第一篇：雷達測速測距原理分析

雷達測速測距原理分析

一、FMCW模式下測速測距

1、FMCW模式下傳輸波特征

調頻連續波雷達系統通過天線向外發射一列線性調頻連續波，并接收目標的反射信號。發射波的頻率隨時間按調制電壓的規律變化。

2、FMCW模式下基本工作原理

一般調制信號為三角波信號，發射信號與接收信號的頻率變化如圖所示。

反射波與發射波的形狀相同。只是在時間上有一個延遲，?t與目標距離R的關系為：

Δt=2R/c

公式1 其中

Δt：發射波與反射波的時間延遲

R：目標距離

108m/s c：光速c=3×發射信號與反射信號的頻率差為混頻輸出中頻信號頻率?f如圖所示：

根據三角關系，得：

ΔtT2=

ΔfB公式2 其中：

Δf：發射信號與反射信號的頻率差為|f1-f0| T：調制信號周期——1.5ms B：調制帶寬——700MHz 由以上公式1和公式2得出目標距離R為：

R=cTΔf 4B公式3

3、FMCW模式下測距原理

由公式3可以得出，目標距離R與雷達前端輸出的中頻頻率?f成正比

4、FMCW模式下測速原理

當目標與雷達并不是相對靜止時，也就是有相對運動時，反射信號中包含一個由目標的相對運動所引起的多普勒頻移fd，如圖所示：

此時發射信號與接收信號的頻率差如圖所示：

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為目標相對靜止時的中頻頻率

f+代表前半周期正向調頻的差頻

f-代表后半周期負向調頻所得的差頻

fd為針對有相對運動的目標的多普勒頻移

根據多普勒效應得：

fd=2f0? c公式6 其中：

?為目標和雷達的徑向速度

f0為發射波的中心頻率

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的符號與相對運動方向有關系，當目標物相對雷達靠近時v為正值。當目標相對雷達離開時v為負值。

由公式3和公式7進一步得出：

cTf++f-R=×4B2

公式9

二、CW模式測速原理：

1、CW模式下傳輸波特征

普通連續波

2、CW模式下測速物理理論

當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發射頻率，反之，當目標遠離天線時，反射信號頻率將低于發射頻率。如此可由頻率改變數值計算出目標與雷達的相對速度

3、CW模式下測速公式

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

?表示目標物與雷達之間的相對速度

由公式11公式12得：?=cf0

=c2f×f0d

公式12

公式13

?

第二篇：雷達工作原理與激光測速原理的區別

雷達工作原理與激光測速原理的區別

一、雷達工作原理

首先，必須先了解雷達的基本原理，因為雷達仍是目前用來監測移動物體最普遍的方法。雷達英文為RADAR，是Radio Detection And Ranging的縮寫。所有利用雷達波來監測移動物體速度的原理，其理論基礎皆源自于多普勒效應，其應該也是一般常見的多普勒雷達Doppler Radar，此原理是在19世紀一位奧地利物理學家所發現的物理現象，后來世人為了紀念他的貢獻，就以他的名字來為該原理命名。多普勒的理論基礎為時間。雷達波是由頻率及振幅所構成，而無線電波是隨著波而前進的。當無線電波在行進的過程中，碰到物體時，該無線電波會被反彈，而且其反彈回來的波，其頻率及振幅都會隨著所碰到的物體的移動狀態而改變。若無線電波所碰到的物體是固定不動的，那么所反彈回來的無線電波其頻率是不會改變的。然而，若物體是朝著無線電線發射的方向前進時，此時所反彈回來的無線電波會被壓縮，因此該電波的頻率會隨之增加；反之，若物體是朝著遠離無線電波方向行進時，則反彈回來的無線電波，其頻率則會隨之減小。

速度監測裝置所應用的原理，就是可以監測到發射出現的無線電波，及反彈回來的無線電波其間的頻率變化。由這兩個不同頻率的差值，便可以有特定的比例關系，而計算是該雷達波所碰撞到物體的速度。當然，此種速度監測裝置可以將所監測到的速度，轉換為公里/小時或是英哩/小時。也許大家還是無法體會什么是多普勒效應，但每個人在日常生活中應該都有聽過多普勒效應。例如：當火車鳴笛或救護車的警報聲一直朝著你接近時，會發現聲音會一直在變化，這就是所謂的多普勒效應，此例子是生活中最常見的例子，因為當聲波一直朝著你接近時，該聲波的頻率會一直增加，所以聽到的聲音才會一直變。這跟測速雷達所用到的原理是一樣的，只不過測速雷達所使用的不是聲波，而是無線電波。

由于警方的測速雷達總是監測到一個較強的反射電波后，才決定該移動物體的速度；而通常體積較大的物體其反彈的電波也較強；另外，離發射電波較近的物體，其所反彈的電波也會較強。根據這個原理，若有兩輛大小相同的車輛，同樣都是超速時，測速雷達只會監測到開在較前面車輛的速度；若有一輛未超速的大卡車開在前方，而另一輛已超速的小客車開在后方時，測速雷達是無法監測出該小客車已超速，除非該小客車已經超越了大卡車而繼續超速。

