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雷达测速原理秒懂!高中物理距离速度公式这样用

2026-03-28 21:00:35综合与其它0

对照【一个小知识】雷达—科技圈的低调王者,你真的懂?(上)所阐明的内容来讲,雷达具备极为强大的能力,它以一种无孔不入的方式,对我们的生活体会进行变动,然而不管如何变化,其核心要点始终未变。雷达那些让人纷繁复杂、目不暇接地应用情形,无一不是依据它的三项应用原理:测量距离、测量角度以及测量速度。bYi物理好资源网(原物理ok网)

那么,雷达进行测距,雷达进行测角,雷达进行测速,这究竟是怎么回事呢?看完这篇文章,保证你瞬间就能够明白!bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

鉴于雷达原理的缘故,被测目标会将接收到的那电磁波反射回到雷达这儿,然而反射回来的这电磁波必定和发射出去时刻的电磁波变得稍有不同了。恰似我们小时候要是清清爽爽地出门,却带着满身泥巴回家,父母将会判断我们在地上打滚了,要是回家时间过于晚,那就极有可能是跑到更远的隔壁村了。同样的情况,借助对比原始的雷达发射脉冲以及回波脉冲之间的延迟时间(小孩出门时间),便能够用来估算目标与雷达站点之间的距离。bYi物理好资源网(原物理ok网)

拿个例子来讲,电磁波于空气中进行传播的速率大概是光速 c,也就是 3 乘以 10 的 8 次方米每秒,在小学学习乘法之际,就已然存在类似的应用题,其表述为距离等于速度乘以时间,仅仅是说,雷达脉冲所行进的路程,是雷达站与目标之间的一来一回,所以距离的计算式子,就演变成了。bYi物理好资源网(原物理ok网)

。怎么样,连小学生都听得懂吧?bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

图1 雷达测距原理bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测角bYi物理好资源网(原物理ok网)

就算是千年的古树,树冠那叫一个大,可是呢,树干始终都是最开始的根基以及成长的起始源头。不管借助雷达测距,虽说能够获取目标与雷达站间的距离,然而要是不依靠测角把具体方位给确定下来,目标就好像是修炼了鬼影神功的那东瀛忍者似的,能够以这个距离当作半径,360°全方位变幻出数不清的影分身来迷惑住雷达站。面对这种难对付的敌人,就得时刻去琢磨它!分析它!研究它!最终找出突破点,进而一举战胜它。bYi物理好资源网(原物理ok网)

实际上,不管是雷达回波,亦或是啥稀奇古怪的电磁波,不外乎都是从三个方面去分析它,这三个方面分别是幅度、频率和相位。雷达测角功能呢,能够借助相位,或者幅度的信息量得以获取。未来雷达怎样发展,了解其原理,才抓住了其关键所在。bYi物理好资源网(原物理ok网)

振幅法测角bYi物理好资源网(原物理ok网)

首先雷达测速高中物理,振幅法所着重突出的是简单且粗暴的特点。然后,雷达站会在一定的扇形范围之内,或者直接在360°的范围内展开强力行动。只有当雷达波束撞击到真正的目标之上时,才会有回波返回到雷达站。而雷达站只要寻找到回波脉冲串的最大值,便能够确定这一个时刻波束的指向,此指向就是目标的所在方向!bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

图2 振幅法测角原理bYi物理好资源网(原物理ok网)

相位法测角bYi物理好资源网(原物理ok网)

相位法利用多个天线所接收回波信号之间的相位差来进行测角。bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

图3 相位法测角原理bYi物理好资源网(原物理ok网)

比如说,有两个天线,它们之间的距离明确是 d,所以呢,因为存在波程差∆R,这两个天线所接收到的回波必然会有一个相位差 ɸ。在高中学习物理的时候学过,相位等于频率乘以时间,所以。bYi物理好资源网(原物理ok网)

也即是说,只要借助一个相位计,将两个接收天线之间的相位差测量出来,目标方向的角度ɵ便清晰明了了!bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测速高中物理bYi物理好资源网(原物理ok网)

相比较而言,在这些方法里,振幅法所涉及的原理看上去相较于相位法要简单许多,然而,振幅法本身却依旧存在着不少的限制之处,举例来讲,当雷达发射器向外发射接连相邻的两个脉冲的时候,必然是存在着一定角度的转动的,如此一来就会产生一定程度的“量化测角方面的误差”,更为严重的情况是,要是这个转动的角度过大,导致目标偏离了波束轴线的距离过远,那么就很有可能会直接造成目标的遗漏情况发生。bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测速bYi物理好资源网(原物理ok网)

获取目标距离以及方位的那些“类似小雷达之物”,不由得暗自得意起来,宣称“目标位置已然锁定,随时预备全体出击!”,却全然不知,世间所有事物皆是无时无刻不在发生着变化的。待到众多兵力抵达此前经过锁定确定好的战场之时,或许早就已然呈现出“往昔之人已然乘上黄鹤离去,此地仅仅剩下黄鹤楼”这般状况了。所以,始终精准掌握敌军的运动情形(进行测速),并且推断出下一个时刻目标将会出现的位置,才是能够获取胜利的关键秘诀。bYi物理好资源网(原物理ok网)

