多普勒雷达探测器
10.525GHz 高可靠微波（多普勒）感应探测模块
洛阳芯锐科技有限公司 本产品可广泛应用于类似自动门控制开关、安全防范系统、ATM 自动提款机的自动录像控 制系统、火车自动信号机等，需要自动感应控制的场所。 这是一种标准的 10.525GHz 微波多普勒雷达探测器，这种探测方式与其它探测方式相比具 有如下的优点：１、非接触探测；２、不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适 合恶劣环境；3、抗射频干扰能力强；４、输出功率仅有 5mW，对人体构不成危害；５、远距 离：探测范围超过 20 米。 多普勒原理简介：多普勒理论是以时间为基础的，当无线电波在行进过程中碰到物体时， 该电波会被反射，反射波的频率会随碰到物体的移动状态而改变。如果无线电波碰到的物体的 位置是固定的，那么反射波的频率和发射波的频率应该相等。如果物体朝着发射的方向移动， 则反射回来的波会被压缩，就是说反射波的频率会增加；反之，当物体朝着远离发射的方向移 动时，反射回来的波的频率会随之减小，这就是多普勒效应。这种现象在日常生活中会经常遇 到，比如一辆鸣笛的警车从你身边高速通过时，你听到的声音的频率是变化的：当警车高速接 近你的时候，（与静止声源相比）声音传输的时间缩短，频率升高。当警车远离你的时候，声 音的传输时间拉长，频率降低。图 1 是多普勒雷达(Doppler Radar)的基本原理图示。
图 1 探测原理示意图
图 2 模块电原理框图
根据多普勒原理设计的微波探测器由 FET 微波震荡源（10.515GHz）、功率分配器、发射 天线、接收天线、混频器、检波器等电路组成（图 2）。发射天线向外定向发射，遇到物体时 被反射，反射波被接收天线接收，然后被送到混合器与振荡（频率与发射波相等）波混合，混 合、 检波后的低频信号反应了物体移动的速度， 低频信号的频率与物体移动的速度成线性关系。 采用 10.525GHz 的微波与采用较低频段波相比有以下优点：1、微波天线发射时具有良好 的定向性，因此很容易控制微波探头的作用范围。2、微波在传输过程中较易被衰减、吸收和 反射，遇到墙壁等遮挡物时会被遮挡，因此墙壁等遮挡物外的物体对其干扰很小。3、由于微 波的上述特性，外界微波信号很难传输到本地探测器上，因此微波探测器的抗射频干扰能力较 强。4、微波探测器对温度（及温度变化）、湿度、噪声、光线等不敏感，因此适合恶劣环境 使用。当然微波探测也有缺点，从机械性能上讲它对震动比较敏感，在使用中应该注意适当的 安装位置，尽量减少震动对其影响。从电气性能上讲，探测器的放大、处理电路易受工频干扰， 安装布线时尽量避开交流电源。 感应探测模块的外观如图 3 示。共有 3 个接口，从左到右分别是检测信号输出、地和电源 接口。给模块供电有连续直流供电（CW）模式和脉动供电（PW）模式两种：电路适应电压范 围为 5V±5％。在连续直流供电（CW）模式下工作时典型电流为 35mA。在低占空比脉冲供 电(PW)模式下工作时，推荐给模块提供 5V、脉冲的宽度在 15μs～40μs 之间（典型值为 20 μs）、频率为 1～4kHZ（典型值为 2.0kHZ）的脉冲供电。3～10％的占空比脉冲供电时平均 电流为 1.2mA～4mA。 脉冲供电电压最高值必须在 4.75V～5.25V 之间， 脉 冲顶端的平坦度会影响模块电路的探测能力。电源电压 超过 5.25V 应用时，它的可靠性会降低，并可能导致标 称频率外的射频输出和该电路永久性损坏。 射频功率输出：在所有推荐工作模式下，改模块的 射频功率输出是非常低的，均在对人体构不成任何危害 的安全范围内工作。在连续直流供电（CW）模式下工 作时，总输出功率小于 15mW。输出功率密度在 5mm 图 3 实物外观图 处为 1mW/cm2，1m 处为 0.72μW/cm2。当在 5％占空 比的脉冲供电模式工作时，功率密度分别减少到 50μW/cm2 和 0.036μW/cm2。 本探测模块的水平方向探测角度为 72°，垂直方向的探测角度为 36°，低频输出频率 70Hz/ m.s 。低频信号经过低通放大器选频放大，即可得到反应物体移动信号。 典型应用一：自动门控制探测器、ATM 提款机自动录像控制探测器。
本电路作用距离 4－15 米连续可调，和热释电红外探测器相比，具有抗强光干扰，探测距 离远，不受温、湿度影响等优 点。 电路原理简述：图中 U1 是高可靠微波探测模块， 通过 K202,K203,R202,R219 向 模块 提 供 2kHz 的脉动电源 （能产生 频率为 2khz 高电平宽度为 20uS 的电路很多，如使用反 向器 CD4069、lm555 等）， K201 在 U1 起作用期间导通， 把 U1 输出的反应物体移动的 低频信号选通输出， 图 4 4－15 米微波探测器电原理图 C202 为采样保持电路， 保证信号的连续和完整。由 LM358 组成的两极低通放大电路把 U1 的 输出放大，在 LM358 的 1 脚输出。可调电阻 R213 用于调整一级放大器的增益，调整 R213 的大 小可以调整探测距离。 第一级放大电路的增益
A1A＝
