Войти
США Военнослужащий использует радар, приложение доплеровского радара, для обнаружения нарушителей скорости. A Доплеровский радар - специализированный радар, который использует эффект Доплера для получения данных о скорости объектов на расстоянии. Он делает это, отражая микроволновый сигнал от желаемой цели и анализируя, как движение объекта изменило частоту возвращаемого сигнала. Это изменение дает прямые и высокоточные измерения радиальной составляющей скорости цели относительно радара. Доплеровские радары используются в авиации, в зондировании спутников, системе StatCast Высшей лиги бейсбола, метеорологии, радарных пушках, радиология и здравоохранение (обнаружение падений и оценка риска, сестринское дело или клиника) и бистатический радар (ракеты класса земля-воздух ).
Частично из-за того, что этот термин широко используется телевизионными метеорологами в метеорологических сообщениях в эфире, конкретный термин «Доплеровский радар» ошибочно стал синонимом типа радара, используемого в метеорологии. Большинство современных метеорологических радаров используют метод импульсного допплера для изучения движения осадков, но это только часть обработки их данных. Таким образом, хотя в этих радарах используется узкоспециализированная форма доплеровского радара, этот термин гораздо шире по своему значению и возможностям.
Излучаемый сигнал в сторону автомобиля отражается обратно с изменением частоты, которая зависит от скорости от / до радара (160 км / ч). Это только составляющая реальной скорости (170 км / ч). Эффект Доплера (или Доплеровский сдвиг), названный в честь австрийского физика Кристиана Доплера, который предложил его в 1842, является разностью между наблюдаемой частотой и излучаемой частотой волны для наблюдателя, движущегося относительно источника волн. Обычно это слышно, когда автомобиль, включающий сирену, приближается, проезжает и удаляется от наблюдателя. Принимаемая частота выше (по сравнению с излучаемой частотой) во время захода на посадку, она идентична в момент прохождения и ниже во время спада. Это изменение частоты также зависит от направления, в котором источник волны движется по отношению к наблюдателю; он максимален, когда источник движется прямо к наблюдателю или от него, и уменьшается с увеличением угла между направлением движения и направлением волн, пока, когда источник движется под прямым углом к наблюдателю, смещения не происходит.
Представьте себе бейсбольного питчера, бросающего один мяч каждую секунду кэтчеру (частота 1 мяч в секунду). Предполагая, что шары движутся с постоянной скоростью и питчер неподвижен, ловитель ловит один мяч каждую секунду. Однако, если питчер бежит к ловцу, ловец ловит мячи чаще, потому что шары меньше разнесены (частота увеличивается). Обратное верно, если питчер удаляется от ловца. Кэтчер реже ловит мячи из-за обратного движения питчера (частота уменьшается). Если питчер движется под углом, но с той же скоростью, изменение частоты, с которой принимающий улавливает мячи, меньше, поскольку расстояние между ними изменяется медленнее.
С точки зрения питчера частота остается постоянной (независимо от того, бросает ли он мячи или излучает микроволны). Поскольку в электромагнитном излучении, таком как микроволны или звук, частота обратно пропорциональна длине волны, длина волны также изменяется. Таким образом, относительная разница в скорости между источником и наблюдателем - это то, что вызывает эффект Доплера.
Эффект Доплера: изменение длины волны и частоты вызвано движением источника. Формула для доплеровского сдвига радара такая же, как и для отражения света движущимся зеркалом. Нет необходимости ссылаться на теорию Альберта Эйнштейна о специальной теории относительности, потому что все наблюдения производятся в одной и той же системе отсчета. Результат, полученный с c как скорость света и v как скорость цели, дает смещенную частоту (
что упрощается до
«Частота биений», (доплеровская частота) (
Поскольку для большинства практических применений радара 
Есть четыре способа создания эффекта Доплера. Радиолокаторы могут быть:
Доплеровский режим позволяет использовать узкополосные фильтры приемника, которые уменьшают или устраняют сигналы от медленно движущихся и неподвижных объектов. Это эффективно устраняет ложные сигналы, создаваемые деревьями, облаками, насекомыми, птицами, ветром и другими факторами окружающей среды. Дешевый ручной доплеровский радар может давать ошибочные измерения.
Доплеровский радар непрерывного действия обеспечивает только выход скорости, поскольку принимаемый сигнал от цели сравнивается по частоте с исходным сигналом. Ранние доплеровские радары включали CW, но они быстро привели к развитию РЛС непрерывного действия с частотной модуляцией (FMCW ), который сканирует частоту передатчика для кодирования и определения дальности.
