用于舰船测速的微波多普勒雷达研究_田野
雷达科学与技术
雷达科学与技术雷达技术在今日社会中发挥着越来越重要的作用，它的灵活性以及无需扩大检测距离的能力，使他们在不同的领域中得到了广泛的应用。
雷达科学与技术的发展改变了人们的思维方式，让人们可以探索物体和运动之间的更多内容。
雷达技术是一种利用电磁波来实现目标检测与定位的技术，它能够完成复杂的智能检测任务，它的优势之一在于它有能力提供实时的数据，以此来帮助更好的运用雷达技术来满足各种需求。
雷达技术的发展，使得它可以应用于大气监视、航行安全、水域监测和导航导引、船只轨迹跟踪等等领域。
例如，雷达可以用来监测气象状况，如水汽、风速、气压、温度、气溶胶等；雷达可以用来监控航行安全，以确保船只遵守航行规定；雷达可以用来监测水域地物，以检测水中隐藏的物体；雷达可以用来导航导引，使船只能够安全到达目的地；雷达可以用来跟踪船只的轨迹，以确保船只的安全行驶等。
此外，雷达技术在军事领域也有着重要的使用价值，它可以帮助军队更好的探测敌方的行为，以及确定敌方的位置。
此外，雷达还可以用于定位传感器网络系统，以准确估算飞机或舰船的位置，以便及时有效地采取行动。
随着雷达技术的发展，越来越多的新型探测器系统出现，如微波雷达、多普勒雷达、激光雷达、超声波雷达以及X射线雷达等。
同时，雷达技术也受益于现代电子信息技术，如数字信号处理技术和数字图像处理技术等，使其具有了更高的性能。
从整体而言，雷达科学与技术的进步正在改变人们的思维方式，让人们可以探索物体和运动之间更多的内容。
雷达技术已经在气象、航行安全、水域监测和导航导引、船只轨迹跟踪等领域得到了巨大的应用，并且其在军事领域也发挥着重要的作用。
随着技术的进步，雷达技术一定会面临更多挑战，并像新型探测器出现一样，不断地获得新的发展。
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,介质中波速为c则假设原有波源的波长为λ,频率为f1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•多普勒雷达速度传感器的安装误差也会对测速有一定的影响;理想情况下, 多普勒雷达发射电磁波的方向在列车速度方向的纵轴面上,且与水平面成a角度;但是由于安装误差,电磁波的发射方向会与预定的方向有一定的偏差;惯性导航系统惯性导航系统INS是一种典型的独立定位技术;它与电磁辐射、地球磁场等辐射能量都无关,是建立在牛顿经典力学基础上的;牛顿经典力学认为,一个物体在不受到外力的作用时,保持静止或者匀速直线运动;而且物体的加速度是与所收到的外力成正比的;加速度的积分是速度,依着这个思路,如果我们能够获得运动物体的加速度,进而也能获得这个物体的速度和位置信息;INS系统的优点是：它的定位过程不需要磁罗盘,也不需要专用地图匹配;系统的精度几乎完全由组成系统的各元件精度决定;并且在短时问它能够保持较高的精度;但是它的系统精度主要取决于惯性测量器件陀螺仪和加速度计,导航参数的误差随时间而积累,因而不适合长时间的单独导航;惯性导航系统组合惯性力的作用促使传感器产生变化,这个变化量与加速度值有关;同时变化量导致传感器将其转化为电压的变化,通过测量电压的变化间接的得到加速度值;根据一个高速旋转的物体,它的旋转轴在不受到外力的影响时是不会发生改变的原理;模拟一个导航坐标系,获取方位和角速度信息;完成导航计算和平台跟踪回路中指令角速度信号的计算;刚才分析了几种多普勒测速误差,那对于误差有没有什么改进措施城轨定位方法研究P30詹纳斯配置能有效的减少多普勒雷达测速的振动误差在列车底中线上紧挨着安装两个多普勒雷达,安装的方向是相反的,设列车前进方向发射电磁波的雷达为前雷达,相反方向的为后雷达,前后雷达分别向列车前进方向及反方向各发一束电磁波,并计算它们的频差。
多普勒波束锐化及其应用研究
多普勒波束锐化及其应用研究1. 概述多普勒效应是雷达工作的基础原理之一。
正是由于多普勒效应，雷达才可以通过测量被测目标发射和返回波的多普勒频移（即速度信息），实现目标测速、跟踪和定位。
