雷达测速测距原理分析

第一篇：雷达测速测距原理分析

雷达测速测距原理分析

一、FMCW模式下测速测距

1、FMCW模式下传输波特征

调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列线性调频连续波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。

2、FMCW模式下基本工作原理

一般调制信号为三角波信号，发射信号与接收信号的频率变化如图所示。

反射波与发射波的形状相同。只是在时间上有一个延迟，t与目标距离R的关系为：

Δt=2R/c

公式1 其中

Δt：发射波与反射波的时间延迟

R：目标距离

108m/s c：光速c=3×发射信号与反射信号的频率差为混频输出中频信号频率f如图所示：

根据三角关系，得：

ΔtT2=

ΔfB公式2 其中：

Δf：发射信号与反射信号的频率差为|f1-f0| T：调制信号周期——1.5ms B：调制带宽——700MHz 由以上公式1和公式2得出目标距离R为：

R=cTΔf 4B公式3

3、FMCW模式下测距原理

由公式3可以得出，目标距离R与雷达前端输出的中频频率f成正比

4、FMCW模式下测速原理

当目标与雷达并不是相对静止时，也就是有相对运动时，反射信号中包含一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd，如图所示：

此时发射信号与接收信号的频率差如图所示：

在三角波的上升沿和下降沿分别可得到一个差频，用公式表示为：

f+=f-fd

公式4

f-=f+fd

公式5 其中

f为目标相对静止时的中频频率

f+代表前半周期正向调频的差频

f-代表后半周期负向调频所得的差频

fd为针对有相对运动的目标的多普勒频移

根据多普勒效应得：

fd=2f0 c公式6 其中：

为目标和雷达的径向速度

f0为发射波的中心频率

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的符号与相对运动方向有关系，当目标物相对雷达靠近时v为正值。当目标相对雷达离开时v为负值。

由公式3和公式7进一步得出：

cTf++f-R=×4B2

公式9

二、CW模式测速原理：

1、CW模式下传输波特征

普通连续波

2、CW模式下测速物理理论

当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射频率，反之，当目标远离天线时，反射信号频率将低于发射频率。如此可由频率改变数值计算出目标与雷达的相对速度

3、CW模式下测速公式

fd=2

公式10 则速度公式为：

fd=2

公式11 其中：

表示传输波的波长

表示目标物与雷达之间的相对速度

由公式11公式12得：=cf0

=c2f×f0d

公式12

公式13



第二篇：雷达工作原理与激光测速原理的区别

雷达工作原理与激光测速原理的区别

一、雷达工作原理

首先，必须先了解雷达的基本原理，因为雷达仍是目前用来监测移动物体最普遍的方法。雷达英文为RADAR，是Radio Detection And Ranging的缩写。所有利用雷达波来监测移动物体速度的原理，其理论基础皆源自于多普勒效应，其应该也是一般常见的多普勒雷达Doppler Radar，此原理是在19世纪一位奥地利物理学家所发现的物理现象，后来世人为了纪念他的贡献，就以他的名字来为该原理命名。多普勒的理论基础为时间。雷达波是由频率及振幅所构成，而无线电波是随着波而前进的。当无线电波在行进的过程中，碰到物体时，该无线电波会被反弹，而且其反弹回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的，那么所反弹回来的无线电波其频率是不会改变的。然而，若物体是朝着无线电线发射的方向前进时，此时所反弹回来的无线电波会被压缩，因此该电波的频率会随之增加；反之，若物体是朝着远离无线电波方向行进时，则反弹回来的无线电波，其频率则会随之减小。

速度监测装置所应用的原理，就是可以监测到发射出现的无线电波，及反弹回来的无线电波其间的频率变化。由这两个不同频率的差值，便可以有特定的比例关系，而计算是该雷达波所碰撞到物体的速度。当然，此种速度监测装置可以将所监测到的速度，转换为公里/小时或是英哩/小时。也许大家还是无法体会什么是多普勒效应，但每个人在日常生活中应该都有听过多普勒效应。例如：当火车鸣笛或救护车的警报声一直朝着你接近时，会发现声音会一直在变化，这就是所谓的多普勒效应，此例子是生活中最常见的例子，因为当声波一直朝着你接近时，该声波的频率会一直增加，所以听到的声音才会一直变。这跟测速雷达所用到的原理是一样的，只不过测速雷达所使用的不是声波，而是无线电波。

由于警方的测速雷达总是监测到一个较强的反射电波后，才决定该移动物体的速度；而通常体积较大的物体其反弹的电波也较强；另外，离发射电波较近的物体，其所反弹的电波也会较强。根据这个原理，若有两辆大小相同的车辆，同样都是超速时，测速雷达只会监测到开在较前面车辆的速度；若有一辆未超速的大卡车开在前方，而另一辆已超速的小客车开在后方时，测速雷达是无法监测出该小客车已超速，除非该小客车已经超越了大卡车而继续超速。