這告訴我們，利用雷達波來監測車速時，是無法對隊列行駛的車輛中監測的。監測到特定車輛的速度，而只能監測到開在隊列車輛最前面，且體積較大的車子的速度。

雷達原理詳述

下面的文章，將更詳細地探討雷達測速的各種影響因素：

雷達波覆蓋的范圍

影響雷達波覆蓋范圍的因素如下：

雷達的功率

電波接收器的靈敏度

天線的特性

欲監測物體的體積大小

雷達與欲監測物體的距離

欲監測物體與雷達天線的相對位置及角度

車輛類型 可測速范圍 無法測速范圍

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

聯結車(HGV)0~400公尺內 400公尺以外

由上圖可知大型聯結車最容易被監測到速度，只要在400公尺的范圍，都可以被監測。

Cosine因子

這里所說的Cosine就是以前所學的數學三角函數，像是sin,cos,tan...，所謂的Cosine因子說明如下：

雷達要正常地發揮測速功能，該雷達必須與被測車輛同一路徑

就如同GAS的話，則雷達所監測到的速度將比實際上來的慢。而所減低的速度將正比于偏斜的角度取TO測速照相系統一般，若雷達置放的位置與車輛行經的路徑有一個角度，并不平行cosine值，簡單地說，就是偏斜的角度越大的話，監測到的速度將比實際速度低的越多。

例如測速雷達置放的位置與車輛路徑呈20度的夾角，雖然當時車子實際速度為105公里/小時，但被監測到的時速應為105xcos(20)=98.67公里/小時，本來應是超速的，但在雷達監測上出現誤差。

GATSO這類的測速照相系統也會考慮到Cosine，所以會加入一些補償電路，來修正這樣的誤差，不過因為每次置放的角度都不同，因此在補償誤差時，必須經過正確的設定才行，該設定值才須經過原廠的調校才能有較精準的表現。因此可以得到一個結論,Cosine因子永遠都是偏袒駕駛人的。

測速地點的選擇

既然大家已經了解雷達測速的基本原理，其實是藉由車輛所反射回來的電波來計算車速，那么在道路上一些不會動的物體，如路標、路燈等，會不會影響雷達波的反射呢？由于路標、路燈等物體的體積都很小，尚不會對雷達電波產生太多的影響，但如果是一些較大的物體，如建筑物、停在路旁的大卡車，或是高速公路上一些路段的大型路標、廣告板等，這些物體就一定會影響到雷達電波的反射，也就是說即使路上沒有車輛經過，所使用的測速雷達還是會監測到一些數據，只是這些數據可能速度都是0而已。不過大家也不要以為在路上看到大型路標時就可以盡情超速了，因為一旦車輛位置超過了路標，而離雷達波越近的物體所反射的雷達波會越強，此時還是會被監測到超速的。

然而，理想的測速照相地點，應該位在空曠無阻礙且沒有大型反射物的道路上；在開始測速之前，選擇地點是相當重要的；操作員在開始前，必須在車流前，選擇視線良好的位置，該視線上不能有如大型路標、金屬柵欄、防撞護欄等物體。

確認超速的步驟

使用手持雷達來測速時，剛開始并未開機，先采取目測的方式，等到發現有車輛疑似超速時，再開機以手持雷達來驗證是否真的超速。

使用手冊中指出在測速雷達的監測范圍中，必須只有一輛車子才能立刻監測速度。換句話說，若您的車子正處于車輛的隊列中，是無法確定所監測到的車速是哪一輛車。此時必須先追蹤某輛車最少3秒的時間，等到雷達出現已鎖定的訊息時，才可以開始監測車速。

因此要得到車輛的超速需要花費3秒鐘的時間，而且在測速時也會將誤差考慮進去，例如，在雷達監測速度時，雷達屏幕上顯示的速度為102-101-102-103-101，此時就可以確定車速為101到103公里/小時，然而，若在溜達屏幕上顯示的數據為102-101-149-103-101，此時就認定這次的測速有相當大的誤差而不采用該數據。

輻射危害

因為雷達在測速時會發射出強大的無線電磁波，當雷達測速儀器接近身體在25公分時，雷達天線所發射出來的電磁波輻射將對人體造成某些程度的傷害。

二、激光測速原理

傳統的電波式雷達已行之有年，目前較新的技術是利用激光來測速，稱之為激光雷達，英文為 LIDAR這是Light Detection and Ranging的縮寫。通常這類的激光都是使用紅外線，其精確度和可靠度都遠超過傳統的電波式雷達。以激光為基礎的測速系統如LaserCam II就是一例手持的激光測速系統，當然激光測速系統也可以裝載于流動式的三腳架上，例意大利制的Autovelox 105/SE就是最佳寫照。

激光測速的原理與雷達電波的多普勒原理不同，而是利用激光的飛行時間的計算，也就是當激光發射出去時，先紀錄時間，等到激光被物體反射回來時，再紀錄一次時間，接著計算時間差，而LIDAR裝置以15Hz的頻率運作(每秒15次)，而光速是每秒30萬公里，這樣就可以算出車子的行進速度，舉例如下：

當第一次激光發射出去后，經過0.000001333秒后再反射回來，因為距離=速率x時間，所以第一次激光經反彈來回所走的距離為300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺，所以實際與車子的距離應該要除以2，得399/2=199.5公尺。

