جدایی ناپذیر (انرژی برق) از زندگی بشر ساخته اند. این بمب به سادگی می تواند تمام دستگاههای الکترونیکی را که بشر از آنها استفاده می کند از کار بیندازد. به عنوان مثال می تواند در عرض چند ثانیه ژنراتورهای برق را از حرکت بیندازد، ماشین ها را از حرکت باز ایستاند، و حتی می تواند امکان استفاده از تلفن راهم از ما بگیرد. یک بمب قوی می تواند قدرت نظامی یک شهر را کاملاً به 200 سال عقب برگرداند. دولت آمریکا سالهاست که تحقیقات در این زمینه را دنبال می کند. عده ای اعتقاد دارند که هم اکنون چنین سلاح هایی در زرادخانه های آنها وجود دارد.از طرفی دیگر گروهک های تروریستی هم می توانند از این تکنولوژی استفاده کنند وبا ساختن بمب های الکترونیکی صدمات زیاد و سنگین را به آمریکا برسانند در این بخش ما به شرح فرضیات بنیادین و تکنولوژی بمب های الکترومغناطیسی می پردازیم. طرز کار اصلی این بمب های الکترومغناطیسی یا در مبحث بزرگترElectro Magnetic Pulse weapon (EMP) مبنای اسلحه های اتمی یا تکانه ی برقاطیسی بسیار ساده است این اسلحه ها با ایجاد میدان قوی الکترومغناطیسی تمام مدارات برقی را درهم می شکند . اگر با طرز کار آهنربا های برقی یا رادیو آشنا هستید پس حتماً می دانید که الکترو_ مغناطیسی چیز ویژه و جدیدی نیست . سیگنال های تلویزیونی و امواج AM و FMرادیویی ، تلفن های همراه و چراغ های ماکروویو و امواجX-ray . مقصود ما این است که بفهمیم آیا آهن ربا های الکتریکی می توانند مولد میدان الکتریکی ای باشند که بتوان آن را به صورتی تغییر داد که بتواند موجب ایجاد الکتریسیته شود. در ابتدا باید توضیح داد که یک فرستنده ی رادیویی ساده چگونه میدان الکتریکی که توسط افت و خیزهای متناوب تولید می شود، را می تواند به جریان برق دریک رسانای هم جوار دیگر تبدیل کند (مثل آنتن های گیرنده ی رادیوای ) یک فرستنده ی رادیویی می تواند امواج رادیویی را به صورت سیگنال به یک گیرنده برساند حال اگر سیگنال ها را قوی و پرانرژی کنیم (میدان مغناطیسی) می تواند به مقدار زیادی الکتریسیته تبدیل شود. یک موج قوی می تواند یک قطعۀ نیمه رسانا دریک رادیو را بسوزانندو یاآن هارا فراتر از آن که قابل تعمیر باشد از هم بپاشند. بنابرین خریدن یک رادیوی جدید می تواند ساده و راحت ترین کار برای حل این مشکل باشد . نوسانات شدید میدان مغناطیسی می تواند موجب به وجود آمدن برق زیادی در هر نوع وسیله ی رسانای دیگر شود، به عنوان مثال خطوط تلفن، خطوط انتقال قدرت و حتی لوله های هوای فلزی. این امواج می توانند به طور غیر عمدی هر وسیله ی الکتریکی که در طیف امواجشان قرار گیرد، از جمله شبکه های کامپیوتری که به خطوط تلفن وصل شده اند را از کار بیندازد، یک موج قوی تر و بزرگتر می تواند دستگاه های نیمه رسانا را بسوزاند، سیم کشی ها را ذوب کند، باتری ها را منفجر کند و حتی مبدل های الکتریکی را هم نابود کند. راه های زیادی برای تولید و آزاد سازی چنین میدان های مغناطیسی وجود دارد. حال نگاهی به چند راه ممکن برای ساخت اسلحه های (EMP ) می اندازیم. با توجه به این که اندیشه ساخت اسلحه های (EMP ) مدت ها است که وجود دارد چند سالی بیشتر نیست که همه ی نگاه ها را به خود متوجه کرده است و در سر فصل مقاله ها و عناوین جایی برای خود باز کرده . در طی سال های 1960 تا1980،آمریکا نگران ترین کشوری بوده است که متوجه خطر حمله های الکترومغناطیسی اتمی بود. اندیشه ونقطةعطف تحقیقات هسته ای به سال1950 بر می گردد در سال 1958آمریکایی ها اولین بمب هیدروژنی خود را امتحان کردند که نتایج بسیار خارق العاده ای را برای آنها همراه داشت. امتحان یک انفجارهسته ای به روی اقیانوس آرام باعث شد که از طرفی لامپ های بخش هایی از جزایر هاوایی منفجر شوند و از طرفی دیگر هزاران مایل دورتر یعنی در استرالیا بسیاری از تجهیزات رادیویی آنان منفجر گردد . محققان نشان دادند که درهم ریختگی الکتریکی به دلیل اثرات این انفجار بوده است. تئوری که در سال 1925توسط فیزیک دانی داده شده بود مبنی براین بود که فتون های انرژی الکترومغناطیسی می توانند الکترون های موادی را که دارای عدد اتمی کمی هستند با ضربه ی اندکی از اتم جدا کنند . در آزمایشی که در سال 1958 انجام شد محققان نتیجه گرفتند فتون هایی را که از انفجار شدید تشعشعات گاما به وجود می آید، مقدار بسیار زیادی از الکترون های اتم های اکسیژن و نیتروژنی که در جو وجود دارند را جدا می کند. این سیل عظیم الکترون ها هم کنشی با میدان مغناطیسی زمین برای بو جود آوردن یک جریان الکتریکی متغییر داشت که موجب ایجاد یک میدان مغناطیسی بسیار قوی بود. پالس الکترومغناطیسی حاصل یک جریان الکتریکی قوی در سطحی بسیار گسترده به وجود می آورد. سازمان اطلاعات ایالات متحده در زمان جنگ سرد با ترس از این که اتحاد جماهیر شوروی موشک اتمی 50 کیلومتر بالاتر از سطح ایالات متحده پرتاب کند و به نتایج نظریۀ اشاره شده در مقیاس وسیع دست پیدا کند. آن ها از این می ترسیدند که انفجار الکترومغناطیسی حاصله ، تمام ابزارهای الکتریکی را در سراسر ایالات متحده از بین ببرد. هنوز احتمال چنین حمله ای به دیگر ملت ها وجود دارد اما این موضوع دیگر مسئله ی اصلی و موردتوجه ایالات متحده نیست.امروزه سازمان اطلاعات ایلات متحده به دستگاه های غیر اتمی EMP مانند e-bomb اهمیت بیشتری می دهد. این سلاح ها به اندازه ی بمب اتم، منطقه ی گسترده ای را تحت تاثیر قرار نمی دهد. چون آن ها فوتون ها را در ارتفاع زیادی از سطح زمین منفجر نمی کنند. اما می توانند برای ایجاد خاموشی کامل در سطح محلی به کار روند. اسلحه های برقاطیسی غیر اتمی به نظر می رسد که ایلات متحده چنین اسلحه هایی را در زرادخانه های خود دارد، ولی اینکه چه مدلی از آنها را در اختیار دارد معلوم نیست. بیشتر تحقیقات ایالات متحده با مشکل قدرت زیاد امواج روبه رو هستند. با توجه به صحبت های گزارش گرها و خبر نگاران چنین اسلحه هایی در جنگ عراق هم مورد استفاده قرار گرفته است . در حقیقت بیشتر بمب های برقاطیسی ایالات متحده بمب های واقعی نیستند. آن ها بیشتر شبیه اجاق های ماکروویو هستند که دارای پرتو های متمرکزی از انرژی هستند. این امکان وجود دارد که این تکنولوژی بسیار پیشرفته و گران به روی موشک های کروز سوار شده باشند و این تنها یک قسمتی از بحث بمب های الکترونیکی بود. به کار بردن منابع ارزان ؛ مهندسی ارتش بنیادین. یک سازمان تروریستی می تواند به سادگی یک بمب e-bomb خطرناک بسازد. در اواخر ستامبر2001 مهندس های طراز اول یک مقاله در مورد احتمال وجود این ابزار نوشتند. این مقاله به روی ژنراتورهای شارش متراکم که فکراولیه آن ها به سال 1950 برمی گردند توجه کرده بود و در مورد e-bomb های قدرتمند ارزان قیمت توضیحاتی داده بود. فکر اصلی این طرح نوشته گزارش فردی به نام کارلو کوپ، یک تجزیه و تحلیل کننده ی مسائل دفاعی بود. اندیشه ی بزرگ ساخت این وسیله، واقعأ برای نیروهای دولتی برای مدتی مهم بود. البته هیچ کس قادر به ساخت دستگاه e-bomb با این توضیح به تنهایی نخواهد بود. بمب شامل یک سیلندر فلزی است که به عنوان آرمیچر توسط یک حلقه ی مارپیچ از سیم پیچ نگهداری شده است . سیلندر آرمیچر، با مواد منفجره ی قوی و یک پوشش قوی بیرونی که تمامی دستگاه را پوشانده است احاطه شده است. موتور، سیلندر را که به طور مجزادریک محیط خلأقراردارد ، می چرخاند. بمب همچنین منشأ قدرتی دارد(مثل خازن) که میتواند به مسیر سیم پیچ وصل شود. در این قسمت ترتیب رخدادهایی را که برای انفجار بمب رخ می دهد را می توانید ببینید : یک سوئیچ به خازن وصل شده . بخش متحرک سیم پیچ الکتریسیته ی جاری را به سیمها منتقل می کند. این ژنراتورها میدان مغناطیسی بسیار قوی دارند . مکانیزم ساده ی یک فیوز مواد منفجره را فعال می کند . انفجار به صورت موج از وسط سیلندر آرمیچر عبور می کند، این موج انفجار از وسط سیلندر در تماس با سیم پیچ ساکن قرار می گیرد . Stator Winding این یک دوره چرخش در حوزه ی قلمرو مدار می سازد که استاتور را از منبع تغذیه خود قطع می کند. چرخش کوتاه استاتور باعث ایجاد میدان مغناطیسی فشرده می شود که در نتیجه یک انفجار الکترومغناطیسی قوی را به وجود می آورد.