而多普勒波束锐化技术则是用来消除雷达采集数据时，多普勒效应对分辨率和灵敏度的影响，以获得更加精确的雷达信息的一种处理方法。
本文将介绍多普勒波束锐化的原理及其应用研究。
2. 多普勒波束锐化原理在雷达测量目标速度时，多普勒效应产生的频移会导致目标的反射信号信号（即回波）的相位受到影响，从而导致接收信号的相位与发射信号的相位不同。
这种相位差称为多普勒相位差，其大小与目标距离、目标速度以及雷达参数有关，如多普勒频移、脉冲宽度等。
在雷达回波信号中，多普勒效应造成的相位差是信号波形失真最主要的原因。
该相位差以及由此产生的相位失真将影响信号的分辨率和目标检测灵敏度。
为了消除多普勒效应对信息质量的影响，需对回波信号进行数学处理，使得信号重新聚焦，从而提高目标的检测能力和跟踪精度。
多普勒波束锐化就是一种实现这个目标的技术。
多普勒波束锐化是一种基于压缩某一波段内所有速度的回波信号，从而得到高分辨率以及减少速度模糊的一种处理方法。
通过加权归一化滤波器对信号进行多普勒滤波，可以使回波信号在时域和频域中都趋近完美匹配，信号相位失真得到恢复，从而提高信号的分辨率和灵敏度。
多普勒波束锐化技术的处理流程如下：1.通过窄带滤波器选择多普勒频移范围内的信号；2.将选定的信号乘以一个加权函数，以突出峰值；3.对乘积信号进行傅里叶变换，并加以平移和共轭以恢复相位和频谱；4.对频谱做加权归一化滤波，去除多普勒噪声；5.进行反变换，以恢复空时的信息。
通过这样的处理流程，可以消除多普勒频移导致的信号模糊，从而提高回波信号的分辨率和灵敏度。
3. 多普勒波束锐化的应用研究多普勒波束锐化技术已经被广泛应用于雷达系统中，特别是在军事和民用领域。
以下是一些多普勒波束锐化技术的应用举例。
多普勒雷达原理
多普勒雷达原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行目标探测与测速的雷达系统。
它基于多普勒效应的原理，通过测量目标相对于雷达的速度变化，实现对目标的探测和跟踪。
本文将介绍多普勒雷达的原理以及其在实际应用中的作用。
一、多普勒效应的基本原理多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯托夫·多普勒于1842年发现的。
它描述的是当发射器和接收器相对于运动的目标靠近或远离时，频率会发生变化的现象。
在雷达系统中，这种频率变化可以用来确定目标运动的速度。
当雷达向目标发送电磁波时，如果目标与雷达靠近，接收器收到的回波会发生频率上升的变化。
反之，如果目标与雷达远离，则回波的频率会下降。
这种频率变化被称为多普勒频移，它与目标的速度成正比。
二、多普勒雷达的工作原理多普勒雷达的基本工作原理是利用多普勒效应测量目标的速度。
它通过发射器发送高频的电磁波，并接收目标回波的信号。
接收到的信号经过信号处理后，可以得到目标相对于雷达的速度信息。
具体而言，多普勒雷达系统包括一个发射器和一个接收器。
发射器发射高频的连续波或脉冲波，这些波在空间中以一定的速度传播。
当波与运动的目标相遇时，发生回波。
接收器接收到回波信号后，通过频率分析等方法，提取出其中的多普勒频移。
多普勒频移的大小与目标相对于雷达的速度成正比。
根据多普勒频移的大小可以确定目标的运动状态，包括向雷达靠近或远离以及速度大小等信息。
这些信息对于目标的跟踪、识别和定位非常重要。
三、多普勒雷达在实际应用中的作用多普勒雷达在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 气象雷达：多普勒雷达被广泛用于天气预报中的降水预测和风暴跟踪。
通过测量降水物体的速度和方向，可以预测降水的类型和强度，并及时发出预警，保护人们的生命和财产安全。
2. 空中交通管制：多普勒雷达可以用于监测飞机的速度、航向和高度，为航空机构提供实时的飞行信息。
这些信息对于空中交通管制的安全和效率非常重要。
3. 汽车雷达：多普勒雷达广泛应用于汽车领域的自动驾驶和智能安全系统中。
雷达系统中的多普勒效应与信号处理研究
雷达系统中的多普勒效应与信号处理研究一、前言在现代雷达系统中，多普勒效应是一项重要的技术。