(R211+(R213+R221)//(R210+R209))*(R210+R209) R209*(R213+R221)//(R210+R209) (R211+R221+R213)*(R209+R210) (R221+R213)*R209
在本电路中，由于 R210》R211，则本电路的增益可以按下式计算
A1A≈
本电路的最大增益 A1A(max)=(220+0.22)*(1000+12)/0.22*12=84418(倍)，即 49.26db。 本电路的最小增益 A1A(MIN)=(220+5.22)*(1000+12)/5.22*12=3638 (倍)，即 35.6db。 第二级为电压比较器，门限值为 1/2 VCC。U1B 1 脚输出与物体移动速度有线性关系的脉冲 信号。按本电路的参数设置，探测器的作用距离为 4～15 米连续可调。 典型应用二：火车自动信号机开关电路 作用距离：1－9 米连续可调。 这种电路的抗干扰能力更强， 调整 范围更大， 可以应用于野外和条件 较为恶劣的场所使用。 原理简述： 上图是一个完整的 应用电路，U3D（LM339）及周围 相关元件组成 2kHz 低占空比振 荡器，P1，P2 提供脉动电源和选 通。E9 为采用保持电容，反应物 体移动的低频信号经过 LM324 A、 及周围元件组成的低通放大 B 电路放大后， 到由 LM324 C 及周 围相关元件组成的比较器。 图 5 1－9 米微波探测器电原理图 C9-C12,R32-R35 组成的低通滤波网络虑除工频干扰信号。由 U3A 组成的延时电路保证了发现物
体移动后电路有相当时间的稳定输出。 由U1A及相关元件组成的第一级放大电路，其增益A1A≈R30/R31=375/473=78.7；第二级放 大器由U1B及相关电路组成，放大增益A1B≈R36/(R35+R34)=475/943=50；两级放大的增益为 A=78.7×50＝3935，即为36db。由U1C及R39、R40、P2、E12组成的电压比较器，把前级放大 的信号变换成脉冲信号，再由U3A及相关元件组成的延时电路延时输出。 调整 P2 可以改变探测距离的大小，改变 R41、E13、R42 的大小可以调整输出时间的长短。 典型应用三：三鉴探头 原理概述：三鉴是指红外主导、微波辅助、单片机智能处理（PIR/MW/AI）的综合探测技 术，当被动红外发现目标后启动微波检测电路，当两种信号均有效并通过单片机智能处理符合 报警输出条件时，由单片机给出报警信号。 电路简析：本电路中被动红外（PIR）信号经滤波后直到单片机的比较器的输入口 17、18 脚，比较器把红外头感应到的信号直接转换为脉冲信号，数字信号经 MCU PIC16C622A 的 处理，利用软件可以进行出、入识别以及干扰的虑除。 图 6 15 米三鉴探头电原理图 RB1 输出 2kHz 占空比为 5 ％的脉冲（宽度为 20uS），驱 动 P2 给微波探测器提供脉冲电 源。 微波探测器的低频输出通过 P1 选通输出到 C101 采用保持 电容上。 反应物体移动的低频信 号经 U1A 及相关元件组成的可 编程运算放大器放大， 再经 U1B 组成的比较器进行电平转换， 转 换后的脉冲信号到 PIC16C622 的 RB3 脚输入到 MCU。 当红外发现目标后， RB1 输 出高电平，三极管 K3 导通， 由 U1A 组成的可编程放大器的增益由 100 倍增加到 10000 倍左右， 微波探测器电路开始工作， MCU 开始检测物体移动信号。 MCU 通过对 PIR 信号分析，可以判断出红外源的出入情况，以此可以排除热空气以及非热 源移动物体的干扰（如飘动的窗帘、转动的电扇等），同时综合微波探测器的信号，可以排除 多种热源的干扰。 合理的 MCU 数学模型和编制科学的软件，可以识别出体重小于 20kg 宠物。基本上可以消 除宠物的引起的误报。 本电路中改变 P1 的大小，可以改变放大电路的增益，从而调整微波电路的探测距离。 芯锐科技有限公司 SEENRY TECH COMPANY LIMITED. 中国.河南.洛阳 China .Henan. Luoyang. 联系电话：（0379）63230283 传真/65297891 131******** Email:XR@https://www.360docs.net/doc/a34183169.html, 技术网站：https://www.360docs.net/doc/a34183169.html, 公司网站：https://www.360docs.net/doc/a34183169.html, 推荐：无线遥控技术宝库尽在 中国遥控网，https://www.360docs.net/doc/a34183169.html,
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。
6、多普勒天气雷达原理与应用