經過1/15秒后，第二次激光再發出監測距離，經過0.000001325秒后再被車輛反射回來，所以激光來回走的距離為300,000,000 x 0.000001325 = 397.5，除以2得198.75。

也就是說經過1/15秒后，車子前進了199.5-198.75=0.75公尺，又速率=距離/時間，所以可以得到車速為0.75/(1/15)=11.25 m/s，換算成時速公里的話就是11.25x3600=40.5公里/小時。

現在我們已經知道激光測速的基本原理了，因為激光每秒可以發射出15次的激光，每個間隔距離都可以計算一次時速，而激光測速器必須在連續監測到2到3次相似的速度時，才確定此為該車的速度，這也就是為什么使用激光測速裝置，只需要0.3秒的時間來鎖定車速的原因了。

由于激光功率很強，所以在測速時，被禁止直接以激光束照射在駕駛座上，必須將光束對準車牌，以免傷害駕駛人的視力。而且也不能在車內使用激光測速儀器，因為激光很容易在車內反射，而傷害了車內的人員，即使將車窗放下也不行。因此在FDA（美國食品藥品管理局）嚴格規范之下，激光槍功率降低，致使激光束擴大，反而給了激光警示器，即俗稱的激光測速器可趁之機。

激光測速的原理

LIDAR（Light Detection and Ranging－激光監測及歸類）以規律地送出infra-red（紅外線）激光來測量光束的反回時間，在這些時間中任取兩個就可以計算速度。激光測速器所發射的光束非常狹窄，它隨著距離的增加，光束由一公分發散成100公分，就因為光束很窄，所以可以從車流中挑出一輛超速的汽車；尤其當監測物距離愈近，監測范圍甚至會大于手持式的雷達測速器。通常激光束的散射角度相當小，造成監測上相當不易；警用的激光測速光束必須在300到500公尺以上的距離，才會擴散到1.5公尺以上的范圍，距離越遠擴散越大，也較容易監測得到，且當在測附近的車子的車牌時，激光會散射到旁邊的車輛上，若車上有裝專為接收激光所設計的激光警示器，那么便可能接收得到。

雷達波發射后會逐漸擴散，所以駕駛者容易利用雷達警示器監測到。相對來說，激光測速系統發射的激光束比較窄，擴散范圍比雷達系統小，所以一般不會被警示器監測到。還因為激光束比較窄，可以實現對車流里邊的單一車輛做監測。

Cosine因子同樣也會發生在激光測速裝置上，不過有一點要注意的是，有時會在橋上使用手持激光槍來測速，如此一來便可以在道路中央正上方的位置進行測速，這樣便可以減少Cosine的影響，此時只要注意橋的高度，必須與車輛的距離保持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，則被測車輛必須在100公尺以外的距離所測得的速度才正確。

激光測速系統的優點

如果激光系統一直開機，那么激光束就會一直打出去，駕駛人車上若有激光警示器，則較有機會測得警方的激光束。然而事實上卻不然，因為通常是先用肉眼或望遠鏡眺望遠方是否有車可能會超速（通常以車陣中跑第一的那輛為目標），然后再舉起激光槍瞄準該車輛進行測速。因此，激光槍的開機時間只在瞄準車輛的那一瞬間，也就是說，激光束并不會一直呈現發射狀態，讓駕駛人有許多機會能夠測得到。像雷達測速儀器，如三腳架、警車、部份固定桿等，持續開機進行測速的時間較久，只要呈現開機狀態，雷達波便會一直發散出來，駕駛人車上若有雷達警示器，就可以接收到該雷達波而產生警示聲。

綜上所述，在兩種測速方式的對比中，激光系統有比較明顯的優點。該系統的技術領先，測速的準確率高，可以有效的防止測速警示器的應用。所以，激光測速系統是現在測速技術發展的潮流和方向

第三篇：汽車測距測速及倒車提示產品功能及原理說明

《汽車測速及倒車提示》產品介紹及電路原理

一、微動按鈕功能

K5，復位鍵：按一下，電路復位，電路處于待機狀態。K4，正轉鍵：按一下，電機DJ1正轉。

K3，加速鍵：正轉時，按一下。電機DJ1加速。K2，減速鍵：正轉時，按一下，電機DJ1減速。Kl，倒車鍵：按一下，電機DJ1反轉。

二、產品功能介紹

1．電路正確連接后，接通電源，按一下微動按鈕K5，數碼顯示管DS1顯示0000。2．按一下微動按鈕K4，電機DJ1轉動并帶動轉盤(遮斷器)轉動，數碼顯示管DS1顯示數字，再按一下K4，電機DJl停轉，電路復位。

