DSP多普勒雷达测速测距(精)

DSP实验课大作业设计

一实验目的

在DSP上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB上的结果进行误差仿真。

二实验内容

2.1 MATLAB仿真

设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB产生16个脉冲的LFM，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做

2.1.1 脉压

2.1.2 相邻2脉冲做MTI，产生15个脉冲

2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD，输出16个多普勒通道

2.2 DSP实现

将MATLAB产生的信号，在visual dsp中做脉压，MTI、MTD，并将结果与MATLAB作比较。

三实验原理

3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号

雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。

一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。

脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种：

（1）线性调频脉冲压缩

（2）非线性调频脉冲压缩

（3）相位编码脉冲压缩

（4）时间频率编码脉冲压缩

本实验采用的是线性调频脉冲压缩。

线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。

接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。

匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论，匹配滤波器的传输特性：

*S其中，K为幅度归一化常数，为信号的复共轭。传输特性还可用它

。 h(t)的冲激响应来表示（时域表示）：

3.2 MTI（动目标显示）原理

在雷达终端的显示器，当杂波与运动的目标在显示器上同时出现时，观察将会变得困难，特别是在强杂波时，弱的目标信号将会完全被淹没。由于目标回波的多普勒频移远大于杂波的多普勒频移，从而可在频域上区分目标与杂波。MTI的设计主要是合理的选择滤波器，动目标显示滤波器（MTI）利用运动目标回波和杂波在频谱上的区别，有效地抑制杂波而提取信号。由下图可以看出回波信号（含杂波与目标）：

图3.1 回波信号

杂波主要集中在0频附近，在频率为0处，所设计的滤波器频率响应应有凹口。以使地物杂波在通过MTI滤波器后将受到很大的抑制，对于每一个脉冲，其回波信号中的杂波分量都基本相同，而运动目标产生多普勒频移。对连续脉冲对的回波进行相减，就可以完全对消杂波分量，而目标信号由于其相位的改变，通常不会完全被对消掉。

常用的MTI滤波器为一次相消器（二脉冲对消）。在同一距离上等效一个有效的采样间隔的离散时间序列x(n)。其时域方程为：，传输函数

为：，在Z=1处有单零点，频率响应为：

。其在零频有一凹口，如图所示：

图3.3 多普勒滤波器频响

此滤波器能够用来抑制噪声。但同时把静态目标也给对消掉，也使得运动目标的谱分量有部分的衰减，因此用MTI一次相消器检测不出静止目标。

3.3 MTD（动目标检测）原理

MTD与MTI同属雷达信号处理的频域处理范畴，但一般意义上来说，MTD是MTI的改进或更有效的频域处理技术。广义上地讲，MTD处理又是多普勒处理的一种特殊形式与传统的MTI相比，MTD改善了滤波器的频率特性，使之更接近于最佳匹配线性滤波，以提高改善因子；能够检测强地物杂波的低速目标甚至切向飞行的大目标。MTD的核心是线性MTI加窄带

多普勒滤波器组。根据最佳线性滤波理论，在杂波背景下检测运动目标回波，除了杂波抑制滤波器外，还应串接有对脉冲串信号匹配的滤波器，实际工作中，多普勒频移fd不能预知，需要采用一组相邻且部分重叠的滤波器组覆盖整个多普勒频率范围，这就是窄带多普勒滤波器组。输入N个脉冲的横向滤波器组的实现是由N个输出的横向滤波器（N个脉冲和N-1根迟延线）经过各脉冲不同的加权并求和后形成的。其实现方法下图所示：

图3.4 横向滤波器图3.5 N=16时滤波器频响

该滤波器的频率覆盖范围为0到fr，fr为雷达工作重复频率。气象杂波(如云雨等)和箔条杂波受气流和风力的影响，会相对雷达而动，其频谱中心不是固定在0频附近，而是在某个频率区间内变化的，抑制此类杂波用普通的MTI滤波器是不行的，而MTD滤波器则可以抑制此类杂波。

四实验步骤

以下是该实验中设定的几个参数

BandWidth=2.0e6----------------------------------------------带宽

TimeWidth=42.0e-6--------------------------------------------脉宽

Fs=2.0e6---------------------------------------------------采样率

PRT=240e-6-------------------------------------------脉冲重复周期

TargetDistance=[3000 8025 8025 25600] ------------------目标距离

TargetVelocity=[50 -100 0 283]---------------------------目标速度

%其中X=0; Y=8; Z=3;对应学号1302121083的后三位

假设接收到的回波数是16个，噪声为高斯随机噪声。

4.1 在MATLAB中产生线性调频信号。

4.2 根据目标距离得出目标回波在时域的延迟量，根据目标速度得出多普勒相

移，从而在MATLAB中产生4个目标的16个回波串（接收到的回波含噪声）。

4.3 由匹配滤波理论产生对应于目标回波的滤波系数（脉压系数），在时域中做

线性卷积，实现匹配滤波（时域脉压）；在频域中做回波信号和脉压系数的FFT，点乘后作逆FFT，实现频域脉压。两者进行比较，讨论其差别。

4.4 对16个去暂态点后的脉冲串按接收顺序进行排列，用一次相消器（一种滤波方式）实现MTI。

4.5 做16通道的FFT，实现MTD。

4.6 在DSP中对MATLAB产生的回波数据和脉压系数进行处理，实现频域脉

压。导入DSP的回波数据为时域数据，而脉压系数为频域数据。将导入DSP的时域回波数据进行一次FFT变换到频域，然后将其与频域脉压系数进行点积，得到频域脉压结果。对该结果再做一次逆FFT，将频域转换成时域。在这一步中需要调用库函数fft_flp32.asm。该子程序可实现8192

点复数的FFT功能。由于C语言中无法实现复数运算，因此，对8192个复数按照实部虚部交替的顺序进行重排列，用长度为16384的数组来存放时域回波数据。频域相乘后，做乘积结果的逆FFT，得到脉压结果。做逆FFT，仍需调用库函数fft_flp32.asm，此时要通过FFT子程序实现逆FFT的功能，要对频域的数据进行处理，才能达到这一目的。

