雷達能測量目標相對于雷達的速度，它是距離的時間變化率。有時也可以用相對速度來代替距離變化率，這種情況下，速度是速度矢量的大小，通常稱為徑向速度。

如上圖所示，若雷達系統(tǒng)也是移動的，則在目標與雷達的距離矢量上，速度是目標速度矢量和雷達速度矢量的投影大小。

01脈沖多普勒頻移測速法

雷達系統(tǒng)有多種測速方法，下面簡單介紹脈沖多普勒頻移測速法。通過測量接收目標信號的脈沖多普勒頻移，雷達系統(tǒng)能計算目標的速度與雷達發(fā)射電磁波的相關性。

為了測量多普勒頻移，雷達系統(tǒng)利用相干的脈沖串信號，通過對產(chǎn)生、發(fā)射和接收波形加入準確的載波和調(diào)制處理來保證相位。

如上圖所示，運動目標的回波信號的頻譜發(fā)生了多普勒移動，測量出該頻移量即可計算出目標相對于雷達的速度。從公式中我們可以看出，接近的目標壓縮了雷達波，從而使回波頻率變高；而遠離的目標延伸了雷達波，從而使回波頻率變低。負速度(靠近雷達)造成正的多普勒頻移，而正速度(遠離雷達)的多普勒頻移是負數(shù)。

例如，目標的速度是150m/s，雷達波長為0.03m，多普勒頻移為10kHz。速度在計算過程中取負值是因為目標在朝向雷達運動，它們之間的距離在縮短。下圖所示為雷達載波頻率函數(shù)在單位速度上的多普勒頻移。

從圖中我們可以看出，雷達波頻率越高，多普勒頻移的值越大。雷達設計者不能控制目標的速度，但可以控制雷達的頻率，這就是為什么大部分多普勒雷達都有很高的頻率，制造較大的頻移以便測量。目標與雷達的相對幾何位置以及運動方向?qū)Χ嗥绽疹l移也有較大影響，如下圖所示。

02多普勒濾波器組

多普勒頻移可以利用連接的窄帶匹配濾波器進行計算，包含目標多普勒頻移的多普勒濾波器得到的信號具有有很高的信噪比，其他的多普勒濾波器包含的只有接收機噪聲。在閾值檢測階段，會遍歷每一個多普勒濾波器，從而得到速度的測量。

通常情況下，多普勒濾波器會重疊相鄰濾波器大約半功率的帶寬，連續(xù)相鄰的多個多普勒濾波器稱為多普勒濾波器組，它可以覆蓋目標的整個多普勒頻移帶。對于目標監(jiān)視雷達而言，所需要的多普勒濾波器數(shù)量會很多。

03速度分辨率

窄帶濾波器是通過對某段時間輸出信號的積分來實現(xiàn)選擇，積分時間越長，多普勒濾波器帶寬越小。這個積分時間稱為脈沖串周期或者相干處理間隔(CPI)。速度分辨率是一個關于多普勒濾波器帶寬的函數(shù)。

多普勒濾波器帶寬與雷達積分時間的關系。速度分辨率本質(zhì)上是基于最好的多普勒頻移，這個頻移等于多普勒濾波器帶寬。例如，多普勒濾波器的帶寬為200Hz，雷達發(fā)射信號波長為0.03m，那么，雷達的速度分辨率是3m/s。

如圖所示，每單位多普勒濾波器帶寬的速度分辨率是關于雷達載波頻率的函數(shù)。雷達載波頻率越高，對于給定相同多普勒濾波器帶寬條件下的速度分辨率越好，這也是為什么大多數(shù)多普勒雷達都是高頻的原因，脈沖串波形可以允許任何好的多普勒分辨率，并且其周期可以根據(jù)需求而改變，所以說，雷達是一個大的系統(tǒng)工程問題。

04速度模糊

脈沖串波形存在頻域模糊，雷達系統(tǒng)利用多普勒濾波器組來測量多普勒頻移，多普勒濾波器組的頻率范圍一般就是脈沖重復頻率(PRF)，因此，當多普勒頻移在±PRF/2的范圍內(nèi)，就不會產(chǎn)生速度模糊。

但當多普勒頻移在±PRF/2的范圍外，通過減去一個整數(shù)倍數(shù)的PRF就可以使其出現(xiàn)在-PRF/2?+PRF/2。從頻域轉(zhuǎn)換到速度域帶來不模糊速度，與多普勒頻移為±PRF/2存在一定的關系。 一般來說，設計多PRF可以使回波在一個測量區(qū)域內(nèi)模糊，而在另一個測量區(qū)域不模糊。另外，有一些雷達系統(tǒng)通 過使用連續(xù)PRF來解決距離或速度模糊問題，即距離PRF后緊跟速度PRF，反之亦然。

05速度跟蹤

速度跟蹤作為時間的函數(shù)表示對目標的速度進行跟隨，即測算連續(xù)的速度變化量?！案欓T”可以對周圍指定速度的目標進行跟蹤。雷達系統(tǒng)可以通過閉環(huán)控制系統(tǒng)自動跟蹤目標，也可以通過操作者進行手動跟蹤，或者兩者結(jié)合起來使用。另外，可以選擇性地對雷達系統(tǒng)多普勒濾波器組的輸出進行監(jiān)視查看。

速度測量跟蹤是通過在時域上跟隨目標的多普勒移動來實現(xiàn)的。當單個目標被跟蹤時，這個常用的速度跟蹤技術就是“速度門”。這個技術可以在兩個窄帶多普勒濾波器之間區(qū)分接收目標。

審核編輯：湯梓紅