多普勒效应综合实验微多普勒效应实验研究

2023-03-12 12:45:00

多普勒效应综合实验最近在写一份毫米波Rader测距与测速方案。想起2018年做的一份工作有参考价值，正所谓“沧海有遗珠”，故放在公众号里与大家分享。

引言利用多普勒效应探测目标的距离和运动速度（包括方位角）的方法已被人们所熟知。近二十年来，雷达目标自身的微运动（譬如装甲车的发动机振动，直升机旋翼的旋转以及导弹的圆锥运动）对雷达回波信号产生频率调制的现象，即所谓的“微多普勒效应”，已引起业界极大关注。借助微多普勒效应，人们可以获取雷达目标更多的运动学信息，这在非合作军事目标的雷达识别领域有重要的研究价值。

1. 微多普勒效应理论模型当目标与雷达的距离远远大于目标自身几何尺寸的时候，可将目标作为一个质点进行处理，以便简化理论推导过程。

Figure.1 Mico Doppler Effect Model 可见，雷达回波信号的频谱是由围绕着中心频率且相邻谱线间隔为目标振动频率的谱线对组成(详细的理论推导过程略）。

2. 微多普勒效应实验设计

Figure.2 Mico Doppler Effect Experiment

实验原理如图2所示：悬臂梁的振动对多普勒雷达信号起到频率调制的作用，雷达回波信号（10mV数量级）经过精密仪用放大器AD620放大后输入NI-6009数据采集卡，在PC机上编写Labview信号采集与处理程序，即可实时观测到悬臂梁振动对雷达回波信号的频率调制现象，即所谓的“微多普勒效应”。需要说明的是,当目标的振动幅度与振动频率乘积足够高，才能有效地观测到多普勒效应。为此，采用10.525GHzX波段多普勒雷达探测器负责雷达信号的发射与接收。

Figure.3 SIgnal Samping & FFT HMI

如图3所示，（1）多普勒雷达的回波信号从时域上看，具有“拍”信号的特征。（2）其频谱图像相邻峰值频率以间隔固定（约为14.3Hz），这与理论推导结果一致。（3）悬臂梁振动频率理论计算值，压电传感器的测试值和微多普勒效应的测试值分别为：14.5Hz,14. 2Hz和14.3Hz,三值非常接近，验证了实验装置设计方法的正确性。 3. 结论与激光雷达相比，在军事上常用到的X波段雷达由于波长较长，要观测到由微振动引起的微多普勒效应是较为困难的。同时，在仪器仪表类专业高年级本科生与研究生专业实训教学中，也确实需要一种观测X波段雷达的微多普勒效应的实验装置。针对上述问题，本文设计了一套“物体振动引起的微多普勒效应观测实验”装置，在实验教学过程中具有较好的演示功能，教学效果明显。

参考文献[1] Victor C.Chen. 雷达中的微多普勒效应[D].电子工业出版社，2013.[2] 苗振奎. 基于常规雷达调制谱特性的目标分类识别技术[D]. 南京信息工程大学, 2010.[3] 谢金鹏. 基于雷达回波信号的弹片与冲击波速度检测技术研究[D]. 郑州大学, 2011.[4] 雷鹏. 空间目标特征分析与识别研究[D]. 国防科学技术大学, 2012.[5] 王宝帅. 基于微多普勒效应的空中飞机目标分类研究[D]. 西安电子科技大学, 2015.

——————AIoT工作室简介——————位于美丽的上海沪江之畔，承接测控技术与仪器开发业务。愿与海内外朋友合作共赢（Email:sunyuguo@usst.edu.cn)。

欢迎关注，点击在看