多普勒雷達

1842年，奧地利物理學家J·C·多普勒發現,當波源和觀測者有相對運動時,觀測者接受到的波的頻率和波源發來的頻率不同,這種現象被稱為多普勒效應。波源和觀測者相互接近時,接受到的頻率升高；兩者相互離開時,則降低。例如,當波源離開我們而運動,相繼的兩個波峯之間的間隔,要比它們離開發射源時的間隔增大,因為每一個後續的波峯都要比前一個波峯多走一點路程,才能抵達我們這裏。因此,接受頻率將低於發射頻率,這時我們會覺得,從一個離開我們而運動着的波源發出的波的波長,比這個波源靜止時所發射的波長要長一些。同樣,從一個向着我們而運動的波源發出的波的波長,比這個波靜止時所發射的波長要短一些。火車駛過車站時汽笛音調的變化即為多普勒效應的一個例子。在天文學上,利用天體發出的光譜中譜線的移動,可以推測天體接近或離開觀測者的速度: 根據多普勒效應,當天體發出的光譜線向波長較長一端偏移(即紅移),表明天體是離開觀測者而去; 當天體發出的光譜線向波長較短的一端偏移(即紫移),表明天體是向着觀測者而來。 ^[2] 

多普勒雷達的工作原理可表述如下：當雷達發射一固定頻率的脈衝波對空掃描時，如遇到活動目標，回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差，稱為多普勒頻率。根據多普勒頻率的大小，可測出目標對雷達的徑向相對運動速度；根據發射脈衝和接收的時間差，可以測出目標的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達從強雜波中分辨出目標信號。所以多普勒雷達比普通雷達的抗雜波干擾能力強，能探測出隱蔽在背景中的活動目標。

脈衝多普勒雷達於20世紀60年代研製成功並投入使用。20世紀70年代以來，隨着大規模集成電路和數字處理技術的發展，脈衝多普勒雷達廣泛用於機載預警、導航、導彈制導、衞星跟蹤、戰場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈衝多普勒雷達的預警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航導彈的有效軍事裝備。例如，機載火控系統用的主要是脈衝多普勒雷達。如美國戰機裝備的 A P G－68雷達，代表了機載脈衝多普勒火控雷達的先進水平。它有18種工作方式，可對空中、地面和海上目標邊搜索邊跟蹤，抗干擾性能好，當飛機在低空飛行時，還可引導飛機跟蹤地形起伏，以避免與地面相撞。這種雷達體積小，重量輕，可靠性高。

此外，這種雷達還用於氣象觀測。常規天氣雷達的信號測量僅限於氣象目標的強度。而多普勒天氣雷達除具備常規天氣雷達的全部功能外，還能同時提供大氣風場的信號。通過對氣象回波進行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分佈情況。我國多普勒天氣雷達技術開發起步較晚，上個世紀80年代末開始進行多普勒天氣雷達的研製和在氣象業務上的試用。90年代已生產出714CD、714SD型脈間相干。1997年全國第一部進口的WSR88D新一代多普勒天氣雷達在上海落户。99年對WSR-88D進行改造,第一部先進的S波段全相干脈衝多普勒雷CINRAD/CC 3824。CINRAD/CC重大改進是利用物理學上的多普勒效應測定降水粒子的徑向運動速度，並通過速度信息推斷降水雲體的風速分佈、風場結構特徵、垂直氣流速度等。 目前已是美國、西歐等發達國家的主導地基氣象探測設備。多普勒雷達是目前世界上最先進的雷達系統，有“超級千里眼”之稱，最大探測距離半徑為460km 。相較於傳統天氣雷達，多普勒雷達能夠監測到位於垂直地面8-12公里的高空中的對流雲層的生成和變化，判斷雲的移動速度，其產品信息達72種，天氣預報的精確度比以前將會有較大提高。以提高我國突發暴雨、沿海台風和大江大河強降水預警等災害性天氣預報時效和準確為目的的新一代天氣雷達網正在建設。截至2010年底，我國已建成126部新一代天氣雷達站，佔全國擬建158部計劃的73%。分S、C兩種波段，S波段內有三種不同型號雷達，（CINRAD/SA、CINRAD/SB、CINRAD/SC）主要分佈在長江沿海。C波段型號雷達（CINRAD/CC、CINRAD/CB、CINRAD/CD、CINRAD/CCJ）主要分佈在內陸。

機載脈衝多普勒雷達主要由天線、發射機、接收機、伺服系統、數字信號處理機、雷達數據處理機和數據總線等組成。機載脈衝多普勒雷達通常採用相干體制，有着極高的載頻穩定度和頻譜純度以及極低的天線旁瓣，並採取先進的數字信號處理技術。脈衝多普勒雷達通常採用較高以及多種的重複頻率和多種發射信號形式，以在數據處理機中利用代數方法，並可應用濾波理論在數據處理機中對目標座標數據作進一步濾波或預測。

多普勒雷達與傳統雷達的一個區別在於它的發射機一直處於開啓狀態，這種類型的

雷達稱為連續波或CW雷達。發射機之所以必須一直開啓，因為它不像傳統雷達，需計算發射與接收間的時間，多普勒雷達尋找頻率變化。而頻率變化不會持續很長時間，因此發射機必須一直處於開啓狀態。

脈衝多普勒雷達具有下列特點：

①採用可編程序信號處理機，以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性，提高設備的複用性，從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜索並能改變或增加雷達的工作狀態，使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力；

②採用可編程序柵控行波管，使雷達能工作在不同脈衝重複頻率，具有自適應波形的能力，能根據不同的戰術狀態選用低、中或高三種脈衝重複頻率的波形，並可獲得各種工作狀態的最佳性能；

③採用多普勒波束鋭化技術獲得高分辨率，在空對地應用中可提供高分辨率的地圖測繪和高分辨率的局部放大測繪，在空對空敵情判斷狀態可分辨出密集編隊的羣目標。

多普勒雷達廣泛用於機載預警、導航、導彈制導、衞星跟蹤、戰場偵察、靶場測量、武器等方面。

多普勒雷達也用於氣象探測等場合。通過對氣象回波進行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分佈情況，從而得到相關的氣象信息。