4.7 对脉压后的数据按照脉冲号重排，相邻序列的数据相减（滑动对消），实现MTI。

4.8 调用子程序fft_16.asm，做16通道FFT，实现MTD。入口参数为16通道的脉压数据。

五实验结果及讨论

本部分将详细分析实验得到的数据、图像、误差、产生速度模糊的原因以及脉压频域、时域执行周期。

5.1MATLAB中时域脉压和频域脉压结果的比较

:

图5.1 总回波信号，时域脉压，频域脉压，时域脉压和频域脉压的差别从图中可以看出，时频域脉压结果差别很小，相对误差停留在10-14数量级上。其实，二者结果应该是相等的。由于MATLAB与DSP软件处理平台及编程函数的计算精度和中间结果处理的差异，才出现以上很小的误差。由数字信号处理理论，M点时域离散信号与N

点时域离散信号做线性卷积后的信号长度为N+M-1。

设a(n),b(n)为数字信号，长度分别为M和N，

如果A(k),B(k)的长度，则。回波数据echo长为7680点，脉压系数coeff长为84点，N+M-1=7680+84-1=7763，为提高FFT速度，取L=8192，对回波数据、脉压系数的FFT乘积后的结果做IFFT就可以实现脉冲压缩。

经统计，在DSP上频域脉压处理（从FFT到IFFT）的时钟数为2259768。设两个卷积的序列长度分别为M 和N，且N>M，则卷积所用的复乘数为N×M，而N

点FFT的运算NlogN2Nlog2N次复数加法运算。当序列长度N、M很大时，量为次复数乘法运算和

频域的总运算量将大大低于时域的运算量。在本实验中，回波数据的长度

N=7680，脉压系数长度M=84，时域脉压的运算量为N×M=7680×84+83=645203次复数加法运算和645036次复数乘法运算。由于L>N+M-1，将x(n)，h(n)分别补L-N和L-M个零变成两个长度均为L（8192）的序列xL(n)、hL(n)，分别做L 点FFT，点积后再做逆FFT，可以实现频域脉

压。频域脉压的8192点FFT和IFFT的运算量为2×0.5×8192×

乘法运算和0.5×2×8192×log28192=106496次复数log28192=106496次复数加法运算。可以看出，用频域脉压节省了很大的的运算量，当序列长度很大时，用FFT 进行运算的优势更明显。

5.2 MATLAB与DSP的结果比较:

5.2 MATLAB与DSP处理结果比较

由图5.2可以看出，MATLAB与DSP之间处理数据的误差很小，脉压结果绝对误差范围在10数量级上，MTI、MTD绝对误差范围分别在10和10上。由于两种工具处理数据的精度不一样，MATLAB用CPU处理数据，DSP用DSP内核处理数据。所以结果会有一定误差，这个误差在可以接受的范围内。

-4-4-3

六、实验思考题及心得

6.1 脉冲压缩分析

脉冲压缩提高了雷达分辨率，从信号幅度上分析，第一个目标由于距离比较近，雷达发射与接收是分开进行的，当回波到达是雷达还处于发射状态，雷达处于闭锁期不能接收回波，从而第一个目标的回波幅度很小。与此同时，由于闭锁期的影响，回波信号的带宽减小，而脉压后的信号时宽带宽积是定值，故时宽变大，导致旁瓣变大。第二与第四个目标的距离相同，在时域上两个信号的回波进行叠加，所以回波幅度比较强，但是由于两个目标回波相位上存在角度，第四个目标存在多普勒频移，在不同的脉冲重复周期内两个信号的角度不同，矢量相加的结果则信号幅度也不同，所以幅度存在着波动。

6.2 MTI分析

根据一次相消得频率响应，可以知道不同频率的幅频响应的差异，当处在中间位置时响应最大，通过滤波器后信号幅度也就最强。根据频率响应的不同也就出现MTI结果图中的三个梯度的变化。在MTI中不同速度目标幅度有变化是因为有不同的多普勒频移，可以说目标的幅度被多普勒频移信号调制了。可以从另外一个角度理解，当采用连续波雷达测速时经过差频处理后获得的信号是一个以多普勒频移为中心频率的单载频信号，当采用脉冲信号时，相当于是以PRF为采样频率对单载频信号进行一个采样，幅度自然就会产生变化。

6.3 MTD速度/多普勒通道的含义

MTD中不同的多普勒通道是匹配与不同多普勒频移的匹配滤波器。当目标速度产生的

多普勒移处在哪个通道的范围内是哪个通道就有信号输出，其他通道不匹配则无输出，测速分辨力，

，假设目标速度都是正的时候，当信号处在第n通

道时（通道数为1~16），其速度为。实际上目标的速度有正负的时候多普勒频移时在0频两侧的，测速范围为。

)

在一个重复周期内，根据目标处在的采样点数n可以得出目标的距离为。2Fs 距离分辨力。 2Fs

第一个目标X=37,Y=2,则：距离=2775m，速度= 49.76m/s

第二个目标X=107,Y=-4,则：距离=8025m，速度=99.52m/s

第三个目标X=107，Y=0,则：距离=8025m，速度= 0m/s

第四个目标X=341，Y=-5，则：距离=25575m，速度= 124.4m/s

与设定的参数进行对比：

TargetDistance=[2850 8025 8025 25600]-------------------------目标距离TargetVelocity=[50 -100 0 283]----------- -------------------目标速度

对比可知，第一、二、三个目标在测量的分辨力内达到了准确探测目标的作用，而第四个目标能准备探测到距离，但速度出现了模糊。

6.4 速度模糊及解模糊

6.4.1 速度模糊及其原因

脉冲多普勒雷达以脉冲周期为的间隔采集目标物回波信号，在两次采样之间目标物相对雷达运动造成信号中相位的变化超过±180°时，雷达无法确认其准确的相位变化量，也无法确定其准确的多普勒速度的现象。因此，限制了测速及测距的范围。雷达可测的有效的最大距离为米，可测的有效的最大速度为

米/秒，但本实验中为了方便观察负向宿舍，用fftshift将零频搬移到中间，故可测的速度范围是-199～199m/s。而第四个目标的速度为283m/s,超出了最大可测的速度范围，故出现了速度模糊。

6.4.2 解速度模糊

工程上通常用多重频的方法来解模糊，即用两个不同的脉冲重复频率的信号来测量目标的速度。假设这两个不同的重频分别为PTF1和PTF2，测得的目标的多普勒频率为Fd1,Fd2，目标实际的多普勒频率为Fd，则

m=0,1,2... n=0,1,2...

