多普勒测速系统

利用多普勒效应测定飞行器径向速度的无线电跟踪测量系统

多普勒测速系统(Doppler velocity-measuring system)是利用多普勒效应测定飞行器径向速度的无线电跟踪测量系统。由地面向飞行器或由飞行器向地面发射固定频率的等幅电磁波，因飞行器与测控站存在相对运动，接收信号的频率与发射信号的频率互不相同。其频率之差就是多普勒频移。多普勒频移正比于测控站－航天器方向上的速度分量，所以测出多普勒频移的大小，就可获得目标对测控站的相对径向速度。

分类

多普勒测速系统有多种形式，按电磁波辐射源位置不同分为单程和双程多普勒测速系统；按信号源发射的频率个数分为单频和双频测速系统。

由飞行器上的信标机（包括带恒温装置的晶体振荡器、倍频器和功率放大器）和地面接收设备（包括接收天线、锁相接收机、多普勒频移提取器和测速终端设备）组成。信标机向地面发射无线电信号，由地面天线接收，直接测量飞行器到测控站间电波单程传播的多普勒频移，从而得到距离变化率，即径向速度数据。为了在飞行器接近和飞离测控站过程中在终端设备不出现多普勒频移的零值和负值现象，往往在实现多普勒频移提取时，人为地加入一个大于最高多普勒频移的偏置频率，最后再从测量结果中减去这个频率，得到真实的测速数据。这种系统的测量精度主要决定于飞行器上信标机的频率稳定度。

通常由地面发射机、地面接收机、发射天线、接收天线和飞行器上应答机组成。它是将发射、接收设备置于同一测点上，发射机经天线向飞行器发送频率高度稳定的信号，同时将这一信号送至地面接收机作为基准信号。这个信号经飞行器应答机转发或飞行器反射返回到观测点。由于航天器与测控站之间存在相对运动，地面接收设备接收到的返回信号的频率就不同于发射信号的频率，将返回信号与基准信号比较即可得出信号往返双程的多普勒频移（对应于飞行器到观测点间距离变化率的两倍），从而获得飞行器的径向速度。这种系统的测速数据不受信号源频率漂移的影响。如果将发射设备和接收设备分置两地，则接收设备所提取的信息是上行信号的多普勒频移与下行信号的多普勒频移之和，对应于上行与下行距离和变化率。如以设置在不同位置上的多站接收设备同时接收飞行器转发或反射的信号，可得到多个距离和变化率。两个距离和变化率相减可得到距离差变化率。这种系统通常采用多站体制。

多使用单程双频测速系统，它的设备组成与单程多普勒测速系统基本相同。航天器上的信标机同时发送两个频率成一定倍数关系的无线电信号，经地面同一接收机接收后，分别提取两个多普勒频移并作相关处理，可以消除电离层对电磁波传播速度的影响，提高测速精度。这种系统还可以在信标信号上调制遥测信号，使用同一条信道完成跟踪和遥测两种功能，特别适用于近地航天器的跟踪测量。

获得信息

多普勒测速系统所获得的是径向速度信息，在获得初始距离的条件下将速度信息积分即可得到距离信息。距离信息的精度主要取决于初始距离的精度。初始距离可由其他精密测距设备提供，如激光测距设备等。80年代已有激光和多普勒测速系统合一的光电多站测量系统。多普勒测速系统可以是独立的测量系统，也可以在连续波多站系统和微波统一系统中作为测速分系统使用。

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