信號情報
信號情報(SIGINT)是一個總稱,包括通信情報(COMINT)、電子情報(ELINT)以及量度與特徵情報(MASINT)系統。
美國國防部的定義為:
衛星拍攝或者航空攝影等手段獲得的
圖像情報(IMINT),包括可見光、紅外成像、紫外成像、
合成孔徑雷達(SAR)或活動目標指示器(MTI)成像等,一般不算作信號情報。
由於通信一般會加密,因此通信情報需要
密碼分析技術與通信量分析技術。
電磁輻射
電磁輻射的載體為
光子,不需要依靠
介質傳播,在
真空中的傳播速度為
光速。電磁輻射可按照
頻率分類,從低頻率到高頻率,主要包括
無線電波、
微波、
紅外線、
可見光、
紫外線、
X射線和
伽馬射線。人眼可接收到的電磁輻射,
波長大約在380至780
nm之間,稱為可見光。只要是本身溫度大於
絕對零度的物體,除了
暗物質以外,都可以發射電磁輻射,而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體,因此,人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此,只有處於可見光頻域以內的電磁波,才可以被人們肉眼看到,對於不同的生物,各種電磁波頻段的感知能力也有所不同。
發現歷史
在可見光波長以外的電磁輻射被發現於19世紀初期。
紅外線輻射的發現歸因於天文學家
威廉·赫歇爾,他於1800年在倫敦
皇家學會發表了他的成果。
電磁波首先由
詹姆斯·麥克斯韋於1865年預測出來,而後由
德國物理學家
海因里希·赫茲於1887年至1888年間在實驗中證實存在。麥克斯韋推導出電磁波方程,一種
波動方程,這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程預測的電磁波速度與
光速的測量值相等,麥克斯韋推論
光波也是電磁波。無線電波被
海因里希·赫茲在1887年第一個刻意產生,使用電路計算出比可見光低得多的頻率上產生振盪,隨之產生了由麥克斯韋方程所建議的振盪電荷和電流。赫茲還開發檢測這些電波的方法,並產生和特徵化這些後來被稱為
無線電波和
微波。
威廉·倫琴發現並命名了
X射線。 在1895年11月8日的套用於真空管上的高電壓試驗後,他注意到在附近的鍍膜玻璃板的螢光。在一個月內,他發現了X射線的主要性質。
概念
電動力學專門研究電磁波的物理行為,是
電磁學的分支。在電動力學裡,根據
麥克斯韋方程組,隨著時間變化的電場產生了磁場,反之亦然。因此,一個振盪中的電場會產生振盪的磁場,而一個振盪中的磁場又會產生振盪的電場,這樣子,這些連續不斷同相振盪的電場和磁場共同地形成了電磁波。
電場,磁場都遵守
疊加原理。因為電場和磁場都是
矢量場,所有的電場矢量和磁場矢量都適合做矢量加運算。例如,一個行進電磁波,入射於一個介質,會引起介質內的電子振盪,因而使得它們自己也發射電磁波,因而造成
折射或
衍射等等現象。
當電磁波從一種介質入射於另一種介質時,假若兩種介質的
折射率不相等,則會產生
折射現象,電磁波的方向和速度會改變。
斯涅爾定律專門描述折射的物理行為。
假設,由很多不同
頻率的電磁波組成的光波,從空氣入射於
稜鏡。而因為菱鏡內的材料的折射率跟電磁波的頻率有關,會產生
色散現象:光波會色散成一組可觀察到的
電磁波譜。
量子電動力學是描述電磁輻射與物質之間的相互作用的
量子理論。電磁波不但會展示出波動性質,它還會展示出
粒子性質(參閱
波粒二象性)。這些性質已經在很多物理實驗中證實,例如,楊氏雙縫實驗展示出電磁波的波動性質、
光電效應展示出電磁波的粒子性質。有時候,波動性質和粒子性質會出現於同一個實驗,例如,在
雙縫實驗里,當單獨光子被發射於兩條細縫時,單獨光子會穿過這兩條細縫,自己與自己干涉,就好像波動運動一樣。可是,它只會被
光電倍增管偵測到一次。當單獨光子被發射於
馬赫-曾德爾干涉儀或其它種
干涉儀時,也會觀測到類似的自我干涉現象。
波動模型
波是由很多前後相繼的
波峰和
波谷所組成,兩個相鄰的波峰或波谷之間的距離稱為
波長。電磁波的波長有很多不同的尺寸,從非常長的無線電波(有一個足球場那么長)到非常短的伽馬射線(比原子半徑還短)。
描述光波的一個很重要的物理參數是
頻率。一個波的頻率是它的振盪率,
國際單位制單位是
赫茲。每秒鐘振盪一次的頻率是一赫茲。頻率與波長成反比:
其中,
是波速(在真空里是光速;在其它介質里,小於光速),
是頻率,
是波長。
當波從一個介質傳播至另一個介質時,波速會改變,但是頻率不變。
干涉是兩個或兩個以上的波,疊加形成新的波樣式。假若這幾個電磁波的電場同方向,磁場也同方向,則這干涉是相長干涉;反之,則是摧毀性干涉。
電磁波的能量,又稱為
輻射能。這能量,一半儲存於電場,另一半儲存於磁場。用方程表達:
其中,
是單位體積的能量,
是電場數值大小,
是磁場數值大小,
是電常數,
是
磁常數。