可知，Fd与m,n都是线性关系，在坐标图中分别将其表示出来，两直线交点即为该目标的真实多普勒频率。

6.5 频谱泄漏

由于进行DFT运算是存在频谱泄漏的问题，所以进过MTD处理之后第四个目标存在速度泄漏的问题。泄漏的原因是在进行DFT处理的过程中在时域是采用截断函数，若用N点DFT对一复数序列进行变换，则只有当该序列频率等于DFT频率间隔的1/(NTR)的整数倍时，在fr 内才会出现能量绝对集中的单根谱线，否则，其离散频谱将散步在整个fr内。

在本次实验中，一方面由于截断产生频谱泄漏，另一方面由于测速精度为

24.88，除了静止目标外，其他的目标都不在所在通道的中心，也会造成频谱泄漏现象。正由于此，频谱两端的谱线是不对称，以第四个目标更为明显，靠近的目标实际速度的一侧能量会更高一些。

总结

通过这次实验，我对雷达信号处理的实现有了一定了解，对线性调频信号，尤其是匹配滤波理论在实践中的运用有了更深的认识。对脉冲压缩、MTI、MTD都有了一定了了解，学习了多普勒雷达测速的基本原理，补充了本科学习的对速度模糊和频谱泄漏的认识。对以后学习雷达信号处理有很大的帮助。

多普勒测速仪开题报告

1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、本课题的研究背景及意义 随着我国经济建设的高速发展，人民生活的不断提高，道路上各式各样的车辆数目也在大幅上升，也使得交通违章不断增加，给道路交通和人民的生活带来了极大的威胁。由于汽车工业的不断进步,行驶在道路上的车辆速度越来越快,交通事故发生的频率也不断增加。众所周知，交通事故的发生大部分是由驾驶员的超速驾驶造成的。为提高汽车运行的安全性，减少交通事故的发生以及快速检测车辆行驶中的速度，所以有了测速仪的问世。 随着科技的进步，由雷达传感器制作的测速仪已经广泛应用于车辆测速的行业中，实现对车辆速度准确，快速的测量。该测速仪结构简单，可靠性高，操作方便，可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆的速度测量中。测速仪的发展动向是把测速仪的准确性，稳定性和可靠性作为重要的质量指标。 二、本课题国内外研究现状 我国测速仪的应用和研究起源于八十年代，伴随着我国经济发展，由最初的简单雷达测速仪发展到现在的超声波，激光等多种测速仪，同时在误差补偿，超速报警，便捷等多个方面的研究和发展取得了长足的进步，由以前的单一，简单，笨重的测速仪演变为如今的多样，复杂，小巧，为我国的交通做出了巨大贡献，同时涌现了广州科能，西安光伟等一大批骨干测速仪制造企业，基本上形成了中国测速仪目前的发展格局。 雷达测速仪是根据接收到反射波频移量的计算而得出物体的运动速度，雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准，可以采用手持的方式，在车辆的运动中进行测速。在中国的雷达测速仪发展中，雷达测速仪越来越向着高精度，高智能，高便捷的方向快速发展。 面对风起云涌的国内外市场及日新月异的中国经济，我国测速仪的发展和应用依然存在着非常严峻的问题。在2010年的国家测速仪调查报告中，我们可以看到我国的测速仪采用国外进口的测速仪占很大的比例，其中居多来自美国，日本。主要是因为我国的测速仪在质量，测量误差，报警设计方面离国外的测速仪还有一定的差距，但在近年的研究中，我国的测速仪发展还是取得了好大的进步。

雷达测速与测距

雷达测速与测距标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，B=?f=1/τ，此处，τ为发射脉冲宽度。因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有 δr=c 2τ（） 在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间内所输出的功率称脉冲功率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值，用Pav表示。它们的关系为 P tτ=P av T r（）脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。 在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频域上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足B=?f?1/τ。令τ0=1/B,则 δr=c 2τ0（） （）式中，τ0表示经脉冲压缩后的有效脉宽。因此脉冲压缩雷达可用宽度τ的发射脉冲来获得相当于发射有效宽度为τ0的简单脉冲系统的距离分辨力。发射脉冲宽度τ跟系统有效（经压缩的）脉冲宽度τ0的比值便成为脉冲压缩比，即 D=τ τ0 （）则

基于多普勒效应的汽车测速仪的研制

课题类别：（科研部填写） 浙江大学城市学院 大学生科研计划 课题申请表 课题名称：基于多普勒效应的汽车测速仪的研制 申报类别：1.一般课题 2√.重点课题 3．联合资助课题4。立项不资助课题所属领域：1.√科技制作类；2.创业类；3.创意设计类； 4.经济社会发展类； 5.其他； （请在所选项的数字前打钩）课题申请人： 所属分院、年（班）级： 指导老师： 申请时间： 申请经费： 1000元 联系电话： 浙江大学城市学院科研部 2007年12月

