第一篇：雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理分析

雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理分析

一、FMCW模式下測(cè)速測(cè)距

1、FMCW模式下傳輸波特征

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)天線向外發(fā)射一列線性調(diào)頻連續(xù)波，并接收目標(biāo)的反射信號(hào)。發(fā)射波的頻率隨時(shí)間按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。

2、FMCW模式下基本工作原理

一般調(diào)制信號(hào)為三角波信號(hào)，發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的頻率變化如圖所示。

反射波與發(fā)射波的形狀相同。只是在時(shí)間上有一個(gè)延遲，?t與目標(biāo)距離R的關(guān)系為：

Δt=2R/c

公式1 其中

Δt：發(fā)射波與反射波的時(shí)間延遲

R：目標(biāo)距離

108m/s c：光速c=3×發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)的頻率差為混頻輸出中頻信號(hào)頻率?f如圖所示：

根據(jù)三角關(guān)系，得：

ΔtT2=

ΔfB公式2 其中：

Δf：發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)的頻率差為|f1-f0| T：調(diào)制信號(hào)周期——1.5ms B：調(diào)制帶寬——700MHz 由以上公式1和公式2得出目標(biāo)距離R為：

R=cTΔf 4B公式3

3、FMCW模式下測(cè)距原理

由公式3可以得出，目標(biāo)距離R與雷達(dá)前端輸出的中頻頻率?f成正比

4、FMCW模式下測(cè)速原理

當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)并不是相對(duì)靜止時(shí)，也就是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射信號(hào)中包含一個(gè)由目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒頻移fd，如圖所示：

此時(shí)發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的頻率差如圖所示：

在三角波的上升沿和下降沿分別可得到一個(gè)差頻，用公式表示為：

f+=?f-fd

公式4

f-=?f+fd

公式5 其中

?f為目標(biāo)相對(duì)靜止時(shí)的中頻頻率

f+代表前半周期正向調(diào)頻的差頻

f-代表后半周期負(fù)向調(diào)頻所得的差頻

fd為針對(duì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的多普勒頻移

根據(jù)多普勒效應(yīng)得：

fd=2f0? c公式6 其中：

?為目標(biāo)和雷達(dá)的徑向速度

f0為發(fā)射波的中心頻率

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的符號(hào)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)系，當(dāng)目標(biāo)物相對(duì)雷達(dá)靠近時(shí)v為正值。當(dāng)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)離開(kāi)時(shí)v為負(fù)值。

由公式3和公式7進(jìn)一步得出：

cTf++f-R=×4B2

公式9

二、CW模式測(cè)速原理：

1、CW模式下傳輸波特征

普通連續(xù)波

2、CW模式下測(cè)速物理理論

當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射頻率，反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射頻率。如此可由頻率改變數(shù)值計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度

3、CW模式下測(cè)速公式

fd=2??

公式10 則速度公式為：

fd??=2

公式11 其中：

?表示傳輸波的波長(zhǎng)

?表示目標(biāo)物與雷達(dá)之間的相對(duì)速度

由公式11公式12得：?=cf0

=c2f×f0d

公式12

公式13

?

第二篇：雷達(dá)工作原理與激光測(cè)速原理的區(qū)別

雷達(dá)工作原理與激光測(cè)速原理的區(qū)別

一、雷達(dá)工作原理

首先，必須先了解雷達(dá)的基本原理，因?yàn)槔走_(dá)仍是目前用來(lái)監(jiān)測(cè)移動(dòng)物體最普遍的方法。雷達(dá)英文為RADAR，是Radio Detection And Ranging的縮寫(xiě)。所有利用雷達(dá)波來(lái)監(jiān)測(cè)移動(dòng)物體速度的原理，其理論基礎(chǔ)皆源自于多普勒效應(yīng)，其應(yīng)該也是一般常見(jiàn)的多普勒雷達(dá)Doppler Radar，此原理是在19世紀(jì)一位奧地利物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，后來(lái)世人為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，就以他的名字來(lái)為該原理命名。多普勒的理論基礎(chǔ)為時(shí)間。雷達(dá)波是由頻率及振幅所構(gòu)成，而無(wú)線電波是隨著波而前進(jìn)的。當(dāng)無(wú)線電波在行進(jìn)的過(guò)程中，碰到物體時(shí)，該無(wú)線電波會(huì)被反彈，而且其反彈回來(lái)的波，其頻率及振幅都會(huì)隨著所碰到的物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變。若無(wú)線電波所碰到的物體是固定不動(dòng)的，那么所反彈回來(lái)的無(wú)線電波其頻率是不會(huì)改變的。然而，若物體是朝著無(wú)線電線發(fā)射的方向前進(jìn)時(shí)，此時(shí)所反彈回來(lái)的無(wú)線電波會(huì)被壓縮，因此該電波的頻率會(huì)隨之增加；反之，若物體是朝著遠(yuǎn)離無(wú)線電波方向行進(jìn)時(shí)，則反彈回來(lái)的無(wú)線電波，其頻率則會(huì)隨之減小。

速度監(jiān)測(cè)裝置所應(yīng)用的原理，就是可以監(jiān)測(cè)到發(fā)射出現(xiàn)的無(wú)線電波，及反彈回來(lái)的無(wú)線電波其間的頻率變化。由這兩個(gè)不同頻率的差值，便可以有特定的比例關(guān)系，而計(jì)算是該雷達(dá)波所碰撞到物體的速度。當(dāng)然，此種速度監(jiān)測(cè)裝置可以將所監(jiān)測(cè)到的速度，轉(zhuǎn)換為公里/小時(shí)或是英哩/小時(shí)。也許大家還是無(wú)法體會(huì)什么是多普勒效應(yīng)，但每個(gè)人在日常生活中應(yīng)該都有聽(tīng)過(guò)多普勒效應(yīng)。例如：當(dāng)火車(chē)?guó)Q笛或救護(hù)車(chē)的警報(bào)聲一直朝著你接近時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)聲音會(huì)一直在變化，這就是所謂的多普勒效應(yīng)，此例子是生活中最常見(jiàn)的例子，因?yàn)楫?dāng)聲波一直朝著你接近時(shí)，該聲波的頻率會(huì)一直增加，所以聽(tīng)到的聲音才會(huì)一直變。這跟測(cè)速雷達(dá)所用到的原理是一樣的，只不過(guò)測(cè)速雷達(dá)所使用的不是聲波，而是無(wú)線電波。

由于警方的測(cè)速雷達(dá)總是監(jiān)測(cè)到一個(gè)較強(qiáng)的反射電波后，才決定該移動(dòng)物體的速度；而通常體積較大的物體其反彈的電波也較強(qiáng)；另外，離發(fā)射電波較近的物體，其所反彈的電波也會(huì)較強(qiáng)。根據(jù)這個(gè)原理，若有兩輛大小相同的車(chē)輛，同樣都是超速時(shí)，測(cè)速雷達(dá)只會(huì)監(jiān)測(cè)到開(kāi)在較前面車(chē)輛的速度；若有一輛未超速的大卡車(chē)開(kāi)在前方，而另一輛已超速的小客車(chē)開(kāi)在后方時(shí)，測(cè)速雷達(dá)是無(wú)法監(jiān)測(cè)出該小客車(chē)已超速，除非該小客車(chē)已經(jīng)超越了大卡車(chē)而繼續(xù)超速。

這告訴我們，利用雷達(dá)波來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)速時(shí)，是無(wú)法對(duì)隊(duì)列行駛的車(chē)輛中監(jiān)測(cè)的。監(jiān)測(cè)到特定車(chē)輛的速度，而只能監(jiān)測(cè)到開(kāi)在隊(duì)列車(chē)輛最前面，且體積較大的車(chē)子的速度。