بیشتر این اسلحه ها می توانند تا اندازه ی کوچکی منطقه ای را تحت تأثیر خود قرار دهند البته نه به اندازه ی حمله ی بمب های الکترو_ مغناطیسی اتمی ولی می تواند خسارات جدی وارد کند. ایالات متحده به خاطر این که این اسلحه ها به هیچ وجه مرگ آور نیستند از شرح آن ها صرف نظر کرده ولی این اسلحه ها به صورت جدی مخرب هستند. یک حمله با بمب برقاطیسی می تواند زندگی را در ساختمان ها فلج و نابود کند همچنین می تواند باعث نابودی یک ارتش بزرگ باشد. در اینجا انواع سنا ریو های ممکن برای حمله های مختلف وجود دارد. پالس های میدان مغناطیسی سطح پایین می توانند به طور موقت سیستمهای الکتریکی را از کار بیندازد . پالس های قوی تر می توانند برنامه های کامپیوتری را خراب کنند ونیز انفجار های خیلی قدرتمند می تواند به طور کلی وسایل و تجهیزات الکتریکی را از کار بیندازد. در جنگاوری مدرن سطوح مختلفی از حملات انجام می شوند تعدادی از عملیات های مهم جنگ را بدون زخمی و شکنجه کردن نیروها انجام دهند. به عنوان مثال e-bomb می تواند به طور مؤثر،تحرکات نظامی دشمن رامتوقف سازد. - سیستم های کنترلی وسایل نقلیه - هدف قرار دادن سیستم های زمینی بر روی بمب ها و موشک ها - سیستم های ارتباطی - سیستم های راه بری ، ناوبری، هدایت ، تعیین مسیر - سیستم های سنسور بلند یا کوتاه(رادارها) یک e-bomb می تواند مخصوصاً در مواردی مانند تهاجم به عراق موًثر باشد. به دلیل این که پالس ها می توانند روی خنثی کردن زاغه های مهمات زیرزمینی تأثیرگذار باشند. یک انفجار اتمی در منهدم کردن خیلی از این زاغه ها می تواند مؤثر باشد ولی به طور بالقوه می تواند شامل خراب کردن و با خاک یکسان نمودن مناطق اطراف و خانه های مسکونی نیز باشد. یک پالس الکترومغناطیسی می تواند از زمین بگذرد و زاغه ها را از کار بیندازد ، همچنین چراغ ها و سیستم های تهویه ی هوا، ارتباطات و از جمله درهای الکترونیکی را از کار بیندازد،و در حقیقت می تواند به طور کلی یک بانک زاغه را از کار بیندازد و غیر قابل استفاده نماید. همچنین نیروهای ایالات متحده به سادگی می توانند توسط حملات EMP مورد آسیب و صدمه قرار گیرند. اگر چه در سال های اخیر ایالات متحده متخصص های الکترونیک را برای به روزسازی زرادخانه ها اضافه کرده است. یک حمله ی گسترده تر الکترومغناطیسی در هر کشوری می تواند توانایی سازماندهی نیروهای آن کشور را به خطر بیندازد. نیروهای زمینی می توانند به طور کامل و به درستی اسلحه های غیر الکترونیکی را مثل مسلسل ها از کار بیندازد، ولی آن ها می توانند اسلحه های الکترونیکی داشته باشند؛ وسایلی که به طور مؤثر دشمن را نابود می کند. یک حمله ی برقاطیسی می تواند هر ارتشی را تضعیف کند. اگر یک EMP برق یک بیمارستان را از کار بیندازد به عنوان مثال کسی که برای ادامه ی زندگی اش در اتاق عمل تلاش می شود بلا فاصله ناتوان شده و شاید حتی بمیرد. یکEMP شاید وسایل نقلیه را از کار بیندازد مانند وسایل هوایی که می توانند سبب به وجود آمدن حادثه های مرگ آور شود. در پایان مهم ترین تأثیر جانبی یک e-bomb می تواند عامل روانی باشد، یک حمله ی کامل ودر سطح بالای الکترومغناطیسی در یک کشور پیشرفته در مدت زمان اندک می تواند زندگی مدرن را به یک وقفه ی آزار دهنده تبدیل کند. همه زنده می مانند ولی آن ها خودشان را در یک دنیای کاملا متفاوت پیدا می کنند . دنیایی بدون برق و الکتریسیته ... !!!