С появлением цифровых технологий импульсные доплеровские радары (PD) стали достаточно легкими для использования в самолетах, а доплеровские процессоры для когерентных импульсных радаров стали более распространенными. Это обеспечивает возможность просмотра вниз / сбивания. Преимущество комбинирования доплеровской обработки с импульсными радарами заключается в предоставлении точной информации о скорости. Эта скорость называется скоростью диапазона. Он описывает скорость, с которой цель движется к радару или от него. Цель без дальности отражает частоту, близкую к частоте передатчика, и не может быть обнаружена. Классическая цель с нулевым доплеровским воздействием - это цель, которая находится на курсе, касательном к лучу антенны радара. По сути, любая цель, которая движется под углом 90 градусов по отношению к лучу антенны, не может быть обнаружена по ее скорости (только по ее обычной отражательной способности ).
Сверхширокополосные сигналы были исследованы США. Армейская исследовательская лаборатория (ARL) в качестве потенциального подхода к обработке Доплера из-за его низкой средней мощности, высокого разрешения и способности проникновения через объекты. При исследовании возможности использования технологии СШП-радара для оценки скорости движущейся цели, когда платформа неподвижна, в отчете ARL 2013 года были выявлены проблемы, связанные с перемещением дальности до цели. Однако исследователи предположили, что эти проблемы можно решить, если использовать правильный согласованный фильтр.
В военных применениях в воздухе эффект Доплера имеет два основных преимущества. Во-первых, радар более устойчив к противодействию. Обратные сигналы от погоды, местности и средств противодействия, таких как солома, фильтруются перед обнаружением, что снижает нагрузку на компьютер и оператора в неблагоприятных условиях. Во-вторых, против цели на малой высоте фильтрация радиальной скорости является очень эффективным способом устранения помех от земли, скорость которых всегда равна нулю. Низколетящий военный самолет с предупреждением о противодействии обнаружению вражеского радара может повернуться перпендикулярно вражескому радару, чтобы свести на нет его доплеровскую частоту, которая обычно нарушает фиксацию и отключает радар, скрываясь от земли, которая намного больше.
Доплеровская радиолокационная навигационная система AN / APN-81, середина 1950-х годов 
Первый экспериментальный доплеровский метеорологический радар Бюро погоды США был получен от ВМС США в 1950-е годы Доплеровский радар имеет тенденцию быть легким, поскольку он устраняет необходимость в мощном импульсном оборудовании. Соответствующая фильтрация удаляет стационарные отражения при интеграции сигналов за более длительный промежуток времени, что улучшает характеристики дальности при одновременном снижении мощности. Военные использовали эти преимущества в 1940-х годах.
РЛС непрерывного вещания, или FM, был разработан во время Второй мировой войны для самолетов ВМС США для поддержки боевых действий в ночное время. Большинство из них использовали спектр UHF и имели передающую антенну Яги на крыле порт и приемную антенну Яги на крыле правого борта. Это позволяло бомбардировщикам летать с оптимальной скоростью при приближении к корабельным целям, а также позволяло сопровождать истребители наведения орудий на вражеские самолеты во время ночных операций. Эти стратегии были адаптированы для полуактивного радиолокационного самонаведения.
. Современные доплеровские системы достаточно легкие для мобильного наземного наблюдения, связанного с пехотой и надводными кораблями. Они обнаруживают движение транспортных средств и личного состава для ночных и всепогодных боевых действий. Современный полицейский радар - это уменьшенная, более портативная версия этих систем.
Ранние доплеровские радары полагались на большие аналоговые фильтры для достижения приемлемых характеристик. Аналоговые фильтры, волноводы и усилители улавливают вибрацию, как микрофоны, поэтому требуется громоздкое гашение вибрации. Этот дополнительный вес привел к неприемлемым кинематическим ограничениям характеристик, которые ограничивали использование самолета только ночью, в плохую погоду и в условиях сильных помех до 1970-х годов.
Цифровое быстрое преобразование Фурье (БПФ) стало практичным, когда в 1970-х годах стали доступны современные микропроцессоры. Это было немедленно связано с когерентными импульсными радарами, где извлекалась информация о скорости. Это оказалось полезным как для метеорологических, так и для радаров управления воздушным движением. Информация о скорости предоставила еще один ввод в программный трекер и улучшила компьютерное отслеживание. Из-за низкой частоты повторения импульсов (PRF) большинства когерентных импульсных радаров, которая максимизирует охват в диапазоне, объем доплеровской обработки ограничен. Доплеровский процессор может обрабатывать только скорости до ± 1/2 PRF радара. Для метеорологических радаров это не проблема. Информация о скорости воздушного судна не может быть извлечена непосредственно из радара с низкой частотой повторения импульсов, поскольку выборка ограничивает измерения примерно до 75 миль в час.