第六部分多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品 第一章我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： 其中Pr表示雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为目标物距雷达的距离。Pt表示雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K表示与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z值与雨强I有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模
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
多普勒天气雷达原理与业务应用思考题
1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测； 四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h 为脉冲长度； 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离； ：波长； m ：复折射指数； Z 雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：∑= 单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无 关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。 答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为?，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，Z R C Z m m r h G p p t r ?=?+-=2 2222223212ln 1024λθ?πθ?λi S s R S 24πσ=
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……………………………………………………………………………………
多普勒测风激光雷达系统.pdf
49 多普勒测风激光雷达系统 1.研究背景 大气风场信息是一项重要的资源，精确可靠的大气风场测量设备可提高风电可再生能源领域的利用率，改进气候气象学模型建立的准 确性，增强飞行器运行的安全性，因此在风电、航空航 天、气候气象、军事等领域都有着重要的意义。 风场信息测量的手段主要分为被动式和主动式两大类。传统的被动式测量装置有风速计、风向标和探空仪，主动式测量装置有微波雷达、声雷达等。风速计和风向标只能实现单点测量，借助测风塔后实现对应高度层的风场信息检测，这类传统装置易受冰冻天气影响，测风塔的搭建和维护也需要花费大量的人力物力，还存在移动困难和前期征地手续复杂等问题；微波雷达以电磁波作为探测介质，由于微波雷达常用波长主要为厘米波，与大气中的大尺寸粒子（如云、雨、冰等）相互作用产生回波，无法与大气中的分子或气溶胶颗粒产生作用，而晴空时大气中大尺寸粒子较少，因此微波雷达在晴空天气条件下将出现探测盲区。另外，微波雷达还具备庞大的收发系统也导致其移动困难；声雷达与微波雷达测量原理相似，不同的是将探测介质由微波改为了声波。声雷达的探测方式使得在夜间和高海拔地区易出现信噪比降低的情况甚至无法测量。因此，迫切需要补充新型的风场测量手段替代传统测风装置实现大气风场信息的测量。2. 测风激光雷达系统 2015年，南京牧镭激光科技有限公司成功研制出国产化测风激光雷达产品Molas B300，该产品基于多普勒原理可实现40～300 m 风场信息测 ■ 黄晨，朱海龙，周军 南京牧镭激光科技有限公司 第一作者 黄晨 量，风速测量精度可达0.1 m/s ，风向测量精度可达1°，数据更新率为1 Hz ，风速测量范围可达0～60 m/s 。测风激光雷达定位为外场应用装备，对环境适应性有较高要求，Molas B300可在外界温度范围为-40℃～50℃，相对湿度为0%～100%的环境条件下正常工作。除此以外，Molas B300体积小质量轻（约50 kg ）方便运输安装便捷，可显著降低项目前期施工时间。测风激光雷达采用激光作为探测介质，可与空气中微小颗粒发生相互作用，具有时空分辨率高、自动化程度高、安装简单易维护、移动便携性好等优势，可有效提高项目实施效率， 因此成为了最具前景的风场信息测量手段。 表1 各类风场探测技术的优缺点 探测技术优势 劣势风速计、风向标较高的水平分辨率， 成本低单点测量微波雷达三维风场探测，测量距离 可达100 km 晴空条件下不能使用，体积庞大声雷达三维风场探测探测距离较近，易受大气环境影响 测风激光雷达 三维风场探测，晴空下仍 能测量，移动便携性好 图1 测风激光雷达Molas B300
多普勒雷达原理