申请者的承诺： 我和我小组的成员保证如实填写本表各项内容。如果获准立项，我承诺以本表为有约束力的协议，遵守“浙江大学城市学院大学生科研计划”和学生科研管理的有关规定，认真开展研究工作，按时提交项目执行报告，在规定时间内取得预期研究成果和作好课题的总结报告。 申请者（签名）： 2008 年12 月1 日 指导教师承诺： 本人承诺对本课题研究提供学术指导，督促课题研究工作有计划开展，顺利并按时完成本课题的研究计划。 指导老师（签名）： 2008 年12 月 2 日

课题介绍：阐明本课题的研究目的意义、主要研究内容、研究难点和创新点、研究工作的计划、研究的方式、产生成果的形式等（限1500字） 目的意义： 从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就好像一个人正在关手风琴。这个动作的结果产生一个明显的较高的音调。当火车离去时，声波传播开来，就出现了较低的声音--这种现象被称为“多普勒”效应。 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪。测速仪里面的微型信息处理机把返回的波长与原波长进行比较。返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--那就证明驾驶员超速驾驶的可能性也越大。 研究内容： 基于多普勒效应的微波雷达测速传感器，产生与汽车速度对应的多普勒频移，再经过一系列信号调理电路，产生MCU能识别的方波信号，并利用MCU测量该信号的频率，从而计算得到当前行驶汽车的车速。 当流体中的粒子从条纹区的方向经过时，会依次散射出光强随时间变化的一列散射光波，称为多普勒信号。这列光波强度变化的频率称为多普勒频移。经过条纹区粒子的速度愈高，多普勒频移就愈高。将垂直于条纹方向上的粒子速度，除以条纹间隔，考虑到流体的折射率就能得到多普勒频移与流体速度之间线性关系。 各个方向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，利用监测到的相位差可以来确定粒径。 研究难点和创新点： 难点：专业知识掌握不深，需克服专业知识方面问题。 创新点：在384Kb/s以上速率时，MCU达到25帧/秒，图像清晰流畅。分辨率强，返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--证明驾驶员超速驾驶的可能性大。 研究工作计划： 1.查阅整合资料硬件设计 2.设计制作 3.系统调试 4.现场测试 5.总结形成报告

连续波雷达测速测距原理.doc

连续波雷达测速测距原理 一．设计要求 1、当测速精度达到s，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频 波的调制周期和信号采样率； 2、若调频信号带宽为50MHz，载频 24GHz，三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（m/s)，请用 matlab 对算法进行仿真。 二．实验原理和内容 1.多普勒测速原理 x a (t) x(n) FFT P(k ) 峰值f d A/D 谱分析搜索 图频域测速原理 f d max max | f m f d | f s / 2N v r max f d max / 2 f s / 4N/ 4T 依据芯片参数，发射频率为24GHz，由上式可以得出，当测速精度达到 s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T= 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz。2．连续波雷达测距基本原理 设天线发射的连续波信号为：①x T f0 (t ) cos(2 f0 t0 ) ] 则接收的信号为：② x R f0 (t ) cos[2 f 0 (t t r ) 0 若目标距离与时间关系为：③R ( t ) R 0 v r t

则延迟时间应满足以下关系 :④ t 2 v t) r ( R c r v r 将④代入②中得到 x R f 0 (t ) cos{ 2 f 0 [ t 2 (R 0 v r t )]0 } c v r cos[2 ( f 0 f d 0 )t 2 f 0 2R 0 ] c f d 0 2 v r f 其中 c 根据上图可以得到，当得到 t ，便可以实现测距，要想得到 t ，就必须测得 fd 。 已知三个目标距离分别为 300,306,315(m)，速度分别为 20,40， -35（ m/s)，则可以通过 :③ R ( t ) R 0 v r t ④ t 2 v t ) r ( R c 0 r v r 分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对 发射信号的延迟时间。

多普勒效应

目录 绪论…………………………………………………………………………………………1多普勒及多普勒效应简介…………………………………………………… 1.1多普勒…………………………………………………………………………… 1.2多普勒效应………………………………………………………………………2多普勒效应的原理…………………………………………………………… 2.1多普勒效应的解析……………………………………………………… 2.2多普勒效应及其表达式…………………………………………………… 2.2.1机械波多普勒效应的普遍公式……………………………………………… 2.2.2光波（电磁波）多普勒效应的普遍公式…………………………………… 2.3机械波的多普勒效应……………………………………………………… 2.3.1普遍公式……………………………………………………………………… 2.3.2几种特例……………………………………………………………………… 2.4声波的多普勒效应………………………………………………………… 2.5电磁波的多普勒效应……………………………………………………… 3 多普勒效应的应用……………………………………………………………… 3.1医学上的应用………………………………………………………………… 3.2交通的应用…………………………………………………………………… 结论…………………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………………

雷达测速试验报告

雷达测距实验报告 1. 实验目的和任务 1.1 实验目的 本次实验目的是掌握雷达带宽同目标距离分辨率的关系，通过演示实验了解雷达测距基本原理，通过实际操作掌握相关仪器仪表使用方法，了解雷达系统信号测量目标距离的软硬件条件及具体实现方法。 1.2 实验任务 本次实验任务如下： （1）搭建实验环境； （2）获得发射信号作为匹配滤波的参考信号； （3）获得多个地面角反射器的回波数据，测量其各自位置，评估正确性； （4）获得无地面角发射器的回波数据，与（3）形成对比，并进行分析。 2. 实验场地和设备 2.1 实验场地和环境条件 本次实验计划在雁栖湖西校区操场进行，环境温度25℃，湿度40%。 实验场地如上图所示，除角反射器以外，地面上还有足球门、石块以及操场上运动的人等比较明显的目标。

