多普勒效应 多普勒效应及其成因

通过感知多普勒频率，雷达系统不仅可以测量目标的距离变化率(速度)，还可以从稳定的杂波中分离出运动目标回波。因此，有必要深入了解多普勒效应。

多普勒效应是运动物体辐射、反射或接收的波的频移现象。

如图所示，点源辐射的波沿其运动方向被压缩，沿相反方向被拉伸。在这两种情况下，物体移动得越快，这种效果就越明显。只有垂直于运动方向，波浪才不会受到影响。

频率与波长成反比，所以波压缩得越多，频率越高，反之亦然。因此，波频的偏差与物体的运动速度成正比。

对于雷达来说，多普勒效应是由雷达和目标之间的相对运动引起的。如果雷达和反射目标之间的距离逐渐减小，那么波被压缩，波长变短，频率增加。如果距离增加，效果相反。

对于地基雷达，任何相对运动本质上都是由目标运动引起的。来自地面的回波几乎没有多普勒频移。地面上的物体，比如庄稼或者被风吹动的车辆，都在运动，这里就忽略了。

因此，地面杂波与飞机等运动目标回波的区别相对简单。对于机载或移动雷达，相对运动可能是由雷达的移动、目标的移动或雷达和目标的移动引起的。甚至在直升机悬停在空时，雷达也在移动。

因此，目标回波和地面回波都有多普勒频移。这使得从地面杂波中分离目标回波的任务变得复杂，特别是当雷达和目标移动时，这导致与杂波相同的多普勒频移。这是因为脉冲多普勒雷达只能根据不同的多普勒频移来区分目标和杂波。

多普勒频移的产生

假设雷达和目标都在运动，发射的电磁波在传播过程中会在发射、反射和接收三个点被压缩(或拉伸)。

上图为简化示意图。当发射第一个波前(红色)时，雷达位于点A，当发射第二个波前(蓝色)时，它前进到点B..波长减小的距离等于雷达的速度乘以两个波前之间的时间间隔(脉冲周期t)。

当第一波阵面(红色)被反射时，目标位于点D，第二波阵面(蓝色)位于点C。当第二波阵面(蓝色)被反射时，目标移动到点E的位置，并且从点C到目标的波阵面的距离减小这样的量:目标速度乘以周期T..

同时，第一波阵面(红色)的反射波已经行进了相同的距离(d到f)。然而，由于目标向雷达移动，两个刚刚离开目标的反射波前之间的距离减小，减小的距离是目标速度乘以周期t。

当雷达接收到第一个波前(红色)时，它位于G点，第二个波前(蓝色)被压缩。当接收到时，雷达已经移动到h点。因此，在接收过程中，波长被进一步压缩了距离(与发射阶段相同的量)。

波长被两个速度之和乘以透射波周期t的两倍压缩。

作者:乔治·史汀生

翻译:石兴宇

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