 

آیا تا کنون به واژه مخابرات فکر کرده اید؟
امروزه کاملا این امر واضح است که بخش مهمی از زندگی ما در گیر این نوع مخابرات است که تا حد اعلی زندگی ما را تسهیل می بخشد. با پیشرفت علم و تکنولوژی امکان ایجاد ارتباطات به صورت آسانتر و سریعتر به وجود می آید. روش های سنتی جای خود را به روش های نوین داده و عیوب و نواقص هر یک را نسبت به دیگری آشکار تر می سازد.

با پیشرفت تکنولوژی اطلاعات امروزه فن آوری های مدرنتری پاسخ گوی نیاز بشر هستند. در این بخش سعی بر آن داریم تا اطلاعاتی محدود از روش پروسس دیتا در رادیو دیجیتال برای شما ارائه دهیم.

تکنیک های پروسس دیتا در رادیو دیجیتال:

ورودی های رادیو دیجیتال یکی از فرمتهای ماکس دیجیتال مانند 2-8-34 و 140 مگا بایت است و یا شامل چند ورودی می باشند مانند دو تا 2MB و یا دو تا 8MB.
حالت اخیر چون یک استاندارد CCITT نیست ( مثلا ماکس 4MB/ 16MB) بنابر این عملیات مالتی پلکس کردن دو ورودی در خود رادیو صورت می گیرد. این عمل در جاهایی کاربرد دارد که مثلا تعداد کانال های تلفنی بیش از 30 کانال و کمتر از 120 کانال باشد. . چون در این صورت مقرون به صرفه نیست که از یک ماکس و رادیو 8 مگا بیت که جهت ارسال 120 کانال است استفاده شود. بنابر این از دو ماکس 30 کانال استفاده می شود. و خرئجی این ماکس در رادیو مالتی پلکس میشود.
در رادیو دیجیتال باید بر روی مسیر سیگنال های لاجیک عملیات صورت گیرد تا آن را آماده سوار کردن بر روی کاریر رادیو یی کند. به طور کلی عملیاتی که بر روی سیگنال های مالتی پلکس تا قبل از مدولاتور صورت می گیرد به شرح زیر است:

1) مالتی پلکس کردن چند سیگنال ورودی ( مثلا تر کیب دو ورودی 2MB و تولید 4MB) البته این فقط در حالتی است که رادیو ها دارای چند ورودی باشند.

2) یکنواخت سازی خط (line equalization) : این عمل حتی تا قبل از مرحله پیشین صورت می گیزد. و جهت جبران تغییر شکل بیت های ورودی در اثر تلفات خط انتقال است که دیتا را از ماکس تا رادیو انتقال داده مثلا تقویت سیگنال- فیلتر کردن و ..... می باشد. لازم به ذکر است که عمل مهمتر از استخراج کلاک می باشد.

3) تغییر کد سیگنال بیست باند: سیگنال هایی که از ماکس می آیند دارای کد های خاصی مانند CMI- HDB3... هستند که باید تمام این کد ها به کد NRZ(None return to zero تغییر یابند.

4) justification: و یا همزمان کردن مسیرهای سیگنال ماکس که از مسیر های مختلف و یا دستگاهای خاص می آیند . زیرا ارسال به طریق همزمان صورت نمی گیرد.

5) اضافه کردن بیت های مربوط به Service ch /o.w و سوپر وایزری و مالتی پلکس کردن این بیت ها و بیت های سیگنال اصلی

6) scrambling: در این عمل سعی می شود که تعداد بیت های 0 و 1 تقریبا مساوی و یک در میان شوند تا اسپکتروم موج رادیو مددوله شده و همچنین به دست آوردن sk از این بیت ها در مقصد به راحتی صورت گیرد.

7) تولید Parity code: همانطوری که در سیستم های fm-fdm (رادیو مالتی پلکس آنالوگ ) یک سیگنال به عنوان سیگنال pilot به سیگنال اصلی اضافه می شود تا بتوان در گیرنده از کیفیت سیگنال در یافتی به طور مداوم آگاهی پیدا کرد در سیگنال های دیجیتال و رادیو هتی دیجیتال نیز یک یک سری بیت که بیت های parity نام دارد به سیگنال اضافه می شود تا در مقصد از میزان خطاهای در یافن شده و کیفیت سیگنال در یافتی آگاه شد.

این بود خلاصه ای بر مخابرات توسط رادیو دیجیتال!!

اساس مخابرات ماهواره ای به منظور دریافت تصاویر تلویزیونی بر مبنای ماهواره ایست که برنامه هایی را برای مناطقی از کره زمین( که توسط آنتنهای سطحی قابل پوشش نیست) رله مینماید. ماهواره هایی که برای این منظور به کار می آیند به طریقی در مدار خود قرار می گیرند تا همواره با سرعتی معادل سرعت زمین حرکت نموده و پیوسته بر روی نقاطی از زمین پایدار بمانند. در نتیجه این امکان را به وجود می آورد تا بتوان از آنتنهای گیرنده ای (آنتنهای بشقابی )که همواره بر روی مو قعیت خاصی مستقر شده اند استفاده نمود.

بدین ترتیب هر آنتنی که در محدوده تشعشع ماهواره قرار داشته باشد میتواند اصوات و تصاویر را با کیفیتی بالا دریافت نماید. ماهواره های متعددی به منظور مخابره برنامه های تلویزیونی در نظر گرفته شده اند. این ماهواره ها در اصطلاح به نام ماهواره های مخابرات مستقیم مطرح گردیده اند. فرستنده چنین ماهواره هایی به حدی قوی ست که تنها با بشقابک های کو چکی می توان امواج ان را به راحتی در یافت نمود.

بسیاری از کشور های اروپایی از جمله فرانسه/ آلمان در صدد برنامه ریزی جهت ارسال ماواره های مخابرات مستقیم در مدار های متفاوتی به دور زمین هستند. البته انگلستان نیز طرحهایی در این زمینه در دست داشت که به دلیل مخارج بسیار بالای آن به فراموشی سپرده شد.