多普勒效应bYi物理好资源网(原物理ok网)

虽说连续波雷达于实际当中并不常被使用,不过依旧能够经由最为简单的连续波雷达来起始引入这个话题。倘若连续波雷达信号的角频率是W0,在目标跟雷达之间存有相对运动之际,两者之间的距离R就会随着时间产生变化,也就是R(t)=R0-vt。其中,R0是t=0时刻的距离,v是目标相对于雷达的径向运动速度。所以,雷达回波的时延。bYi物理好资源网(原物理ok网)

,那么回波信号相比起发射信号来说雷达测速高中物理,相位差为bYi物理好资源网(原物理ok网)

,如果把该相位差再对时间求导,就得到了一个频率差bYi物理好资源网(原物理ok网)

那么,这意味着,目标跟雷达之间的相对运动速度,与发射波和回波之间的频率差,呈现出正比关系。要是雷达站和目标之间存在相向运动,接收者在单位时间内收到的振荡数目,会比它们处于不动状态时更多,等效来讲,便是频率增加了;当二者进行背向运动时,频率就会降低。实际上,这便是我们平常所熟知的多普勒效应。bYi物理好资源网(原物理ok网)

典型雷达测速场景bYi物理好资源网(原物理ok网)

在实际开展应用工作的时候,脉冲雷达才是雷达进行工作的主要方式,然而脉冲所对应的频谱是于频谱上没有线宽的一个sinc函数。bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

图4 脉冲信号时域图bYi物理好资源网(原物理ok网)

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图5 脉冲信号频域图bYi物理好资源网(原物理ok网)

倘若要依照单一频率的连续波那般,直接去测量sinc函数的频偏,好像就并非那么轻而易举了。然而,条条道路皆可通往罗马一流范文网,眼前所存在的障碍,最为靠谱的方式,常常是选取绕过去的那种!bYi物理好资源网(原物理ok网)

雷达测距bYi物理好资源网(原物理ok网)

图6 脉冲雷达测速原理框图bYi物理好资源网(原物理ok网)

接收机,会对连续波信号uk,以及回波信号ur,去做一个简单的加法运算,之后呢,再去求出这个和信号相干检波之后的包络。bYi物理好资源网(原物理ok网)

相干检波bYi物理好资源网(原物理ok网)

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这里要额外提及相干检波,它凭借载波的相位信息来检测以及接收信号。像两个幅度相同且相位相同的正弦波,二者相加之后,幅值会叠加成为原来的两倍。然而要是同幅反相的正弦波,相加以后,幅值不但不会增大,反而会削减至0。bYi物理好资源网(原物理ok网)

所以呢,图6里面最终合成出来的信号的幅度,这还得看回波跟发射波之间的相位差值才行呢。bYi物理好资源网(原物理ok网)

这里当中,U0 乃是连续振荡着的基准电压在经过检波之后所产生的输出,但它是始终持续存在着的,然而。bYi物理好资源网(原物理ok网)

则意味着,回波与基准电压进行相干检波之后,所叠加上去的信号分量,而且它仅仅存在于回波信号到来的那段时间。bYi物理好资源网(原物理ok网)

假如是一个固定不动的目标,收到的回波和发射波之间的相位差bYi物理好资源网(原物理ok网)

在必然的情况下它会是一个常数,所以呢,在进行检测波之后,把直流分量给隔离开来,这样就能够获得一串等幅的脉冲输出,然而,对于处于运动状态的目标来讲,回波和发射波的相位差会随着时间发生改变。bYi物理好资源网(原物理ok网)

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图7 相干检波时域波形图bYi物理好资源网(原物理ok网)

因此,隔去直流后的脉冲信号包络为bYi物理好资源网(原物理ok网)

其中,多普勒频移bYi物理好资源网(原物理ok网)

,即bYi物理好资源网(原物理ok网)

呀!这可不就跟连续波雷达所求得的多普勒频率公式是一样的了嘛,多普勒频率与目标的径向运动速度存在着成正比的关系!只是讲脉冲雷达的多普勒频率恰好就是回波脉冲的包络调制频率,这等同于那是连续波雷达工作的一种取样状态。bYi物理好资源网(原物理ok网)

来到此处,定要给你献花!拍手!点赞!虽说这一章节存在些许烧脑之处,然而我坚信,有关雷达测距、测角以及测速的原理你已心中有数了!bYi物理好资源网(原物理ok网)

下一篇文章,我们要给大家讲的是,雷达工程师的了不起搭档,也就是那些超棒的测试设备,它们究竟能怎样为雷达的运用加快进程、增添助力呢,敬请期待哟!bYi物理好资源网(原物理ok网)

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