汽笛声变调的启示--多普勒雷达原理 1842年一天，奥地利数学家多普勒路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身 旁驰过，他发现火车由远而近时汽笛声变响，音调变尖（注：应为“汽笛声的音频频率变高”）；而火车由近而远时汽笛声变弱，音调变低（应为“汽笛声的音频频率降低了”）。他对这种现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的缘故，称为频移现象。因为这是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。 由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验进行验证。几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，验证了该效应。 为了理解这一现象，需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播过程中表现出的是声波波长缩短，好像波被“压缩”了。因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被“拉伸”了。因此，汽笛声听起来就显得低沉。 用科学语言来说，就是在一个物体发出一个信号时，当这个物体和接收者之间有相对运动时，虽然物体发出的信号频率固定不变，但接收者所接收到的信号频率相对于物体发出的信号频率出现了差异。多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释，波在介质中传播，会出现频散现象，随距离增加,高频向低频移动。 多普勒效应不仅适用于声波,它也适用于所有类型的波，包括电磁波。 多普勒效应被发现以后，直到1930年左右，才开始应用于电磁波领域中。常见的一种应用是医生检查就诊人用的“彩超”，就是利用了声波的多普勒效应。简单地说，“彩超”就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒。超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号为换能器所接受，根据反射波与发射波的频率差可以求出血流速度，根据反射波的频率是增大还是减小判定血流方向。 20世纪40年代中期，也就是多普勒发现这种现象之后大约100年，人们才将多普勒效应应用于雷达上。多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等的雷达。当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差（称为多普勒频率），根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。20世纪70年代以来，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展，多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备以及科学研究、业务应用装置。 多普勒天气雷达，是以多普勒效应为基础，当大气中云雨等目标物相对于雷达发射信号波有运动时，通过测定接收到的回波信号与发射信号之间的频率差异就能够解译出所需的信息。它与过去常规天气雷达仅仅接收云雨目标物对雷达发射电磁波的反射回波进了一大步。这种多普勒天气雷达的工作波长一般为5～10厘米，除了能起到常规天气雷达通过回波测定云雨目标物空间位置、强弱分布、垂直结构等作用，它的重大改进在于利用多普勒效应可以测定降水粒子的运
基于斐索干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达
第28卷第5期 2004年9月大气科学Chinese Journal of Atmospheric Sciences Vol 128 No 15Sept.2004 2003205208收到,2003210214收到修改稿 3中国科学院百人计划和上海市光科技计划共同资助 基于斐索干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达 3刘继桥 陈卫标 胡企铨 (中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光技术与应用系统实验室,上海201800) 摘 要 提出结合多光束斐索(Fizeau )干涉仪和CCD 探测器的条纹图像技术,测量地球边界层下的三维风场的直接探测多普勒激光雷达技术。在分析Fizeau 干涉仪的物理特性和光谱特性以及影响测量多普勒频移的因数和改进方法的基础上,提出一套切合实际的直接探测多普勒激光雷达系统参数。并利用该参数进行性能评估分析,模拟不同干涉仪参数对风速精度的影响,得出一个优化的干涉仪物理参数。模拟结果显示,系统可以获得小于1m s -1的水平风速精度。这些分析,为建立实际的激光雷达系统提供设计依据。 关键词:多光束斐索干涉仪;直接探测;多普勒激光雷达;风速 文章编号 100629895(2004)0520762209 中图分类号 P415 文献标识码 A 1 引言 大气风场是各种天气过程、大气化学成分循环和海气相互作用的主要动力,因此大气风场探测在气象、环境等领域中有着极其重要的地位。