2.2 实验设备 实验所需的主要仪器设备如下： （1） 矢量信号源SMBV100A ； （2） 信号分析仪FSV4； （3） S 波段标准喇叭天线； （4） 角反射器 （5） 笔记本电脑 2.3 设备安装与连接 设备连接关系图如下： 雷达波形文件雷达回波数据 时钟同步 计算机终端 SMBV100A 矢量信号源 FSV4信号分析仪 角反射器 交换机 图1 实验设备连接示意图 其中：蓝色连接线表示射频电缆，灰色连接线表示网线。 3. 实验步骤 3.1 实验条件验证 检查仪器工作是否正常，实验环境是否合适。 3.2 获取参考信号 1. 调节信号源参数，生成线性调频信号，作为匹配滤波的参考信号，然后通过射频电缆将信号源与频谱仪相连，利用频谱仪的A/D 对线性调频信号采样，并通过网线将数据传输给计算机，并保存为“b1.dat ”。参考信号的主要参数如下所示：

雷达测速与测距 ()

雷达测速与测距 GZH 2016/3/29 系统流程图 模块分析 1 脉冲压缩 1.1 原理分析 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空 间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各 种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不 同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信 号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。两个目标在同一角 度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，雷达的距离分 辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为 （1.1） 其中c为光速，为发射波形带宽。 雷达的速度分辨率可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大， 在频域上的分辨率能力就越好，即速度分辨率越好。 对于简单的脉冲雷达，，此处，为发射脉冲宽度。因此，对 于简单的脉冲雷达系统，将有 （1.2）在普通脉冲雷达中，由于信号的时宽带宽积为一常数（约为1），因此不 能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要 性能数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探 测范围。而发射功率的大小影响作用距离，功率大则作用距离大。发射功率 分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间 内所输出的功率称脉冲功 率，用Pt表示；平均功率是指一个重复周期Tr内发射机输出功率的平均值， 用Pav表示。它们的关系为 （1.3） 脉冲压缩（PC）雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下，通过发射宽脉 冲而获得高的发能量，以保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应

雷达测速仪有哪些特点

我国河流湖泊众多，水网密布，而要测量水流的流速，记录水文数据资料，就需要用到测速仪。雷达测速仪就是众多测速仪中的一种，雷达测流运用的原理是多普勒效应。多普勒效应是为纪念奥地利物理学家克里斯琴约翰.多普勒而命名的。在声学领域中,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率将有所变化,此种频率的变化称之为频移,即多普勒效应。如下图所示,当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同, 此频率差称为多普勒频移。通过解析频移与V的关系，得到流体表面流速。 雷达测速仪被广泛应用在河道、灌渠、防汛等水文测量；江河、水资源监测；环保排污、地下水道管网监测；城市防洪、山区暴雨性洪水监测；地质灾害预警监测等诸多领域。 今天我们主要来看看雷达测速仪的特点，主要有如下几个特点： 1、非接触、安全低损、少维护、不受泥沙影响； 2、能胜任洪水期高流速条件下的测量； 3、具有防反接、防雷保护功能； 4、系统功耗低，一般太阳能供电即可满足测流需要； 5、多种接口方式，既有数字接口又具有模拟接口，方便接入系统； 6、无线传输功能（可选），可将数据无线传输到3.5km以外；

7、测速范围宽，测量距离远达40m； 8、多种触发模式：周期、触发、查询、自动； 9、安装特别简单，土建量很少； 10、全防水设计，适合野外使用。 非接触雷达测流方式测速时设备不受污水腐蚀，不受泥沙影响，少受水毁影响，土建简单，便于维护，保障人员安全，特殊的天线设计使得功耗超低，大大降低了供电需求。不仅可用于平时流速监测，而且特别适合承担急难险重观测任务。 航征科技是目前国内具有自主知识产权的雷达方案提供商, 拥有多项专利和软件著作权。航征面向水文、水利、环境保护、城市排水管网等行业用户, 提供雷达流速流量在线监测解决方案。航征分别在上海、无锡建立了运营和研发测试中心,拥有完整的技术研发体系和阵容强大的科研队伍，与清华大学、国防科技大学、上海交通大学等知名院校达成长期战略合作,有多位业内专家作为公司的技术后盾，立志成为全球优秀的智能传感解决方案提供商。

雷达测距、测角、测速基本原理

雷达测距、测角、测速基本原理 目标在空间的位置可以用多种坐标系表示。最常见的是直角坐标系，空间任一点目标P 的位段可用x，y,z三个坐标值来确定。在雷达应用中，测定目标坐标常采用极(球)坐标系统. 目标的斜距R为雷达到目标的直线距离OP;方位角a为目标的斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(一般是正北方向)在水平面上的夹角;仰角B为斜距R与它在水平面上的投影OB在沿垂直面上的夹角，有时也称为倾角或者高低角。 如果需要知道目标的高度和水平距离，那么利用圆柱坐标系就比较方便。在这种坐标系中.目标的位由三个坐标来确定:水平距离D;方位角。;高度H, 球坐标系与圆柱坐标系之间的关系如下: D=RcosB H=RsinB a=a 上述这些关系仅在目标的距离不太远时是正确的;当距离较远时，由于地面的弯曲，必须作适当的修正。 现以典型的脉冲雷达为例来说明雷达测量的基本工作原理。它由发射机、发射天线、接收机和接收天线组成。发射电磁波中一部分能量照射到雷达目标上，在各个方向上产生二次散射。雷达接收天线收集散射回来的能量，并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标，提取目标位置、速度等信息。实际脉冲雷达的发射和接收通常共用一个天线，以简化结构.减小体积和重量。 脉冲雷达采用的发射波形通常是高频脉冲串.它是由窄脉冲调制正弦载波产生的，调制脉冲的形状一般为矩形，也可采用其他形状。目标与雷达的斜距由电磁波往返于目标与雷达之间的时间来确定;目标的角位置由二次散射波前的方向来确定;当目标与雷达有相对运动时，雷达所接收到的二次散射波的载波频率会发生偏移，测量载频偏移就可以求出目标的相对速度，并且可以从固定目标中区别出运动目标来。

DSP多普勒雷达测速测距

DSP 实验课大作业设计 一 实验目的 在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。 二 实验内容 2.1 MATLAB 仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现 将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。 三 实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC ）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。 接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。 匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论， 匹配滤波器的传输特性： 0)()(*t j e KS H ωωω-=