无论是在民用还是军用方面，多普勒雷达都广泛应用。
随着技术的不断发展，多普勒效应在雷达系统中的应用也变得越来越广泛。
本文将重点介绍雷达系统中的多普勒效应和信号处理方面的研究。
二、多普勒效应多普勒效应是指当波源与接收器相对运动时，波长会发生相应的变化。
在雷达测速中，多普勒效应是指雷达信号与目标运动时发生的频率和波长变化，这种变化可以用来计算目标运动的速度和方向。
在雷达系统中，多普勒效应可以通过以下公式来计算：f' = f * (1 - v/c)其中，f'为接收信号的频率，f为发射信号的频率，v为目标运动的速度，c为光速。
由于多普勒效应测量目标速度的重要性，多普勒雷达被广泛应用于民用和军用领域中。
三、多普勒效应的应用多普勒雷达在防御和安全领域中被广泛应用。
雷达系统在军事领域中的使用，包括空中防卫和侦察，雷达通过多普勒效应来检测目标飞机的速度和方向。
在民用领域中，雷达通过多普勒效应来检测车辆和飞机的速度，并应用于气象预报和海洋测量。
除了上述应用，多普勒效应还可以应用于医学、物理和自然科学等领域。
在医学领域，多普勒超声波被广泛应用于血流速度的测量和心脏疾病的监测。
物理和自然科学研究中，多普勒效应被应用于流体力学、宇宙学和地质学等领域的研究。
四、多普勒效应的信号处理多普勒效应的计算需要进行信号处理。
在雷达系统中，信号处理包括参数估计、滤波、降噪和目标跟踪等方面。
在这些方面，信号处理技术的发展对雷达系统的性能和精度具有重要影响。
在参数估计方面，最小二乘法和极大似然估计被广泛应用于多普勒雷达系统的目标速度测量中。
在多普勒参数估计中，最小二乘法可以较准确地计算出目标速度和方向。
极大似然估计则通过最大化目标速度的概率密度函数来获得更准确的估计结果。
在滤波和降噪方面，多普勒雷达系统需要应对强噪声和杂波对信号品质的影响。
多普勒雷达工作原理
多普勒雷达工作原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行测速和距离测量的设备。
多普勒效应是指当发射器和接收器相对于目标物体运动时，接收到的信号频率会发生变化的现象。
多普勒雷达利用这一原理，可以通过测量信号频率的变化来计算目标物体的速度和距离。
接下来我们将详细介绍多普勒雷达的工作原理。
首先，多普勒雷达通过发射无线电波来探测目标物体。
当发射器发出无线电波时，这些波会以一定的速度传播，并被目标物体反射回来。
接收器接收到这些反射波，并分析其频率的变化。
如果目标物体静止不动，那么接收到的频率不会发生变化。
但是，如果目标物体在运动，那么接收到的频率就会发生变化。
其次，多普勒雷达利用接收到的频率变化来计算目标物体的速度。
当目标物体朝着雷达设备运动时，接收到的频率会比发射时的频率高，而当目标物体远离雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率低。
通过测量频率的变化，多普勒雷达可以计算出目标物体的速度。
这种方法对于测量车辆的速度和飞机的速度非常有效。
最后，多普勒雷达还可以利用接收到的频率变化来计算目标物体与雷达设备之间的距离。
当目标物体靠近雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率高，而当目标物体远离雷达设备时，接收到的频率会比发射时的频率低。
通过测量频率的变化，多普勒雷达可以计算出目标物体与雷达设备之间的距离。
这种方法对于测量飞机和船只与雷达设备之间的距离非常有效。
综上所述，多普勒雷达利用多普勒效应来测量目标物体的速度和距离。
通过测量信号频率的变化，多普勒雷达可以准确地计算出目标物体的运动状态。
多普勒雷达在军事、航空、航海等领域有着广泛的应用，其工作原理的深入理解对于提高雷达设备的性能和精度至关重要。
希望本文对多普勒雷达的工作原理有所帮助。
多普勒的应用和原理
多普勒的应用和原理一、多普勒效应的原理多普勒效应是描述当波源和观测者相对运动时，波的频率和波长发生变化的现象。
该现象可以用于测量物体的速度、方向和距离。