تا زمانیکه ماهواره های مخابرات مستقیم هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته باشند نتیجتا دست اندرکاران از ظرفیت آزاد ماهواره های مخابراتی برای مخابره برنامه های تلویزیونی استفاده می نمایند.
فرستنده های اینگو نه ماهواره ها ضعیف تر از فرستنده های ماهواره های مخابرات مستقیم می باشند. ولی با استفاده از آنتن های بشقابی بزرگتر به قطر 1.8 متر می توان از قابلیت در یافت خوبی بر خوردار شد.

در حال حاظر دو ماهواره از این نوع به منظور مخابره بر نامه های تلویزیونی برای نواحی غربی اروپا مورد استفاده می باشد. این دو ماهواره بر نامه های مخابراتی خود را بر روی 18 کانال مختلف که اکثرا به زبان انگلیسی ست ارسال می دارند. هر دو ماهواره از انواع ماهواره های مخابراتی هستند که به منظور بر قرار نمودن خطوط تلفن معمولی بین اروپا و آمریکا به کار می آیند.

اخیرا سیستم جدیدی به نام سیستم NESAT توسط کار خانه NEC طراحی و ساخته شده که مزیت کاربردی ان در این است که با اتصال آن به تلویزیون های معمولی می توان از کانال های مختلف ماهواره ای استفاده نمود. اهمیت این سیستم به علت عدم نیاز به سیم کشی جهت دریافت برنامه های ماهواره ایست.

به علاوه با کاربرد سیستم مد نظرنیاز به استفاده از سیستم های ماهوارهای مخابرات مستقیم برای بر نامه های تلویزیونی منتفی می شود. سیستم از مزایا و مشخصات میژه ای بر خوردار است که این عوامل می توانند موجب شوند تا این پدیده نوظهور به سادگی در رقابت با هر گو نه وسایل مشابهی همچنان در زمینه تغذیه بر نامه های تلویزیونی پیش تاز بوده و با استاندارد های بالای بازار های انگلیس و کل ارو پا هماهنگ بوده و مورد استقبال چشمگیر واقع شود.

سیستم NESAT از سه قسمت عمده تشکیل یافته است: آنتن بشقابی / مبدل نویز پایین و تیو نر داخلی .
البته در حال حاضر به منظور نصب سیستم نامبرده باید از مجوز قانونی بهره مند بود . لیکن پیش بینی می شود که در آینده نزدیک امکانات و ازادی بیشتری برای نصب و کاربر خانگی سیستم فوق فراهم آید.

به همین شکل بسیاری از قوانین مربوط به مخایرات تلویزونی حاضر در گذشته ای نه چندان دور محدو دیت بیشتری برای استفاده کنندگان آن اعمال می نمود و ابن در حالی بود که استفاده از مخاربرات ماهواره ای در آن لحظه خوابی بیش قلمداد نمی شد!!

چرا از مخابرات دیجیتال استفاده می شود؟
در هر نوع سیستم مخابره اطلاعاتی وجود برخی از عوامل غیر قابل کنترل باعث ایجاد نویز در محیط می شود. منابع نویز شامل نویز محیط و نویز گیرنده می باشند. در یک سیستم مخابراتی گسترده که از چندین تکرار کننده که هر کدام شامل فرستنده و گیرنده های زیادی می باشند در هر مرحله نویز محیط و گیرنده به سیگنال اصلی اضافه می شود . حتی در بهترین گیرنده و کانال مخابراتی نویز به سیگنال اصلی اضافه می شود.

در یک سیستم مخابراتی آنالوگ هر گز نمی توان نویز را از سیگنال اصلی جدا کرد و بهترین سیستم مخابراتی نه تنها نویز را از بین نمی برد بلکه نویز اضافه می کند و تنها میتوان از سیستم های low noise استفاده کرد. در حالی که این برتری برای سیستم های مخابرات دیجیتال نسبت به آنالو گ وجود دارد که می توان در شرایط مناسب نویز را به طور کامل از سیگنال اصلی جدا کرد و سیگنال اصلی را در گیرنده بازسازی کرد.
در مخابرات آنالوگ تنها به وسیله فیلتر های میان گذر می توان نویز هایی را که خارج از باند قرار دارد جدا کرد ولی نمی توان نویزی که در باند سیگنال اصلی وجود دارد جدا کرد اما در ارسال دیجیتال اگر به وسیله یک مقایسه کننده سیگنال دریافتی را با یک vref که برابر v/2 می باشد مقایسه کنیم سیگنال اولیه به دست می آید.