多普勒雷达测速

多普勒雷达 多普勒雷达测速是一种直接测量速度和距离的方法。在列车上安装多普勒雷达，始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，根据多普勒频移效应原理，在发射波和反射波之间产生频移，通过测量频移就可以计算出列车的运行速度，进一步计算出列车运行的距离。克服了车轮磨损、空转或滑行等造成的误差，可以连续测速、测向和定位。 多普勒效应 当发射源(或接收者)相对介质运动时，接收者接收到的电磁波的频率和发射源的频率不同，这种现象被称为多普勒效应。 物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移)。 在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移)。 波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红／蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。 多普勒效应 假设原有波源的波长为λ，频率为f0，介质中波速为c则 (1)当波源静止不动Vs=0，观察者以V0相对波源移动(向波源方向) (2)当观察者静止不动V0=0，波源以Vs相对观察者移动(向观察者方向) (3)当波源移动速度为Vs，观察者移动速度为V0，相对运动，此时介质中的波长和观察者接收到的波的个数都有变化 多普勒雷达的测速原理 多普勒雷达法利用多普勒效应测量列车运行速度。在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车的运动会产生多普勒效应，所以检测到的信号其频率与发送的信号频率是不完全相同的。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度，对列车的速度进行积分就可得到列车的运行距离。 多普勒雷达的测速原理 雷达发射电磁波的频率为F，在介质中的传播速度为c，发射角为a1，当雷达以速度V平行于反射面运动(反射面静止)，则在反射面接收到的波频率为f1 而此时反射面把波反射回去，相当于波源(静止)，雷达接收反射回来的波，相当于观察者(平行反射面速度为V)，由于雷达的运动，入射角为a2，则雷达接收到的波频率为f2 多普勒雷达的测速原理 发射波与接收波的频移为 由于雷达运动的速度V远远小于电磁波的速度c，可以近似认为入射角a2=a1，则频移将上式展为泰勒级数，并舍去高次项，可得 也就是说，发射波与入射波之间的频移fr与雷达的速度V沿发射波方向的分量的大小成正比。如果发射角a1固定，则频移fr就是与雷达速度V成正比，只要测量出频移fr 的值，就可以计算出雷达的运动速度V 误差来源 ?为了简化计算，减少处理难度，一般都会取简化后的公式来计算，然而，由于简化公式是通过舍入的方法进行简化得，简化公式与原公式之间存在一定误差，这样在使用简化公式之前就要先考虑这个误差对计算的影响。 ?列车运行的过程中，由于轨面不平整或其他原因，列车会产生振动，但列车的振动基本上都是车体的高频上下小幅度运动

激光测速与雷达测速的原理比较

激光测速与雷达测速的原理与比较 多谱勒效应和雷达测速 你一定有这样的经验，当你站在马路旁边，即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况，单凭耳朵的听觉判断，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去. 这里面当然依靠汽车行驶的声音是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或喇叭声调的变化. 原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低. 为什么会这样呢？原来，声音的形成，首先是由于发声体的振动，然后在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波，传到耳朵里，使耳膜随着它同样地振动起来，人们就听到了声音. 耳膜每秒钟振动的次数多，人就感到音调高；反之，耳膜每秒钟振动的次数少，人就感到音调低. 照这样说，声源发出什么声，我们听到的就是什么调. 问题的关键在于汽车在怎样的运动. 汽车匀速驶来，轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律，一定距离排列的，可当汽车向你开来时，它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了，“疏”、“密”的距离更近了，人们听到的音调也就高了. 反之，当汽车离你远去时，它把空气中的疏密拉开了，听到的声音频率就小了，音调也就低了. 汽车的速度越大，音调的变化也越大. 在科学上，我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象，称为“多谱勒效应”. 有趣的是，雷达测速计也正是根据多谱勒效应的原理研制出来的. 我们知道，小汽车可以开得很快，可是为了保证安全，在某些路段上，交通警察要对车速进行限制. 那么，在汽车快速行进时，交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢？最常用的测速仪器叫雷达测速计，它的外形很像一支大型信号枪，它也有枪筒，手柄、板机等部件，在枪的后面有一排数码管. 把枪口对准行驶的车辆，一扣板机，一束微波就射向行驶中的车辆. 微波是波长很短的无线电波，微波的方向性很好，速度等于光速. 微波遇到车辆立即被反射回来，再被雷达测速计接收. 这样一来一回，不过几十万分之一秒的时间，数码管上就会显示出所测车辆的车速. 它所依据的原理依然是“多谱勒效应”. 雷达测速计发出一个频率为1000 MHz的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000 MHz. 反之，如果车辆在行驶，而且速度大，那么，根据多谱勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同. 通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，通过电脑就可以换算出汽车的速度了. 当然，这一切都是自动进行的. 雷达测速计的测速范围大约在每小时24 km到199 km之间，测速范围比较大，精确度也相当高，车速在每小时100 km/h，误差不会超过1 km/h. 测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的速度. 当然，要测几十千米外，甚至上百千米外的飞机，也是这个原理，只不过要向它扫描的空间连续发射微波束，这些微波束遇到飞机再反射回来，已经极其微弱了，要想把它接收到，分辨清并计算出来，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达. 雷达测速与激光测速的比较

雷达测速测距原理简介

雷达测速测距原理简介 一、FMCW模式下测速测距 1、FMCW模式下传输波特征 调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。 2、FMCW模式下基本工作原理 一般调制信号为三角波信号，发射信号与接收信号的频率变化如图所示。 反射波与发射波的形状相同。只是在时间上有一个延迟，t与目标距离R的关系为： Δt=2R/c公式1 其中 Δt：发射波与反射波的时间延迟 R：目标距离 c：光速c=3×108m/s 发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率f如图所示：

