多普勒雷達(dá)（用于軍事、氣象探測(cè)的雷達(dá)）
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多普勒雷達(dá)是一種利用多普勒效應(yīng)來(lái)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的雷達(dá)。它通常被用于軍事、氣象探測(cè)等領(lǐng)域。在軍事方面，多普勒雷達(dá)可以用于探測(cè)敵方導(dǎo)彈、飛機(jī)、船舶等目標(biāo)，并引導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊。在氣象方面，多普勒雷達(dá)可以用于探測(cè)風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害，以及研究大氣物理學(xué)、氣象學(xué)等領(lǐng)域。 多普勒雷達(dá)的工作原理是基于多普勒效應(yīng)，即當(dāng)一個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，其發(fā)出的波的頻率會(huì)因?yàn)橛^察者的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。多普勒雷達(dá)向周?chē)l(fā)射電磁波，并接收物體反射回來(lái)的信號(hào)。通過(guò)測(cè)量反射信號(hào)的頻率和相位變化，可以計(jì)算出物體的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 多普勒雷達(dá)有多種應(yīng)用，其中一些包括：軍事目標(biāo)探測(cè)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)著陸系統(tǒng)、氣象探測(cè)、地震探測(cè)、交通控制等。多普勒雷達(dá)
用于軍事、氣象探測(cè)的雷達(dá)
多普勒雷達(dá)，又名脈沖多普勒雷達(dá)，是一種利用多普勒效應(yīng)來(lái)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的雷達(dá)。
基本信息
外文名
Doppler radar
別稱(chēng)
脈沖多普勒雷達(dá)
反比
與振動(dòng)的頻率成反比
應(yīng)用
軍事、氣象探測(cè)等
功能
定位，測(cè)速，測(cè)距
原理
利用多普勒效應(yīng)制成
工作原理
多普勒效應(yīng)
1842年，奧地利物理學(xué)家J·C·多普勒發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波源和觀測(cè)者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接受到的波的頻率和波源發(fā)來(lái)的頻率不同，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。波源和觀測(cè)者相互接近時(shí)，接受到的頻率升高；兩者相互離開(kāi)時(shí)，則降低。例如，當(dāng)波源離開(kāi)我們而運(yùn)動(dòng)，相繼的兩個(gè)波峰之間的間隔，要比它們離開(kāi)發(fā)射源時(shí)的間隔增大，因?yàn)槊恳粋€(gè)后續(xù)的波峰都要比前一個(gè)波峰多走一點(diǎn)路程，才能抵達(dá)我們這里。因此，接受頻率將低于發(fā)射頻率，這時(shí)我們會(huì)覺(jué)得，從一個(gè)離開(kāi)我們而運(yùn)動(dòng)著的波源發(fā)出的波的波長(zhǎng)，比這個(gè)波源靜止時(shí)所發(fā)射的波長(zhǎng)要長(zhǎng)一些。同樣，從一個(gè)向著我們而運(yùn)動(dòng)的波源發(fā)出的波的波長(zhǎng)，比這個(gè)波靜止時(shí)所發(fā)射的波長(zhǎng)要短一些。火車(chē)駛過(guò)車(chē)站時(shí)汽笛音調(diào)的變化即為多普勒效應(yīng)的一個(gè)例子。在天文學(xué)上，利用天體發(fā)出的光譜中譜線(xiàn)的移動(dòng)，可以推測(cè)天體接近或離開(kāi)觀測(cè)者的速度: 根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)天體發(fā)出的光譜線(xiàn)向波長(zhǎng)較長(zhǎng)一端偏移(即紅移),表明天體是離開(kāi)觀測(cè)者而去; 當(dāng)天體發(fā)出的光譜線(xiàn)向波長(zhǎng)較短的一端偏移(即紫移),表明天體是向著觀測(cè)者而來(lái)。
雷達(dá)工作原理
多普勒雷達(dá)的工作原理可表述如下：當(dāng)雷達(dá)發(fā)射一固定頻率的脈沖波對(duì)空掃描時(shí)，如遇到活動(dòng)目標(biāo)，回波的頻率與發(fā)射波的頻率出現(xiàn)頻率差，稱(chēng)為多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測(cè)出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過(guò)濾方法檢測(cè)目標(biāo)的多普勒頻率譜線(xiàn)，濾除干擾雜波的譜線(xiàn)，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號(hào)。所以多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強(qiáng)，能探測(cè)出隱蔽在背景中的活動(dòng)目標(biāo)。
發(fā)展過(guò)程
脈沖多普勒雷達(dá)于20世紀(jì)60年代研制成功并投入使用。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，脈沖多普勒雷達(dá)廣泛用于機(jī)載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、靶場(chǎng)測(cè)量、武器火控和氣象探測(cè)等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達(dá)的預(yù)警飛機(jī)，已成為對(duì)付低空轟炸機(jī)和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。例如，機(jī)載火控系統(tǒng)用的主要是脈沖多普勒雷達(dá)。如美國(guó)戰(zhàn)機(jī)裝備的 A P G－68雷達(dá)，代表了機(jī)載脈沖多普勒火控雷達(dá)的先進(jìn)水平。它有18種工作方式，可對(duì)空中、地面和海上目標(biāo)邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當(dāng)飛機(jī)在低空飛行時(shí)，還可引導(dǎo)飛機(jī)跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達(dá)體積小，重量輕，可靠性高。
