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多普勒效應及其成因 多普勒效應

生活經驗知識分享

通過感知多普勒頻率，雷達系統不僅能測量目標的距離變化率(速度)，而且還能從穩定雜波中將運動目標回波分離出來 。因此，深入理解多普勒效應是十分必要的 。
多普勒效應是運動物體輻射、反射或接收的波發生頻率偏移的現象 。
如圖所示，從一個點源輻射的波，在其運動方向被壓縮，而在其運動的相反方向則被拉伸 。在這兩種情況下，物體運動速度越快，這種效應就越明顯 。只有與運動方向垂直時，波才不會受到影響 。
頻率與波長成反比，所以波被壓縮的越嚴重，它的頻率就越高，反之亦然 。因此，波頻率的偏移與物體運動速度成正比 。


對于雷達而言，多普勒效應是由雷達和目標之間的相對運動引起的 。如果雷達和反射目標之間的距離在逐漸減小，那么波是被壓縮的，其波長變短，頻率增加 。如果距離在增大，這個效應就是相反的 。
對于地基雷達，任何相對運動從本質上來說都是由于目標運動引起的 。來自于地面的回波多普勒頻移很小甚至沒有多普勒頻移 。地面上的目標，比如被風吹動的農作物或者車輛，它們是運動的，但是這里忽略它們 。


因此，地雜波和諸如飛機一類的運動目標回波的區別是比較簡單的 。對于機載或運動雷達，相對運動或許由雷達的運動造成，或許由目標的運動造成，也有可能是由雷達和目標都在運動而造成的 。甚至在空中懸停的直升機中，雷達也是在運動的 。
因此，無論是目標回波還是地面回波都有多普勒頻移 。這使得從地雜波中分離目標回波的任務變得復雜，尤其是雷達和目標都在運動，導致它們和雜波有相同的多普勒頻移 。這是因為脈沖多普勒雷達只能在多普勒頻移大小不同的基礎上才能區分目標和雜波 。
多普勒頻移的產生 假設雷達和目標都在運動，那么發射的電磁波會在傳播途中的三個點被壓縮(或者拉伸)：發射、反射和接收 。


上圖為簡化的說明示意圖，當發射第一個波前(紅)的時候，雷達位于點A處，等到發射第二個波前(藍)的時候，它前進到點B的位置 。波長減小的距離等于雷達的速度乘以發射兩個波前的時間間隔(脈沖周期T) 。
當第一個波前(紅)被反射，目標位于點D，第二個波前(藍)位于點C 。等到第二個波前(藍)被反射的時候，目標運動到了點E的位置，波前從點C到達目標的距離減少了這樣一個量：目標速度乘以周期T 。
同時，第一個波前(紅)的反射波也走過了相同的距離(D到F) 。但是由于目標向雷達運動，減小了這個兩個剛剛離開目標的反射波前之間的間隔，減小的距離為目標速度乘以周期T 。
當雷達接收第一個波前(紅)的時候位于點G，第二個波前(藍)是被壓縮過的，當它被接收的時候雷達已經運動到了H點 。因此，在接收過程中，波長進一步被壓縮了距離(與發射階段被壓縮的量相同) 。
【多普勒效應及其成因 多普勒效應】波長被壓縮了兩個速度之和乘以發射波周期T的兩倍 。
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