根据三角关系，得： ΔtT2= ΔfB公式2 其中： Δf：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0| T：调制信号周期——1.5ms B：调制带宽——700MHz 由以上公式1和公式2得出目标距离R为： R=cTΔf 4B公式3 3、FMCW模式下测距原理 由公式3可以得出，目标距离R与雷达前端输出的中频频率f成正比 4、FMCW模式下测速原理 当目标与雷达并不是相对静止时，也就是有相对运动时，反射信号中包含一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd，如图所示： 此时发射信号与接收信号的频率差如图所示：

在三角波的上升沿和下降沿分别可得到一个差频，用公式表示为： f+= f-fd 公式4 f-= f+fd 公式5 其中 f为目标相对静止时的中频频率 f+代表前半周期正向调频的差频 f-代表后半周期负向调频所得的差频 fd为针对有相对运动的目标的多普勒频移 根据多普勒效应得： fd=2fc 公式6 其中： 为目标和雷达的径向速度 f0为发射波的中心频率 由公式4、5、6可得： f+f f=+2 公式7 c|f-f|v=2f02 公式8 速度v的符号与相对运动方向有关系，当目标物相对雷达靠近时v为正值。当目标相对雷达离开时v为负值。 由公式3和公式7进一步得出： cTf+fR=4B2 公式9

脉冲多普勒雷达测速仿真

任务书 雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。 如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。 本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。

摘要 脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。 本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理. 关键词：脉冲多普勒雷达恒虚警脉冲压缩线性调频 Abstact Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter suppression.Modern aircraft`s function and GPS has been strengthen.now.it makes the aircraft can fly lower and lower.So.nowadays,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So .The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively.soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal

多普勒雷达测速

多普勒雷达测速 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

多普勒雷达多普勒雷达测速是一种直接测量速度和距离的方法。在列车上安装多普勒雷达，始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，根据多普勒频移效应原理，在发射波和反射波之间产生频移，通过测量频移就可以计算出列车的运行速度，进一步计算出列车运行的距离。克服了车轮磨损、空转或滑行等造成的误差，可以连续测速、测向和定位。 多普勒效应 当发射源(或接收者)相对介质运动时，接收者接收到的电磁波的频率和发射源的频率不同，这种现象被称为多普勒效应。 物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移)。 在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移)。 波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红／蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。 多普勒效应 ，介质中波速为c则 假设原有波源的波长为λ，频率为f (1)当波源静止不动Vs=0，观察者以V0相对波源移动(向波源方向) (2)当观察者静止不动V0=0，波源以Vs相对观察者移动(向观察者方向) (3)当波源移动速度为Vs，观察者移动速度为V0，相对运动，此时介质中的波长和观察者接收到的波的个数都有变化 多普勒雷达的测速原理 多普勒雷达法利用多普勒效应测量列车运行速度。在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车的运动会产生多普勒效应，所

以检测到的信号其频率与发送的信号频率是不完全相同的。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度，对列车的速度进行积分就可得到列车的运行距离。 多普勒雷达的测速原理 雷达发射电磁波的频率为F，在介质中的传播速度为c，发射角为a1，当雷达以速度V平行于反射面运动(反射面静止)，则在反射面接收到的波频率为f1 而此时反射面把波反射回去，相当于波源(静止)，雷达接收反射回来的波，相当于观察者(平行反射面速度为V)，由于雷达的运动，入射角为a2，则雷达接收到的波频率为f2 多普勒雷达的测速原理 发射波与接收波的频移为 由于雷达运动的速度V远远小于电磁波的速度c，可以近似认为入射角a2=a1，则频移将上式展为泰勒级数，并舍去高次项，可得 也就是说，发射波与入射波之间的频移fr与雷达的速度V沿发射波方向的分量的大小成正比。如果发射角a1固定，则频移fr就是与雷达速度V成正比，只要测量出频移fr的值，就可以计算出雷达的运动速度V 误差来源 ?为了简化计算，减少处理难度，一般都会取简化后的公式来计算，然而，由于简化公式是通过舍入的方法进行简化得，简化公式与原公式之间存在一定误差，这样在使用简化公式之前就要先考虑这个误差对计算的影响。 ?列车运行的过程中，由于轨面不平整或其他原因，列车会产生振动，但列车的振动基本上都是车体的高频上下小幅度运动

多普勒效应

多普勒效应 不知朋友们是否注意过这样的现象：当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低：好像汽车驶来的时候唱着音符“i”，离开的时候就唱音符“ 7”了。 1842年，奥地利物理学家多普勒（Christian Doppler）带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变化，并且做出了解释。人们把这种现象叫做多普勒效应。 多普勒认为声波频率在声源移向观察者时变高,而在声源远离观察者时变低。一个常被使用的例子是火车：当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳，你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。 把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象：若你每走一步,便发射一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己；而在你后面的脉冲则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 为了了解多普勒效应，还可以做这样一个模拟实验：让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每分钟有9个人从他身边通过（下图甲），这种情况下的“过人频率”是9人／分。如果观察者逆着队伍行走，每分钟和观察者相遇的人数增加，也就是频率增加（下图乙）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（下图丙）。 对于声波和其他波动，情况相似：当波源和观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目是一定的，观察到的频率等于波源振动的频率；当波源和观察者相向运动时，1s内通过观察者的波峰（或密部）的数目增加，观察到的频率增加；反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变小。 广义的多普勒效应 多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于其他类型的波,包括光波、电磁波。科学家Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远处银河系的光线频率在变低,即移向光谱的红端。这就是红色多普勒频移,或称红移。若银河系正移向他,光线就成为蓝移。