اگر دو سیستم ارسال آنالوگ و دیجیتال را مقایسه کنیم به سه مورد بایستی اشاره کرد:

1- یکی از برتری های عمده مخابرات دیجیتال نسبت به آنالوگ بازسازی سیگنال مخابرات دیجیتال است.
2- برای انتقال چندین کانا تلویزیونی از روش های مالتی پلکس استفاده می شود. در در مخابرات آنالوگ از روش های fdm و در مخابرات دیجیتال از رو ش های tdm استفاده می شود . مدارات مالتی پلکس FDM پر حجم و احتیاج به فیلتر های متعدد و دقیقی جهت جدا کردن کانال ها از هم می باشد و نمی توان مدارات مجتمع IC آنالوگ با تراکم زیاد ساخت. این مدارات احتیاج به خازن- سلف و فیلتر های مکانیکی بسیاری دارند که نمی توان آنها را به صورت IC در آورد.
ولی مدارات مجتمع مربوط به مخابرات دیجیتال را می توان با تراکم بسیار ساخت و از میکرو پرو سسور ها و کامپیوتذر می توان در مخابرات دیجیتال استفاده کرد که باعث افزایش سر عت ارسال و کاهش حجم می شود.
3- فرق دیگر مخابرات دیجیتال و آنالوگ در پهنای باند ی است که احتیاج دارند. در سیستم های آنالوگ برای ارسال یک کانال تلفنی فقط به 4 کیلو هرتز پهنای باند احتیاج است ولی در مخابرات دیجیتال پهنای باند زیادی اشغال میشود. . مثلا در مدلاسیون bpsk برای ارسال یک کانال تلفنی 6 کیلو هرتز پهنای باند است.

شاید این را به حساب ضعف مخابرات دیجیتال بتوان گذاشت ولی با استفاده از مدلاسیون های پیشرفته بعدا برای ارسال یک کانال تلفنی 64 QAM فقط احتاج به 2 کیلو هرتز پهنای باند است. این کمتر از حالت آنالوگ است!!

سیستم های دیجیتال در زندگی روزانه بشر نقش برجسته ای دارند و به همین دلیل دوره تکنو لوژی فعلی را عصر دیجیتال می خوانند. سیستم های دیجیتال در مخابرات – تجارت- کنترل ترافیک- هدایت سفینه های فضایی – اعمال جراحی – هوا شناسی - اینترنت و بسیاری از دیگر زمینه های تجاری صنعتی و علمی به کار می روند. ما از تلفن های دیجیتال- تلویزیون های دیجیتال و... استفاده می کنیم. مهمترین خاصیت یک کامپیوتر دیجیتال همگانی بودن آن است. کامپیوتر می تواند رشتهای از دستورات به نام بر نامه را که روی داده های مفروض عمل می کنند دنبال نماید. کاربر می تواند برنامه یا داده خود را طبق نیاز انتخاب و اجرا کند. به علت این انعطاف کامپیو تر های همه منظوره دیجیتال می توانند عملیات پردازش اطلاعات را در محدوده وسیعی از کاربردها انجام دهند.

یکی از ویژگی های سیستم دیجیتال توانمندی آنها در دستکاری عناصر گسسته اطلاعاتیست. هر مجمو عه ای که به تعداد متناهی از عناصر محدود باشد اطلاعات گسسته را داراست. مثال هایی از عناصر گسسته عبارتند از 10 رقم دهدهی- 26 حروف الفبا- 52 ورق بازی- 64 مربع باری شطرنج.

کامپیوتر های دیجیتال اولیه برای محاسبات عددی به کار می رفتند. در ابین حال عناصر گسسته به کار رفته ارقام بودند. نام دیجیتال یا رقمی از این مفهوم حاصل شده است. عناصر گسسته اطلاعاتی در یک سیستم دیجیتال با کمیت های فیریکی به نام سیگنال نشان داده می شوند. رایج ترین سیگنال های الکتریکی عبارتند از ولتاژ و جریان. وسایل الکتریکی به نام ترانزیستور در مداراتی که این سیگنال ها را پیاده سازی می کنند به طور چشمگیری به کار میروند.

سیگنال ها در بسیاری از سیستم های دیجیتال الکترونیک امروزی تنها دو مقدار را دارا هستند و بنابر این گو.ییم دودویی اند. یک رقم دودویی که بیت خوانده می شوددو مقدار دارد0 و 1 . عناصر گسسته اطلاعاتی با گروهی از بیت ها به نام کد های دودویی نمایش داده می شوند. مثلا ارقام دهدهی 0 تا9 در سیستم هعداد دیجیتال با کد چهار بیتی نمایش داده می شوند. با به کار گیری تکنیک های مختلف گرو هایی از بیت ها برای نمایش سمبل های گسسته تعریف می شوند و سپس در توسعه یک سیستم در قالب دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد. در نتیجه یک سیستم دیجیتال سیستمی ست که عناصر گسسته اطلاعاتی به شکل دودویی را ر درون دستکاری می کند.

کمیت های اطلاعاتی یا ذاتا گسسته اند و یا از نمونه برداری (کوانیزه کردن) فرایند های پیوسته حاصل می شوند. به عنوان مثال یک لیست حقوق ذاتا یک فرایند یا رویداد گسسته بوده و حاوی نام کارمند- حقوق هفتگی- مالیات- و... است. پرداختی به یک کارمند با استفاده از مقادیر داده گسسته ملنند حروف الفبا- ارقام- و نماد ها یا سمبل های خاص پردازش می گردد. از طرف دیگر یک محقق ممکن است یک پدیده را به صورت پیوسته مشاهده کند. ولی فقط مقادیر خاصی را به صورت جدول ثبت نماید. بنابر این فرد محقق داده پیوسته را نمونه برداری می نماید ولی هر کمیت در جدول را از عنلصر گسسته می سازد. در بسیاری از حالات نمونه برداری از یک فرایند به طور خودکار به وسیله دستگاهی به نام مولد آنالوگ به دیجیتال انجام می شود.