这告诉我们，利用雷达波来监测车速时，是无法对队列行驶的车辆中监测的。监测到特定车辆的速度，而只能监测到开在队列车辆最前面，且体积较大的车子的速度。

雷达原理详述

下面的文章，将更详细地探讨雷达测速的各种影响因素：

雷达波覆盖的范围

影响雷达波覆盖范围的因素如下：

雷达的功率

电波接收器的灵敏度

天线的特性

欲监测物体的体积大小

雷达与欲监测物体的距离

欲监测物体与雷达天线的相对位置及角度

车辆类型 可测速范围 无法测速范围

小客车(car)0~200公尺内 200公尺以外 卡车或小货车(truck/van)0~300公尺内 300公尺以外

联结车(HGV)0~400公尺内 400公尺以外

由上图可知大型联结车最容易被监测到速度，只要在400公尺的范围，都可以被监测。

Cosine因子

这里所说的Cosine就是以前所学的数学三角函数，像是sin,cos,tan...，所谓的Cosine因子说明如下：

雷达要正常地发挥测速功能，该雷达必须与被测车辆同一路径

就如同GAS的话，则雷达所监测到的速度将比实际上来的慢。而所减低的速度将正比于偏斜的角度取TO测速照相系统一般，若雷达置放的位置与车辆行经的路径有一个角度，并不平行cosine值，简单地说，就是偏斜的角度越大的话，监测到的速度将比实际速度低的越多。

例如测速雷达置放的位置与车辆路径呈20度的夹角，虽然当时车子实际速度为105公里/小时，但被监测到的时速应为105xcos(20)=98.67公里/小时，本来应是超速的，但在雷达监测上出现误差。

GATSO这类的测速照相系统也会考虑到Cosine，所以会加入一些补偿电路，来修正这样的误差，不过因为每次置放的角度都不同，因此在补偿误差时，必须经过正确的设定才行，该设定值才须经过原厂的调校才能有较精准的表现。因此可以得到一个结论,Cosine因子永远都是偏袒驾驶人的。

测速地点的选择

既然大家已经了解雷达测速的基本原理，其实是藉由车辆所反射回来的电波来计算车速，那么在道路上一些不会动的物体，如路标、路灯等，会不会影响雷达波的反射呢？由于路标、路灯等物体的体积都很小，尚不会对雷达电波产生太多的影响，但如果是一些较大的物体，如建筑物、停在路旁的大卡车，或是高速公路上一些路段的大型路标、广告板等，这些物体就一定会影响到雷达电波的反射，也就是说即使路上没有车辆经过，所使用的测速雷达还是会监测到一些数据，只是这些数据可能速度都是0而已。不过大家也不要以为在路上看到大型路标时就可以尽情超速了，因为一旦车辆位置超过了路标，而离雷达波越近的物体所反射的雷达波会越强，此时还是会被监测到超速的。

然而，理想的测速照相地点，应该位在空旷无阻碍且没有大型反射物的道路上；在开始测速之前，选择地点是相当重要的；操作员在开始前，必须在车流前，选择视线良好的位置，该视线上不能有如大型路标、金属栅栏、防撞护栏等物体。

确认超速的步骤

使用手持雷达来测速时，刚开始并未开机，先采取目测的方式，等到发现有车辆疑似超速时，再开机以手持雷达来验证是否真的超速。

使用手册中指出在测速雷达的监测范围中，必须只有一辆车子才能立刻监测速度。换句话说，若您的车子正处于车辆的队列中，是无法确定所监测到的车速是哪一辆车。此时必须先追踪某辆车最少3秒的时间，等到雷达出现已锁定的讯息时，才可以开始监测车速。

因此要得到车辆的超速需要花费3秒钟的时间，而且在测速时也会将误差考虑进去，例如，在雷达监测速度时，雷达屏幕上显示的速度为102-101-102-103-101，此时就可以确定车速为101到103公里/小时，然而，若在溜达屏幕上显示的数据为102-101-149-103-101，此时就认定这次的测速有相当大的误差而不采用该数据。

辐射危害

因为雷达在测速时会发射出强大的无线电磁波，当雷达测速仪器接近身体在25公分时，雷达天线所发射出来的电磁波辐射将对人体造成某些程度的伤害。

二、激光测速原理

传统的电波式雷达已行之有年，目前较新的技术是利用激光来测速，称之为激光雷达，英文为 LIDAR这是Light Detection and Ranging的缩写。通常这类的激光都是使用红外线，其精确度和可靠度都远超过传统的电波式雷达。以激光为基础的测速系统如LaserCam II就是一例手持的激光测速系统，当然激光测速系统也可以装载于流动式的三脚架上，例意大利制的Autovelox 105/SE就是最佳写照。

激光测速的原理与雷达电波的多普勒原理不同，而是利用激光的飞行时间的计算，也就是当激光发射出去时，先纪录时间，等到激光被物体反射回来时，再纪录一次时间，接着计算时间差，而LIDAR装置以15Hz的频率运作(每秒15次)，而光速是每秒30万公里，这样就可以算出车子的行进速度，举例如下：

