杨氏双缝干涉在飞机着陆系统中的应用.docx

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1、物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为λ1和λ2的无线电波。飞机降落过程中，当接收到λ1和λ2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是A．天线发出的两种无线电波必须一样强B．导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合1杨氏双缝干涉实验1801年，托马斯·杨首次用实验证明

2、了光的波动性.杨氏双缝实验装置如图1所示，平行光照射两个相距为d 的狭缝S1和S2上，透过两狭缝S1和S2后可得到两束振动方向相同、频率相同、相位差恒定的光，满足相干条件[1].由于衍射，光波离开两狭缝时向空间扩展，像两列声波发生的干涉现象一样[2] ，两束光在空间相遇，产生稳定的干涉现象.在双缝前放置一屏幕，当屏幕距双缝的距离远远大于双缝间距时，透过双缝的两束光到达屏幕上某处的光程差为（1）当光程差为波长的整数倍时，干涉加强，屏幕出现明条纹；当光程差为半个波长的奇数倍时，干涉减弱,屏幕出现暗条纹；在两个相干光源连线的中垂线上各点距两相

3、干光源的光程相等，这些位置始终干涉加强，即为中央明条纹.在屏幕上可以得到一系列明暗相间的条纹，相邻条纹间距离相等且与波长成正比，如图1（a）所示.杨氏双缝干涉实验为光的波动性提供了强有力的证据.干涉过程把光的空间周期转化为稳定的、放大的具有周期性的干涉条纹，由此可测定可见光的波长[3] .杨氏实验不仅是一些光的干涉装置的原型，理论上还可从中提取许多重要的概念和启发，无论从经典光学还是从现代光学的角度来看，该实验都具有十分重要的意义[4].2杨氏双缝干涉实验与飞机安全着陆系统2.1 飞机安全着陆系统飞机安全降落要尽可能在多种复杂的天气条件

4、下得以实现，尤其在当前雾霾等天气带来的能见度很低时，飞行员很难凭借光学信号来准确地实现飞机安全着陆，这时则需要借助其他安全着陆系统的帮助.飞机安全着陆系统十分复杂，它同时包含着光学系统、雷达系统、全球定位（GPS）系统等.光学助降系统适用于引导舰载机的着陆，当舰载机在舰船上着陆的终端阶段时，该系统在空中提供一个光的下滑坡面，提供给飞行员下滑道信息，飞行员通过观察灯光引导系统发出的不同颜色的光来调整飞机的姿态从而安全操纵飞机降落[5].雷达着陆系统可以精确地测量飞机的位置，通过话音电台把地面领航员的引进口令传给驾驶员，驾驶员按口令操纵飞机

5、引进和着陆.仪表着陆系统由航向台、下滑台、指点标台和机载接收机组成.微波着陆系统由方位台、仰角台、精密测距器和机载接收机组成.微波着陆系统与仪表着陆系统二者为并列等同的两种系统，都属于“空中导出数据”系统,基本工作原理是由机载设备接收来自地面设备发射的引导信号,经过处理获得飞机相对于跑道的位置信息(方位、仰角、距离等),飞行员根据飞机仪表的指示,自主地操纵飞机安全着陆[6].相对于仪表着陆系统，微波着陆系统有很多优点，比如引导信号的覆盖空间大，精度高，所提供的进近方式也更为灵活.飞机进近是指飞机下降时对准跑道飞行的过程，在进近阶段，要使

6、飞机调整高度，对准跑道，从而避开地面障碍物.卫星导航着陆系统是基于全球卫星导航系统的飞机进近着陆引导系统；相对于传统的仪表着陆系统和微波着陆系统有本质的区别，卫星导航着陆系统是在卫星导航信号的基础上通过数据传递和数据处理实现精密定位和导航的[7].全球卫星定位系统是一种新的无线电导航系统,它能在全球范围内,全天候地、连续实时地为用户提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息,精度远远大于仪表着陆系统和微波着陆系统[8]2.2 杨氏双缝干涉实验与飞机安全着陆系统不仅在光学领域，在通信领域中，杨氏双缝干涉实验也得到了重要的应用，该实验原理构成

7、了飞机安全着陆导航系统的理论基础之一[1].当天空能见度不高时，在一些机场，杨氏双缝干涉实验原理被应用在飞机安全导航系统中，用以指导飞机安全着陆[1]，本文通过赏析一道美国大学物理教材光学题目，简要介绍杨氏双缝干涉实验原理在导航系统中的应用.题目主要内容如下：两个可发射无线电波的天线相距40m固定在飞机跑道两侧（如图2所示），两天线发射未调制的相干的频率为30.0MHz的无线电波，图2中辐射线代表干涉强度极大值的位置，(1)求无线电波波长;(2)若飞机装备有双通道信号接收器，通过两个天线同时各发射两个不同频率的无线电波可以提醒飞行员可能

8、处于错误的位置处；注意两列无线电波频率之比不能是小的整数比（例如2/3、3/4等），解释该双频接收系统的工作原理以及两列无线电波频率之比不能为整数比（尤其是小的整数比）的原因.飞行员如何使飞机沿着跑道方向准