多普勒激光雷达已经被认为是精确测量三维风场的有效手段[1]。从全球风场的测量来看,直接探测多普勒激光雷达技术相对相干技术来说存在一定的优势[2]。边缘检测[3]和条纹图像[4]是目前直接探测多普勒激光雷达中最主要的两种多普勒频移测量技术。边缘检测常采用高分辨率的法—伯(FP )干涉仪[3]或者分子[5]、原子吸收线的翼作为鉴频器,其测量灵敏度依赖于分子和气溶胶的后向散射比和风速大小;条纹图像技术则是利用干涉条纹的移动直接测量多普勒频移。Mc G ill 等[6]详细分析、比较了两种测量技术,认为两种技术在风速测量精度十分接近。Mc Kay 等[7]从星载系统的角度比较两种技术,认为条纹图像技术更适合于研制星载激光雷达系统。 最初的条纹图像技术采用FP 干涉仪和图像光电探测器(IPD )得以实现,但这种多阳极光电倍增管的量子效率比较低,而且像元数很有限[8]。Irang 等[9]演示了利用CCD 探测器的条纹图像的直接探测激光雷达,系统利用复杂的二元光学技术将环形条纹转换成点阵[10],增加系统复杂性。因此,相关学者把目光转移到寻找更加适合的干涉仪来代替FP ,如M 2Z 干涉仪[11]和Fizeau 干涉仪[12]。Mc Kay [12]首次分析了利用Fizeau 干涉仪进行多普勒频移检测,其分析是较初步的,也没有针对具体系统进行分析。由于Fizeau 干涉形成的是直线条纹,这样可以利用量子效率较高的线阵固体探测
脉冲多普勒雷达
脉冲多普勒雷达(pulse Doppler Radar) 学习笔记 1：PD雷达简介 PD雷达的广泛定义应为:能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波(频域滤波)，具有对目标进行速度分辨能力的雷达 PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。通常工作在一组较高的脉冲频率上，并采用主振放大链型的信号源和距离门窄带滤波器链的信号处理器. 它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效的解决抑制极强的地杂波干扰的问题。 PD 雷达有多种工作模式，下图给出了PD雷达的各种工作模式。 它们各具特点，分别适用不同的环境。低重PD雷达测距不会产生模糊，旁瓣杂波电平较低，但测速模糊。高重PD雷达与之相反，测距产生模糊，旁瓣杂波由于距离重叠效应，电平比较高，但测速是清晰的。中重PD雷达的距离和多普勒频移都产生模糊，通过辅助方法可以解测距和测速模糊。 1：测速原理 雷达对目标速度的测量主要利用电磁波照射在运动目标上时产生的多普勒效应来进行。对雷达而言，当雷达与目标之间存在相对运动时，多普勒效应体现在回波信号的频率与发射信号的频率不相等。雷达发射电磁波信号后，当遇到一个向着雷达运动的目标时，由于多普勒效应，雷达接收到从这个目标返回的电磁波信号的频率将高于雷达的发射频率。而当雷达发射的电磁波遇到一个在远离雷达方向运动的目标时，则雷达收到的是低于雷达发射频率的电磁波信号。多普勒雷达正是利用两者频率之间的差值，即多普勒频移df来实现对目标速度的测量。 2：距离模糊产生原因 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期T r（PRT）决定。为保证单值测距, 通常应R max 选取T R>2 C
R max为被测目标的最大作用距离。 有时雷达重复频率的选择不能满足单值测距的要求, 例如在脉冲多普勒雷达或远程雷达, 这时目标回波对应的距离R为 R=c (m×T r+t r) 式中，t r为测得的回波信号与发射脉冲间的时延。这时将产生测距模糊, 为了得到目标的真实距离R, 必须判明式(2.1.7)中的模糊值m。 2：
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。
直接探测多普勒测风激光雷达
直接探测多普勒测风激光雷达 引言 风是研究大气动力学和气候变化的一个重要参量，利用风的数据，可以获得大气的变化，并预见其改变，促进人类对能量、水、气溶胶、化学和其它空气物质圈的了解，提高气象分析和预测全球气候变化的能力。目前的风场数据主要来源于无线电探空测风仪、地面站、海洋浮标、观测船、飞行器以及卫星，它们在覆盖范围和观测频率上都存在很大限制。对全球进行直接三维风场测量已经提到日程上来，世界气象组织提出了全球范围的高分辨率大气风场数据的迫切需要，迄今为止，多普勒测风激光雷达是唯一能够获得直接三维风场廓线的工具，具有提供全球所需数据的发展潜力[1]。 激光雷达是探测大气的有力工具，随着激光技术、光学机械加工技术、信号探测、数据采集以及控制技术的发展，激光雷达技术的发展也日新月异。多普勒测风激光雷达具有实用性、高分辨率和三维观测等优点，是其它探测手段难以比拟的[2, 3, 4]。 新研制的1064 nm直接探测多普勒测风激光雷达，利用双边缘技术对对流层三维风场进行探测[5]。本文介绍了该激光雷达 的总体结构及其各部分的功能，并对其探测对流层风场的初步结果进行了分析和讨论。 1 总体结构和技术参数 1064 nm直接探测多普勒测风激光雷达从整体上由激光发射单元、二维扫描单元，回波信号接收单元、信号探测和数据采集单元及控制单元五部分组成，其结构示意图和外观照片分别见图1和图2，主要的技术参数见表1。
