多普勒效應:物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產生變化,
因為在運動的波源前面,波被壓縮,波長變得較短,頻率變得較高(藍移);在運動的波源后面時,會產生相反的效應,波長變得較長,頻率變得較低(紅移);波源的速度越高,所產生的效應越大,根據波紅移或藍移的程度,可以計算出波源循著觀測方向運動的速度,因此雷達領域測速便是根據多普勒效應而實作測速的,以下進行公式推導:
在雷達領域通俗來講:當雷達探測的目標運動,由于物體輻射波長隨波源與觀測者的相對運動而變化,因此,雷達本身的回波信號頻率和主波發射信號的頻率,這兩個頻率會存在頻率差,這個頻率差被成為多普勒頻率,fd = fr - ft (fd:多普勒頻率,fr : 接識訓接收到頻率, ft:發射頻率)
其中,若發射與接收信號在目標不動的情況下,fd = 0,因此,只有目標移動的程序中,才會發生多普勒效應,
一般的發射信號為: St(t) = Acos(2
π
\pi
π * f0 * t +
φ
\varphi
φ)
接收信號: Sr(t) = Acos(2
π
\pi
π * f0 * t +
φ
\varphi
φ - 2
π
\pi
π * f0 * tr )
其中,角頻率為相位的導數(相對于時間), 瞬時頻率:f(t) = d
?
\phi
?(t) / (2
π
\pi
π * d(t))
在0<= t <=
τ
\tau
τ:
tr = 2(R0 - Vrt)/c
回波信號:Sr(t) = kSt(t - tr) = kAcos(2
π
\pi
π * f0 * (t - 2(R0 - Vrt)/c) +
φ
\varphi
φ)
瞬時頻率可由上式相位求導:fr = f0 + 2f0Vr/c = ft + 2Vr/
λ
\lambda
λ
所以:fd = fr - ft =2Vr/
λ
\lambda
λ (1-1)
從(1-1)式子推導得:Vr =
λ
\lambda
λ fd/2 =
λ
\lambda
λ (fr - ft)/2
因此,若已知波長、發射頻率、接收頻率,即可求出目標移動速度Vr,
其中:多普勒頻率為正,目標向著雷達飛行;多普勒頻率為負,目標逆著雷達飛行,
多普勒效應原理應用:
1.雷達領域測速
2.多普勒效應在醫學應用:
超聲脈沖多普勒檢查儀,測量血流速度及方向;
心臟彩色多普勒:診斷心臟病
3.宇宙研究中的多普勒效應
4.移動通信中的多普勒效應
5.農業中的多普勒效應:植物聲頻控制技術
6.微波運動傳感器
7.可移動式多普勒天氣雷達
8.半自動化駝峰控制系統


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