四川都睿感控科技有限公司

电话:028-87686694

都睿感控欢迎您!—— 传感器专注中国第一

首页 >> 新闻动态 >>行业资讯 >> 多普勒雷达速度传感器
详细内容

多普勒雷达速度传感器

 1.前言

   在我国经济体制的市场化过程中,铁路得到了巨大的发展,铁路运行速度的大幅度提高和高速铁路的发展,对机车的要求越来越高,特别是机车速度传感器,以往机械传动的光电速度传感器在一定程度上制约了我国铁路的发展。机车速度的测定和监视是保障机车安全运行的重要措施,目前,随着机车运行速度的提高和列车运行密度的增加,机车运行速度的准确测定和有效监视在保障铁路运行安全的重要中非常重要。多普勒速度传感器是利用微波传输特性的速度的非接触速度传感器,能够正确测定载体相对于地面运动的速度,广泛应用于飞机、导弹等高速运动的载体,与以往的光电传感器相比具有独特的优势。

3e5ac32517dc73f3d64c7069b941062b.jpg

 多普勒速度雷达主要由微波模块、信号处理电路、接口电路等构成。 其中,微波模块主要是产生24.15GHz的微波信号由天线以定向方式发送,并且接收和混合反射的信号。信号处理电路主要处理混合信号,得到反映作为目标的实际动作的多普勒频率。 接口电路根据使用要求,发送所得到的目标运动速度信息。


2. 多普勒雷达速度传感器的广泛应用 

   利用信号频率领域特性确定目标并进行检测的多普勒雷达。 相对于雷达的目标与干涉物的径向速度不同,回波信号也具有不同的多普勒频率。通过频域滤波器的方法选择目标多普勒频谱,去除干扰波的频谱,将雷达从强噪声中分离出来,可以检测目标信号。为了实现这一点,另外一方面,发送脉冲信号需要稳定相干性能,通常使用主振动放大器式发送机。另外一方面,在接收机信号处理中,将各脉冲的重复周期分割为多个距离栅极,使与各栅极对应的时间与发送脉冲宽度相等,通过多普勒频率范围内的窄带滤波器群对信号和噪声进行滤波。窄频带滤波器可以将回波的脉冲串积蓄在相干中,然后选择目标多普勒频谱。。  在这样脉冲多普勒雷达的信号处理方式中,能够得到与噪声相加噪声功率的最佳信号功率接近的比、更准确的目标距离和半径速度数据。

    军事用途: 70年代以来,随着大规模电路和数字处理技术的发展,脉冲多普勒雷达在机上警报、导航、导弹引导、卫星追踪、战场侦察、目标场测定、武器火灾控制和气象观测等方面得到广泛应用,已成为重要的军事装备。飞机上火控制系统主要是脉冲多普勒雷达,分别搭载在美国现役f 14、f 15、f/a 18、f 16等战斗机上的AWG-9、APG-63是APG-65、APG-66 a/b、APG-68 c/d等雷达。其中APG-68电子战( electronic warfare-ew )电子战是为了削弱、破坏敌人的电子设备和系统的使用性能,同时保护对方的电子设备和系统的使用性能的正常发挥而采取的作战,实际上,敌人之间正在争夺电磁光谱的使用权和控制权。电子技术和设备在军事上的应用日益广泛,对战争胜败的影响日益重要,电子战争的作用也越来越显著,渗透到了现代战争的各领域。电子战斗由以下3个主要构成要素构成。①电子侦察的目的是识别敌人电子系统的位置、种类、用途及动作特性,为电子干扰提供目的信息。②电子的对抗包括对敌人的电子机器和系统造成干扰,或者用反向放射线武器直接破坏,前者称为“软杀手”,后者称为“硬杀手”。。  ③通过电子反对电阻,即各种侦察、抗干扰、防破坏措施,保护自己的电子设备和系统。实施巡逻和电子对抗通常需要巡逻用飞机、巡逻用卫星、巡逻用船、专用电子战斗用飞机等特殊技术设备。另外,还需要战斗用飞机和装载在舰艇上的电子警告设备、电子干涉设备、设备等。电子防病毒对策一般不需要特别的技术设备,在武器的电子设备上附加各种防病毒对策。一般所说的电子设备,是指电子设备和放射线防止用武器的巡逻。将来的战争,特别是高科技战争中,c ( u3) I系统、雷达、通信、导航、敌人识别系统、计算机系统和网络、精密诱导武器、光电检测器、研发中的定向武器(激光武器、高输出微波武器等)等所有电磁波波斯。。 这使与电子战斗技术相关的电磁光谱范围从极低频率扩大到亚毫米、红外、可见光、紫外带。其应用渗透于指挥控制、导航、伪装、火灾控制、引导、空袭、防空等各种军事领域。 电子战装备的种类不断增加,软件、硬件杀手能力得到强化,形成多种侦察、干涉和火力杀手功能一体化的综合性电子战系统。电子战装备的专业性强,高级军事秘密,主要以*本国的力量发展,代表了国家的技术水平。