1.1 波的频率和波长的变化当波源和观测者相向而行时，波源发出的波的频率相对于观测者来说会增加，波长则会缩短。
而当波源和观测者背离而行时，波的频率相对于观测者来说会减小，波长则会延长。
1.2 多普勒频移公式多普勒频移公式可以描述多普勒效应的量化关系：f' = f * (v + vr) / (v - vs)其中，f'是观测者接收到的频率，f是波源发出的频率，v是波的速度，vr是观测者的速度，vs是波源的速度。
二、多普勒效应的应用2.1 多普勒测速仪多普勒测速仪是利用多普勒效应测量物体的速度的一种设备。
通过测量接收到的频率与波源发出的频率之间的差异，可以计算物体的速度。
2.2 多普勒雷达多普勒雷达常用于测量目标的速度和距离。
利用多普勒效应，通过观测回波频率与发射频率之间的差异，可以计算出目标物体的速度。
2.3 医学应用多普勒效应在医学领域有广泛的应用。
例如，超声多普勒技术可以用于测量血流速度，对心脏、血管等器官进行检测和诊断。
2.4 多普勒流量计多普勒流量计是一种用于测量液体或气体流速的设备。
通过使用多普勒效应，它可以非侵入性地测量液体或气体的速度和流量。
2.5 遥感技术多普勒效应在遥感技术中也有应用。
利用多普勒频移公式，可以通过分析卫星接收到的微波信号的频率变化，来获得地球表面的运动信息和物体的速度。
三、总结多普勒效应是一种广泛应用于各个领域的物理现象。
它的原理是当波源和观测者相对运动时，波的频率和波长发生变化。
利用多普勒效应，我们可以测量物体的速度、方向和距离。
多普勒效应在多个领域都有重要的应用，如测速仪、雷达、医学、流量计和遥感技术等。
这些应用使得多普勒效应成为一项重要的技术，对各个领域的研究和应用产生了积极的影响。
多普勒雷达测速原理
多普勒雷达测速原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应测量速度的无线电信号探测设备。
这种设备最早用于军事领域，用于测量飞机或导弹的速度和方向，现在也广泛应用于民用领域，如测量车辆、船只等的速度。
多普勒效应是一种物理现象，当射向运动物体的信号被反弹回来时，由于物体的运动会导致信号的频率发生变化。
具体来说，当物体向前运动时，信号的频率会变高，反之亦然。
这种变化的现象称为多普勒效应。
多普勒雷达使用这种效应来测量物体的速度。
多普勒雷达的工作原理是，向运动的物体发射一束电磁波，这个电磁波会反弹回来并被接收器接收。
接收器会检测到反弹回来的电磁波的频率，然后根据多普勒效应计算出物体的速度。
多普勒雷达的精度受到一些因素的影响，其中最明显的就是多普勒频移的大小。
这个频移的大小取决于物体的速度、雷达和物体之间的距离、以及电磁波的频率。
如果距离太远或者电磁波的频率太高，可能会导致多普勒频移过小，从而影响速度的测量精度。
另一个影响多普勒雷达精度的因素是多径效应。
当电磁波碰到物体后，它可能会反弹多次，导致接收器接收到多个信号。
这些信号可能会产生干扰，从而影响速度的测量精度。
为了解决这些问题，多普勒雷达通常会采用一些技术来提高测量精度。
可以使用更高精度的频率合成器来发射电磁波，或者使用数字信号处理技术来滤除多径效应。
除了测量速度，多普勒雷达还可以用于其他的应用，如测量距离、探测气象现象、探测海洋生物等。
测量距离是多普勒雷达最常见的应用之一。
它通过测量电磁波从雷达发射器到物体再返回到接收器的时间来计算距离。
多普勒雷达还可以用于探测气象现象，如暴风雨、雷暴等。
在这种情况下，雷达会发射电磁波，然后接收反弹回来的信号。
气象现象会导致反射信号的强度、频率和相位发生变化，从而使雷达可以识别出不同的气象现象。
多普勒雷达还可以用于探测海洋生物，如鱼类和海豚等。
在这种应用中，雷达会发射电磁波，然后监听反弹回来的信号。
当电磁波碰到鱼类或海豚等生物时，会反弹回来，产生一个信号。
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=v = vr
fdc
(5)
cosθ 2 f0 cosθ