车载激光雷达测距测速原理

车载激光雷达测距测速原理 陈雷1，岳迎春2，郑义3，陈丽丽3 1黑龙江大学物理科学与技术学院，哈尔滨 (150080) 2湖南农业大学国家油料作物改良中心，长沙 (410128) 3黑龙江大学后勤服务集团，哈尔滨（150080） E-mail：lei_chen86@https://www.sodocs.net/doc/af5511696.html, 摘要：本文在分析了激光雷达测距、测速原理的基础上，推导了连续激光脉冲数字测距、多普勒频移测速的方法，给出车载激光雷达基本原理图，为车载激光雷达系统测距测速提供了基本方法。 关键词：激光雷达，测距，测速 1．引言 “激光雷达”(Light Detection and Range,Lidar)是一种利用电磁波探测目标的位置的电子设备。其功能包含搜索和发现目标；测量其距离、速度、位置等运动参数；测量目标反射率，散射截面和形状等特征参数。激光雷达同传统的雷达一样，都由发射、接收和后置信号处理三部分和使此三部分协调工作的机构组成。但传统的雷达是以微波和毫米波段的电磁波作为载波的雷达。激光雷达以激光作为载波，激光是光波波段电磁辐射，波长比微波和毫米波短得多。具有以下优点[1]： (1)全天候工作，不受白天和黑夜的光照条件的限制。 (2)激光束发散角小，能量集中，有更好的分辨率和灵敏度。 (3)可以获得幅度、频率和相位等信息，且多普勒频移大，可以探测从低速到高速的目标。 (4)抗干扰能力强，隐蔽性好；激光不受无线电波干扰，能穿透等离子鞘，低仰角工作时，对地面的多路径效应不敏感。 (5)激光雷达的波长短，可以在分子量级上对目标探测且探测系统的结构尺寸可做的很小。当然激光雷达也有如下缺点： (1)激光受大气及气象影响大。 (2)激光束窄，难以搜索和捕获目标。 激光雷达以自己独特的优点，已经被广泛的应用于大气、海洋、陆地和其它目标的遥感探测中[14,15]。汽车激光雷达防撞系统就是基于激光雷达的优点，同时利用先进的数字技术克服其缺点而设计的。下面将简单介绍激光雷达测距、测速的原理，并在此基础上研究讨论汽车激光防撞雷达测距、测速的方法。 2. 目标距离的测量原理 汽车激光雷达防撞系统中发射机发射的是一串重复周期一定的激光窄脉冲，是典型的非相干测距雷达，对它的要求是测距精度高，测距精度与测程的远近无关；系统体积小、重量轻，测量迅速，可以数字显示；操作简单，培训容易，有通讯接口，可以连成测量网络，或与其他设备连机进行数字信息处理和传输。 2.1测距原理 激光雷达工作时，发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲。如果在电磁波传播的

物理设计性作业之雷达测速

论述公路牌雷达测定汽车速度的原理， 并估算雷达测速区的范围 一、论述公路睥雷达测定汽车速度的原理 雷达测速主要利用多普勒原理1：当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。 所谓雷达测速，就是根据接收到的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。通俗来说，就是在道路旁边架设雷达发射器，向道路来车方向发射雷达波束，再接收汽车的反射的回波，通过回波分析测定汽车车速，如车速超过设定值，则指令相机拍摄（晚间同时触发闪光灯）。目前，警用的雷达测速仪分固定和流动两种，固定的安装在桥梁或者十字路口，流动的一般安装在巡逻车上。 光（电磁波）的多普勒效应计算公式分为以下三种： ⑴纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：f'=f [(c+v)/(c-v)]^（1/2） 其中v为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。 ⑵横向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线垂直）：f'=f （1-β^2）^（1/2）其中β=v/c ⑶普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f [（1-β^2）^（1/2）]/（1-βcosθ） 其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况 1多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大，根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度，恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度，这种现象称为多普勒效应。

用多普勒效应测速的原理及应用论文

用多普勒效应测速的原理及应用 中文摘要：本论文的目的是介绍多普勒效应的测速原理以及在生活中的应用。通过查找资料并且思考的方法，分析和推导出多普勒效应的定义，原理。并且通过对日常生活的观察以及上网的搜索，了解了多普勒效应在日常生活的应用，包括声纳测速、雷达测速以及医学仪器的使用。本论文通过对多普勒效应原理的解说，一步步引导出测速的原理，进一步直观地解释其应用，从而真正解决了对多普勒效应测速的解答。 关键词：多普勒效应测速原理应用 论文： 一、多普勒效应 多普勒效应就是，当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。 二、多普勒测速原理 用波照射运动着的物体,运动物体反射或散射波,由于存在多普勒效应,反射或散射波将产生多普勒频移,利用产生频移的波与本振波进行混频再经过适当的电子电路处理即可得到运动物体的运动速度。我们假设多普勒测速仪静止,运动物体的运动速度为v,运动物体的运动方向与多普勒测速仪的测速方向在同一直线上，为了得到多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率与运动物体运动速度之间的关系,我们分两步进行讨论。 1、声波测速 第一步,多普勒测速仪发射声波,运动物体接收到其所发射的声波.在这个过程中,多普勒测速仪作为波源是静止的,而运动物体作为波接收器以速度v运动.设多普勒测速仪所发射的声波频率为f,运动物体所接收到的声波频率为f′,声波的传播速度为v0,观测者相对于介质 的运动速度vr。可得： 第二步,运动物体反射或散射声波,多普勒测速仪接收到其所反射或散射的声波.在这个过程中,运动物体作为波源以速度v运动,而多普勒测速仪作为波接收器静止.设多普勒测速仪接收到的声波频率为f″,由第一步我们知道,运动物体所反射或散射的声波频率为f′,于是可得： 代入可得： 即为被测物体的运动速度v与多普勒测速仪所发射的声波频率f、多普勒测速仪所接 收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率f″以及声波的传播速度v0之间的关系 2、光波测速 为了得到多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的光波频率与运动物体运动速度之间的关系,我们同样分两步进行讨论。 第一步,多普勒测速仪发射光波,运动物体接收到其所发射的光波.在这个过程中,多普勒测速仪作为波源是静止的,运动物体作为波接收器是运动的,它们之间的相对速度为v.设多普勒测速仪所发射的光波频率为f,运动物体所接收到的光波频率为f′,光波的传播速度为c,则