 多普勒雷达是指利用多普勒效应进行定位、速度、测距等的雷达。多普勒效应是指,声音、光、电波等振动源与观测者以相对速度v进行相对运动时,观测者受到的振动频率与振动源发出的频率不同。这是奥地利科学家最初发现的,被称为多普勒效应。多普勒效应引起的频率变化被称为多普勒频移,与相对速度v成正比,与振动的频率成反比。


   脉冲多普勒雷达的动作原理是,雷达发射一定频率的脉冲波并扫描天空时,遇到运动的对象物时,回波的频率和发射波的频率会产生频率差,称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小,可以测定雷达的目标径向相对运动速度。根据发送脉冲和接收的时间差测量目标距离。同时,通过频率滤波法检测出目标多普勒频率光谱,去除干扰波的光谱,可以从雷达强噪声中识别目标信号。脉冲多普勒雷达与普通雷达相比抗干扰性强,因此可以检测出隐藏在背景中的活动目标。

脉冲多普勒雷达是在20世纪60年代开发出来的。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,脉冲多普勒雷达在机上警报、导航、导弹引导、卫星追踪、战场侦察、目标场测定、武器火灾控制和气象探查等方面得到了广泛应用,已成为重要的军事装备。搭载了脉冲多普勒雷达的警戒机,成为对应低空爆机和巡航导弹的有效军事装备。此外,该雷达也用于气象观测,通过以多普勒速度识别气象回波,可以得到不同高度大气中各种空气的紊流运动分布。

 主要用脉冲多普勒雷达。装备在美国飞机上的a p g-68雷达表示飞机的脉冲雷达的先进水平。有18种动作模式,一边探索空中、地面及海上的目标,一边耐干扰性优良。另外,飞机在低空飞行时,追踪地表的起伏,引导其避免与地面碰撞。这是种小巧、重量轻、可靠的雷达。。 

 桌上脉冲多普勒雷达主要由天线、发送机、接收机、伺服系统、数字信号处理机、雷达数据处理机、数据总线等构成。 桌上脉冲多普勒雷达通常采用相干方式,具有极高的载波稳定度和频谱纯度和极低的天线旁瓣,采用了高级的数字信号处理技术。脉冲多普勒雷达为了在数据处理装置中利用代数性的方法,一般采用更高的重复频率和多种发送信号的形式,能够应用滤波器理论,在数据处理装置中进一步对目标坐标数据进行滤波或预测。

 多普勒雷达与以往雷达的不同之处在于,发射机始终处于接通状态,这种雷达被称为连续波或CW雷达。。 发送机必须始终打开是因为与以往的雷达不同,计算发送和接收之间的时间,多普勒雷达寻找频率的变化。 频率的变化不会长时间持续,因此发送机必须始终处于接通状态。

