多普勒雷达

高速灵活性能可靠

多普勒雷达，又名脉冲多普勒雷达，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达。1842年,奥地利物理学家J·C·多普勒发现,当波源和观测者有相对运动时,观测者接受到的波的频率和波源发来的频率不同,这种现象被称为多普勒效应。波源和观测者相互接近时,接受到的频率升高; 两者相互离开时,则降低。多普勒雷达就是利用这种多普勒效应制造而成的一种脉冲雷达。脉冲多普勒雷达含有距离波门电路、单边带滤波器、主波束杂波抑制电路和检测滤波器组,能较好地抑制地物干扰。脉冲多普勒雷达可用于机载预警、机载截击、机载导航、低空防御、火控、战场侦察、导弹引导、靶场测量、卫星跟踪和气象探测等方面。

工作原理

多普勒效应

1842年，奥地利物理学家J·C·多普勒发现,当波源和观测者有相对运动时,观测者接受到的波的频率和波源发来的频率不同,这种现象被称为多普勒效应。波源和观测者相互接近时,接受到的频率升高；两者相互离开时,则降低。例如,当波源离开我们而运动,相继的两个波峰之间的间隔,要比它们离开发射源时的间隔增大,因为每一个后续的波峰都要比前一个波峰多走一点路程,才能抵达我们这里。因此,接受频率将低于发射频率,这时我们会觉得,从一个离开我们而运动着的波源发出的波的波长,比这个波源静止时所发射的波长要长一些。同样,从一个向着我们而运动的波源发出的波的波长,比这个波静止时所发射的波长要短一些。火车驶过车站时汽笛音调的变化即为多普勒效应的一个例子。在天文学上,利用天体发出的光谱中谱线的移动,可以推测天体接近或离开观测者的速度: 根据多普勒效应,当天体发出的光谱线向波长较长一端偏移(即红移),表明天体是离开观测者而去; 当天体发出的光谱线向波长较短的一端偏移(即紫移),表明天体是向着观测者而来。

雷达工作原理

多普勒雷达的工作原理可表述如下：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。

发展过程

脉冲多普勒雷达于20世纪60年代研制成功并投入使用。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，脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。例如，机载火控系统用的主要是脉冲多普勒雷达。如美国战机装备的 A P G－68雷达，代表了机载脉冲多普勒火控雷达的先进水平。它有18种工作方式，可对空中、地面和海上目标边搜索边跟踪，抗干扰性能好，当飞机在低空飞行时，还可引导飞机跟踪地形起伏，以避免与地面相撞。这种雷达体积小，重量轻，可靠性高。

此外，这种雷达还用于气象观测。常规天气雷达的信号测量仅限于气象目标的强度。而多普勒天气雷达除具备常规天气雷达的全部功能外，还能同时提供大气风场的信号。通过对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。我国多普勒天气雷达技术开发起步较晚，上个世纪80年代末开始进行多普勒天气雷达的研制和在气象业务上的试用。90年代已生产出714CD、714SD型脉间相干。1997年全国第一部进口的WSR88D新一代多普勒天气雷达在上海落户。99年对WSR-88D进行改造,第一部先进的S波段全相干脉冲多普勒雷CINRAD/CC 3824。CINRAD/CC重大改进是利用物理学上的多普勒效应测定降水粒子的径向运动速度，并通过速度信息推断降水云体的风速分布、风场结构特征、垂直气流速度等。目前已是美国、西欧等发达国家的主导地基气象探测设备。多普勒雷达是目前世界上最先进的雷达系统，有“超级千里眼”之称，最大探测距离半径为460km 。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，其产品信息达72种，天气预报的精确度比以前将会有较大提高。以提高我国突发暴雨、沿海台风和大江大河强降水预警等灾害性天气预报时效和准确为目的的新一代天气雷达网正在建设。截至2010年底，我国已建成126部新一代天气雷达站，占全国拟建158部计划的73%。分S、C两种波段，S波段内有三种不同型号雷达，（CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC）主要分布在长江沿海。C波段型号雷达（CINRAD/CC、CINRAD/CB、CINRAD/CD、CINRAD/CCJ）主要分布在内陆。

结构组成

机载脉冲多普勒雷达主要由天线、发射机、接收机、伺服系统、数字信号处理机、雷达数据处理机和数据总线等组成。机载脉冲多普勒雷达通常采用相干体制，有着极高的载频稳定度和频谱纯度以及极低的天线旁瓣，并采取先进的数字信号处理技术。脉冲多普勒雷达通常采用较高以及多种的重复频率和多种发射信号形式，以在数据处理机中利用代数方法，并可应用滤波理论在数据处理机中对目标坐标数据作进一步滤波或预测。

特点

多普勒雷达与传统雷达的一个区别在于它的发射机一直处于开启状态，这种类型的

雷达称为连续波或CW雷达。发射机之所以必须一直开启，因为它不像传统雷达，需计算发射与接收间的时间，多普勒雷达寻找频率变化。而频率变化不会持续很长时间，因此发射机必须一直处于开启状态。

脉冲多普勒雷达具有下列特点：

①采用可编程序信号处理机，以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性，提高设备的复用性，从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态，使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力；

②采用可编程序栅控行波管，使雷达能工作在不同脉冲重复频率，具有自适应波形的能力，能根据不同的战术状态选用低、中或高三种脉冲重复频率的波形，并可获得各种工作状态的最佳性能；

③采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率，在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘，在空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。

应用

军事应用

多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器等方面。

气象探测

多普勒雷达也用于气象探测等场合。通过对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况，从而得到相关的气象信息。