当第一次激光发射出去后，经过0.000001333秒后再反射回来，因为距离=速率x时间，所以第一次激光经反弹来回所走的距离为300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺，所以实际与车子的距离应该要除以2，得399/2=199.5公尺。

经过1/15秒后，第二次激光再发出监测距离，经过0.000001325秒后再被车辆反射回来，所以激光来回走的距离为300,000,000 x 0.000001325 = 397.5，除以2得198.75。

也就是说经过1/15秒后，车子前进了199.5-198.75=0.75公尺，又速率=距离/时间，所以可以得到车速为0.75/(1/15)=11.25 m/s，换算成时速公里的话就是11.25x3600=40.5公里/小时。

现在我们已经知道激光测速的基本原理了，因为激光每秒可以发射出15次的激光，每个间隔距离都可以计算一次时速，而激光测速器必须在连续监测到2到3次相似的速度时，才确定此为该车的速度，这也就是为什么使用激光测速装置，只需要0.3秒的时间来锁定车速的原因了。

由于激光功率很强，所以在测速时，被禁止直接以激光束照射在驾驶座上，必须将光束对准车牌，以免伤害驾驶人的视力。而且也不能在车内使用激光测速仪器，因为激光很容易在车内反射，而伤害了车内的人员，即使将车窗放下也不行。因此在FDA（美国食品药品管理局）严格规范之下，激光枪功率降低，致使激光束扩大，反而给了激光警示器，即俗称的激光测速器可趁之机。

激光测速的原理

LIDAR（Light Detection and Ranging－激光监测及归类）以规律地送出infra-red（红外线）激光来测量光束的反回时间，在这些时间中任取两个就可以计算速度。激光测速器所发射的光束非常狭窄，它随着距离的增加，光束由一公分发散成100公分，就因为光束很窄，所以可以从车流中挑出一辆超速的汽车；尤其当监测物距离愈近，监测范围甚至会大于手持式的雷达测速器。通常激光束的散射角度相当小，造成监测上相当不易；警用的激光测速光束必须在300到500公尺以上的距离，才会扩散到1.5公尺以上的范围，距离越远扩散越大，也较容易监测得到，且当在测附近的车子的车牌时，激光会散射到旁边的车辆上，若车上有装专为接收激光所设计的激光警示器，那么便可能接收得到。

雷达波发射后会逐渐扩散，所以驾驶者容易利用雷达警示器监测到。相对来说，激光测速系统发射的激光束比较窄，扩散范围比雷达系统小，所以一般不会被警示器监测到。还因为激光束比较窄，可以实现对车流里边的单一车辆做监测。

Cosine因子同样也会发生在激光测速装置上，不过有一点要注意的是，有时会在桥上使用手持激光枪来测速，如此一来便可以在道路中央正上方的位置进行测速，这样便可以减少Cosine的影响，此时只要注意桥的高度，必须与车辆的距离保持10倍以上的比例，便可以正常工作，如桥距离路面的高度为10公尺，则被测车辆必须在100公尺以外的距离所测得的速度才正确。

激光测速系统的优点

如果激光系统一直开机，那么激光束就会一直打出去，驾驶人车上若有激光警示器，则较有机会测得警方的激光束。然而事实上却不然，因为通常是先用肉眼或望远镜眺望远方是否有车可能会超速（通常以车阵中跑第一的那辆为目标），然后再举起激光枪瞄准该车辆进行测速。因此，激光枪的开机时间只在瞄准车辆的那一瞬间，也就是说，激光束并不会一直呈现发射状态，让驾驶人有许多机会能够测得到。像雷达测速仪器，如三脚架、警车、部份固定杆等，持续开机进行测速的时间较久，只要呈现开机状态，雷达波便会一直发散出来，驾驶人车上若有雷达警示器，就可以接收到该雷达波而产生警示声。

综上所述，在两种测速方式的对比中，激光系统有比较明显的优点。该系统的技术领先，测速的准确率高，可以有效的防止测速警示器的应用。所以，激光测速系统是现在测速技术发展的潮流和方向

第三篇：汽车测距测速及倒车提示产品功能及原理说明

《汽车测速及倒车提示》产品介绍及电路原理

一、微动按钮功能

K5，复位键：按一下，电路复位，电路处于待机状态。K4，正转键：按一下，电机DJ1正转。

K3，加速键：正转时，按一下。电机DJ1加速。K2，减速键：正转时，按一下，电机DJ1减速。Kl，倒车键：按一下，电机DJ1反转。

二、产品功能介绍

1．电路正确连接后，接通电源，按一下微动按钮K5，数码显示管DS1显示0000。2．按一下微动按钮K4，电机DJ1转动并带动转盘(遮断器)转动，数码显示管DS1显示数字，再按一下K4，电机DJl停转，电路复位。