可见，由于舰船随着海浪的起伏，将影响天线 的角度，进而影响波束的发射方向，因此，本设计 方案将利用加速度芯片设计角度计，追踪角度变化， 以精确计算舰船的水平行进速度。
为了获取舰船的运动方向，可以采用 I/Q 正交 双通道的方式保留多普勒频移的正负符号，从而判 定方向。
6GHz(C 波段) 400Hz 4KHz 40KHz
10GHz(X 波段) 667Hz 6.67KHz 66.7KHz
15GHz(Ku 波段) 1KHz 10KHz 100KHz
35GHz(Ka 波段) 2.33KHz 23.3KHz 233KHz
95GHz(W 波段) 6.3KHz 63KHz 630KHz
向。
2 多普勒测速雷达方案
2.1 频段的选取 由(3)式可知，多普勒频移与径向速度和发射中
表1 不同频段多普勒频率对应表[2]
雷达频率(频段)
多普勒频移 10m/s 100m/s 1000m/s
1GHz(L 波段) 66.7Hz 666.7Hz 6.67KHz
3GHz(S 波段) 200Hz 2KHz 20KHz
微波学报 2010 年 8 月
用于舰船测速的微波多普勒雷达研究
田野 谢小强 延波
( 电子科技大学电子工程学院，成都 610054 )
摘 要：本文介绍了一种适用于舰船航行速度测试的微波多普勒雷达方案。本方案采用连续波发射，零中频接收， 使得组件前端电路简易，信号处理简单，并且采用 IQ 正交双通道接收机方式保留了目标运动方向信息。另外，利用 加速度测量芯片跟踪舰船由于海浪起伏引起的天线角度变化，从而可以精确测量舰船的即时水平行进速度。 关键词：多普勒；测速；IQ 正交双通道
式中 vr
=
dR dt
是径向速度（m/s）。
650
微波学报 2010 年 8 月
从而得到多普勒频率：
= fd
2= vr λ
2vr c
f0
1.2 舰载测速雷达原理
v
θ
海浪
vr=vcosθ
船体
心频率成正比，表 1 列出了不同频段以及不同速
度下的多普勒频偏量。
(3)
从表中可以看出，发射的频率越高,同一速度
锁相环信号首先经带通滤波器，滤除 VCO 产 生的谐波信号。然后通过功分电路分为两路信号， 一路经功放至天线发射信号，约为 20dBm；一路 作 为接收支路混频器的本振信号。
其中本振信号首先经 90°电桥产生两路幅度 相等，相位正交的 I/Q 信号，分别与接收的回波信 号直接混频。由于是零中频接收机，为了滤除 本振干扰，在中频段首先要做高通滤波处理。为了 扩大接收机动态范围，在中频段添加自动增益控制 （AGC）电路 。最后， 做 A/D 转换将多普勒信号交 给后续电路处理。
息。当前集成了电桥和双混频功能的 IQ 混频器 单片的产品问世，使得电路的复杂度并没有因为 要求双通道混频而增加。同时两路信号的平衡度 以及隔离度都得到了保证。
1 多普勒雷达的测速原理
导弹、舰船探测；民用上可应用于交通管制、气象 预报和入侵安防等。
而微波频段的多普勒雷达与其他形式的雷达相 比具有以下优点：
Abstract: This paper introduces a program of microwave Doppler radar for Vessel Velocity Measurement . The program uses a continuous wave emission, zero-IF receiver, making front-end circuits easy and signal processing simple.Moverover， the program uses IQ orthogonal two-channel receiver to obtain the velocity and direction， and track the antenna angle caused by wave using acceleration measurement chip ，leading to calculate the real-time speed of vessel moving real-time speed accurately.