Специализированные радары были разработаны быстро, когда цифровые технологии стали более легкими и доступными. Импульсные доплеровские радары сочетают в себе все преимущества большой дальности и высокой скорости. В импульсных доплеровских радарах используется частота от среднего до высокого (порядка 3–30 кГц), что позволяет обнаруживать либо высокоскоростные цели, либо измерения скорости с высоким разрешением. Обычно это одно или другое; радар, предназначенный для обнаружения целей от нуля до Маха 2, не имеет высокого разрешения по скорости, в то время как радар, разработанный для измерения скорости с высоким разрешением, не имеет широкого диапазона скоростей. Метеорологические радары - это радары скорости с высоким разрешением, в то время как радары ПВО имеют большой диапазон обнаружения скорости, но точность определения скорости составляет десятки узлов.
Конструкции антенн для CW и FM-CW начинался как отдельные передающие и приемные антенны до появления доступных микроволновых устройств. В конце 1960-х годов начали производить радары с одной антенной. Это стало возможным благодаря использованию круговой поляризации и многопортовой секции волновода, работающей в X-диапазоне. К концу 1970-х это изменилось на линейную поляризацию и использование ферритовых циркуляторов как в X, так и в K-диапазонах. Радары частичного разряда работают при слишком высоком PRF для использования переключателя, заполненного передающим-приемным газом, и в большинстве случаев используются твердотельные устройства для защиты малошумящего усилителя приемника при включении передатчика.
Доплеровская навигационная система в Национальном музее электроники Доплеровские радары использовались в качестве навигационных средств для самолетов и космических кораблей. Путем прямого измерения движения земли с помощью радара и последующего сравнения его с воздушной скоростью, возвращаемой приборами самолета, впервые можно было точно определить скорость ветра. Это значение затем использовалось для высокоточного счисления. Одним из первых примеров такой системы был радар Green Satin, использовавшийся в English Electric Canberra. Эта система отправляла импульсный сигнал с очень низкой частотой повторения, поэтому для передачи и приема могла использоваться одна антенна. Генератор удерживал опорную частоту для сравнения с принятым сигналом. На практике первоначальное «исправление» было выполнено с использованием системы радионавигации, обычно Ну и дела, и Green Satin затем обеспечил точную дальнюю навигацию за пределами 350-мильного диапазона Джи. Подобные системы использовались в ряде самолетов той эпохи и к 1960-м годам были объединены с основными поисковыми РЛС истребителей.
Доплеровская навигация широко использовалась в коммерческой авиации в 1960-х годах, пока ее не вытеснили инерциальные навигационные системы. Аппаратура состояла из приемно-передающего блока, блока обработки и гиростабилизированной антенной платформы. Антенна генерировала четыре луча и вращалась сервомеханизмом для совмещения с траекторией самолета, выравнивая доплеровский сдвиг левой и правой антенн. Синхросигнал передавал угол платформы на кабину экипажа, таким образом обеспечивая измерение «угла сноса». Путевая скорость определялась по доплеровскому сдвигу между передней и задней балками. Они отображались в кабине экипажа на одном приборе. У некоторых самолетов был дополнительный доплеровский компьютер. Это было механическое устройство, содержащее стальной шарик, вращаемый двигателем, скорость которого контролировалась доплеровской путевой скоростью. Угол поворота этого двигателя контролировался «углом сноса». Два фиксированных колеса, одно «вперед-назад», другое «слева направо», приводили счетчики для вывода расстояния вдоль пути и разницы между колеями. Компас самолета был интегрирован в компьютер, так что желаемый путь мог быть установлен между двумя путевыми точками на маршруте большого круга над водой. 21-му это может показаться удивительным. века, но на самом деле он работал довольно хорошо и был большим улучшением по сравнению с другими методами «мертвого счета», доступными в то время. Обычно он подкреплялся данными о местоположении от Лорана или, в крайнем случае, секстантом и хронометром. Было возможно пересечь Атлантику с погрешностью в пару миль, когда находились в зоне действия пары VOR или NDB. Его главным недостатком на практике было состояние моря, так как спокойное море давало плохие радиолокационные сигналы и, следовательно, ненадежные доплеровские измерения. Но это было нечасто в Северной Атлантике
Доплеровские методы на основе местоположения также использовались в исторической системе транзитной спутниковой навигации ВМС США со спутником передатчики и наземные приемники, и в настоящее время используются в гражданской системе Argos, в которой используются спутниковые приемники и наземные передатчики. В этих случаях наземные станции либо неподвижны, либо медленно движутся, а измеряемое доплеровское смещение вызвано относительным движением между наземной станцией и быстро движущимся спутником. Комбинация доплеровского смещения и времени приема может быть использована для создания геометрического местоположения местоположений, которое будет иметь измеренное смещение в точке пересечения поверхности Земли в данный момент: путем объединения этого с другими местоположениями из измерений в другое время, истинное местоположение наземная станция может быть точно определена.