雷達(dá)原理詳述

下面的文章，將更詳細(xì)地探討雷達(dá)測(cè)速的各種影響因素：

雷達(dá)波覆蓋的范圍

影響雷達(dá)波覆蓋范圍的因素如下：

雷達(dá)的功率

電波接收器的靈敏度

天線的特性

欲監(jiān)測(cè)物體的體積大小

雷達(dá)與欲監(jiān)測(cè)物體的距離

欲監(jiān)測(cè)物體與雷達(dá)天線的相對(duì)位置及角度

車(chē)輛類(lèi)型 可測(cè)速范圍 無(wú)法測(cè)速范圍

小客車(chē)(car)0~200公尺內(nèi) 200公尺以外 卡車(chē)或小貨車(chē)(truck/van)0~300公尺內(nèi) 300公尺以外

聯(lián)結(jié)車(chē)(HGV)0~400公尺內(nèi) 400公尺以外

由上圖可知大型聯(lián)結(jié)車(chē)最容易被監(jiān)測(cè)到速度，只要在400公尺的范圍，都可以被監(jiān)測(cè)。

Cosine因子

這里所說(shuō)的Cosine就是以前所學(xué)的數(shù)學(xué)三角函數(shù)，像是sin,cos,tan...，所謂的Cosine因子說(shuō)明如下：

雷達(dá)要正常地發(fā)揮測(cè)速功能，該雷達(dá)必須與被測(cè)車(chē)輛同一路徑

就如同GAS的話(huà)，則雷達(dá)所監(jiān)測(cè)到的速度將比實(shí)際上來(lái)的慢。而所減低的速度將正比于偏斜的角度取TO測(cè)速照相系統(tǒng)一般，若雷達(dá)置放的位置與車(chē)輛行經(jīng)的路徑有一個(gè)角度，并不平行cosine值，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是偏斜的角度越大的話(huà)，監(jiān)測(cè)到的速度將比實(shí)際速度低的越多。

例如測(cè)速雷達(dá)置放的位置與車(chē)輛路徑呈20度的夾角，雖然當(dāng)時(shí)車(chē)子實(shí)際速度為105公里/小時(shí)，但被監(jiān)測(cè)到的時(shí)速應(yīng)為105xcos(20)=98.67公里/小時(shí)，本來(lái)應(yīng)是超速的，但在雷達(dá)監(jiān)測(cè)上出現(xiàn)誤差。

GATSO這類(lèi)的測(cè)速照相系統(tǒng)也會(huì)考慮到Cosine，所以會(huì)加入一些補(bǔ)償電路，來(lái)修正這樣的誤差，不過(guò)因?yàn)槊看沃梅诺慕嵌榷疾煌虼嗽谘a(bǔ)償誤差時(shí)，必須經(jīng)過(guò)正確的設(shè)定才行，該設(shè)定值才須經(jīng)過(guò)原廠的調(diào)校才能有較精準(zhǔn)的表現(xiàn)。因此可以得到一個(gè)結(jié)論,Cosine因子永遠(yuǎn)都是偏袒駕駛?cè)说摹?/p>

測(cè)速地點(diǎn)的選擇

既然大家已經(jīng)了解雷達(dá)測(cè)速的基本原理，其實(shí)是藉由車(chē)輛所反射回來(lái)的電波來(lái)計(jì)算車(chē)速，那么在道路上一些不會(huì)動(dòng)的物體，如路標(biāo)、路燈等，會(huì)不會(huì)影響雷達(dá)波的反射呢？由于路標(biāo)、路燈等物體的體積都很小，尚不會(huì)對(duì)雷達(dá)電波產(chǎn)生太多的影響，但如果是一些較大的物體，如建筑物、停在路旁的大卡車(chē)，或是高速公路上一些路段的大型路標(biāo)、廣告板等，這些物體就一定會(huì)影響到雷達(dá)電波的反射，也就是說(shuō)即使路上沒(méi)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)，所使用的測(cè)速雷達(dá)還是會(huì)監(jiān)測(cè)到一些數(shù)據(jù)，只是這些數(shù)據(jù)可能速度都是0而已。不過(guò)大家也不要以為在路上看到大型路標(biāo)時(shí)就可以盡情超速了，因?yàn)橐坏┸?chē)輛位置超過(guò)了路標(biāo)，而離雷達(dá)波越近的物體所反射的雷達(dá)波會(huì)越強(qiáng)，此時(shí)還是會(huì)被監(jiān)測(cè)到超速的。

然而，理想的測(cè)速照相地點(diǎn)，應(yīng)該位在空曠無(wú)阻礙且沒(méi)有大型反射物的道路上；在開(kāi)始測(cè)速之前，選擇地點(diǎn)是相當(dāng)重要的；操作員在開(kāi)始前，必須在車(chē)流前，選擇視線良好的位置，該視線上不能有如大型路標(biāo)、金屬柵欄、防撞護(hù)欄等物體。

確認(rèn)超速的步驟

使用手持雷達(dá)來(lái)測(cè)速時(shí)，剛開(kāi)始并未開(kāi)機(jī)，先采取目測(cè)的方式，等到發(fā)現(xiàn)有車(chē)輛疑似超速時(shí)，再開(kāi)機(jī)以手持雷達(dá)來(lái)驗(yàn)證是否真的超速。

使用手冊(cè)中指出在測(cè)速雷達(dá)的監(jiān)測(cè)范圍中，必須只有一輛車(chē)子才能立刻監(jiān)測(cè)速度。換句話(huà)說(shuō)，若您的車(chē)子正處于車(chē)輛的隊(duì)列中，是無(wú)法確定所監(jiān)測(cè)到的車(chē)速是哪一輛車(chē)。此時(shí)必須先追蹤某輛車(chē)最少3秒的時(shí)間，等到雷達(dá)出現(xiàn)已鎖定的訊息時(shí)，才可以開(kāi)始監(jiān)測(cè)車(chē)速。

因此要得到車(chē)輛的超速需要花費(fèi)3秒鐘的時(shí)間，而且在測(cè)速時(shí)也會(huì)將誤差考慮進(jìn)去，例如，在雷達(dá)監(jiān)測(cè)速度時(shí)，雷達(dá)屏幕上顯示的速度為102-101-102-103-101，此時(shí)就可以確定車(chē)速為101到103公里/小時(shí)，然而，若在溜達(dá)屏幕上顯示的數(shù)據(jù)為102-101-149-103-101，此時(shí)就認(rèn)定這次的測(cè)速有相當(dāng)大的誤差而不采用該數(shù)據(jù)。

輻射危害

因?yàn)槔走_(dá)在測(cè)速時(shí)會(huì)發(fā)射出強(qiáng)大的無(wú)線電磁波，當(dāng)雷達(dá)測(cè)速儀器接近身體在25公分時(shí)，雷達(dá)天線所發(fā)射出來(lái)的電磁波輻射將對(duì)人體造成某些程度的傷害。

二、激光測(cè)速原理

傳統(tǒng)的電波式雷達(dá)已行之有年，目前較新的技術(shù)是利用激光來(lái)測(cè)速，稱(chēng)之為激光雷達(dá)，英文為 LIDAR這是Light Detection and Ranging的縮寫(xiě)。通常這類(lèi)的激光都是使用紅外線，其精確度和可靠度都遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的電波式雷達(dá)。以激光為基礎(chǔ)的測(cè)速系統(tǒng)如LaserCam II就是一例手持的激光測(cè)速系統(tǒng)，當(dāng)然激光測(cè)速系統(tǒng)也可以裝載于流動(dòng)式的三腳架上，例意大利制的Autovelox 105/SE就是最佳寫(xiě)照。