3．在按一下微動按鈕K4，按一下微動按鈕K3，電機DJ1轉動加快并帶動轉盤(遮斷器)轉動，數碼顯示管DS1顯示數字，此時顯示的數字增大。可按微動按鈕K3三次（三檔），第四次按動K3時，電機DJ1停轉，電路復位。4．在按一下微動按鈕K4后，按一下微動按鈕K2，電機DJ1轉速減慢并帶動轉盤(遮斷器)轉動減慢，數碼顯示管DS1顯示數字減少。再按一下微動按鈕K2，電機DJ1停轉，電路復位。5．按一下微動按鈕Kl，電機DJ1倒轉并帶動轉盤(遮斷器)轉動，此時為汽車倒車。用障礙物放在離開超聲接收器LS1和超聲發生器LS2一定距離的位置上，數碼顯示管DS1顯示數字，此時顯示的數字為障礙物與LS1和LS2的距離(相當于汽車與障礙物的距離，單位為厘米)，如果障礙物距離變動，數碼顯示管DS1，顯示數字也隨之變化。當距離等于20厘米時，電機DJ1，自動停轉。或在大于20厘米時再按一下微動按鈕K1，電機DJ1停轉，電路復位。

三、電路原理

該產品是由下面幾部分電路組成：超聲波發射電路、超聲波接收電路、提示音發生器、直流電機控制電路、轉速檢測電路、單片機電路、顯示電路和電源電路。1．倒車電路原理

倒車電路包括超聲波發射電路、超聲波接收電路、提示音發生器、單片機電路、顯示電路和電源電路。

按下微動按鈕K1，由單片機U2的“8”腳輸出一串低電平信號，該信號送到光電耦合器U6的輸入端，改變光電耦合器U6的輸出電阻，使原來由Q9、Q13、Q15、Q16組成的直流電機DJ1橋式驅動電路在直流電機DJ1兩端產生電位差，電機DJ1被驅動為反轉。也即汽車在倒車。

在按下微動按鈕Kl時，由單片機U2產生40kHz的方波信號從U2的“14”腳送出，經開關Sl、到U1的“3”腳后在U1內進行推挽放大，由LS1超聲波發生器產生40kHz的超聲波發射出去。經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，該信號為正弦波信號。由于倒車的距離不斷變化，所以U3內部設置了自動增益控制AGC，以保持信號不會因倒車距離變化而出現強弱變化，正弦波信號在U3內部進行整形后，由U3的“7”腳輸出，經延時(信號由發射→障礙物→接收的時間)后的信號，經電阻R5和開關S2送回單片機U2的“12”腳，由單片機U2內部與原送出的信號進行比較計算，并把計算的結果送到顯示電路顯示出汽車在倒車時與障礙物之間的距離。當倒車與障礙物的距離等于20厘米時，單片機U2發出指令，讓汽車停止倒車，電路復位。

由于電路采用節電措施，只有在倒車時，由單片機U2的“6”腳輸出一信號，經R17給復合管Q1和Q2提供導通信號，使繼電器JKl吸合，才給超聲波接收電路、提示音發生器提供VCC電源。所以在倒車開始，提示音發生器的集成塊U4與外圍元器件組成的振蕩電路起振，產生信號供三極管Q7放大，由蜂鳴器LS3發出提示音，提醒駕車人士。調節可調電阻RP2可改變提示音的聲音大小。2．測速(前進)電路原理

測速電路包括直流電機控制電路、轉速檢測電路、單片機、顯示電路和電源電路。

按下微動開關K4，由單機U2的“5”腳輸出一信號，經R60使三極管Q18導通，使繼電器．JK2吸合，電源+12V經繼電器．JK2觸點作VDD輸出，同時給直流電機控制電路提供VDD和VCC電源；單片機U2的“7”腳輸出一串矩形波信號，該信號送到光電耦合器U5的輸入端，改變光電耦合器U5的輸出電阻，使原來由Q9、Q13、Q15、Q16組成的直流電機DJ1橋式驅動電路在直流電機DJ1兩端產生電位差，電機DJ1被驅動為正轉。電機DJ1帶動安裝在電機上的轉盤轉動，由于轉盤裝在光電開關器U7槽中，且轉盤中帶有孔，轉盤在轉動過程中，U7一端發出的光線穿過孔，光線間歇通過并送到U7的另一端，使光電開關器U7輸出一串脈沖并送回單片機U2的“13”腳，由單片機U2進行計數，并由數碼顯示管DS1直接顯示數字為電機DJ1的轉速。

如果此時按一下微動開關K3改變了由U2“7”腳輸出矩形波信號的脈沖寬度，也改變了光電耦合器U5的輸出電阻，使電機DJ1兩端的電位差更大，電機DJ1轉速加快，數碼顯示管DS1顯示的數字增大。如果再按一下K3，根據以上所說原理，電機DJ1轉速更快，數碼顯示管DS1顯示的數字更大。

如果按一下微動開關K2，改變了由U2的“7”腳輸出的一串矩形波信號的脈沖寬度，也改變了光電耦合器U5的輸出電阻，但使電機DJ1兩端的電位差變小，電機DJ1轉速減慢，數碼顯示管DS1顯示的數字減小。

按K4、K3、K2何一個微動開關，由單片機U2發出指令，使電機DJ1停轉，電路復位。

3．單片機電路、顯示電路與電源電路原理

單片機電路是由芯片U2為核心及相關元器件組成，構成了《汽車測速及倒車提示》電路的中央控制電路，根據電路功能需要，賦予芯片U2相應程序。顯示電路由單片機U2、數碼顯示管DS1及外圍相關元器件組成，對微動按鈕K1～K5的按動發出相應的指令，通過相關程序，讓各電路按程序進行工作。另外也把相關指令送達數碼顯示管DS1，讓數碼顯示管DS1顯示數字。