此外，這種雷達(dá)還用于氣象觀測(cè)。常規(guī)天氣雷達(dá)的信號(hào)測(cè)量?jī)H限于氣象目標(biāo)的強(qiáng)度。而多普勒天氣雷達(dá)除具備常規(guī)天氣雷達(dá)的全部功能外，還能同時(shí)提供大氣風(fēng)場(chǎng)的信號(hào)。通過(guò)對(duì)氣象回波進(jìn)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(yùn)動(dòng)的分布情況。我國(guó)多普勒天氣雷達(dá)技術(shù)開(kāi)發(fā)起步較晚，上個(gè)世紀(jì)80年代末開(kāi)始進(jìn)行多普勒天氣雷達(dá)的研制和在氣象業(yè)務(wù)上的試用。90年代已生產(chǎn)出714CD、714SD型脈間相干。1997年全國(guó)第一部進(jìn)口的WSR88D新一代多普勒天氣雷達(dá)在上海落戶(hù)。99年對(duì)WSR-88D進(jìn)行改造，第一部先進(jìn)的S波段全相干脈沖多普勒雷CINRAD/CC 3824。CINRAD/CC重大改進(jìn)是利用物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)測(cè)定降水粒子的徑向運(yùn)動(dòng)速度，并通過(guò)速度信息推斷降水云體的風(fēng)速分布、風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。目前已是美國(guó)、西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家的主導(dǎo)地基氣象探測(cè)設(shè)備。多普勒雷達(dá)是目前世界上最先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，有“超級(jí)千里眼”之稱(chēng)，最大探測(cè)距離半徑為460km 。相較于傳統(tǒng)天氣雷達(dá)，多普勒雷達(dá)能夠監(jiān)測(cè)到位于垂直地面8-12公里的高空中的對(duì)流云層的生成和變化，判斷云的移動(dòng)速度，其產(chǎn)品信息達(dá)72種，天氣預(yù)報(bào)的精確度比以前將會(huì)有較大提高。以提高我國(guó)突發(fā)暴雨、沿海臺(tái)風(fēng)和大江大河強(qiáng)降水預(yù)警等災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)時(shí)效和準(zhǔn)確為目的的新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)正在建設(shè)。截至2010年底，我國(guó)已建成126部新一代天氣雷達(dá)站，占全國(guó)擬建158部計(jì)劃的73%。分S、C兩種波段，S波段內(nèi)有三種不同型號(hào)雷達(dá)，（CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC）主要分布在長(zhǎng)江沿海。C波段型號(hào)雷達(dá)（CINRAD/CC、CINRAD/CB、CINRAD/CD、CINRAD/CCJ）主要分布在內(nèi)陸。
結(jié)構(gòu)組成
機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)主要由天線(xiàn)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、伺服系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理機(jī)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機(jī)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)等組成。機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)通常采用相干體制，有著極高的載頻穩(wěn)定度和頻譜純度以及極低的天線(xiàn)旁瓣，并采取先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。脈沖多普勒雷達(dá)通常采用較高以及多種的重復(fù)頻率和多種發(fā)射信號(hào)形式，以在數(shù)據(jù)處理機(jī)中利用代數(shù)方法，并可應(yīng)用濾波理論在數(shù)據(jù)處理機(jī)中對(duì)目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步濾波或預(yù)測(cè)。
特點(diǎn)
多普勒雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)的一個(gè)區(qū)別在于它的發(fā)射機(jī)一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，這種類(lèi)型的
雷達(dá)稱(chēng)為連續(xù)波或CW雷達(dá)。發(fā)射機(jī)之所以必須一直開(kāi)啟，因?yàn)樗幌駛鹘y(tǒng)雷達(dá)，需計(jì)算發(fā)射與接收間的時(shí)間，多普勒雷達(dá)尋找頻率變化。而頻率變化不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因此發(fā)射機(jī)必須一直處于開(kāi)啟狀態(tài)。
脈沖多普勒雷達(dá)具有下列特點(diǎn)：
①采用可編程序信號(hào)處理機(jī)，以增大雷達(dá)信號(hào)的處理容量、速度和靈活性，提高設(shè)備的復(fù)用性，從而使雷達(dá)能在跟蹤的同時(shí)進(jìn)行搜索并能改變或增加雷達(dá)的工作狀態(tài)，使雷達(dá)具有對(duì)付各種干擾的能力和超視距的識(shí)別目標(biāo)的能力；
②采用可編程序柵控行波管，使雷達(dá)能工作在不同脈沖重復(fù)頻率，具有自適應(yīng)波形的能力，能根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)選用低、中或高三種脈沖重復(fù)頻率的波形，并可獲得各種工作狀態(tài)的最佳性能；
③采用多普勒波束銳化技術(shù)獲得高分辨率，在空對(duì)地應(yīng)用中可提供高分辨率的地圖測(cè)繪和高分辨率的局部放大測(cè)繪，在空對(duì)空敵情判斷狀態(tài)可分辨出密集編隊(duì)的群目標(biāo)。
應(yīng)用
軍事應(yīng)用
多普勒雷達(dá)廣泛用于機(jī)載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、靶場(chǎng)測(cè)量、武器等方面。
氣象探測(cè)
多普勒雷達(dá)也用于氣象探測(cè)等場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)氣象回波進(jìn)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(yùn)動(dòng)的分布情況，從而得到相關(guān)的氣象信息。
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