激光測(cè)速的原理與雷達(dá)電波的多普勒原理不同，而是利用激光的飛行時(shí)間的計(jì)算，也就是當(dāng)激光發(fā)射出去時(shí)，先紀(jì)錄時(shí)間，等到激光被物體反射回來(lái)時(shí)，再紀(jì)錄一次時(shí)間，接著計(jì)算時(shí)間差，而LIDAR裝置以15Hz的頻率運(yùn)作(每秒15次)，而光速是每秒30萬(wàn)公里，這樣就可以算出車(chē)子的行進(jìn)速度，舉例如下：

當(dāng)?shù)谝淮渭す獍l(fā)射出去后，經(jīng)過(guò)0.000001333秒后再反射回來(lái)，因?yàn)榫嚯x=速率x時(shí)間，所以第一次激光經(jīng)反彈來(lái)回所走的距離為300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺，所以實(shí)際與車(chē)子的距離應(yīng)該要除以2，得399/2=199.5公尺。

經(jīng)過(guò)1/15秒后，第二次激光再發(fā)出監(jiān)測(cè)距離，經(jīng)過(guò)0.000001325秒后再被車(chē)輛反射回來(lái)，所以激光來(lái)回走的距離為300,000,000 x 0.000001325 = 397.5，除以2得198.75。

也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)1/15秒后，車(chē)子前進(jìn)了199.5-198.75=0.75公尺，又速率=距離/時(shí)間，所以可以得到車(chē)速為0.75/(1/15)=11.25 m/s，換算成時(shí)速公里的話(huà)就是11.25x3600=40.5公里/小時(shí)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道激光測(cè)速的基本原理了，因?yàn)榧す饷棵肟梢园l(fā)射出15次的激光，每個(gè)間隔距離都可以計(jì)算一次時(shí)速，而激光測(cè)速器必須在連續(xù)監(jiān)測(cè)到2到3次相似的速度時(shí)，才確定此為該車(chē)的速度，這也就是為什么使用激光測(cè)速裝置，只需要0.3秒的時(shí)間來(lái)鎖定車(chē)速的原因了。

由于激光功率很強(qiáng)，所以在測(cè)速時(shí)，被禁止直接以激光束照射在駕駛座上，必須將光束對(duì)準(zhǔn)車(chē)牌，以免傷害駕駛?cè)说囊暳?。而且也不能在?chē)內(nèi)使用激光測(cè)速儀器，因?yàn)榧す夂苋菀自谲?chē)內(nèi)反射，而傷害了車(chē)內(nèi)的人員，即使將車(chē)窗放下也不行。因此在FDA（美國(guó)食品藥品管理局）嚴(yán)格規(guī)范之下，激光槍功率降低，致使激光束擴(kuò)大，反而給了激光警示器，即俗稱(chēng)的激光測(cè)速器可趁之機(jī)。

激光測(cè)速的原理

LIDAR（Light Detection and Ranging－激光監(jiān)測(cè)及歸類(lèi)）以規(guī)律地送出infra-red（紅外線）激光來(lái)測(cè)量光束的反回時(shí)間，在這些時(shí)間中任取兩個(gè)就可以計(jì)算速度。激光測(cè)速器所發(fā)射的光束非常狹窄，它隨著距離的增加，光束由一公分發(fā)散成100公分，就因?yàn)楣馐苷钥梢詮能?chē)流中挑出一輛超速的汽車(chē)；尤其當(dāng)監(jiān)測(cè)物距離愈近，監(jiān)測(cè)范圍甚至?xí)笥谑殖质降睦走_(dá)測(cè)速器。通常激光束的散射角度相當(dāng)小，造成監(jiān)測(cè)上相當(dāng)不易；警用的激光測(cè)速光束必須在300到500公尺以上的距離，才會(huì)擴(kuò)散到1.5公尺以上的范圍，距離越遠(yuǎn)擴(kuò)散越大，也較容易監(jiān)測(cè)得到，且當(dāng)在測(cè)附近的車(chē)子的車(chē)牌時(shí)，激光會(huì)散射到旁邊的車(chē)輛上，若車(chē)上有裝專(zhuān)為接收激光所設(shè)計(jì)的激光警示器，那么便可能接收得到。

雷達(dá)波發(fā)射后會(huì)逐漸擴(kuò)散，所以駕駛者容易利用雷達(dá)警示器監(jiān)測(cè)到。相對(duì)來(lái)說(shuō)，激光測(cè)速系統(tǒng)發(fā)射的激光束比較窄，擴(kuò)散范圍比雷達(dá)系統(tǒng)小，所以一般不會(huì)被警示器監(jiān)測(cè)到。還因?yàn)榧す馐容^窄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)流里邊的單一車(chē)輛做監(jiān)測(cè)。

Cosine因子同樣也會(huì)發(fā)生在激光測(cè)速裝置上，不過(guò)有一點(diǎn)要注意的是，有時(shí)會(huì)在橋上使用手持激光槍來(lái)測(cè)速，如此一來(lái)便可以在道路中央正上方的位置進(jìn)行測(cè)速，這樣便可以減少Cosine的影響，此時(shí)只要注意橋的高度，必須與車(chē)輛的距離保持10倍以上的比例，便可以正常工作，如橋距離路面的高度為10公尺，則被測(cè)車(chē)輛必須在100公尺以外的距離所測(cè)得的速度才正確。

激光測(cè)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

如果激光系統(tǒng)一直開(kāi)機(jī)，那么激光束就會(huì)一直打出去，駕駛?cè)塑?chē)上若有激光警示器，則較有機(jī)會(huì)測(cè)得警方的激光束。然而事實(shí)上卻不然，因?yàn)橥ǔＪ窍扔萌庋刍蛲h(yuǎn)鏡眺望遠(yuǎn)方是否有車(chē)可能會(huì)超速（通常以車(chē)陣中跑第一的那輛為目標(biāo)），然后再舉起激光槍瞄準(zhǔn)該車(chē)輛進(jìn)行測(cè)速。因此，激光槍的開(kāi)機(jī)時(shí)間只在瞄準(zhǔn)車(chē)輛的那一瞬間，也就是說(shuō)，激光束并不會(huì)一直呈現(xiàn)發(fā)射狀態(tài)，讓駕駛?cè)擞性S多機(jī)會(huì)能夠測(cè)得到。像雷達(dá)測(cè)速儀器，如三腳架、警車(chē)、部份固定桿等，持續(xù)開(kāi)機(jī)進(jìn)行測(cè)速的時(shí)間較久，只要呈現(xiàn)開(kāi)機(jī)狀態(tài)，雷達(dá)波便會(huì)一直發(fā)散出來(lái)，駕駛?cè)塑?chē)上若有雷達(dá)警示器，就可以接收到該雷達(dá)波而產(chǎn)生警示聲。

綜上所述，在兩種測(cè)速方式的對(duì)比中，激光系統(tǒng)有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)先，測(cè)速的準(zhǔn)確率高，可以有效的防止測(cè)速警示器的應(yīng)用。所以，激光測(cè)速系統(tǒng)是現(xiàn)在測(cè)速技術(shù)發(fā)展的潮流和方向

第三篇：汽車(chē)測(cè)距測(cè)速及倒車(chē)提示產(chǎn)品功能及原理說(shuō)明

《汽車(chē)測(cè)速及倒車(chē)提示》產(chǎn)品介紹及電路原理

一、微動(dòng)按鈕功能

K5，復(fù)位鍵：按一下，電路復(fù)位，電路處于待機(jī)狀態(tài)。K4，正轉(zhuǎn)鍵：按一下，電機(jī)DJ1正轉(zhuǎn)。

K3，加速鍵：正轉(zhuǎn)時(shí)，按一下。電機(jī)DJ1加速。K2，減速鍵：正轉(zhuǎn)時(shí)，按一下，電機(jī)DJ1減速。Kl，倒車(chē)鍵：按一下，電機(jī)DJ1反轉(zhuǎn)。