 脉冲多普勒雷达使用可编程控制器信号处理机,通过提高雷达信号处理容量、速度、柔软性、提高装置的多重性,能够在雷达追随的同时进行探索,改变或增加雷达的动作状态,能够识别与各种干扰对应的能力和超视距离的目标。能够以不同的脉冲重复频率使雷达动作,具有适应波形的能力,能够根据不同的战术状态选择低、中或高3种脉冲重复频率的波形,能够得到各种动作状态的最佳性能。③采用多普勒束锐化技术获得高分辨率,空间对空间应用提供高分辨率地图和高分辨率部分放大地图,在空间对空敌判定状态下可以识别密集编辑组的组目标。

3. 多普勒雷达测速度理论 

     多普勒速度雷达技术是近年来发展迅速的新技术,其测量速度原理利用电波传播的特点,克服了传统速度的众多固有缺陷,大幅度提高了速度测量的精度和可靠性,现在已被广泛应用于军事、航空、航海、交通等领域。国际上很多发达国家在铁路运输中也采用多普勒速度雷达传感器来代替传统的速度马达和光电传感器。

多普勒速度雷达原理概述

 首先介绍多普勒速度雷达的基本原理。雷达这个词叫做radar,简称radio detecto and ranging,主要意味着用电波测距、检测外部目标物。雷达使用电波工作,能够检测出与不同性质不同性质的目标,在军事和民生方面都发挥着非常重要的作用,随着技术的发展,雷达的应用范围扩大,电波在传播中利用物体的运动引起的多普勒效应加快速度是重要的。“多普勒效应”是19世纪奥地利物理学家发现的物理现象。

 多普勒的理论是以时间为基础的。波由频率和振幅构成,电波随着波前进。电波在进行中碰到物体时,该电波会被反射,反射的电波的频率和振幅会根据该物体的移动状态而变化。如果被电波照射的物体被固定的话,反射的电波的频率不会变化。但是,当物体向无线电线的发送方向前进时,由于此时反射的电波被压缩,因此该电波的频带增加。相反,物体向远离电波传播方向行进时,反射的电波的频率减少。下图是多普勒雷达( Doppler radar )的基本原理图。

多普勒雷达原理图.png

[上图]车向电波发出的方向前进,其反射波的频率增加。

[下图]车向电波的传播方向前进,其反射波的频率减少。


 以上是多普勒效应的基本原理,多普勒频率和速度的关系由下式表示。

 FD =2(λ/ν) cosθ

 式中,FD为多普勒频率,λ为光刻胶载体波长,ν相对运动速度θ为反射物体与运动体的运动方向所成的角。

 实际上,1945年多普勒雷达。 1955年,军用机开始进行多普勒导航。 1962年,这个导航系统在长途航线上也被采用了。初期的多普勒导航系统采用了电子管式多普勒雷达和机电一体式导航计算机,然后采用了晶体管式多普勒雷达和数字计算机。之后,多普勒导航装置发展为多普勒惯性导航装置等复合导航装置。70年代以后,出现了将多普勒导航系统和其他搭载电子系统组合起来的多功能航空复合系统。多普勒导航系统是利用多普勒效应测定多普勒移动,计算飞机当时的速度和位置进行导航的系统,目前许多速度雷达的形式和电路结构不同,但是根据该原理进行动作。像空中的飞机一样,从载波向地面发送电波,到达地面后,由地面的物体反射回来,可以用飞机接收。在该过程中,由于飞机和地面相对运动,返回电波的频率发生变化,该变化的频率的大小与飞机相对于地面运动的速度的大小成正比,但现在飞机中一般使用的多普勒雷达,通过测定该频率的变化,在地面上。 在许多地面车辆中,随着多普勒雷达的成本降低,使用多普勒雷达提高速度。


最新评论
请先登录才能进行回复登录

CULTURE MEDIA

Copyright  2014-2025,All rights reserved

网站导航

腾讯qq

新浪微博

腾讯微信

资讯分享

联系我们

四川省成都市高新西区校园路822号

028-87686694

2435226521@qq.com

周一到周五10:00—18:00

霍尔传感器淘宝店二维码

二维码

扫码进入淘宝购买