3．在按一下微动按钮K4，按一下微动按钮K3，电机DJ1转动加快并带动转盘(遮断器)转动，数码显示管DS1显示数字，此时显示的数字增大。可按微动按钮K3三次（三档），第四次按动K3时，电机DJ1停转，电路复位。4．在按一下微动按钮K4后，按一下微动按钮K2，电机DJ1转速减慢并带动转盘(遮断器)转动减慢，数码显示管DS1显示数字减少。再按一下微动按钮K2，电机DJ1停转，电路复位。5．按一下微动按钮Kl，电机DJ1倒转并带动转盘(遮断器)转动，此时为汽车倒车。用障碍物放在离开超声接收器LS1和超声发生器LS2一定距离的位置上，数码显示管DS1显示数字，此时显示的数字为障碍物与LS1和LS2的距离(相当于汽车与障碍物的距离，单位为厘米)，如果障碍物距离变动，数码显示管DS1，显示数字也随之变化。当距离等于20厘米时，电机DJ1，自动停转。或在大于20厘米时再按一下微动按钮K1，电机DJ1停转，电路复位。

三、电路原理

该产品是由下面几部分电路组成：超声波发射电路、超声波接收电路、提示音发生器、直流电机控制电路、转速检测电路、单片机电路、显示电路和电源电路。1．倒车电路原理

倒车电路包括超声波发射电路、超声波接收电路、提示音发生器、单片机电路、显示电路和电源电路。

按下微动按钮K1，由单片机U2的“8”脚输出一串低电平信号，该信号送到光电耦合器U6的输入端，改变光电耦合器U6的输出电阻，使原来由Q9、Q13、Q15、Q16组成的直流电机DJ1桥式驱动电路在直流电机DJ1两端产生电位差，电机DJ1被驱动为反转。也即汽车在倒车。

在按下微动按钮Kl时，由单片机U2产生40kHz的方波信号从U2的“14”脚送出，经开关Sl、到U1的“3”脚后在U1内进行推挽放大，由LS1超声波发生器产生40kHz的超声波发射出去。经障碍物反射后的超声波，由LS2超声波接收器接收，送入集成块U3的“1”脚，该信号为正弦波信号。由于倒车的距离不断变化，所以U3内部设置了自动增益控制AGC，以保持信号不会因倒车距离变化而出现强弱变化，正弦波信号在U3内部进行整形后，由U3的“7”脚输出，经延时(信号由发射→障碍物→接收的时间)后的信号，经电阻R5和开关S2送回单片机U2的“12”脚，由单片机U2内部与原送出的信号进行比较计算，并把计算的结果送到显示电路显示出汽车在倒车时与障碍物之间的距离。当倒车与障碍物的距离等于20厘米时，单片机U2发出指令，让汽车停止倒车，电路复位。

由于电路采用节电措施，只有在倒车时，由单片机U2的“6”脚输出一信号，经R17给复合管Q1和Q2提供导通信号，使继电器JKl吸合，才给超声波接收电路、提示音发生器提供VCC电源。所以在倒车开始，提示音发生器的集成块U4与外围元器件组成的振荡电路起振，产生信号供三极管Q7放大，由蜂鸣器LS3发出提示音，提醒驾车人士。调节可调电阻RP2可改变提示音的声音大小。2．测速(前进)电路原理

测速电路包括直流电机控制电路、转速检测电路、单片机、显示电路和电源电路。

按下微动开关K4，由单机U2的“5”脚输出一信号，经R60使三极管Q18导通，使继电器．JK2吸合，电源+12V经继电器．JK2触点作VDD输出，同时给直流电机控制电路提供VDD和VCC电源；单片机U2的“7”脚输出一串矩形波信号，该信号送到光电耦合器U5的输入端，改变光电耦合器U5的输出电阻，使原来由Q9、Q13、Q15、Q16组成的直流电机DJ1桥式驱动电路在直流电机DJ1两端产生电位差，电机DJ1被驱动为正转。电机DJ1带动安装在电机上的转盘转动，由于转盘装在光电开关器U7槽中，且转盘中带有孔，转盘在转动过程中，U7一端发出的光线穿过孔，光线间歇通过并送到U7的另一端，使光电开关器U7输出一串脉冲并送回单片机U2的“13”脚，由单片机U2进行计数，并由数码显示管DS1直接显示数字为电机DJ1的转速。

如果此时按一下微动开关K3改变了由U2“7”脚输出矩形波信号的脉冲宽度，也改变了光电耦合器U5的输出电阻，使电机DJ1两端的电位差更大，电机DJ1转速加快，数码显示管DS1显示的数字增大。如果再按一下K3，根据以上所说原理，电机DJ1转速更快，数码显示管DS1显示的数字更大。

如果按一下微动开关K2，改变了由U2的“7”脚输出的一串矩形波信号的脉冲宽度，也改变了光电耦合器U5的输出电阻，但使电机DJ1两端的电位差变小，电机DJ1转速减慢，数码显示管DS1显示的数字减小。

