原题目：答：多普勒雷达是什么原理？
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空少问答
小课堂
第114期
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答：多普勒雷达是什么原理？？
上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言入选出的最佳答案吧！
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空少正解
上期我们讲到，多普勒雷达（Doppler radar），是一种利用多普勒效应来探测行动目标的位置和相对行动速度的雷达。除非天气探测，多普勒雷达也普遍用于军事方面，而我们老百姓纯熟的彩超、行车测速也都属于多普勒效应的利用。另外我们空间科学探测中的电离层探测也用到多普勒雷达，北京大学的高频多普勒雷达常年供给科学数据，也曾经是我国子午工程科学探测的一环。能够说，多普勒雷达在科学和生存上的利用都很普遍。那么，多普勒雷达是什么原理呢？
多普勒天气雷达（起源：科普中国，http://www.xinhuanet.com/science/2018-01/15/136884919_15155647728251n.jpg）
率先，多普勒效应许多朋友都很纯熟，是波的波长会随着波源（或考察者）的行动而改变，在生存上常举的例子是扑面驶来的汽车声音尖厉、脱离的汽车声音消沉。
用严密一些术语来讲，多普勒效应指的是物体辐射的波长因为波源和观测者的相对行动而发生改变。所谓的“波”是指振动的散布，而电磁振动的散布即便电磁波。波的波长（wavelength）是指波在一个振动周期内散布的距离，频率（frequency）是单位工夫内告终周期性改变的次数；在统一个平衡介质中波散布速度不变，因而它们互为反比联系，波长越长频率就越低，波长越短频率就越高。在行动的波源前面，波被收缩，波长变得较短，频率变得较高（称为蓝移，blue shift）；在行动的波源后面，会发生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低（称为红移，red shift）；波源和观测者的相对速度越高，所发生的效应越大，这即便多普勒效应。依据波红（蓝）移的程度（称为多普勒频移，Doppler Shift，也称多普勒频率），能够计算出波源循着观测方向行动的速度。我们经常利用的观测者（雷达）等闲是安宁不动的，那么波长（频率）的改变反映的是波源的行动速度。
卡通图：多普勒效应，左边的人听到警笛声波长变长、频率变小，但右边的人听到警笛声波长变短、频率变大（起源：https://www.physicsclassroom.com/class/waves/Lesson-3/The-Doppler-Effect）
基于多普勒效应，脉冲式的多普勒雷达（pulse-doppler radar，简称PD）发射安宁频率的脉冲波对空扫描时，如遭到行动目标，回波的频率与发射波的频率揭示频率差，也即便多普勒频移，依据频移的大小可测出目标对雷达的径向相对行动速度；依据发射脉冲和接收的工夫差，能够测出目标的距离。同时用频率过滤措施检测目标的多普勒频率谱线，滤除扰乱杂波的谱线，可使雷达从强杂波中判别出目标信号。
但切实工作中的多普勒雷达，并何止是如此。在多普勒雷达尤其是天气雷达工作时，多普勒频移发生的频率改变大约是几赫兹（Hz），但雷达发射的脉冲的频率是几百万赫兹（Hz），这种改变太小不便于观测，故多普勒天气雷达等闲不是直接测量多普勒频移，而是穿越测量相继归来的脉冲对之间的位相差来确定目标物的径向速度，这种脉冲位相的改变能够比拟轻率并且比拟准确的测量。这种测速技巧叫做“脉冲对处理”（Pulse-Pair Method）。
50年代英国最早的天气多普勒雷达，1964年还被改装成脉冲式多普勒雷达（PD）（起源：NOAA，https://www.photolib.noaa.gov/htmls/wea01227.htm）
要举行这种比拟，使多普勒雷达能够提取目标回波的多普勒行动消息，就定然懂得每个发射波的初相位，从而比拟相继归来信号的位相。这种雷达每个脉冲在发射时的位相都是已知的，发射脉冲的频率是常数，其位相对于内部参看信号而言是雷同的；当脉冲归来时，与参看信号做比拟以确定位相。位相改变与目标的行动相联系，穿越解算，就能懂得目标的行动消息。
解算速度时，径向速度为目标行动平行于雷达径向的分量（沿着与雷达的连线方向的行动），既能够向着雷达，也能够脱离雷达。径向速度总是小于或等于切实目标速度，其大小是切实速度乘以与雷达的连线方向夹角的余弦值。
俄罗斯航展展出的Zhuk雷达的天线，Zhuk雷达是X波段的脉冲多普勒雷达，用于对空和对地目标追寻（起源：wiki，https://en.wikipedia.org/wiki/File:MAKS-2007-Radar.jpg）
顺便一提，我们电离层探测中利用的高频多普勒雷达关怀的是电离层电子中的扰动，探测由电离层电子浓度改变和反射高度改变引起的多普勒频移，来直观迅速获得电离层扰动的参数和消息，雷达的大约原理与文中推荐的雷同，而翔实的技巧尔后有时机再翔实讲。
留言区·精选
@ wolfer吃盒饭
物体辐射的波长因为波源和观测者的相对行动而发生改变。
@Pluto初心
多普勒雷达即方便用多普勒效应举行定位，测速，测距等工作的雷达。所谓多普勒效应即便，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对行动时，观测者所收到的振动频率与振动源所公布的频率有所不同。
感谢大家的扶持，我们下期再见！
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