激光发射单元、回波信号接收单元、信号探测和数据采集单元放置在光学平台上，保证其光学稳定性。Nd:YAG激光器的中心波长是1064 nm，工作在此波长，可以有较大的激光输出功率，并且气溶胶的后向散射截面比较大。脉冲重复频率为50 Hz，可以节省探测的时间，能捕捉短时间内风速的变化，有利于提高风速探测的准确度。同时，激光器内部注入种子激光可以保证激光器的频率稳定。 二维扫描单元安置在实验房的房顶，接收望远镜的上方。由两个镀有1064 nm 波长全反的介质膜的平面反射镜、水平旋转机构和垂直旋转机构组成的大口径光学潜望式结构。通过软件控制或者手动调节能够全方位扫描，水平方向可以旋转0o至360o，垂直方向可以旋转0o至180o。进行常规探测时采用四波束法，水平方位依次按照0o、90o、180o和270o四个方位探测，即东、南、西和北四个方位，工作仰角为45o。 接收望远镜在二维扫描单元的正下方，有效通光口径为300 mm，如图1所示。主镜镀有1064 nm波长全反的介质膜，反射率高达99%。望远镜接收的大气后向散射回波信号耦合至光纤，由光纤导入到准直镜后成为平行光，经过压制背景光的窄带滤光片后，由20％反射、80％透射的分束片分成两部分。20％的反射信号作为能量探测，由直角反射棱镜分成两束，分别由光子计数探测器接收；80％的透射信号作为信号探测，经过双Fabry-Perot标准具的两个通道后，由于透过率的不一样，得到强度不等的两束光信号，由直角反射棱镜分为两束，由相应的光子计数探测器接收。四个光子计数探测器分别将光信号转换为电信号后，输入光子计数卡内，最后由工控机中的主程序对采集的数据进行储存和处理，并实时显示测量的信号强度廓线、风速和风向。
多普勒雷达产品在七台河地区防雹预警中的应用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/a34183169.html, 多普勒雷达产品在七台河地区防雹预警中的应用 作者：曹品伟 来源：《城市建设理论研究》2012年第29期 摘要：本文对2006~2007年发生在七台河地区的冰雹天气个例在多普勒天气雷达回波强度场及速度场上的特征进行了归类分析，总结出了适用于七台河市的冰雹天气预警预报方法，对农业防雹预警有一定的参考价值。 关键词：多普勒天气雷达；农业防雹；回波特征；预警 Abstract: This paper analyzed 2006~2007 years occurred in Qitaihe region of the hail weather case in Doppler weather radar echo intensity field and velocity field characteristics, summarized the applied in Qitaihe city the hail weather forecast method of hail suppression warning, agriculture has a certain reference value. Key words: Doppler weather radar echo characteristics of hail suppression; agriculture; early warning 中图分类号：P412.1文献标识码：A 1 前言 冰雹是七台河地区的主要农业气象灾害之一，其发生、发展直至消亡的演变过程一般仅为几小时，有时仅持续若干分钟。由于其空间尺度小，常规天气图难以反映，气象卫星也很难准确定位和监测。冰雹天气尽管范围小，但给工农业生产，尤其是农业生产带来极大的危害。七台河市地处亚洲中高纬、比邻西伯利亚，春末夏初和夏末秋初冷空气活动频繁，冰雹天气多发。找到一种切实有效的方法来对冰雹进行监测与预警是非常必要的。天气雷达是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。关于雷达在强对流天气探测和预警方面的应用，Burgess和Lemon（1990）[1]作了很好的综述。周治黔（2002）[2]也对冰雹云的多普勒回波特征进行了分析。这些研究结果表明多普勒雷达回波对冰雹的发生具有一定的指示作用，但不同地区也存在一定差异。本文将七台河地区多普勒天气雷达在业务运行中所探测到的冰雹的产品特征进行分析和总结，建立了基于多普勒天气雷达产品的、适用于七台河地区的冰雹天气预警预报方法。 2 资料 本文中提取的单体个例为2006—2007年间发生在七台河地区的12个雹云对流回波和4个非雹对流回波。采用的资料包括雷达资料、冰雹监测资料。其中,雷达资料取自架设于佳木斯
脉冲多普勒雷达的总结