按K4、K3、K2何一个微动开关，由单片机U2发出指令，使电机DJ1停转，电路复位。

3．单片机电路、显示电路与电源电路原理

单片机电路是由芯片U2为核心及相关元器件组成，构成了《汽车测速及倒车提示》电路的中央控制电路，根据电路功能需要，赋予芯片U2相应程序。显示电路由单片机U2、数码显示管DS1及外围相关元器件组成，对微动按钮K1～K5的按动发出相应的指令，通过相关程序，让各电路按程序进行工作。另外也把相关指令送达数码显示管DS1，让数码显示管DS1显示数字。

外接+12V电源，经过U8后，输出+5V的VCC电源提供给单片机，U2获得+5V后待命所需电源。只有在进行倒车或测速(前进)时，通过单片机U2的“5”脚输出一信号，经R60使三极管Q18导通，使继电器JK2吸合，发光二极管LED2点亮，电源+12V经继电器JK2触点做VDD输出，给直流电机控制电路提VDD电源。而且只有在倒车时，由单片机U2的“6”脚输出一信号，经R17给复合管Q1和Q2提供导通信号，使继电器JKl吸合，才给超声波接收电路、提示音发生器提供VCC电源，发光二极管LED1点亮。

第四篇：雷达测速原理及其实际应用的研究

工程设计作业

关于雷达测速原理及其实际应用的研究

班级：020831 学号：02083050 姓名：陈彦武

关于雷达测速原理及其实际应用的研究

一

雷达测速原理:

雷达英文为RADAR, 是 Radio Detection And Ranging 的缩写.为目前侦测移动物体最普遍的方法.雷达测速的基本原理是应用„都卜勒 Doppler 效应‟, 利用持续不断发射出电波的装置，对着物体发射出电波, 当无线电波在行进的过程中, 碰到物体时被反射, 而且其反弹回来的电波波长会随着所碰到的物体的移动状态而改变.经由计算之后, 便可得知该物体与雷达之间相对移动速度.若无线电波所碰到的物体是固定不动的, 那么所反弹回来的无线电波其波长是不会改变的.但若物体是朝着无线电线发射的方向前进时, 此时所反弹回来的无线电波其波长会发生变化, 借于反弹回来的无浅电波波长所产生的变化, 便可以依特定比例关系经由计算之后, 便可得知该移动物体与雷达之间物体的相对移动速度.(PS: 此原理初级物理学当中有公式可以计算)1 雷达测速仪

雷达测速的原理是应用多普勒效应, 因此, 具有以下特点:

(1)雷达波束比激光光束的照射面大, 因此雷达测速易于捕捉目标, 无须精确瞄准。

(2)雷达测速设备可安装在巡逻车上, 能够在运动中实现车速检测, 是“移动电子警察”非常重要的组成部分。

(3)雷达固定测速误差为±1km/h, 运动时测速误差为±2km/h, 完全可以满足对交通违章查处的要求。

(4)雷达发射的电磁波波束有一定的张角, 因此有效测速距离相对于激光测速较近, 最远测速距离为800m(针对大车)。

(5)雷达测速仪技术成熟, 价格适中。

(6)雷达测速仪发射波束的张角是一个很重要的技术指标。张角越大, 测速准确率越易受影响;反之, 则影响较小。

雷达测速仪以其价格便宜、测速准确、使用方便和在运动中能够实现检测车速, 被公安交管部门作为判断是否超速并进行处罚的首选工具。

毫米波测速雷达系统原理图 雷射测速与雷达测速区别

雷达为利用无线电回波以探测目标方向和距离的一种装置。雷达为英文Radar一字之译音，该字系由Radio Detection And Ranging一语中诸字前缀缩写而成，为无线电探向与测距之意。全世界开始熟悉雷达是在1940年的不列颠空战中，七百架载有雷达的英国战斗机，击败两千架来袭的德国轰炸机，因而改写了历史。二次大战后，雷达开始有许多和平用途。在天气预测方面，它能用来侦测暴风雨；在飞机轮船航行安全方面，它可帮助领港人员及机场航管人员更有效地完成他们的任务。

雷达工作原理与声波之反射情形极类似，差别只在于其所使用之波为一频率极高之无线电波，而非声波。雷达之发射机相当于喊叫声之声带，发出类似喊叫声之电脉冲（Pulse），雷达之指向天线犹如喊话筒，使电脉冲之能量，能集中某一方向发射。接收机之作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲之回波。

测速雷达主要系利用都卜勒效应（Doppler Effect）原理：当目标向雷达天线*近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。

雷射的英文为Laser，这个字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一个字母缩写而成，意思是指，经由激发放射来达到光的放大作用。雷射所激发出来的光，其光子大小与运动方向皆相同，因此每个波束的频率都相等，再加上它们一束束紧密地排列着，彼此间分毫不差地互相平行，使整个光束发射至极远处也不会散开来。在一九六二年的实验中发现，从地球发射的雷射光在经过近四十万公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片约三公里直径大小的圆而已！此特性使得雷射在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工与医学（眼科、牙科、肿瘤）之应用更为广泛。