بهترین مثال از یک سیستم دیجیتال کامپیوتر دیجیتال همه منظوره است. بخش های اصلی یک کامپیوتر عبارتند از واحو حافظه- واحد پردازش مرکزی و واحد های ورودی /خروجی
واحد حافظه برنامه ها و ورودی های وارده خارج شونده و میانی را ذخیره می کند. واحد پردازش مرکزی اعمال محاسباتی و دیگر عملیات روی داده ها را بر حسب آنچه در برنامه مشخص شده انجام می دهد. داده ها و بر نامه هایی که به وسیله کاربر آماده شده اند به وسیله عناصر ورودی مانند صفحه کلید به حافظه انتقال می یابد. یک وسیله خروجی مثل چاپگر نتایج حاصل از محاسبات رات دریافت کرده و به کاربر ارائه می دهد. یک امپیو تر دیجیتال می تواند به چندین وسیله ورودی و خروجی وصل ود. یکی از وسایل مفید واحد ح مخابره است که تبادل داده را از طیق اینترنت با دیگر کاربان بر قرار می سازد. یک کامپیو تر دیجینال دستگاهی توانمند است که نه تنها می تواند محاسبات ریاضی را انجام دهد بلکه قادر است اعمال منطقی را نیز انجام نماید. به علاوه می تواند جهت تصمیم گیری بر اساس شرایط داخلی یا خارجی بر نامه ریزی شود.

برای استفاده از مدادات دیجیتال در تولیدات تجاری دلایل اساسی و جود دارد. همچنین کامپیو تر های دیجیتال دستگاههایی قابل برنامه ریزی اند. . با تعویض بر نامه در وسیله بر نامه پذیر سخت افزار یگانه ای قابل استفاده در کار برد های متفاوت خواهد بود. کاهش قیمت شدید در وسایل دیجیتال به دلیل پیشرفت در تکنو لوژی مدار های مجتمع دیجیتال مرتبا روی می دهد. با افزایش تعداد ترانزیستور ها در یک قطعه سیلسکان توابع پیچیده تری قابل پیاده سازی شده قیمت هر واحد کاهش یافته و قیمت هر دستگاه دیجیتال نیز روز به روز کاهش می یابد.

دستگاه های دیجیتال با مدار های مجتمع می توانند با سرعتی تا صد میلیون عدد در ثانیه را انجام دهند. می توان با استفتده از کد های اصلاح خطا عملکرد سیستم های دیجیتال را به شدت اطمینان بخش نمود. به امید آن روز!!

مدولاسيون:
در انواع وسيعي از سيستم هاي مهندسي مفهومي بنام مدولاسيون نقشي محوري ايفا مي نمايد. در حالت كلي ، يك سيستم مدولاسيون سيستمي است كه در آن سيگنالي جهت كنترل پارامتري از سيگنالي ديگر بكار گرفته مي شود .

از ميان كاربردهاي مدولاسيون دامنه ، بكار گيري آن در سيستم هاي مخابراتي از اهميت خاصي برخوردار است . بطور معمول براي هر يك از انواع كانالهاي مخابراتي محدوده اي از فركانس وجود دارد كه براي ارسال سيگنال مناسبترين محدوده بشمار مي رود . به عنوان مثال ، جو به سرعت سيگنالهاي واقع در محدوده فركانسي صوتي ( 10Hz تا 20Hz ) را تضعيف مي كند، در حاليكه سيگنالهاي واقع در محدوده فركانسهاي بالاتر را تا فواصل زيادي منتسر مي كند.

بدين لحاظ ،ارسال سيگنالهاي صوتي مانند صحبت و يا موسيقي از طريق كانالهايي كه از انتشار در جو زمين استفاده مي كنند ، به كمك يك سيستم مدولاسيون كه سيگنال مورد نظر را بر يك سيگنال حامل فركانس بالا سوار مي كند ، صورت مي گيرد . يكي از سيستم هاي مدولاسيون معمول براي اين منظور " مدولاسيون دامنه سينوسي" است كه در آن سيگنال حاوي اطلاعات ، مثلأ صحبت و يا موسيقي ، به منظور ايجاد تغيير در دامنه يك سيگنال حامل سينوسي كه فركانس آن در محدوده مناسب قرار دارد ، بكار مي رود .

با بكار گيري سيستم هاي مدولاسيون ، ارسال همزمان بيش از يك سيگنال با طيفهاي رويهم افتاده نيز از طريق يك كانال مشترك امكان پذير است ، به اين عمل مولتي پلكس كردن گفته مي شود.

كاربرد ديگري از اصول مدولاسيون دامنه در فرايندي است كه طي آن قطاري از پالسهاي مستطيلي با فواصل و اندازه هاي مساوي در سيگنال حاوي اطلاعات ضرب مي شود ، به اين فرايند مدولاسيون دامنه پالس گفته مي شود . اين روش مدولاسيون ، علاوه بر اينكه خود داراي اهميت زيادي در سيستم مخابراتي است ، ارتباط نزديكي نيز با مفهوم نمونه برداري دارد. بر اساس اين مفهوم تحت شرايطي خاص يك سيگنال مي تواند توسط آن كه با فواصل زماني مساوي از يكديگر قرار دارند معرفي شود.