脉冲多普勒雷达的总结 1、适用范围 脉冲多普勒（PD）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂波的能力，因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。 2、PD雷达的定义及其特征 （1）定义：PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。 （2）特征：①具有足够高的脉冲重复频率（简称PRF），以致不论杂波或所观测到的目标都没有速度模糊。 ②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，即频域滤波。 ③PRF很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 3、PD雷达的分类 图1 PD雷达的分类图 ①MTI雷达（低PRF）：测距清晰，测速模糊 ②PD雷达（中PRF）：测距模糊，测速模糊，是机载雷达的最佳波形选择 ③PD雷达（高PRF）：测距模糊，测速清晰 4、机载下视PD雷达的杂波谱分析 机载下视PD雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的。 、PRF 的选择 （1）高、中、低脉冲重复频率的选择 ①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下，通常采用低PRF加脉冲压缩。 ②迎面攻击时高PRF优于中PRF。尾随时，在低空，中PRF优于高PRF ;在高空，高PRF优于中PRF。 ③交替使用中、高PRF的方法，或者再加上在下视时采用低PRF的方法，并在低、中PRF时配合采用脉冲压缩技术，将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方
法。 （2）高PRF时重复频率的选择 ①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中: ②为了识别迎面和离去的目标： A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时： B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时： 注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。 6、PD雷达的信号处理系统 PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。 （1）单边带滤波器 特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频； 从回波频谱中只滤出单根谱线； 避免了后面信号处理过程中可能产生的频谱折叠效应; 距离选通波门必须设在单边带滤波器之前; 要求带外抑制至少要大于60dB; 实现方法：采用石英晶体滤波器 （2）主瓣杂波抑制滤波器 特点：比目标回波能量要高出60-80dB； 主瓣杂波抑制滤波器的幅一频特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数； 相当于一个白化滤波器，经过主瓣杂波抑制之后，后面的多普勒滤波器可以 按照白噪声中的匹配滤波理论来进行设计； 实现方法：首先确定它的频率，用一个混频器先消除变化的，就可以用一个固定频率的滤波器将其滤除. 确定主瓣杂波中心频率有两种方法:一种方法是利用频率跟踪； 另一种是由天线指向和载机飞行速度计算出主瓣杂波应有的多普勒频移，直接控制压 控振荡器去产生的振荡濒率。 （3）零多普勒频率抑制滤波器 特点：用于高度杂波的滤除； 同时抑制发射机直接进人到接收机的泄漏； 实现方法：①只需断开滤波器组中落人高度杂波区的那些子滤波器的输出； ②使用可防止检测高度线杂波专用的CFAR电路; ③使用航迹消隐器除去最后输出的高度线杂波。 （4）多普勒滤波器组 特点：是覆盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器； 起到了实现速度分辨和精确测量的作用； 可以设在中频，也可以设在视频；
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
多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器_陈卫标