外接+12V電源，經過U8后，輸出+5V的VCC電源提供給單片機，U2獲得+5V后待命所需電源。只有在進行倒車或測速(前進)時，通過單片機U2的“5”腳輸出一信號，經R60使三極管Q18導通，使繼電器JK2吸合，發光二極管LED2點亮，電源+12V經繼電器JK2觸點做VDD輸出，給直流電機控制電路提VDD電源。而且只有在倒車時，由單片機U2的“6”腳輸出一信號，經R17給復合管Q1和Q2提供導通信號，使繼電器JKl吸合，才給超聲波接收電路、提示音發生器提供VCC電源，發光二極管LED1點亮。

第四篇：雷達測速原理及其實際應用的研究

工程設計作業

關于雷達測速原理及其實際應用的研究

班級：020831 學號：02083050 姓名：陳彥武

關于雷達測速原理及其實際應用的研究

一

雷達測速原理:

雷達英文為RADAR, 是 Radio Detection And Ranging 的縮寫.為目前偵測移動物體最普遍的方法.雷達測速的基本原理是應用?都卜勒 Doppler 效應?, 利用持續不斷發射出電波的裝置，對著物體發射出電波, 當無線電波在行進的過程中, 碰到物體時被反射, 而且其反彈回來的電波波長會隨著所碰到的物體的移動狀態而改變.經由計算之后, 便可得知該物體與雷達之間相對移動速度.若無線電波所碰到的物體是固定不動的, 那么所反彈回來的無線電波其波長是不會改變的.但若物體是朝著無線電線發射的方向前進時, 此時所反彈回來的無線電波其波長會發生變化, 借于反彈回來的無淺電波波長所產生的變化, 便可以依特定比例關系經由計算之后, 便可得知該移動物體與雷達之間物體的相對移動速度.(PS: 此原理初級物理學當中有公式可以計算)1 雷達測速儀

雷達測速的原理是應用多普勒效應, 因此, 具有以下特點:

(1)雷達波束比激光光束的照射面大, 因此雷達測速易于捕捉目標, 無須精確瞄準。

(2)雷達測速設備可安裝在巡邏車上, 能夠在運動中實現車速檢測, 是“移動電子警察”非常重要的組成部分。

(3)雷達固定測速誤差為±1km/h, 運動時測速誤差為±2km/h, 完全可以滿足對交通違章查處的要求。

(4)雷達發射的電磁波波束有一定的張角, 因此有效測速距離相對于激光測速較近, 最遠測速距離為800m(針對大車)。

(5)雷達測速儀技術成熟, 價格適中。

(6)雷達測速儀發射波束的張角是一個很重要的技術指標。張角越大, 測速準確率越易受影響;反之, 則影響較小。

雷達測速儀以其價格便宜、測速準確、使用方便和在運動中能夠實現檢測車速, 被公安交管部門作為判斷是否超速并進行處罰的首選工具。

毫米波測速雷達系統原理圖 雷射測速與雷達測速區別

雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。雷達為英文Radar一字之譯音，該字系由Radio Detection And Ranging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測距之意。全世界開始熟悉雷達是在1940年的不列顛空戰中，七百架載有雷達的英國戰斗機，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機，因而改寫了歷史。二次大戰后，雷達開始有許多和平用途。在天氣預測方面，它能用來偵測暴風雨；在飛機輪船航行安全方面，它可幫助領港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務。

雷達工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波，而非聲波。雷達之發射機相當于喊叫聲之聲帶，發出類似喊叫聲之電脈沖（Pulse），雷達之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發射。接收機之作用則與人耳相仿，用以接收雷達發射機所發出電脈沖之回波。

測速雷達主要系利用都卜勒效應（Doppler Effect）原理：當目標向雷達天線*近時，反射信號頻率將高于發射機頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機率。如此即可借由頻率的改變數值，計算出目標與雷達的相對速度。

雷射的英文為Laser，這個字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一個字母縮寫而成，意思是指，經由激發放射來達到光的放大作用。雷射所激發出來的光，其光子大小與運動方向皆相同，因此每個波束的頻率都相等，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，使整個光束發射至極遠處也不會散開來。在一九六二年的實驗中發現，從地球發射的雷射光在經過近四十萬公里的太空之旅后，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、穿洞等加工與醫學（眼科、牙科、腫瘤）之應用更為廣泛。

測速雷射種類于固態雷射中的半導體雷射。雷射測速設備采用紅外線半導體雷射二極管。雷射二極管有幾個特點使它極適合用來量測速度：

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

2.雷射二極管以小于十億分之一秒的瞬間切換開關，大大提高精確度。

3.雷射二極管發射率很窄，其偵測器極易接收到精確的波長；因此在日間有強烈陽光時，仍能正常操作。

4.雷射二極管只發射電磁光譜中的紅外線部分；而紅外線系眼睛看不見的，不會影響駕駛人的注意力。

雷射測速槍以量測紅外線光波傳送時間來決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標再折返的時間會與距離成正比。以固定間隔發射兩個脈沖，即可測得兩個距離；將此二距離之差除以發射時間間隔即可得到目標的速度。理論上，發射兩次脈沖即可量測速度；實務上，為避免錯誤，一般雷射測速器（槍）在瞬間發射高達七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計算目標速度。

