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雷达的原理?

王朝干货·作者佚名  2011-11-30
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雷达原理简介

雷达仍是当前用来检测移动物体最普通方法。雷达英文为RADAR,是Radio Detection And Ranging的缩写。所有利用雷达波来检测移动物体速度的原理,其理论基础皆源自于[多普勒效应],此原理是在19世纪一位澳地利物理学家所发现的物理现像,后来世人为了纪念他的贡献,就以他的名字来为该原理命名。

多普勒的理论基础为时间。波是由频率及振幅所构成。当无线电波在行进的过程中,碰到物体时会被反射,而且其反射回来的波,其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的,那么所反射回来的无线电波其频率是不会改变的。然而,若物体是朝着无线电波发射的方向前进时,此时所反射回来的无线电波会被压缩,因此该电波的率频会随之增加;反之,若物体是朝着远离无线电波方向行进时,则反射回来的无线电波,其频率则会随之减小。

测速雷达所应用的原理,就是可以检测到发射出无线电波,及反弹回来的无线电波其间的频率变化。由这两个不同频率的差值,便可以依特定的比例关系,而计算出该波所碰撞到的物体的速度。也许大家还是无法体会什么是[多普勒效应],但每个人在日常生活中应该都有听过[多普勒效应]。例如:当火车鸣笛或救护车的警报声一直朝着你接近时,会发现声音会一直在变化,这就是所谓的[多普勒效应],此例子是生活中最常见的例子,因为当声波一直朝着你接近时,该声波的频率会一直增加,所以听到的声音才会一直变。这跟测速雷达所用到的原理是一样的,只不过测速雷达所使用的不是声波,而是无线电波。

由于测速雷达总是检测到一个较强的反射电波后,才计算出该移动物体(车子)的速度;而通常体积较大的物体其反射的电波也较强,离发射电波较近的物体,其所反射的电波也会较强。根据这个原理,若有两辆大小相同的车子,同样都是超速时,测速雷达只会检测到开在较前面车子的速度;若有一辆未超速的大卡车开在前方,而另一辆已超速的小客车开在后方时,测速雷达是无法检测出该小客车已超速,除非该小客车已经超越了大卡车而继续超速。

这告诉我们,利用雷达波来检测车速时,是无法在车阵中检测到特定车辆的速度,而只能检测到开在车阵最前面,且体积较大的车子的速度。

>>雷达原理详述<<

下图显示出影响测速雷达波覆盖范围的因素:

由上图可知大型拖车最容易被检测到速度,只要在400米的范围,都可以被检测。

>>测速地点的选择<<

雷达测速的基本原理,其实是由车辆所反射回来的电波来计算车速,那么在道路上一些不会动的物体,如路标、路灯等的体积都很小,尚不会对雷达电波生成太多的影响,但如果是一些较大的物体,如建筑物、停在路旁的大卡车,或是高速公路上一些路段的大型路标、广告板等,这些物体就一定会影响到雷达电波的反射,也就是说即使路上没有车辆经过,所使用的测速雷达还是会检测到一些数据,只是这些数据可能速度都是0而已。理想的测速照相地点,应该位于空旷无阻碍且没有大型反射物的道路上;在开始测速之前,选择地点是相当重要的;操作员在开始前,必须在车流前,选择一视线良好的位置,该视线上不能有如[公交车站]、[大型路标]、[金属棚栏]、[防撞护栏]等物体。另外,使用测速雷达时,不能在道路的中央分隔岛上使用,只能在道路两旁使用。

根据法律认可的都卜勒原理,由于雷达发射和接收共用一个天线,且运动目标的运动方向与天线法线方向相一致,运动目标的都卜勒频率fd符合下列关系式。

fd=2Vrft/C

将(1)式变为

Vr=fdC/2ft

其中Vr为目标运动速度;C为电磁波在空气中的传播速度,是一个常数;ft为雷达的发射频率,是一个已知量;fd为测量到的运动目标引起的都卜勒频率,其测量精度由石英晶体振荡器保证,并由计算机处理进行速度换算并送到显示屏显示。

参考资料:http://www.nbnj.gov.cn/nbradar/admin/listradar.asp?Unid=121||http://bbs.cn.yimg.com/user_img/200607/24/aa***********_1406072405146.jpg