测速雷射种类于固态雷射中的半导体雷射。雷射测速设备采用红外线半导体雷射二极管。雷射二极管有几个特点使它极适合用来量测速度：

1.雷射二极管自微小范围中发射出极窄的光束，此一狭窄光束才能精确地瞄准目标。

2.雷射二极管以小于十亿分之一秒的瞬间切换开关，大大提高精确度。

3.雷射二极管发射率很窄，其侦测器极易接收到精确的波长；因此在日间有强烈阳光时，仍能正常操作。

4.雷射二极管只发射电磁光谱中的红外线部分；而红外线系眼睛看不见的，不会影响驾驶人的注意力。

雷射测速枪以量测红外线光波传送时间来决定速度。由于光速是固定，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离；将此二距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。理论上，发射两次脉冲即可量测速度；实务上，为避免错误，一般雷射测速器（枪）在瞬间发射高达七组的脉冲波，自以最小平方法求其平均值，去计算目标速度。

雷射测速原理:

目前较先进的测速系统乃是利用雷射来测速, 英文为 LIDAR 是 Light Infrared Detection And Ranging 的缩写.通常这类的雷射光都是使用一级不可见光的红外线, 其精确度及可*度都远超过传统的电波式雷达.雷射测速的原理与雷达电波的„都卜勒原理‟不同, 而是利用雷射光的多次碰撞移动物体以后计算移动物体于特定时间内移动的距离, 利用时间差与物体移动的距离即可计算物体与测速系统的相对移动速度.3 举例来说 :

LIDAR 装置以 15Hz 的频率运作(每秒15次), 而光速是 30万/sec, 当第一次雷射光束发射出去后, 经过 0.000001333 sec 后再反射回来, 所以第一次雷射光经反弹来回所走的距离为 300,000,000(m/s)x 0.000001333(s)= 399(m)公尺, 雷射系统与车辆的距离必须除以 2, 相对距离为 399/2 = 199.5 m.经过 1/15 秒后，第二次雷射光束再对移动当中的车辆测量相对距离, 经过 0.000001325 sec 后再被车辆反射回来, 利用上述方法计算, 此时雷射系统与车辆距离为 198.75。利用两次特定时间内(1/15 sec), 车辆瞬间移动 199.5-198.75=0.75m 换算, 所以车辆速度为 40.5Km/h.而雷射测速系统必须在连续侦测到2到3次相似的速度时, 才确定此为该车的速度, 这也就是为什么使用雷射测速装置, 只需要0.3秒的时间来锁定您的车速的原因了.二

测速雷达应用技术

多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。

脉冲多普勒雷达是利用多普勒效应制成的雷达。1842年，奥地利物理学家C·多普勒发现波源和观测者的相对运动会使观测到的频率发生变化，这种现象被称为多普勒效应。脉冲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。所以脉冲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。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。此外，这种雷达还用于气象观测，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。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。

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。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。

利用多普勒频率变化技术来测量移动车辆的速度。这项技术是基于多普勒原理建立起来的，即雷达把微波发射到一个移动的物体上时，将会反射回一个与目标速度成比例的雷达信号，内部的线圈将该信号进行处理后得到一个频率的变化，通过DSP（数字信号处理）技术处理后便得到目标速度。不论驶近的车辆还是远离的车辆都会产生频率变化，因此，任何方向的车辆都会被测量到速度。

测速雷达系列产品在世界发达国家的应用状况：世界发达国家的 测速装备比较完善。针对不同的地区、地势及环境，他们都配有相应的测速产品。无论固定测量还是移动测量、手动测量还是自动测量，都有一定的普及度。例如在高速公路上，既有固定地点进行速度监测，也有许多巡逻车穿梭于公路间进行移动测量。再如在学校附近的路段，大多数都安装了速度显示牌，时时对过往车辆进行监测并对其提醒，从而保证学生的安全。3

测量应用中的先进技术：

最快速度跟踪技术

当雷达正在测量一辆目标车速度时，有一辆更快的车驶来，最快速度跟踪技术的出现不但让操作者可以继续对目标车进行跟踪测量，同时雷达还将显示更快车的速度。

数字天线通讯技术

数字天线通讯技术的出现不但提高了雷达抗干扰的能力，同时大大提高了雷达测量的准确性。比如斯德克DSR型雷达，它的每一个天线实际上有两套微波线圈和两套A/D转换线圈。这两个微波线圈成90度方向同时提供多普勒信号。在计算单元内，所有通道的数字化多普勒信息被送到DSP线圈。每个高速的DSP线圈于是便对每一个通道的信息进行综合的“傅立叶快速变换”，以获得每一个目标的方向。

