Luck, David G. C., Перевод Заболотнего Е. В.

Доплеровский радар является специализированным радаром, который использует эффект Доплера для получения данных о скорости объекта на расстоянии. Происходит излучение СВЧ сигнала к желаемой цели и получение отраженного, а затем вычисляется, как частота отраженного сигнала изменилась при движении объекта. Этот вариант дает прямой и очень точные измерения радиальной составляющей скорости цели относительно РЛС. Доплеровские радары, используются в авиации, при запуске спутников, метеорологии, радиологии.

Отчасти потому, что он используется в метеорологии для прогноза погоды, конкретный термин «доплеровский радар» ошибочно стал широко ассоциироваться с РЛС. Большинство современных погодных радаров используют импульсно-доплеровский метод для изучения движения осадков, но это только часть обработки их данных. Таким образом, хотя эти радары используют узкоспециализированные формы радара Доплера, термин «доплеровский радар» значительно шире по своему смыслу и применению.

Общая постановка проблемы

Колебательные процессы в технике имеют большое значение. Электромагнитные колебания лежат в основе всех современных электронных средств передачи и обработки информации.

Для облегчения понимания общих закономерностей колебательных процессов целесообразно начинать их изучение с простых и наглядных систем, например, замкнутая цепь, содержащая конденсатор и катушку индуктивности. Изменение во времени физических величин, характеризующих разные колебательные системы, описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями.

Исследование компьютерных программ при моделировании разных способов возбуждения колебаний позволяет определить точностные и частотные характеристики программ.

Концепция

Эффект Доплера (или доплеровский сдвиг), названный в честь австрийского физика Кристиана Допплера, который предложил его в 1842 году как разницу между наблюдаемой частоты и излучаемой частотой волны для наблюдателя, движущегося относительно источника волны. Это обычно слышали, когда транспортное средство звучания сирены подходит, проходит и уходит от наблюдателя. Полученные частоты выше (по сравнению с излучаемой частоты) при заходе на посадку, оно идентичны в момент прохода мимо, и ниже во время рецессии. Это изменение частоты также зависит от направления волны источника движения относительно наблюдателя, это максимум, когда источник движется прямо на или от наблюдателя и уменьшается с увеличением угла между направлением движения и направлением волн. Когда источник движется под прямым углом к наблюдателю, изменений нет.

Аналогия происходит, когда питчер бросает один мяч каждую секунду в направлении человека (с частотой 1 шар в секунду). Если предположить, что шары будут лететь с постоянной скоростью, и питчер неподвижен, человек будет ловить один мяч каждую секунду. Однако, если питчер будет бежать на человека, он будет ловить шары чаще, потому что шары будут менее равномерно распределены (с ростом частоты). Обратное верно, если питчер отходит от человека, он будет ловить шары реже из-за обратного движения питчера (частота уменьшается). Если питчер должен двигаться под углом, но с той же скоростью, изменение частоты, при которой получатель будет поймать мяч будет меньше, так как расстояние между двумя будет меняться медленно. С точки зрения питчера, частота остается постоянной (независимо от того, что он бросает шары или передает микроволны). Так в электромагнитном излучении частота микроволн обратно пропорциональна длине волны. Таким образом, относительная разница в скорости между источником и наблюдателем является то, что приводит к эффекту Доплера.

Технология

Солдат армии США применяет доплеровский радар, чтобы поймать нарушителей превышения скорости.

Есть четыре способа получения эффекта Доплера. Радары могут быть последовательными импульсными (CP), импульсно-доплеровский радар, непрерывный (CW), или частотно-модулированными (FM). CW доплеровский радар обеспечивает только скорость выхода, как получение сигнала от цели по сравнению с частотой в исходном сигнале. Ранние радары были CW-доплер, но это быстро привело к разработке частотно-модулированных непрерывных волновых (FM-CW) радаров, который подбирает частоты передатчика для кодирования и определения диапазона.

CW и FM-CW радары могут нормально обрабатывать только одну цель, которая ограничивает их использование. С появлением цифровых технологий, были введены импульсно-доплеровские РЛС (СР), и были разработаны в то же время допплер-процессоры для когерентных РЛС импульсов. Преимущество сочетания допплер-обработки импульсов РЛС является предоставление достоверной информации скорости. Эта скорость называется диапазоном скорости. Он описывает скорость, что цель движется в сторону или от радара.

История

FM радар был разработан во время Второй мировой войны для использования Объединенная авиастроительная государствами военно-морского флота. Наиболее часто использовался спектр СВЧ и передача осуществлялась Yagi антенной. Это позволило бомбардировщикам летать на оптимальной скорости при приближении к цели. Позже, когда магнетрон и микроволновые печи стали доступны, использование радиолокационных FM прекратилось.

Когда цифровое быстрое преобразование Фурье стало доступным, оно был немедленно подключено к когерентной импульсной РЛС, где извлекалась информация о скорости. Оно быстро доказало свою полезность в погодных радарах и радарах управления воздушным движением. Скорость информации обусловила другой ввод данных отслеживания в программу и улучшения компьютерной обработки.

Специализированные радары быстро были механизированы, когда цифровые технологии стали доступны по цене. Импульсно-доплеровской РЛС сочетают в себе все преимущества большой дальности и высокой скорости. Импульсно-доплеровской РЛС используют диапазон порядка от 3 до 30 кГц. Эта среда позволяет PRF обнаруживать цели с высокой скоростью или с высоким разрешением. Радар, предназначенный для обнаружения цели, не имеет высокого разрешение в скорости, в то время как радар, предназначенный для высокоточного измерения скорости, не имеет широкого диапазона скоростей.

Антенная конструкция для CW и FM-CW начиналась как отдельные передающие и приемные антенны до появления доступной конструкции микроволновой печи. В конце 1960-х годов появились радары движения в которых используется одна антенна. Это стало возможным за счет использования круговой поляризации. К концу 1970-х годов ситуация изменилась к линейной поляризации и использованию ферритовых циркуляторов как на X и K полосах.