雷射測速原理:

目前較先進的測速系統乃是利用雷射來測速, 英文為 LIDAR 是 Light Infrared Detection And Ranging 的縮寫.通常這類的雷射光都是使用一級不可見光的紅外線, 其精確度及可*度都遠超過傳統的電波式雷達.雷射測速的原理與雷達電波的?都卜勒原理?不同, 而是利用雷射光的多次碰撞移動物體以后計算移動物體于特定時間內移動的距離, 利用時間差與物體移動的距離即可計算物體與測速系統的相對移動速度.3 舉例來說 :

LIDAR 裝置以 15Hz 的頻率運作(每秒15次), 而光速是 30萬/sec, 當第一次雷射光束發射出去后, 經過 0.000001333 sec 后再反射回來, 所以第一次雷射光經反彈來回所走的距離為 300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺, 雷射系統與車輛的距離必須除以 2, 相對距離為 399/2 = 199.5 m.經過 1/15 秒后，第二次雷射光束再對移動當中的車輛測量相對距離, 經過 0.000001325 sec 后再被車輛反射回來, 利用上述方法計算, 此時雷射系統與車輛距離為 198.75。利用兩次特定時間內(1/15 sec), 車輛瞬間移動 199.5-198.75=0.75m 換算, 所以車輛速度為 40.5Km/h.而雷射測速系統必須在連續偵測到2到3次相似的速度時, 才確定此為該車的速度, 這也就是為什么使用雷射測速裝置, 只需要0.3秒的時間來鎖定您的車速的原因了.二

測速雷達應用技術

多普勒雷達就是利用多普勒效應進行定位，測速，測距等工作的雷達。所謂多普勒效應就是，當聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發出的頻率有所不同。因為這一現象是奧地利科學家多普勒最早發現的，所以稱之為多普勒效應。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比。

脈沖多普勒雷達是利用多普勒效應制成的雷達。1842年，奧地利物理學家C·多普勒發現波源和觀測者的相對運動會使觀測到的頻率發生變化，這種現象被稱為多普勒效應。脈沖多普勒雷達的工作原理可表述如下：當雷達發射一固定頻率的脈沖波對空掃描時，如遇到活動目標，回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差，稱為多普勒頻率。根據多普勒頻率的大小，可測出目標對雷達的徑向相對運動速度；根據發射脈沖和接收的時間差，可以測出目標的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達從強雜波中分辨出目標信號。所以脈沖多普勒雷達比普通雷達的抗雜波干擾能力強，能探測出隱蔽在背景中的活動目標。脈沖多普勒雷達于20世紀60年代研制成功并投入使用。20世紀70年代以來，隨著大規模集成電路和數字處理技術的發展，脈沖多普勒雷達廣泛用于機載預警、導航、導彈制導、衛星跟蹤、戰場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達的預警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航導彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達還用于氣象觀測，對氣象回波進行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。機載火控系統用的主要是脈沖多普勒雷達。如美國戰機裝備的 A P G－68雷達，代表了機載脈沖多普勒火控雷達的先進水平。它有18種工作方式，可對空中、地面和海上目標邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當飛機在低空飛行時，還可引導飛機跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達體積小，重量輕，可靠性高。

機載脈沖多普勒雷達主要由天線、發射機、接收機、伺服系統、數字信號處理機、雷達數據處理機和數據總線等組成。機載脈沖多普勒雷達通常采用相干體制，有著極高的載頻穩定度和頻譜純度以及極低的天線旁瓣，并采取先進的數字信號處理技術。脈沖多普勒雷達通常采用較高以及多種的重復頻率和多種發射信號形式，以在數據處理機中利用代數方法，并可應用濾波理論在數據處理機中對目標坐標數據作進一步濾波或預測。脈沖多普勒雷達具有下列特點：①采用可編程序信號處理機，以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性，提高設備的復用性，從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜索并能改變或增加雷達的工作狀態，使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力；②采用可編程序柵控行波管，使雷達能工作在不同脈沖重復頻率，具有自適應波形的能力，能根據不同的戰術狀態選用低、中或高三種脈沖重復頻率的波形，并可獲得各種工作狀態的最佳性能；③采用多普勒波束銳化技術獲得高分辨率，在空對地應用中可提供高分辨率的地圖測繪和高分辨率的局部放大測繪。

利用多普勒頻率變化技術來測量移動車輛的速度。這項技術是基于多普勒原理建立起來的，即雷達把微波發射到一個移動的物體上時，將會反射回一個與目標速度成比例的雷達信號，內部的線圈將該信號進行處理后得到一個頻率的變化，通過DSP（數字信號處理）技術處理后便得到目標速度。不論駛近的車輛還是遠離的車輛都會產生頻率變化，因此，任何方向的車輛都會被測量到速度。