雷达的原理

基本原理

雷达为利用无线电回波以探测目标方向和距离的一种装置。雷达为英文radar一字之译音,该字系由radio detection and ranging一语中诸字字首缩写而成,为无线电探向与测距之意。全世界开始熟悉雷达是在1940年的不列颠空战中,七百架载有雷达的英国战斗机,击败两千架来袭的德国轰炸机,因而改写了历史。二次大战后,雷达开始有许多和平用途。在天气预测方面,它能用来侦测暴风雨;在飞机轮船航行安全方面,它可帮助领港人员及机场航管人员更有效地完成他们的任务。 雷达工作原理与声波之反射情形极类似,差别只在於其所使用之波为一频率极高之无线电波,而非声波。雷达之发射机相当於喊叫声之声带,发出类似喊叫声之电脉冲(pulse),雷达之指向天线犹如喊话筒,使电脉冲之能量,能集中某一方向发射。接收机之作用则与人耳相仿,用以接收雷达发射机所发出电脉冲之回波。 测速雷达主要系利用都卜勒效应(doppler effect)原理当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高於发射机频率;反之,当目标远离天线而去时,反射信号频率将低於发射机率。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。

工作原理

电磁波来探测物体位置的一种设备,可以说是人类的“电磁眼”。

众所周知,声波能够被反射。回声就是声波被反射引起的。光线照射到镜面上。也能被镜面反射。同样,当电磁波在传播途中遇到障碍物时。也能被反射回来。雷达就是利用电磁波的这个特性工作的。

雷达有一个特制的可转动地半球面形天线。它不仅能发射电磁波,还能够接收电磁波。光线向一定方向发射不连续的电磁波 。每次发射持续的时间为百万分之一秒,两次发射间隔的时间大约是发射时间的一百倍。这样,发射出去的电磁波如果遇到障碍物,马上就被反射回来,并被光线接收到。指示仪器就可以判别出前面有飞机或舰艇之类的障碍物。怎样才能确定障碍物的位置呢?由于电磁波的传播速度为光速C,测出从发射电磁波到收到反射电磁波的时间t,就可以根据

公式s=c(t/2)来确定障碍物的距离。再根据反射天线的方向和仰角就能够确定障碍物的位置了。实际上,这一切都是由雷达指示器的荧光屏和仪表直接显示出来的,使用极其方便。

雷达可以用来探测飞机、军舰、导弹及其他军事目标,是重要的军事设施。雷达装在轮船上,即使在黑夜和浓雾中也能清楚地“看到”每一块礁石、每一片岛屿、每一个浮标,测出附近船只的距离、航向和航速。确保轮船航行的顺利与安全。

装在机场控制塔里的雷达,能方便地知道飞机的高度、距离和方位,“引导”飞机驾驶员操纵飞机安全着陆。

此外,用雷达还可以探测台风和暴雨,研究宇宙间星体的运动。交通管理人员手拿雷达测速器,可以方便地测出汽车是否超速,以保证交通运输的安全……

雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减,雷达回波信号非常微弱,几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号,经过信号处理机处理,提取出包含在回波中的信息,送到显示器,显示出目标的距离、方向、速度等。

为了测定目标的距离,雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间,这个延迟时间是电磁波从发射机到目标,再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离为:S=CT/2

其中S:目标距离

T:电磁波从雷达到目标的往返传播时间

C:光速

雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用,雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向,一旦发现目标,雷达读出些时天线小事的指向角,就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角,三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。

测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能,—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理.当目标和雷达之间存在着相对位置运动时,目标回波的频率就会发生改变,频率的改变量称为多普勒频移,用于确定目标的相对径向速度,通常,具有测速能力的雷达,例如脉冲多普勒雷达,要比一般雷达复杂得多。

雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。

其中,作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积,并与目标本身反射雷达电磁波的能力(雷达散射截面积的大小)等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。

雷达的技术指标与参数很多,而且与雷达的体制有关,这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。

根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期(脉冲重复频率)、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率,也称为雷达的工作频率。

雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中,雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内,在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中,我们常常形象地把主波束称为主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描。

概括起来,雷达的技术参数主要包括工作频率(波长)、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的,因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如,为提高远距离发现目标能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率,而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明,如果知道了雷达的技术参数,就可在一定程度上识别出雷达的种类。

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