كاربرد عمده مدولاسيون دامنه در سيستم هاي پيوسته در زمان و در تبديل سيگنالهاي پيوسته در زمان به سيگنالهاي گسسته در زمان است . انواع مهم ديگري از مدولاسيون نيز وجود دارد؛ مثلأ مدولاسيون فركانس و يا فاز سينوسي ، كه در آن سيگنال حاوي اطلاعات براي تغيير فركانس و يا فاز يك حامل سينوسي حول يك فركانس مركزي به كار گرفته مي شود .

عناصر یک سیستم مخابراتی:
شکل زیر عناصر یک سیستم مخابراتی را بدون مبدل ها اما با سیگنال های نا خواسته نشان می دهد . هر سیستم مخابراتی سه بخش اساسی دارد : فرستنده , کانال ارسال و گیرنده . هر قسمت نقش خاصی را در انتقال سیگنال بصورت زیر ایفا می کند :
“فرستنده " سیگنال ورودی را به جریان می اندازد تا سیگنال ارسالی مناسبی با مشخصات خط ارسال تولید کند . تولید سیگنال برای ارسال تقریبأ همواره " مدولاسیون " را در بردارد و ممکن است شامل " کد گذاری " نیز باشد.
“کانال ارسال " وسیله ای الکتریکی است که پلی میان مبدأ و مقصد بوجود می آورد .این پل ممکن است یک جفت سیم , یک کابل هم محور یا یک موج رادیویی یا پرتولیزری باشد . هر کانالی مقداری تلفات انتقال یا "تضعیف" دارد . بنابراین قدرت سیگنال با افزوده شدن فاصله کاهش می یابد.
“گیرنده " روی سیگنال خروجی از کانال ارسال عمل می کند تا آنرا در مقصد به مبدل برساند . عملیات گیرنده شامل "تقویت " جهت جبران تلفات انتقال و "دی مدولاسیون " و "دی کدینگ" برای معکوس کردن پردازش _ سیگنالی انجام شده در فرستنده می باشد .
تاثیرات مزاحم مختلفی در مسیر ارسال سیگنالی انباشته می شوند . تضعیف بدین جهت مزاحم است که "قدرت" سیگنال در گیرنده را کاهش می دهد. بهرحال مسائل مهمتر عبارتند از : اعوجاج , تداخل و نویز که بصورت تغییر شکل سیگنال ظاهر می شود . اگر چه ممکن است که این مزاحم ها در هر نقطه ای بروز کنند , روش استاندارد آنست که آنها را در خط بطور کامل از بین ببریم تا فرستنده و گیرنده ایده آل باشد. )شکل این روش را نشان می دهد .(
اعوجاج تغییر شکل موج است که بخاطر پاسخ ناقص سیستم به سیگنال مورد نظر بوجود می آید . اعوجاج هنگام قطع سیگنال ناپدید میشود در حالی که نویز و تداخل چنین نیست . اگر کانال یک پاسخ خطی اما اعوجاجی داشته باشد , در این موقع می توان اعوجاج را تصحیح نمود یا حداقل به کمک فیلتر های مخصوص بنام " اکوآلایزرها " آنرا کاهش داد .
تداخل به معنی تاثیر ناخواسته ی سیگنالهای بیگانه از منابع انسانی , فرستنده های دیگر , خطوط نیرو و دستگاهها , مدارهای سوئچینگ و غیره می باشد . تداخل غالبأ در سیستم های رادیویی که آنتن های گیرنده اش معمولأ در یک زمان چندین سیگنال را متوقف می کنند بروز می کند . اگر سیم های انتقال یا ترتیب مدارها در گیرنده سیگنالهای تشعشع شده از منابع نزدیک را بگیرد , تداخل فرکانس رادیویی ( RFI ) هم در سیستم های خطی ظاهر می شود . فیلتر کردن مناسب , در از بین بردن سیگنالهای تداخلی در فرکانسهای غیر از فرکانس سیگنال مورد نظر موثر می باشد .
نویز به سیگنال های الکتریکی تصادفی و غیر قابل پیش بینی اطلاق می شود که توسط فرایندهای طبیعی چه در داخل سیستم و چه در خارج آن تولید می شود . هنگامی که چنین متغیر های تصادفی روی یک سیگنال حاوی اطلاعات تحمیل می شود ممکن است که قسمتی از پیام مختل شود یا اینکه پیام از بین برود . فیلتر کردن نویز مزاحم را از بین می برد . اما مقداری نویز بصورت اجتناب ناپذیر باقی می ماند که نمی توان آنرا از بین برد.
این نویز یکی از محدودیت های اساسی سیستم را تشکیل می دهد .
نهایتأ باید توجه نمود که شکل مورد نظر انتقال یک طرفه یا "سیمپلکس" ( SX) را ارائه می کند . البته ارتباط دو طرفه به یک فرستنده و گیرنده در هر طرف نیاز دارد.
سیستم “دوپلکس کامل " ( FDX ) کانالی دارد که انتقال همزمان در هر دو جهت را امکان پذیر می سازد . سیستم " نیم دوپلکس " ( HDX ) انتقال را امکان پذیز می سازد اما نه همزمان