二、產(chǎn)品功能介紹

1．電路正確連接后，接通電源，按一下微動(dòng)按鈕K5，數(shù)碼顯示管DS1顯示0000。2．按一下微動(dòng)按鈕K4，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(遮斷器)轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)碼顯示管DS1顯示數(shù)字，再按一下K4，電機(jī)DJl停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。

3．在按一下微動(dòng)按鈕K4，按一下微動(dòng)按鈕K3，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)動(dòng)加快并帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(遮斷器)轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)碼顯示管DS1顯示數(shù)字，此時(shí)顯示的數(shù)字增大?？砂次?dòng)按鈕K3三次（三檔），第四次按動(dòng)K3時(shí)，電機(jī)DJ1停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。4．在按一下微動(dòng)按鈕K4后，按一下微動(dòng)按鈕K2，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)速減慢并帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(遮斷器)轉(zhuǎn)動(dòng)減慢，數(shù)碼顯示管DS1顯示數(shù)字減少。再按一下微動(dòng)按鈕K2，電機(jī)DJ1停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。5．按一下微動(dòng)按鈕Kl，電機(jī)DJ1倒轉(zhuǎn)并帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(遮斷器)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)為汽車(chē)倒車(chē)。用障礙物放在離開(kāi)超聲接收器LS1和超聲發(fā)生器LS2一定距離的位置上，數(shù)碼顯示管DS1顯示數(shù)字，此時(shí)顯示的數(shù)字為障礙物與LS1和LS2的距離(相當(dāng)于汽車(chē)與障礙物的距離，單位為厘米)，如果障礙物距離變動(dòng)，數(shù)碼顯示管DS1，顯示數(shù)字也隨之變化。當(dāng)距離等于20厘米時(shí)，電機(jī)DJ1，自動(dòng)停轉(zhuǎn)?；蛟诖笥?0厘米時(shí)再按一下微動(dòng)按鈕K1，電機(jī)DJ1停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。

三、電路原理

該產(chǎn)品是由下面幾部分電路組成：超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、提示音發(fā)生器、直流電機(jī)控制電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、單片機(jī)電路、顯示電路和電源電路。1．倒車(chē)電路原理

倒車(chē)電路包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、提示音發(fā)生器、單片機(jī)電路、顯示電路和電源電路。

按下微動(dòng)按鈕K1，由單片機(jī)U2的“8”腳輸出一串低電平信號(hào)，該信號(hào)送到光電耦合器U6的輸入端，改變光電耦合器U6的輸出電阻，使原來(lái)由Q9、Q13、Q15、Q16組成的直流電機(jī)DJ1橋式驅(qū)動(dòng)電路在直流電機(jī)DJ1兩端產(chǎn)生電位差，電機(jī)DJ1被驅(qū)動(dòng)為反轉(zhuǎn)。也即汽車(chē)在倒車(chē)。

在按下微動(dòng)按鈕Kl時(shí)，由單片機(jī)U2產(chǎn)生40kHz的方波信號(hào)從U2的“14”腳送出，經(jīng)開(kāi)關(guān)Sl、到U1的“3”腳后在U1內(nèi)進(jìn)行推挽放大，由LS1超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波發(fā)射出去。經(jīng)障礙物反射后的超聲波，由LS2超聲波接收器接收，送入集成塊U3的“1”腳，該信號(hào)為正弦波信號(hào)。由于倒車(chē)的距離不斷變化，所以U3內(nèi)部設(shè)置了自動(dòng)增益控制AGC，以保持信號(hào)不會(huì)因倒車(chē)距離變化而出現(xiàn)強(qiáng)弱變化，正弦波信號(hào)在U3內(nèi)部進(jìn)行整形后，由U3的“7”腳輸出，經(jīng)延時(shí)(信號(hào)由發(fā)射→障礙物→接收的時(shí)間)后的信號(hào)，經(jīng)電阻R5和開(kāi)關(guān)S2送回單片機(jī)U2的“12”腳，由單片機(jī)U2內(nèi)部與原送出的信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，并把計(jì)算的結(jié)果送到顯示電路顯示出汽車(chē)在倒車(chē)時(shí)與障礙物之間的距離。當(dāng)?shù)管?chē)與障礙物的距離等于20厘米時(shí)，單片機(jī)U2發(fā)出指令，讓汽車(chē)停止倒車(chē)，電路復(fù)位。

由于電路采用節(jié)電措施，只有在倒車(chē)時(shí)，由單片機(jī)U2的“6”腳輸出一信號(hào)，經(jīng)R17給復(fù)合管Q1和Q2提供導(dǎo)通信號(hào)，使繼電器JKl吸合，才給超聲波接收電路、提示音發(fā)生器提供VCC電源。所以在倒車(chē)開(kāi)始，提示音發(fā)生器的集成塊U4與外圍元器件組成的振蕩電路起振，產(chǎn)生信號(hào)供三極管Q7放大，由蜂鳴器LS3發(fā)出提示音，提醒駕車(chē)人士。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP2可改變提示音的聲音大小。2．測(cè)速(前進(jìn))電路原理

測(cè)速電路包括直流電機(jī)控制電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、單片機(jī)、顯示電路和電源電路。

按下微動(dòng)開(kāi)關(guān)K4，由單機(jī)U2的“5”腳輸出一信號(hào)，經(jīng)R60使三極管Q18導(dǎo)通，使繼電器．JK2吸合，電源+12V經(jīng)繼電器．JK2觸點(diǎn)作VDD輸出，同時(shí)給直流電機(jī)控制電路提供VDD和VCC電源；單片機(jī)U2的“7”腳輸出一串矩形波信號(hào)，該信號(hào)送到光電耦合器U5的輸入端，改變光電耦合器U5的輸出電阻，使原來(lái)由Q9、Q13、Q15、Q16組成的直流電機(jī)DJ1橋式驅(qū)動(dòng)電路在直流電機(jī)DJ1兩端產(chǎn)生電位差，電機(jī)DJ1被驅(qū)動(dòng)為正轉(zhuǎn)。電機(jī)DJ1帶動(dòng)安裝在電機(jī)上的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)盤(pán)裝在光電開(kāi)關(guān)器U7槽中，且轉(zhuǎn)盤(pán)中帶有孔，轉(zhuǎn)盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，U7一端發(fā)出的光線穿過(guò)孔，光線間歇通過(guò)并送到U7的另一端，使光電開(kāi)關(guān)器U7輸出一串脈沖并送回單片機(jī)U2的“13”腳，由單片機(jī)U2進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由數(shù)碼顯示管DS1直接顯示數(shù)字為電機(jī)DJ1的轉(zhuǎn)速。

如果此時(shí)按一下微動(dòng)開(kāi)關(guān)K3改變了由U2“7”腳輸出矩形波信號(hào)的脈沖寬度，也改變了光電耦合器U5的輸出電阻，使電機(jī)DJ1兩端的電位差更大，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)速加快，數(shù)碼顯示管DS1顯示的數(shù)字增大。如果再按一下K3，根據(jù)以上所說(shuō)原理，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)速更快，數(shù)碼顯示管DS1顯示的數(shù)字更大。

如果按一下微動(dòng)開(kāi)關(guān)K2，改變了由U2的“7”腳輸出的一串矩形波信號(hào)的脈沖寬度，也改變了光電耦合器U5的輸出電阻，但使電機(jī)DJ1兩端的電位差變小，電機(jī)DJ1轉(zhuǎn)速減慢，數(shù)碼顯示管DS1顯示的數(shù)字減小。

按K4、K3、K2何一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，由單片機(jī)U2發(fā)出指令，使電機(jī)DJ1停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。