2.2 雷达体制的选取
多普勒雷达可以分为脉冲式和连续波雷达两 种 。 [3]
脉冲式雷达可以从回波信号中提取目标的速 度、距离等信息，但是脉冲式雷达结构复杂，因 为存在速度和距离模糊的问题，信号处理也相对 比较困难，所以脉冲式雷达一般应用在军事等领 域。
对于只需要速度信息的应用，通常使用连续 波雷达，连续波雷达的结构简单、成本低，信号 的处理也相对简单，只需要提取信号的频率，而 不需要考虑信号的相位和幅度等信息。但是连续 波雷达需要考虑收发隔离的问题，在隔离度要求
Research of Microwave Doppler Radar for Vessel Velocity
Measurement
TIAN Ye, XIE Xiao-qiang , YAN Bo
(School of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054, China)
另外，为了获取天线的即时角度，本方案设计 了一个角度计。带有角度信息的电平信号同样经 A/D 转换后交给信号处理部分。
图3 加速度计芯片原理图
3 结论
由于本设计方案采用连续波体制，零中频接 收机，使得组件前端电路简单，信号处理简易， 易于工程实现。与传统简单测速雷达相比，保留 了目标运动方向信息。另外采用加速度计做角度 纠正，提高了瞬时水平速度测量的准确性。
[4] ADXL204.DataSheet.2008 Analog Devices
田 野 男，1985 年生，硕士生。主要研究方向：微波 收发组件，平面无源电路，微波集成电路与系统。 E-mail: tianye-01521@
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图2 多普勒测速雷达方案图
本方案采用锁相环电路产生稳定的发射信号， 以满足作为多普勒雷达基准信号的高稳定度以及低 相位噪声的要求。作为雷达系统的关键部件，锁相 环电路产生的本振信号其近端相噪将极大地影响系 统的整体性能。在 Ku 波段，以 50MHz 温补晶振做 参考源的情况下，近端相位噪声可以达到 -85dBc/Hz@1kHz。
传播 R / λ λ
（1）
如果目标相对于雷达运动，R 和相位都会随 着时间发生变化。对式(1)求导，可得相位随时间 的变化率，即角频率为：
ω=d
d=ϕ dt
4π d=R λ dt
4π λ
= vr
2π fd
(2)
本设计方案适用于海洋舰船的自身测速，由于 采用了正交双通道模式，保留了运动目标的方向信
Key words：Doppler; Velocity Measurement; IQ Orthogonal Two-channel
引言
作为检测运动目标的最有效手段[1]，多普勒效 应被广泛应用于军事和民用领域。通过检测多普勒 频移，可以从巨大的杂波干扰中分辨运动目标，并 且精确地测量出动目标的速度和方向。鉴于此，多 普勒雷达在军事上可应用于空中监视、火炮测速和
参考文献
[1] [美]斯科尼克.雷达系统导论.[M]电子工业出版社， 2007
[2] 王鑫. X 波段多普勒测速接收机关键技术研究 [D]. 南京：南京理工大学，2007
[3] P. Heide, et al. Coded 24GHz Doppler radar sensors: a new approach to high-precision vehicle position and ground-speed sensing in railway and automobile applications[C]. IEEE Microwawe Theory and Tech. Symp., 1995.965-968
=I A(t ) cos[2π fdt + φ(t)]
(6)
=Q A(t )sin [2π fdt + φ(t)]
(7)
(6)(7)式即分别为I和Q通道的信号，当相对位移减 小，也就是舰船正向航行时，I通道信号相位就会超 前Q通道约90°；反之，当舰船逆向航行时，I通道 信号相位滞后Q通道约90°。因此相比单通道而言， 由于保留了相位信息，可以获得舰船航行的速度方
651
微波学报 2010 年 8 月
高的情况下，采用双天线结构可以最大限度地加大 隔离。 2.3 方案
通过分析和比较，选取了 Ku 波段作为发射中 心频率，连续波体制，双天线收发。具体方案如图 2 所示。
2.4 角度计
采用瞬时加速度计（ADXL204）作为天线的 角度计测试芯片。该芯片采用微机械系统，因此 具有体积小，精度高以及能耗低等特点。可选用 单/双轴测量模式,芯片以水平摆放为基准，在角 度发生变化时输出两个对应 X，Y 方向角度的电 平。用户可通过电平量精确计算芯片倾斜角度。 图 3 所示为加速度计芯片原理图[4]。
同时，微波设备的体积也是与频率相关的， 频率越高，则设备的体积越小。另外，高频段的 信号方向性好，抗干扰能力更强。然而频段高意 味着昂贵的技术成本。考虑到舰船应用对体积要 求不高，在保证测量精度的前提下，本方案拟选 取频率大小适中的 Ku 波段。以 15GHz 为例，假 设天线与水平方向呈 60 度角，则 1m/s 的速度对 应多普勒频偏为 50Hz，50m/s 的速度对应多普勒 频偏为 2.5kHz。可见，在舰船速度范围内，频偏 大小适中，信号处理段只需低速数字电路即可以 处理。