多普勒效应（多普勒效应及其成因）

雷达系统通过感知多普勒频率，不仅可以测量目标的距离变化率(速度)，还可以从稳定杂波中分离出运动目标的回波。因此，有必要深入了解多普勒效应。

多普勒效应是运动物体辐射、反射或接收的波的频率发生偏移的现象。

如图所示，从点源辐射的波在其运动方向上被压缩，在相反方向上被拉伸。在这两种情况下，物体移动得越快，这种效应就越明显。只有当它垂直于运动方向时，波才不会受到影响。

它与波长成反比，所以波被压缩得越多，它的频率就越高，反之亦然。因此，波频率的偏差与物体的速度成正比。

对于雷达来说，多普勒效应是由雷达和目标之间的相对运动引起的。如果雷达和反射目标之间的距离逐渐减小，则波被压缩，波长变短，频率增加。如果距离在增加，这种影响是相反的。

对于地基雷达来说，任何相对运动本质上都是由目标运动引起的。地面回波的多普勒频移很小，甚至没有多普勒频移。地面上的物体，如风吹来的庄稼或车辆，都在运动，但在这里被忽略。

所以地杂波和飞机等运动目标的回波区别比较简单。对于机载或运动雷达，相对运动可能是由雷达的运动、目标的运动或雷达和目标的运动引起的。即使是在空盘旋的直升机，雷达也在动。

因此，目标回波和地面回波都存在多普勒频移。这使得从地杂波中分离目标回波的任务变得复杂，尤其是雷达和目标都在运动，导致和杂波一样的多普勒频移。这是因为脉冲多普勒雷达只能根据不同的多普勒频移来区分目标和杂波。

多普勒频移的产生

假设雷达和目标都在运动，发射的电磁波在传播过程中的三个点会被压缩(或拉伸):传输、反射和接收。

上图是简化的说明图。当发射第一个波前(红色)时，雷达位于A点，当发射第二个波前(蓝色)时，前进到b点，波长减小的距离等于雷达的速度乘以两个波前之间的时间间隔(脉冲周期t)。

当第一波阵面(红色)被反射时，目标位于点D，第二波阵面(蓝色)位于点C。当第二波阵面(蓝色)被反射时，目标移动到点E的位置，波阵面和目标之间从点C的距离减小了这样的量，即目标速度乘以周期t。

同时，第一波阵面(红色)的反射波也传播了相同的距离(D到F)。然而，随着目标向雷达移动，刚好离开目标的两个反射波阵面之间的间隔减小，减小的距离是目标速度乘以周期t。

当雷达接收到第一个波前(红色)时，它位于g点，第二个波前(蓝色)被压缩。接收时，雷达已经移动到h点，因此，在接收过程中，波长被进一步压缩了距离(与发射阶段的量相同)。

通过将两个速度之和乘以透射波周期t的两倍来压缩波长。