測速雷達系列產品在世界發達國家的應用狀況：世界發達國家的 測速裝備比較完善。針對不同的地區、地勢及環境，他們都配有相應的測速產品。無論固定測量還是移動測量、手動測量還是自動測量，都有一定的普及度。例如在高速公路上，既有固定地點進行速度監測，也有許多巡邏車穿梭于公路間進行移動測量。再如在學校附近的路段，大多數都安裝了速度顯示牌，時時對過往車輛進行監測并對其提醒，從而保證學生的安全。3

測量應用中的先進技術：

最快速度跟蹤技術

當雷達正在測量一輛目標車速度時，有一輛更快的車駛來，最快速度跟蹤技術的出現不但讓操作者可以繼續對目標車進行跟蹤測量，同時雷達還將顯示更快車的速度。

數字天線通訊技術

數字天線通訊技術的出現不但提高了雷達抗干擾的能力，同時大大提高了雷達測量的準確性。比如斯德克DSR型雷達，它的每一個天線實際上有兩套微波線圈和兩套A/D轉換線圈。這兩個微波線圈成90度方向同時提供多普勒信號。在計算單元內，所有通道的數字化多普勒信息被送到DSP線圈。每個高速的DSP線圈于是便對每一個通道的信息進行綜合的“傅立葉快速變換”，以獲得每一個目標的方向。

同車道技術

對于測速難題中講到的同車道測量難點，最新技術的出現已不再需要操作者用眼睛估計和手工輸入“較快”和“較慢”目標以便計算目標車讀數，雷達能夠自動識別巡邏車前的車速快慢并將目標車速度計算出來，這使得同一車道的操作跟相反車道模式操作同樣精確和簡單。

方向感應技術

先進的方向感應技術允許操作者去選擇特定的交通方向進行監控。不論目標車是不是距離的最近車輛，也不論它是同一車道還是相反車道，雷達都可自動對其進行速度測量并顯示其相關信息。

這些技術目前的使用情況

目前世界發達國家的測速裝備比較先進，象“DSP技術”在90年代初就已經開始用于警用；“最快速度跟蹤技術”于90中期開始應用；“方向感應技術”也于98年開始普及；至于最新的“同車道測量技術”也于近年被國外的公安交通部門大批采購。而我們國內則基本局限于一般性的測量且測量結果較粗糙，在先進技術的使用方面仍然存在很大差距。我相信，隨著我國交通道路的不斷擴展，超速管理方面的裝備也將會逐漸完善。三 參考文獻

[ 1] 樓宇希著.雷達精度分析.北京: 國防工業出版社, 1979 [ 2] 許人燦, 劉朝軍.基于超分辨ISAR 成像的飛機識別[ J].電子技術應用, 2005, 6(4): 24-28.

第五篇：雷達原理論文

雷達原理論文

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2014年3月

雷達的隱身與反隱身技術

在現代戰爭中，隱身和反隱身技術具有重要作用和戰略意義, 上個世紀的局部戰爭已充分證實了這一點，如美國的F-117飛機在1989年入侵巴拿馬和1991年轟炸伊拉克的戰爭中大顯神威, 這就是隱身技術應用的成功實例。隱身技術的迅速發展對戰略和戰術防御系統提出了嚴峻挑戰,迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術。

隱身與反隱身技術越來越受到人們的重視。目前應用于武器系統中的探測手段有雷達、紅外、激光和聲波等,而雷達在各種探測器中占有相當重要的地位,因此研究雷達的隱身和反隱身技術勢在必行。

雷達基本原理

雷達發射機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程中遇到目標會產生反射，雷達就是利用目標對電磁波的反射、應答等來發現目標的。但雷達的探測距離有一定范圍,雷達探測的基本原理和系統特征可以用雷達方程來描述:

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

式中：Pt為雷達發射功率，Smin 為雷達最小可檢測信號，Gt為發射天線的增益，Gr為接收天線的增益，?為雷達工作波長，?為目標的雷達散射截面積（RCS）。

雷達截面積是目標對入射雷達波呈現的有效散射面積。從公式中可以看出雷

1達最大作用距離Rmax與目標的雷達截面積?的 次方成正比。因此,要減小雷達

4的最大作用距離可以通過減小目標的RCS 來實現。目前用來減小目標RCS的主要途徑有兩種：一是改變飛機的外形和結構，稱之為外形隱身；二是采用吸收雷達波的涂敷材料和結構材料，稱之為材料隱身。

雷達隱身技術

雷達隱形技術是一種不讓雷達觀測到的技術和方法，用于對付雷達偵察。這是一種最早出現、最常用的隱形技術，廣泛應用于各種隱形武器上2

1)雷達隱形技術原理

雷達隱形技術原理是通過降低己方目標的雷達散射截面RCS,達到隱形目的.所謂目標的雷達散射截面RCS，就是定量表征目標散射強弱的物理量.目標的雷達散射截面RCS,越小，雷達接收能量越小，因而使敵方偵察雷達難于對己方目標作出正確的判斷,從而達到隱形目的。(2)減少雷達散射截面的途徑