同车道技术

对于测速难题中讲到的同车道测量难点，最新技术的出现已不再需要操作者用眼睛估计和手工输入“较快”和“较慢”目标以便计算目标车读数，雷达能够自动识别巡逻车前的车速快慢并将目标车速度计算出来，这使得同一车道的操作跟相反车道模式操作同样精确和简单。

方向感应技术

先进的方向感应技术允许操作者去选择特定的交通方向进行监控。不论目标车是不是距离的最近车辆，也不论它是同一车道还是相反车道，雷达都可自动对其进行速度测量并显示其相关信息。

这些技术目前的使用情况

目前世界发达国家的测速装备比较先进，象“DSP技术”在90年代初就已经开始用于警用；“最快速度跟踪技术”于90中期开始应用；“方向感应技术”也于98年开始普及；至于最新的“同车道测量技术”也于近年被国外的公安交通部门大批采购。而我们国内则基本局限于一般性的测量且测量结果较粗糙，在先进技术的使用方面仍然存在很大差距。我相信，随着我国交通道路的不断扩展，超速管理方面的装备也将会逐渐完善。三 参考文献

[ 1] 楼宇希著.雷达精度分析.北京: 国防工业出版社, 1979 [ 2] 许人灿, 刘朝军.基于超分辨ISAR 成像的飞机识别[ J].电子技术应用, 2005, 6(4): 24-28.

第五篇：雷达原理论文

雷达原理论文

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2014年3月

雷达的隐身与反隐身技术

在现代战争中，隐身和反隐身技术具有重要作用和战略意义, 上个世纪的局部战争已充分证实了这一点，如美国的F-117飞机在1989年入侵巴拿马和1991年轰炸伊拉克的战争中大显神威, 这就是隐身技术应用的成功实例。隐身技术的迅速发展对战略和战术防御系统提出了严峻挑战,迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身技术。

隐身与反隐身技术越来越受到人们的重视。目前应用于武器系统中的探测手段有雷达、红外、激光和声波等,而雷达在各种探测器中占有相当重要的地位,因此研究雷达的隐身和反隐身技术势在必行。

雷达基本原理

雷达发射机输出的功率馈送到天线，由天线将能量以电磁波的形式辐射到空间，电磁波脉冲在空间传输过程中遇到目标会产生反射，雷达就是利用目标对电磁波的反射、应答等来发现目标的。但雷达的探测距离有一定范围,雷达探测的基本原理和系统特征可以用雷达方程来描述:

Rmax42PGGttr43Smin

式中：Pt为雷达发射功率，Smin 为雷达最小可检测信号，Gt为发射天线的增益，Gr为接收天线的增益，为雷达工作波长，为目标的雷达散射截面积（RCS）。

雷达截面积是目标对入射雷达波呈现的有效散射面积。从公式中可以看出雷

1达最大作用距离Rmax与目标的雷达截面积的 次方成正比。因此,要减小雷达

4的最大作用距离可以通过减小目标的RCS 来实现。目前用来减小目标RCS的主要途径有两种：一是改变飞机的外形和结构，称之为外形隐身；二是采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料，称之为材料隐身。

雷达隐身技术

雷达隐形技术是一种不让雷达观测到的技术和方法，用于对付雷达侦察。这是一种最早出现、最常用的隐形技术，广泛应用于各种隐形武器上²

1)雷达隐形技术原理

雷达隐形技术原理是通过降低己方目标的雷达散射截面RCS,达到隐形目的.所谓目标的雷达散射截面RCS，就是定量表征目标散射强弱的物理量.目标的雷达散射截面RCS,越小，雷达接收能量越小，因而使敌方侦察雷达难于对己方目标作出正确的判断,从而达到隐形目的。(2)减少雷达散射截面的途径

一是采用材料隐形技术，即采用吸波材料或透波材料，使目标不反射或少反射雷达波，以降低目标的雷达散射截面RCS。雷达吸波材料是抑制目标镜面反射最有效的方法，早在二战后期，德国潜艇的潜望镜上就涂敷了吸波材料。这就是雷达隐形的初次尝试。现在吸波材料技术种类很多，一般采用铅铁金属粉、不锈钢纤维、石墨粉、铁氧体等具有特殊电磁性能的物质来制成，它们具有吸波雷达波的特性。吸波材料按其使用方法可分为涂料型和结构型。目前广泛使用的涂料型铁氧体吸波材料可大幅度降低反射回波。

二是采用外形隐形技术，即对己方的武器装备采用特殊的形状，以降低目标的雷达散射截面RCS。外形隐形技术历史不长，发展很快，应用十分广泛。目前已成为隐形技术中最重要和最有效的技术途径。所谓外形隐形技术，就是合理地设计武器装备的外形，以降低目标的雷达散射截面RCS；同时使目标的回波偏离侦察雷达的视向。

