導語：雷達是我們周圍使用的東西，雖然它通常是看不見的。空中交通管制使用雷達來追蹤飛機都在地面和空中，並引導飛機在著陸平穩。警方使用雷達探測通過駕駛者的速度。美國宇航局使用雷達來繪製地球和其他行星的地圖，跟蹤衛星和空間碎片，並幫助進行對接和機動等操作。軍方用它來探測敵人並引導武器。氣象學家使用雷達跟蹤風暴，颶風和龍捲風。當門自動打開時，您甚至會在許多雜貨店看到一種雷達形式！顯然，雷達是一種非常有用的技術。
當人們使用雷達時，他們通常會嘗試完成以下三件事之一：檢測遠處物體的存在 - 通常「某物」在移動，就像飛機一樣，但雷達也可用於探測埋在地下的靜止物體。在某些情況下，雷達也可以識別物體; 例如，它可以識別它檢測到的飛機類型。檢測物體的速度，這就是警察使用雷達的原因。地圖上的東西，太空梭和軌道衛星使用一種叫做合成孔徑雷達的東西來創建行星和衛星表面的詳細地形圖。
所有這三項活動都可以使用您在日常生活中熟悉的兩件事來完成：回聲和都卜勒頻移。這兩個概念在聲音領域很容易理解，因為你的耳朵每天都會聽到回聲和都卜勒頻移。雷達利用無線電波使用相同的技術。在本文中，我們將揭示雷達的秘密。讓我們先看看聲音版本，因為您已經熟悉了這個概念。Echo是您經常體驗的東西。如果你對井或峽谷大喊大叫，那麼回聲會在一瞬間回來。回聲的發生是因為你的喊聲中的一些聲波反射出一個表面（井底的水或遠處的峽谷壁）並回到你的耳朵。你喊叫的那一刻和聽到回聲的那一刻之間的時間長度取決於你和創造回聲的表面之間的距離。
都卜勒頻移：汽車後面的人聽到的聲音低於司機，因為汽車正在移動。因為汽車正在駛近，所以汽車前面的人聽到比駕駛員更高的音調。都卜勒頻移也很常見。您可能每天都會遇到它（通常沒有意識到）。當聲音由移動物體產生或反射時，會發生都卜勒頻移。極端的都卜勒頻移創造了音爆（見下文）。以下是了解都卜勒頻移的方法（您可能還想在空曠的停車場嘗試這個實驗）。假設有一輛汽車以每小時60英裡（英裡/小時）的速度駛向你，它的喇叭聲響亮。當汽車接近時，你會聽到喇叭播放一個「音符」，但是當汽車經過時，喇叭的聲音會突然轉移到較低音符。它是同一個發出同樣聲音的喇叭。您聽到的變化是由都卜勒頻移引起的。
這是發生了什麼。在聲音的速度通過在停車場的空氣是固定的。為簡化計算，假設它的速度為600英裡/小時（確切的速度取決於空氣的壓力，溫度和溼度）。想像一下，這輛車靜止不動，距離你只有1英裡，它只需要一分鐘就能完成它的號角。來自號角的聲波將以600英裡/小時的速度從汽車向你傳播。您將聽到的是延遲6秒（聲音以600英裡/小時的速度傳播1英裡），接著是一分鐘的聲音。
現在讓我們說汽車以60英裡/小時的速度向你移動。它從一英裡遠的地方開始，只需一分鐘即可開啟它的號角。你仍會聽到六秒鐘的延遲。但是，聲音只能播放54秒。那是因為一分鐘後汽車就在你旁邊，而一分鐘結束時的聲音瞬間就會傳到你身邊。這輛車（從司機的角度來看）仍然響起一分鐘的號角。然而，因為汽車正在移動，從您的角度來看，分鐘的聲音會被打包到54秒。相同數量的聲波被填充到較短的時間內。因此，它們的頻率增加，喇叭的音調聽起來更高。當汽車經過你並離開時，過程反轉，聲音擴大，以填補更多時間。
因此，您可以通過以下方式組合回聲和都卜勒頻移。假設你向一輛向你走來的汽車發出響亮的聲音。一些聲波將從汽車反彈（回聲）。但是，由於汽車正向您移動，聲波將被壓縮。因此，回聲的聲音將比您發送的原始聲音具有更高的音高。如果您測量回波的音高，您可以確定汽車行駛的速度。我們已經看到聲音的回聲可用於確定某物的距離，我們還看到我們可以使用回聲的都卜勒頻移來確定物體的速度。因此可以創建一個「聲音雷達」，這正是聲納的原因。潛艇和船隻一直使用聲納。您可以在空中使用相同的聲音原理，但空中聲音有幾個問題：聲音不會走得很遠，最多可能是一英裡。幾乎每個人都可以聽到聲音，所以「聲音雷達」肯定會打擾鄰居（你可以通過使用超聲波而不是可聽聲音消除大部分問題）。因為聲音的回聲會很微弱，所以很難檢測到。因此，雷達使用無線電波而不是聲音。無線電波傳播很遠，對人類是不可見的，即使在它們微弱時也很容易被發現。
我們來看一個典型的雷達裝置，用於探測飛行中的飛機。雷達設備打開發射器，射出短時間，高強度的高頻無線電波。爆發可能持續一微秒。然後雷達設備關閉其發射器，打開其接收器並偵聽回聲。雷達組測量回波到達所需的時間，以及回波的都卜勒頻移。無線電波以光速傳播，大約每微秒1000英尺; 因此，如果雷達組具有良好的高速時鐘，它可以非常準確地測量飛機的距離。
總結：使用特殊的信號處理設備，雷達組還可以非常精確地測量都卜勒頻移並確定飛機的速度。在地面雷達中，潛在的幹擾遠遠大於空基雷達。當警察的雷達射出一個脈衝時，它會從各種物體 - 圍欄，橋梁，山脈，建築物中迴響。消除所有這種混亂的最簡單方法是通過識別它不是都卜勒頻移來過濾掉它。警用雷達僅查看都卜勒頻移信號，並且由於雷達波束緊密聚焦，因此只能擊中一輛汽車。警方現在正在使用雷射技術來測量汽車的速度。這種技術被稱為雷射雷達，它使用光而不是無線電波。有關雷射雷達技術的信息，請參見雷達探測器的工作原理。