3．單片機(jī)電路、顯示電路與電源電路原理

單片機(jī)電路是由芯片U2為核心及相關(guān)元器件組成，構(gòu)成了《汽車(chē)測(cè)速及倒車(chē)提示》電路的中央控制電路，根據(jù)電路功能需要，賦予芯片U2相應(yīng)程序。顯示電路由單片機(jī)U2、數(shù)碼顯示管DS1及外圍相關(guān)元器件組成，對(duì)微動(dòng)按鈕K1～K5的按動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的指令，通過(guò)相關(guān)程序，讓各電路按程序進(jìn)行工作。另外也把相關(guān)指令送達(dá)數(shù)碼顯示管DS1，讓數(shù)碼顯示管DS1顯示數(shù)字。

外接+12V電源，經(jīng)過(guò)U8后，輸出+5V的VCC電源提供給單片機(jī)，U2獲得+5V后待命所需電源。只有在進(jìn)行倒車(chē)或測(cè)速(前進(jìn))時(shí)，通過(guò)單片機(jī)U2的“5”腳輸出一信號(hào)，經(jīng)R60使三極管Q18導(dǎo)通，使繼電器JK2吸合，發(fā)光二極管LED2點(diǎn)亮，電源+12V經(jīng)繼電器JK2觸點(diǎn)做VDD輸出，給直流電機(jī)控制電路提VDD電源。而且只有在倒車(chē)時(shí)，由單片機(jī)U2的“6”腳輸出一信號(hào)，經(jīng)R17給復(fù)合管Q1和Q2提供導(dǎo)通信號(hào)，使繼電器JKl吸合，才給超聲波接收電路、提示音發(fā)生器提供VCC電源，發(fā)光二極管LED1點(diǎn)亮。

第四篇：雷達(dá)測(cè)速原理及其實(shí)際應(yīng)用的研究

工程設(shè)計(jì)作業(yè)

關(guān)于雷達(dá)測(cè)速原理及其實(shí)際應(yīng)用的研究

班級(jí)：020831 學(xué)號(hào)：02083050 姓名：陳彥武

關(guān)于雷達(dá)測(cè)速原理及其實(shí)際應(yīng)用的研究

一

雷達(dá)測(cè)速原理:

雷達(dá)英文為RADAR, 是 Radio Detection And Ranging 的縮寫(xiě).為目前偵測(cè)移動(dòng)物體最普遍的方法.雷達(dá)測(cè)速的基本原理是應(yīng)用?都卜勒 Doppler 效應(yīng)?, 利用持續(xù)不斷發(fā)射出電波的裝置，對(duì)著物體發(fā)射出電波, 當(dāng)無(wú)線電波在行進(jìn)的過(guò)程中, 碰到物體時(shí)被反射, 而且其反彈回來(lái)的電波波長(zhǎng)會(huì)隨著所碰到的物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變.經(jīng)由計(jì)算之后, 便可得知該物體與雷達(dá)之間相對(duì)移動(dòng)速度.若無(wú)線電波所碰到的物體是固定不動(dòng)的, 那么所反彈回來(lái)的無(wú)線電波其波長(zhǎng)是不會(huì)改變的.但若物體是朝著無(wú)線電線發(fā)射的方向前進(jìn)時(shí), 此時(shí)所反彈回來(lái)的無(wú)線電波其波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化, 借于反彈回來(lái)的無(wú)淺電波波長(zhǎng)所產(chǎn)生的變化, 便可以依特定比例關(guān)系經(jīng)由計(jì)算之后, 便可得知該移動(dòng)物體與雷達(dá)之間物體的相對(duì)移動(dòng)速度.(PS: 此原理初級(jí)物理學(xué)當(dāng)中有公式可以計(jì)算)1 雷達(dá)測(cè)速儀

雷達(dá)測(cè)速的原理是應(yīng)用多普勒效應(yīng), 因此, 具有以下特點(diǎn):

(1)雷達(dá)波束比激光光束的照射面大, 因此雷達(dá)測(cè)速易于捕捉目標(biāo), 無(wú)須精確瞄準(zhǔn)。

(2)雷達(dá)測(cè)速設(shè)備可安裝在巡邏車(chē)上, 能夠在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)車(chē)速檢測(cè), 是“移動(dòng)電子警察”非常重要的組成部分。

(3)雷達(dá)固定測(cè)速誤差為±1km/h, 運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)速誤差為±2km/h, 完全可以滿(mǎn)足對(duì)交通違章查處的要求。

(4)雷達(dá)發(fā)射的電磁波波束有一定的張角, 因此有效測(cè)速距離相對(duì)于激光測(cè)速較近, 最遠(yuǎn)測(cè)速距離為800m(針對(duì)大車(chē))。

(5)雷達(dá)測(cè)速儀技術(shù)成熟, 價(jià)格適中。

(6)雷達(dá)測(cè)速儀發(fā)射波束的張角是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)。張角越大, 測(cè)速準(zhǔn)確率越易受影響;反之, 則影響較小。

雷達(dá)測(cè)速儀以其價(jià)格便宜、測(cè)速準(zhǔn)確、使用方便和在運(yùn)動(dòng)中能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)車(chē)速, 被公安交管部門(mén)作為判斷是否超速并進(jìn)行處罰的首選工具。

毫米波測(cè)速雷達(dá)系統(tǒng)原理圖 雷射測(cè)速與雷達(dá)測(cè)速區(qū)別

雷達(dá)為利用無(wú)線電回波以探測(cè)目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文Radar一字之譯音，該字系由Radio Detection And Ranging一語(yǔ)中諸字前綴縮寫(xiě)而成，為無(wú)線電探向與測(cè)距之意。全世界開(kāi)始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來(lái)襲的德國(guó)轟炸機(jī)，因而改寫(xiě)了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開(kāi)始有許多和平用途。在天氣預(yù)測(cè)方面，它能用來(lái)偵測(cè)暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場(chǎng)航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。

雷達(dá)工作原理與聲波之反射情形極類(lèi)似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無(wú)線電波，而非聲波。雷達(dá)之發(fā)射機(jī)相當(dāng)于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類(lèi)似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達(dá)之指向天線猶如喊話(huà)筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發(fā)射。接收機(jī)之作用則與人耳相仿，用以接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)所發(fā)出電脈沖之回波。

測(cè)速雷達(dá)主要系利用都卜勒效應(yīng)（Doppler Effect）原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線*近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。

雷射的英文為L(zhǎng)aser，這個(gè)字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一個(gè)字母縮寫(xiě)而成，意思是指，經(jīng)由激發(fā)放射來(lái)達(dá)到光的放大作用。雷射所激發(fā)出來(lái)的光，其光子大小與運(yùn)動(dòng)方向皆相同，因此每個(gè)波束的頻率都相等，再加上它們一束束緊密地排列著，彼此間分毫不差地互相平行，使整個(gè)光束發(fā)射至極遠(yuǎn)處也不會(huì)散開(kāi)來(lái)。在一九六二年的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從地球發(fā)射的雷射光在經(jīng)過(guò)近四十萬(wàn)公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片約三公里直徑大小的圓而已！此特性使得雷射在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工與醫(yī)學(xué)（眼科、牙科、腫瘤）之應(yīng)用更為廣泛。

測(cè)速雷射種類(lèi)于固態(tài)雷射中的半導(dǎo)體雷射。雷射測(cè)速設(shè)備采用紅外線半導(dǎo)體雷射二極管。雷射二極管有幾個(gè)特點(diǎn)使它極適合用來(lái)量測(cè)速度：

1.雷射二極管自微小范圍中發(fā)射出極窄的光束，此一狹窄光束才能精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

