雷達(dá)速度檢測(cè)原理與實(shí)際應(yīng)用

雷達(dá)速度檢測(cè)原理與實(shí)際應(yīng)用第1頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四測(cè)速雷達(dá)系統(tǒng)的微波部分組成與工作原理

微波組件由圓錐喇叭、發(fā)射源、微波網(wǎng)絡(luò)及混頻器組成見(jiàn)圖13-1。其中發(fā)射源采用3公分體效應(yīng)振蕩器圖13-1微波部分原理框圖第2頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四交通雷達(dá)測(cè)速儀工作原理多普勒效應(yīng)

波的頻率和波源與觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)

當(dāng)物體相對(duì)于微波信號(hào)源運(yùn)動(dòng)時(shí)，有下面的關(guān)系式成立

(13-1)

反射信號(hào)的頻率微波源產(chǎn)生的發(fā)射頻率

運(yùn)動(dòng)物體的徑向速度分量

電磁波在空間的傳播速度。第3頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從式（13-1）式中可以看到，接收到的反射信號(hào)頻率是由兩項(xiàng)組成的，第一項(xiàng)是由微波源產(chǎn)生的發(fā)射頻率

；第二項(xiàng)就是由物體運(yùn)動(dòng)引起反射信號(hào)的多譜勒頻移。這個(gè)頻移量就叫做多譜勒頻率。通常用字母

來(lái)表示，于是

(13-2)

第4頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四其中雷達(dá)發(fā)射頻率

和電磁波傳播的速度C是不變的。因此，當(dāng)

選定之后，多譜勒頻率的大小只與物體相對(duì)微波源的運(yùn)動(dòng)速度成正比例關(guān)系，只要我們把反映目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度信息的多譜勒頻率

找到，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚涂蓽y(cè)出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。

只要兩者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，多譜勒效應(yīng)就發(fā)生。第5頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四比較式（13-1）和式（13-2）可得

（13-3）

由（13-3）解得

（13-4）

由于C和

是已知量，那么，令就是一個(gè)固定常數(shù)，因此，（13-4）式可改寫成

（13-5）零中頻法：第6頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從式（13-5）式可以看出，速度

與多譜勒頻率

是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，給出

的一個(gè)值，就測(cè)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的速度

。也就是說(shuō)，多譜勒雷達(dá)把測(cè)量速度的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成了測(cè)量多譜勒的頻率問(wèn)題。

零中頻處理方法，只保留了

大小的信息，而失去了方向信息。

第7頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

的量化首先求出速度為1km/h時(shí)，所對(duì)應(yīng)的的值。

已知

=1km/h，

=10.525×109Hz

=3×108m/s，1小時(shí)=3600秒按式（13-2）式可求得

為了說(shuō)明問(wèn)題方便，取

=20Hz，那么，每小時(shí)n公里對(duì)應(yīng)的

為

第8頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四固定式交通雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用

測(cè)速槍中選用了成熟的固態(tài)器件耿氏振蕩器作為無(wú)線電波源。這種振蕩器在微波波段產(chǎn)生射頻能量。高頻無(wú)線電能量被聚合成一窄波束射向目標(biāo)車輛。波束的一小部分被反射回發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)中的另一固態(tài)器件混頻二極管將反射波束的頻率與發(fā)射頻率進(jìn)行比較，其差即為多普勒頻移。13.5交通雷達(dá)測(cè)速儀的實(shí)際應(yīng)用第9頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四數(shù)學(xué)上可證明： 發(fā)射頻率為10.525光赫（10.525×109Hz）時(shí)，每小時(shí)1英里的地面速度產(chǎn)生的多普勒頻率為31.389Hz。

當(dāng)車速設(shè)定為60mile／h(60MPH)時(shí)：

31.389Hz／mile／h×60mile／h=1883.34Hz（多普勒頻率）

*由此關(guān)系式，便可通過(guò)將混頻二極管測(cè)得的多普勒頻率變換成以mile/h表示的目標(biāo)速度進(jìn)行數(shù)字顯示。車輛接近——60MPH反射頻率10，525，001，883周/s（Hz）發(fā)射頻率10，525，000，000周/s（Hz）多普勒頻率1，883周/s車輛遠(yuǎn)離——60MPH發(fā)射頻率10，525，000，000周/s（Hz）反射頻率10，524，998，117周/s（Hz）多普勒頻率1，883周/s（Hz）車輛接近時(shí)反射頻率比發(fā)射頻率高，車輛遠(yuǎn)離時(shí)反射頻率比發(fā)射頻率低。第10頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四 *角誤差(余弦誤差)

雷達(dá)自身僅測(cè)量直線方向上接近或遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)的速度。若目標(biāo)以某一角度接近或遠(yuǎn)離，則必定有某種未被雷達(dá)所檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)分量。 例：物體以與發(fā)射波束成90°的角通過(guò)時(shí)，雷達(dá)沒(méi)有響應(yīng)，因?yàn)槲矬w根本沒(méi)有朝發(fā)射機(jī)方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 圖13-2說(shuō)明余弦誤差的影響。

圖11-2余弦誤差的影響

第11頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四雷達(dá)指示的車速實(shí)際的車速（MPH）3030.0330.1230.4831.0831.9433.1134.6436.6838.6542.433535.0335.1435.5636.2637.2738.6340.4142.7245.1049.504040.0440.1640.6541.4542.5944.1546.1848.8251.5456.574545.0445.1845.7346.6347.9249.6651.9654.9357.9863.645050.0550.2050.8151.5153.2455.1857.7361.0364.4370.725555.0555.2255.8956.9958.5760.7063.5167.1370.8777.796060.0660.2460.9762.1763.8966.2269.2873.2477.3184.866565.0665.2666.0567.3569.2271.7475.0579.3483.7691.937070.0770.2871.1372.5374.5477.2680.8385.4490.2099.007575.0775.3076.2177.7279.8982.7886.6091.5596.64106.088080.0880.3281.3082.9085.1988.3092.3797.65103.09113.158585.0885.3486.3888.0890.5293.8198.15103.75109.53120.22車輛與天線的夾角1°5°10°15°20°25°30°35°40°45°表13-1誤差范圍的感性認(rèn)識(shí)

第12頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四活動(dòng)雷達(dá)

對(duì)于兩個(gè)同向運(yùn)動(dòng)的物體，多普勒頻移將由其相對(duì)速度之差引起，對(duì)于兩個(gè)反向運(yùn)動(dòng)的物體，多普勒頻移等于其速度之和。這種關(guān)系如圖13-3所示。圖13-3多普勒頻移與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系

第13頁(yè)，共16頁(yè)，2023年，2月20日，星期四目標(biāo)車速度（TVS）=合成速度（CRS）－巡邏車速度（PVS）測(cè)定巡邏車速度有三種可能的方法

雷達(dá)指示的合成速度減去巡邏車速度巡邏車的速度計(jì)上安裝一合適的讀出裝置，然后用電子儀器把信號(hào)從雷達(dá)讀數(shù)中減去雷達(dá)測(cè)定巡邏車速度

第14頁(yè)，共16頁(yè)，2023