一是采用材料隱形技術，即采用吸波材料或透波材料，使目標不反射或少反射雷達波，以降低目標的雷達散射截面RCS。雷達吸波材料是抑制目標鏡面反射最有效的方法，早在二戰后期，德國潛艇的潛望鏡上就涂敷了吸波材料。這就是雷達隱形的初次嘗試。現在吸波材料技術種類很多，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來制成，它們具有吸波雷達波的特性。吸波材料按其使用方法可分為涂料型和結構型。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，即對己方的武器裝備采用特殊的形狀，以降低目標的雷達散射截面RCS。外形隱形技術歷史不長，發展很快，應用十分廣泛。目前已成為隱形技術中最重要和最有效的技術途徑。所謂外形隱形技術，就是合理地設計武器裝備的外形，以降低目標的雷達散射截面RCS；同時使目標的回波偏離偵察雷達的視向。

對飛行器而言，最重要的威脅方向通常是在鼻錐方向某一角度范圍內，因此多以減小飛行器頭部方向RCS為重點。由于外形技術與飛行器的氣動性能直接相關，有時會影響其飛行速度和機動性等，因此二者必須進行折中處理。例如：隱形飛機F117A就是采用以外形技術為主、吸波材料為輔的隱形方案。其形狀是一個前后緣不平行的復雜多面體，飛機大部分表面都后傾，與垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角機翼和V形雙垂尾。這種奇特外形使F117A在飛行過程中，雷達上下散射，產生時隱時現的微弱回波，雷達很難探測到這些信號，這就大大降低了F117A的雷達散射截面RCS，提高了其隱形效果。

雷達反隱身技術

反隱身技術是研究如何使隱身措施的效果降低甚至失效的技術。雷達隱身是主要發展和使用的隱身技術，因此反雷達隱身也是當前重點發展的反隱身技術。

電磁隱形的核心問題在于降低RCS。因為RCS越小,雷達就越難對目標做出正確判斷。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計這兩大方向。因此 ,雷達反隱身技術的研究也不外乎圍繞這兩大方向來開展。

1.采用長波或毫米波雷達

長波雷達可以對付隱身飛機的外形調整設計及現用的RAM(雷達吸波材料),使得隱身飛機外形設計與RAM涂層厚度有難以實現的過高要求。目前發展很快的長波雷達是OTH(超視距)雷達,其工作波長達10m～60m(頻率為 5MHz～28MHz),完全在正常雷達工作波段范圍之外。這種雷達靠諧振效應探測大多數目標,幾乎不受現有RAM的影響。毫米波雷達是反隱身技術的有效途徑。由于頻率為30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隱身技術所能對抗的波段之外,同時毫米波雷達具有天線波束窄、分辨率高、頻帶寬、抗干擾力強并對目標細節反應敏感等特點,使得目標外形圖像可在雷達熒屏上直接顯示出來,因而具有反隱身能力。目前對長波或毫米波雷達主要研究解決如下問題: VHF雷達(頻率160MHz～180MHz、波長1.65m～1.90m)在探測低飛目標或對付人工干擾時存在嚴重問題；OTH雷達提供的跟蹤和定位數據不夠精確;毫米波雷達(頻率約為 94 GHz)探測概率不高。

2.采用雙/多基地雷達

雙 /多基地雷達系統是將發射機和接收機分臵在2個或2個以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛星等多種平臺。利用遠離發射機的接收機接收隱身飛機偏轉的雷達波,從側面探測隱身目標,并因無源而不會受到反輻射導彈的威脅。目前正在研究解決的主要問題是,不論是雙站還是多站雷達,接收機都必須在發射波束的作用范圍之內并與發射機精確同步。解決這個問題的一個辦法是,采用廣角天線并利用GPS。

3.采用無載頻超寬波段雷達

無載頻超寬波段雷達被稱為“反隱身雷達”,無載頻脈沖可覆蓋 L、S、C等波段。產生這種脈沖的小型低功率雷達已廣泛用于民用。目前,正是積極探索適用于防空的無載頻超寬波段雷達,以及研究解決提高無載頻超寬波段雷達平均功率和在沒有載頻引導下保證寬波段接收機能區分出噪聲與目標回波的問題。

4.采用激光雷達和紅外探測系統

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

5.發展空基或天基平臺雷達

隱身飛行器的隱身重點一般放在鼻錐方向±45°角范圍內。因此,將探測系統安裝在空中或衛星上進行俯視 ,可提高探測雷達截面較小目標的概率。美空軍的 E-3A預警機和海軍正在研制的“鉆石眼”預警機以及高空預警氣球,都能有效地探測隱身目標。美國還正在研制預警飛艇、預警直升機、預警衛星等。此外 ,俄羅斯、英國、印度等國都很重視發展預警機的工作。

中國在雷達反隱身技術上也取得了一定的突破。

中國曾展出過一款“諧振雷達”，據稱，該雷達是一種新概念雷達，利用電磁諧振現象使目標回波信號增強10-100倍，可連續觀察和跟蹤飛機、隱身飛機、衛星、導彈等多種飛行目標和水面目標，有目標識別能力。成為入侵目標的克星，可以提供距離量程為600-2000公里的多種規格。

隱身技術與反隱身技術之間的競爭，最終將會使得兩種技術相互促進，共同發展。任何一方的技術突破帶來的失衡必然會導致另一方技術的奮起直追。技術上的領先和創新將是未來戰爭中出奇制勝的法寶。