2.雷射二極管以小于十億分之一秒的瞬間切換開(kāi)關(guān)，大大提高精確度。

3.雷射二極管發(fā)射率很窄，其偵測(cè)器極易接收到精確的波長(zhǎng)；因此在日間有強(qiáng)烈陽(yáng)光時(shí)，仍能正常操作。

4.雷射二極管只發(fā)射電磁光譜中的紅外線部分；而紅外線系眼睛看不見(jiàn)的，不會(huì)影響駕駛?cè)说淖⒁饬Α?/p>

雷射測(cè)速槍以量測(cè)紅外線光波傳送時(shí)間來(lái)決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將此二距離之差除以發(fā)射時(shí)間間隔即可得到目標(biāo)的速度。理論上，發(fā)射兩次脈沖即可量測(cè)速度；實(shí)務(wù)上，為避免錯(cuò)誤，一般雷射測(cè)速器（槍?zhuān)┰谒查g發(fā)射高達(dá)七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計(jì)算目標(biāo)速度。

雷射測(cè)速原理:

目前較先進(jìn)的測(cè)速系統(tǒng)乃是利用雷射來(lái)測(cè)速, 英文為 LIDAR 是 Light Infrared Detection And Ranging 的縮寫(xiě).通常這類(lèi)的雷射光都是使用一級(jí)不可見(jiàn)光的紅外線, 其精確度及可*度都遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的電波式雷達(dá).雷射測(cè)速的原理與雷達(dá)電波的?都卜勒原理?不同, 而是利用雷射光的多次碰撞移動(dòng)物體以后計(jì)算移動(dòng)物體于特定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離, 利用時(shí)間差與物體移動(dòng)的距離即可計(jì)算物體與測(cè)速系統(tǒng)的相對(duì)移動(dòng)速度.3 舉例來(lái)說(shuō) :

LIDAR 裝置以 15Hz 的頻率運(yùn)作(每秒15次), 而光速是 30萬(wàn)/sec, 當(dāng)?shù)谝淮卫咨涔馐l(fā)射出去后, 經(jīng)過(guò) 0.000001333 sec 后再反射回來(lái), 所以第一次雷射光經(jīng)反彈來(lái)回所走的距離為 300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺, 雷射系統(tǒng)與車(chē)輛的距離必須除以 2, 相對(duì)距離為 399/2 = 199.5 m.經(jīng)過(guò) 1/15 秒后，第二次雷射光束再對(duì)移動(dòng)當(dāng)中的車(chē)輛測(cè)量相對(duì)距離, 經(jīng)過(guò) 0.000001325 sec 后再被車(chē)輛反射回來(lái), 利用上述方法計(jì)算, 此時(shí)雷射系統(tǒng)與車(chē)輛距離為 198.75。利用兩次特定時(shí)間內(nèi)(1/15 sec), 車(chē)輛瞬間移動(dòng) 199.5-198.75=0.75m 換算, 所以車(chē)輛速度為 40.5Km/h.而雷射測(cè)速系統(tǒng)必須在連續(xù)偵測(cè)到2到3次相似的速度時(shí), 才確定此為該車(chē)的速度, 這也就是為什么使用雷射測(cè)速裝置, 只需要0.3秒的時(shí)間來(lái)鎖定您的車(chē)速的原因了.二

測(cè)速雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)

多普勒雷達(dá)就是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行定位，測(cè)速，測(cè)距等工作的雷達(dá)。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無(wú)線電波等振動(dòng)源與觀測(cè)者以相對(duì)速度V相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有所不同。因?yàn)檫@一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現(xiàn)的，所以稱(chēng)之為多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對(duì)速度V成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。

脈沖多普勒雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)制成的雷達(dá)。1842年，奧地利物理學(xué)家C·多普勒發(fā)現(xiàn)波源和觀測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)使觀測(cè)到的頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。脈沖多普勒雷達(dá)的工作原理可表述如下：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱(chēng)為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測(cè)出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過(guò)濾方法檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號(hào)。所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強(qiáng)，能探測(cè)出隱蔽在背景中的活動(dòng)目標(biāo)。脈沖多普勒雷達(dá)于20世紀(jì)60年代研制成功并投入使用。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，脈沖多普勒雷達(dá)廣泛用于機(jī)載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、靶場(chǎng)測(cè)量、武器火控和氣象探測(cè)等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達(dá)的預(yù)警飛機(jī)，已成為對(duì)付低空轟炸機(jī)和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達(dá)還用于氣象觀測(cè)，對(duì)氣象回波進(jìn)行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運(yùn)動(dòng)的分布情況。機(jī)載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國(guó)戰(zhàn)機(jī)裝備的 A P G－68雷達(dá)，代表了機(jī)載脈沖多普勒火控雷達(dá)的先進(jìn)水平。它有18種工作方式，可對(duì)空中、地面和海上目標(biāo)邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當(dāng)飛機(jī)在低空飛行時(shí)，還可引導(dǎo)飛機(jī)跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達(dá)體積小，重量輕，可靠性高。

機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、伺服系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理機(jī)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機(jī)和數(shù)據(jù)總線等組成。機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)通常采用相干體制，有著極高的載頻穩(wěn)定度和頻譜純度以及極低的天線旁瓣，并采取先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。脈沖多普勒雷達(dá)通常采用較高以及多種的重復(fù)頻率和多種發(fā)射信號(hào)形式，以在數(shù)據(jù)處理機(jī)中利用代數(shù)方法，并可應(yīng)用濾波理論在數(shù)據(jù)處理機(jī)中對(duì)目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步濾波或預(yù)測(cè)。脈沖多普勒雷達(dá)具有下列特點(diǎn)：①采用可編程序信號(hào)處理機(jī)，以增大雷達(dá)信號(hào)的處理容量、速度和靈活性，提高設(shè)備的復(fù)用性，從而使雷達(dá)能在跟蹤的同時(shí)進(jìn)行搜索并能改變或增加雷達(dá)的工作狀態(tài)，使雷達(dá)具有對(duì)付各種干擾的能力和超視距的識(shí)別目標(biāo)的能力；②采用可編程序柵控行波管，使雷達(dá)能工作在不同脈沖重復(fù)頻率，具有自適應(yīng)波形的能力，能根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)選用低、中或高三種脈沖重復(fù)頻率的波形，并可獲得各種工作狀態(tài)的最佳性能；③采用多普勒波束銳化技術(shù)獲得高分辨率，在空對(duì)地應(yīng)用中可提供高分辨率的地圖測(cè)繪和高分辨率的局部放大測(cè)繪。

利用多普勒頻率變化技術(shù)來(lái)測(cè)量移動(dòng)車(chē)輛的速度。這項(xiàng)技術(shù)是基于多普勒原理建立起來(lái)的，即雷達(dá)把微波發(fā)射到一個(gè)移動(dòng)的物體上時(shí)，將會(huì)反射回一個(gè)與目標(biāo)速度成比例的雷達(dá)信號(hào)，內(nèi)部的線圈將該信號(hào)進(jìn)行處理后得到一個(gè)頻率的變化，通過(guò)DSP（數(shù)字信號(hào)處理）技術(shù)處理后便得到目標(biāo)速度。不論駛近的車(chē)輛還是遠(yuǎn)離的車(chē)輛都會(huì)產(chǎn)生頻率變化，因此，任何方向的車(chē)輛都會(huì)被測(cè)量到速度。

測(cè)速雷達(dá)系列產(chǎn)品在世界發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用狀況：世界發(fā)達(dá)國(guó)家的 測(cè)速裝備比較完善。針對(duì)不同的地區(qū)、地勢(shì)及環(huán)境，他們都配有相應(yīng)的測(cè)速產(chǎn)品。無(wú)論固定測(cè)量還是移動(dòng)測(cè)量、手動(dòng)測(cè)量還是自動(dòng)測(cè)量，都有一定的普及度。例如在高速公路上，既有固定地點(diǎn)進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，也有許多巡邏車(chē)穿梭于公路間進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量。再如在學(xué)校附近的路段，大多數(shù)都安裝了速度顯示牌，時(shí)時(shí)對(duì)過(guò)往車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)并對(duì)其提醒，從而保證學(xué)生的安全。3