第３７卷第１期 红外与激光工程 ２００８年２月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１ ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂ．２００８ 收稿日期：２００７－０４－２５； 修订日期：２００７－０６－１０ 基金项目：国家８６３计划资助项目（２００６ＡＡ１２Ｚ１２６） 作者简介：陈卫标（１９６９－），男，上海人，研究员，博士生导师，博士，主要从事激光、光电子、激光雷达及其在海洋、大气、空间的应用等 研究。Ｅｍａｉｌ：ｗｂｃｈｅｎ＠ｍａｉｌ．ｓｈｃｎｃ．ａｃ．ｃｎ 多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器 陈卫标，周军，刘继桥，朱小磊 （中国科学院上海光学精密机械研究所，上海２０１８００） 摘 要：设计一套测量大气风场的多普勒激光雷达系统，以种子注入的单频、高重频、脉冲紫外全 固态激光器为发射光源，采用两种直接探测技术获取高低空大气风场。基于费索干涉仪（Ｆｉｚｅａｕ）的条纹图像技术获取边界层和低对流层大气风场，基于双法布里珀罗干涉仪（ＤＦＰ）的双边缘检测技术获取高对流层和低平流层风场。研制的单频全固态激光器输出１００Ｈｚ、３０ｍＪ的单纵模脉冲激光，输出线宽达到傅里叶转换极限。报道了测量原理和数值模拟结果、实验样机和系统技术参数。系统将用于移动式高低空大气风场测量。 关键词：直接探测多普勒激光雷达；条纹图像； 双边缘检测； 种子注入 中图分类号：ＴＮ９５８．９８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－２２７６（２００８）０１－００５７－０４ Ｄｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒａｎｄｉｔ′ｓａｌｌｓｏｌｉｄ!ｓｔａｔｅｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒ ＣＨＥＮＷｅｉ!ｂｉａｏ，ＺＨＯＵＪｕｎ，ＬＩＵＪｉ!ｑｉａｏ，ＺＨＵＸｉａｏ!ｌｅｉ （ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒｗｉｔｈａｎｉｎｊｅｃｔｉｏｎ!ｓｅｅｄｉｎｇ，ｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｐｕｌｓｅｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌａｓｅｒａｎｄｔｗｏｄｉｒｅｃｔ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｗｉｎｄｏｆｌｏｗｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｒｉｎｇｅ!ｉｍａｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎａＦｉｚｅａｕｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，ａｎｄｗｉｎｄｏｆｈｉｇｈｅｒｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｌｏｗｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｄｏｕｂｌｅ!ｅｄｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅＦＰｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ．Ｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｓ３０ｍＪａｔ１００ＨｚｗｉｔｈａｌｉｎｅｗｉｄｔｈｏｆＦｏｕｒｉｅｒ!ｔｒａｎｓｆｅｒ!ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌｂｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈａｎｄｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｒｅｃｔ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒ；Ｆｒｉｎｇｅ!ｉｍａｇｅ；Ｄｏｕｂｌｅｅｄｇｅ!ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ!ｓｅｅｄｉｎｇ ０引言 多普勒激光雷达能够获得高空间和时间分辨率的大气风场，已被认为是精确测量全球三维风场的唯一有效手段［１］。多普勒激光雷达主要包括相干探测和直接探测技术。虽然相干探测激光雷达灵敏度和测量精度较高，但是相干探测只能利用大气中的气溶胶散射信号，因此测量范围和能力有限。直接探测多普勒激光雷达技术相对相干技术来说存在一定的优势［２］。其最主要的两种多普勒频移测量技术是边缘检测［３－５］和条纹图像［６］。 边缘检测常采用高分辨率的法－珀（ＦＰ）干涉仪［３－５］或者分子、原子［７］吸收线的翼作为鉴频器，其测量灵敏度依赖于分子和气溶胶的后向散射比和风速大小；条纹图像技术则是利用干涉条纹的移动直接测量多普勒频移，常用ＦＰ干涉仪，Ｍ!Ｚ干涉仪［８］和Ｆｉｚｅａｕ干涉仪［９］等。ＭｃＧｉｌｌ等详细分析、 比较了直接探测的两种测量技术，认为它们在风速测量精度上十分接近［１０］。 文中根据直接探测多普勒激光雷达的发展趋势和技术特点，综合利用上述两种技术，分别获取高低空大气风场信息。