对飞行器而言，最重要的威胁方向通常是在鼻锥方向某一角度范围内，因此多以减小飞行器头部方向RCS为重点。由于外形技术与飞行器的气动性能直接相关，有时会影响其飞行速度和机动性等，因此二者必须进行折中处理。例如：隐形飞机F117A就是采用以外形技术为主、吸波材料为辅的隐形方案。其形状是一个前后缘不平行的复杂多面体，飞机大部分表面都后倾，与垂直方向呈大于30°角，并采用大后掠角机翼和V形双垂尾。这种奇特外形使F117A在飞行过程中，雷达上下散射，产生时隐时现的微弱回波，雷达很难探测到这些信号，这就大大降低了F117A的雷达散射截面RCS，提高了其隐形效果。

雷达反隐身技术

反隐身技术是研究如何使隐身措施的效果降低甚至失效的技术。雷达隐身是主要发展和使用的隐身技术，因此反雷达隐身也是当前重点发展的反隐身技术。

电磁隐形的核心问题在于降低RCS。因为RCS越小,雷达就越难对目标做出正确判断。削减 RCS的方法多种多样,但大体上不外乎隐身材料和外形设计这两大方向。因此 ,雷达反隐身技术的研究也不外乎围绕这两大方向来开展。

1.采用长波或毫米波雷达

长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的RAM(雷达吸波材料),使得隐身飞机外形设计与RAM涂层厚度有难以实现的过高要求。目前发展很快的长波雷达是OTH(超视距)雷达,其工作波长达10m～60m(频率为 5MHz～28MHz),完全在正常雷达工作波段范围之外。这种雷达靠谐振效应探测大多数目标,几乎不受现有RAM的影响。毫米波雷达是反隐身技术的有效途径。由于频率为30 GHz, 94 GHz,140GHz的毫米波在目前隐身技术所能对抗的波段之外,同时毫米波雷达具有天线波束窄、分辨率高、频带宽、抗干扰力强并对目标细节反应敏感等特点,使得目标外形图像可在雷达荧屏上直接显示出来,因而具有反隐身能力。目前对长波或毫米波雷达主要研究解决如下问题: VHF雷达(频率160MHz～180MHz、波长1.65m～1.90m)在探测低飞目标或对付人工干扰时存在严重问题；OTH雷达提供的跟踪和定位数据不够精确;毫米波雷达(频率约为 94 GHz)探测概率不高。

2.采用双/多基地雷达

双 /多基地雷达系统是将发射机和接收机分臵在2个或2个以上不同的站址,其中包括地面、空中、海上或卫星等多种平台。利用远离发射机的接收机接收隐身飞机偏转的雷达波,从侧面探测隐身目标,并因无源而不会受到反辐射导弹的威胁。目前正在研究解决的主要问题是,不论是双站还是多站雷达,接收机都必须在发射波束的作用范围之内并与发射机精确同步。解决这个问题的一个办法是,采用广角天线并利用GPS。

3.采用无载频超宽波段雷达

无载频超宽波段雷达被称为“反隐身雷达”,无载频脉冲可覆盖 L、S、C等波段。产生这种脉冲的小型低功率雷达已广泛用于民用。目前,正是积极探索适用于防空的无载频超宽波段雷达,以及研究解决提高无载频超宽波段雷达平均功率和在没有载频引导下保证宽波段接收机能区分出噪声与目标回波的问题。

4.采用激光雷达和红外探测系统

由于隐身飞机主要是针对雷达电磁波隐身,其声、光、红外隐身效果较之雷达隐身相差很大,所以采用光学、红外、紫外探测器 ,可弥补雷达探测的缺陷。英国宇航公司曾将“轻剑” 雷达改装成光电跟踪系统,在6 km的距离上截获和跟踪了 B-2隐形轰炸机。目前正在研究解决的主要问题是 ,提高其作用距离以及在恶劣环境下的使用效能。

5.发展空基或天基平台雷达

隐身飞行器的隐身重点一般放在鼻锥方向±45°角范围内。因此,将探测系统安装在空中或卫星上进行俯视 ,可提高探测雷达截面较小目标的概率。美空军的 E-3A预警机和海军正在研制的“钻石眼”预警机以及高空预警气球,都能有效地探测隐身目标。美国还正在研制预警飞艇、预警直升机、预警卫星等。此外 ,俄罗斯、英国、印度等国都很重视发展预警机的工作。

中国在雷达反隐身技术上也取得了一定的突破。

中国曾展出过一款“谐振雷达”，据称，该雷达是一种新概念雷达，利用电磁谐振现象使目标回波信号增强10-100倍，可连续观察和跟踪飞机、隐身飞机、卫星、导弹等多种飞行目标和水面目标，有目标识别能力。成为入侵目标的克星，可以提供距离量程为600-2000公里的多种规格。

隐身技术与反隐身技术之间的竞争，最终将会使得两种技术相互促进，共同发展。任何一方的技术突破带来的失衡必然会导致另一方技术的奋起直追。技术上的领先和创新将是未来战争中出奇制胜的法宝。