測(cè)量應(yīng)用中的先進(jìn)技術(shù)：

最快速度跟蹤技術(shù)

當(dāng)雷達(dá)正在測(cè)量一輛目標(biāo)車(chē)速度時(shí)，有一輛更快的車(chē)駛來(lái)，最快速度跟蹤技術(shù)的出現(xiàn)不但讓操作者可以繼續(xù)對(duì)目標(biāo)車(chē)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，同時(shí)雷達(dá)還將顯示更快車(chē)的速度。

數(shù)字天線通訊技術(shù)

數(shù)字天線通訊技術(shù)的出現(xiàn)不但提高了雷達(dá)抗干擾的能力，同時(shí)大大提高了雷達(dá)測(cè)量的準(zhǔn)確性。比如斯德克DSR型雷達(dá)，它的每一個(gè)天線實(shí)際上有兩套微波線圈和兩套A/D轉(zhuǎn)換線圈。這兩個(gè)微波線圈成90度方向同時(shí)提供多普勒信號(hào)。在計(jì)算單元內(nèi)，所有通道的數(shù)字化多普勒信息被送到DSP線圈。每個(gè)高速的DSP線圈于是便對(duì)每一個(gè)通道的信息進(jìn)行綜合的“傅立葉快速變換”，以獲得每一個(gè)目標(biāo)的方向。

同車(chē)道技術(shù)

對(duì)于測(cè)速難題中講到的同車(chē)道測(cè)量難點(diǎn)，最新技術(shù)的出現(xiàn)已不再需要操作者用眼睛估計(jì)和手工輸入“較快”和“較慢”目標(biāo)以便計(jì)算目標(biāo)車(chē)讀數(shù)，雷達(dá)能夠自動(dòng)識(shí)別巡邏車(chē)前的車(chē)速快慢并將目標(biāo)車(chē)速度計(jì)算出來(lái)，這使得同一車(chē)道的操作跟相反車(chē)道模式操作同樣精確和簡(jiǎn)單。

方向感應(yīng)技術(shù)

先進(jìn)的方向感應(yīng)技術(shù)允許操作者去選擇特定的交通方向進(jìn)行監(jiān)控。不論目標(biāo)車(chē)是不是距離的最近車(chē)輛，也不論它是同一車(chē)道還是相反車(chē)道，雷達(dá)都可自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行速度測(cè)量并顯示其相關(guān)信息。

這些技術(shù)目前的使用情況

目前世界發(fā)達(dá)國(guó)家的測(cè)速裝備比較先進(jìn)，象“DSP技術(shù)”在90年代初就已經(jīng)開(kāi)始用于警用；“最快速度跟蹤技術(shù)”于90中期開(kāi)始應(yīng)用；“方向感應(yīng)技術(shù)”也于98年開(kāi)始普及；至于最新的“同車(chē)道測(cè)量技術(shù)”也于近年被國(guó)外的公安交通部門(mén)大批采購(gòu)。而我們國(guó)內(nèi)則基本局限于一般性的測(cè)量且測(cè)量結(jié)果較粗糙，在先進(jìn)技術(shù)的使用方面仍然存在很大差距。我相信，隨著我國(guó)交通道路的不斷擴(kuò)展，超速管理方面的裝備也將會(huì)逐漸完善。三 參考文獻(xiàn)

[ 1] 樓宇希著.雷達(dá)精度分析.北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1979 [ 2] 許人燦, 劉朝軍.基于超分辨ISAR 成像的飛機(jī)識(shí)別[ J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2005, 6(4): 24-28.

第五篇：雷達(dá)原理論文

雷達(dá)原理論文

姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)：

指導(dǎo)老師：

2014年3月

雷達(dá)的隱身與反隱身技術(shù)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，隱身和反隱身技術(shù)具有重要作用和戰(zhàn)略意義, 上個(gè)世紀(jì)的局部戰(zhàn)爭(zhēng)已充分證實(shí)了這一點(diǎn)，如美國(guó)的F-117飛機(jī)在1989年入侵巴拿馬和1991年轟炸伊拉克的戰(zhàn)爭(zhēng)中大顯神威, 這就是隱身技術(shù)應(yīng)用的成功實(shí)例。隱身技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)防御系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術(shù)。

隱身與反隱身技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。目前應(yīng)用于武器系統(tǒng)中的探測(cè)手段有雷達(dá)、紅外、激光和聲波等,而雷達(dá)在各種探測(cè)器中占有相當(dāng)重要的地位,因此研究雷達(dá)的隱身和反隱身技術(shù)勢(shì)在必行。

雷達(dá)基本原理

雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的功率饋送到天線，由天線將能量以電磁波的形式輻射到空間，電磁波脈沖在空間傳輸過(guò)程中遇到目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生反射，雷達(dá)就是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的反射、應(yīng)答等來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。但雷達(dá)的探測(cè)距離有一定范圍,雷達(dá)探測(cè)的基本原理和系統(tǒng)特征可以用雷達(dá)方程來(lái)描述:

Rmax?42PGG??ttr?4??3Smin

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Smin 為雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)，Gt為發(fā)射天線的增益，Gr為接收天線的增益，?為雷達(dá)工作波長(zhǎng)，?為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積（RCS）。

雷達(dá)截面積是目標(biāo)對(duì)入射雷達(dá)波呈現(xiàn)的有效散射面積。從公式中可以看出雷

1達(dá)最大作用距離Rmax與目標(biāo)的雷達(dá)截面積?的 次方成正比。因此,要減小雷達(dá)

4的最大作用距離可以通過(guò)減小目標(biāo)的RCS 來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前用來(lái)減小目標(biāo)RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為外形隱身；二是采用吸收雷達(dá)波的涂敷材料和結(jié)構(gòu)材料，稱(chēng)之為材料隱身。

雷達(dá)隱身技術(shù)

雷達(dá)隱形技術(shù)是一種不讓雷達(dá)觀測(cè)到的技術(shù)和方法，用于對(duì)付雷達(dá)偵察。這是一種最早出現(xiàn)、最常用的隱形技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種隱形武器上2

1)雷達(dá)隱形技術(shù)原理

雷達(dá)隱形技術(shù)原理是通過(guò)降低己方目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,達(dá)到隱形目的.所謂目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS，就是定量表征目標(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量.目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS,越小，雷達(dá)接收能量越小，因而使敵方偵察雷達(dá)難于對(duì)己方目標(biāo)作出正確的判斷,從而達(dá)到隱形目的。(2)減少雷達(dá)散射截面的途徑

一是采用材料隱形技術(shù)，即采用吸波材料或透波材料，使目標(biāo)不反射或少反射雷達(dá)波，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。雷達(dá)吸波材料是抑制目標(biāo)鏡面反射最有效的方法，早在二戰(zhàn)后期，德國(guó)潛艇的潛望鏡上就涂敷了吸波材料。這就是雷達(dá)隱形的初次嘗試。現(xiàn)在吸波材料技術(shù)種類(lèi)很多，一般采用鉛鐵金屬粉、不銹鋼纖維、石墨粉、鐵氧體等具有特殊電磁性能的物質(zhì)來(lái)制成，它們具有吸波雷達(dá)波的特性。吸波材料按其使用方法可分為涂料型和結(jié)構(gòu)型。目前廣泛使用的涂料型鐵氧體吸波材料可大幅度降低反射回波。

二是采用外形隱形技術(shù)，即對(duì)己方的武器裝備采用特殊的形狀，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS。外形隱形技術(shù)歷史不長(zhǎng)，發(fā)展很快，應(yīng)用十分廣泛。目前已成為隱形技術(shù)中最重要和最有效的技術(shù)途徑。所謂外形隱形技術(shù)，就是合理地設(shè)計(jì)武器裝備的外形，以降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面RCS；同時(shí)使目標(biāo)的回波偏離偵察雷達(dá)的視向。

對(duì)飛行器而言，最重要的威脅方向通常是在鼻錐方向某一角度范圍內(nèi)，因此多以減小飛行器頭部方向RCS為重點(diǎn)。由于外形技術(shù)與飛行器的氣動(dòng)性能直接相關(guān)，有時(shí)會(huì)影響其飛行速度和機(jī)動(dòng)性等，因此二者必須進(jìn)行折中處理。例如：隱形飛機(jī)F117A就是采用以外形技術(shù)為主、吸波材料為輔的隱形方案。其形狀是一個(gè)前后緣不平行的復(fù)雜多面體，飛機(jī)大部分表面都后傾，與垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角機(jī)翼和V形雙垂尾。這種奇特外形使F117A在飛行過(guò)程中，雷達(dá)上下散射，產(chǎn)生時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的微弱回波，雷達(dá)很難探測(cè)到這些信號(hào)，這就大大降低了F117A的雷達(dá)散射截面RCS，提高了其隱形效果。

雷達(dá)反隱身技術(shù)

反隱身技術(shù)是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術(shù)。雷達(dá)隱身是主要發(fā)展和使用的隱身技術(shù)，因此反雷達(dá)隱身也是當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展的反隱身技術(shù)。

電磁隱形的核心問(wèn)題在于降低RCS。因?yàn)镽CS越小,雷達(dá)就越難對(duì)目標(biāo)做出正確判斷。削減 RCS的方法多種多樣,但大體上不外乎隱身材料和外形設(shè)計(jì)這兩大方向。因此 ,雷達(dá)反隱身技術(shù)的研究也不外乎圍繞這兩大方向來(lái)開(kāi)展。

1.采用長(zhǎng)波或毫米波雷達(dá)

長(zhǎng)波雷達(dá)可以對(duì)付隱身飛機(jī)的外形調(diào)整設(shè)計(jì)及現(xiàn)用的RAM(雷達(dá)吸波材料),使得隱身飛機(jī)外形設(shè)計(jì)與RAM涂層厚度有難以實(shí)現(xiàn)的過(guò)高要求。目前發(fā)展很快的長(zhǎng)波雷達(dá)是OTH(超視距)雷達(dá),其工作波長(zhǎng)達(dá)10m～60m(頻率為 5MHz～28MHz),完全在正常雷達(dá)工作波段范圍之外。這種雷達(dá)靠諧振效應(yīng)探測(cè)大多數(shù)目標(biāo),幾乎不受現(xiàn)有RAM的影響。毫米波雷達(dá)是反隱身技術(shù)的有效途徑。由于頻率為30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隱身技術(shù)所能對(duì)抗的波段之外,同時(shí)毫米波雷達(dá)具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾力強(qiáng)并對(duì)目標(biāo)細(xì)節(jié)反應(yīng)敏感等特點(diǎn),使得目標(biāo)外形圖像可在雷達(dá)熒屏上直接顯示出來(lái),因而具有反隱身能力。目前對(duì)長(zhǎng)波或毫米波雷達(dá)主要研究解決如下問(wèn)題: VHF雷達(dá)(頻率160MHz～180MHz、波長(zhǎng)1.65m～1.90m)在探測(cè)低飛目標(biāo)或?qū)Ω度斯じ蓴_時(shí)存在嚴(yán)重問(wèn)題；OTH雷達(dá)提供的跟蹤和定位數(shù)據(jù)不夠精確;毫米波雷達(dá)(頻率約為 94 GHz)探測(cè)概率不高。

2.采用雙/多基地雷達(dá)

雙 /多基地雷達(dá)系統(tǒng)是將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分臵在2個(gè)或2個(gè)以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛(wèi)星等多種平臺(tái)。利用遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)的接收機(jī)接收隱身飛機(jī)偏轉(zhuǎn)的雷達(dá)波,從側(cè)面探測(cè)隱身目標(biāo),并因無(wú)源而不會(huì)受到反輻射導(dǎo)彈的威脅。目前正在研究解決的主要問(wèn)題是,不論是雙站還是多站雷達(dá),接收機(jī)都必須在發(fā)射波束的作用范圍之內(nèi)并與發(fā)射機(jī)精確同步。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)辦法是,采用廣角天線并利用GPS。

3.采用無(wú)載頻超寬波段雷達(dá)

無(wú)載頻超寬波段雷達(dá)被稱(chēng)為“反隱身雷達(dá)”,無(wú)載頻脈沖可覆蓋 L、S、C等波段。產(chǎn)生這種脈沖的小型低功率雷達(dá)已廣泛用于民用。目前,正是積極探索適用于防空的無(wú)載頻超寬波段雷達(dá),以及研究解決提高無(wú)載頻超寬波段雷達(dá)平均功率和在沒(méi)有載頻引導(dǎo)下保證寬波段接收機(jī)能區(qū)分出噪聲與目標(biāo)回波的問(wèn)題。

4.采用激光雷達(dá)和紅外探測(cè)系統(tǒng)

由于隱身飛機(jī)主要是針對(duì)雷達(dá)電磁波隱身,其聲、光、紅外隱身效果較之雷達(dá)隱身相差很大,所以采用光學(xué)、紅外、紫外探測(cè)器 ,可彌補(bǔ)雷達(dá)探測(cè)的缺陷。英國(guó)宇航公司曾將“輕劍” 雷達(dá)改裝成光電跟蹤系統(tǒng),在6 km的距離上截獲和跟蹤了 B-2隱形轟炸機(jī)。目前正在研究解決的主要問(wèn)題是 ,提高其作用距離以及在惡劣環(huán)境下的使用效能。

5.發(fā)展空基或天基平臺(tái)雷達(dá)

隱身飛行器的隱身重點(diǎn)一般放在鼻錐方向±45°角范圍內(nèi)。因此,將探測(cè)系統(tǒng)安裝在空中或衛(wèi)星上進(jìn)行俯視 ,可提高探測(cè)雷達(dá)截面較小目標(biāo)的概率。美空軍的 E-3A預(yù)警機(jī)和海軍正在研制的“鉆石眼”預(yù)警機(jī)以及高空預(yù)警氣球,都能有效地探測(cè)隱身目標(biāo)。美國(guó)還正在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機(jī)、預(yù)警衛(wèi)星等。此外 ,俄羅斯、英國(guó)、印度等國(guó)都很重視發(fā)展預(yù)警機(jī)的工作。

中國(guó)在雷達(dá)反隱身技術(shù)上也取得了一定的突破。

中國(guó)曾展出過(guò)一款“諧振雷達(dá)”，據(jù)稱(chēng)，該雷達(dá)是一種新概念雷達(dá)，利用電磁諧振現(xiàn)象使目標(biāo)回波信號(hào)增強(qiáng)10-100倍，可連續(xù)觀察和跟蹤飛機(jī)、隱身飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等多種飛行目標(biāo)和水面目標(biāo)，有目標(biāo)識(shí)別能力。成為入侵目標(biāo)的克星，可以提供距離量程為600-2000公里的多種規(guī)格。

隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng)，最終將會(huì)使得兩種技術(shù)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。任何一方的技術(shù)突破帶來(lái)的失衡必然會(huì)導(dǎo)致另一方技術(shù)的奮起直追。技術(shù)上的領(lǐng)先和創(chuàng)新將是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中出奇制勝的法寶。