“雷達(dá)測(cè)速”展品設(shè)計(jì)與技術(shù)淺析

摘#8195;要 雷達(dá)是一種利用無線電回波測(cè)量目標(biāo)距離、速度和方向的裝置，測(cè)速雷達(dá)主要是利用多普勒效應(yīng)測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。本文首先介紹了“雷達(dá)測(cè)速”展品設(shè)計(jì)中的展示方式、展示效果、硬件配置和操作方法，然后又重點(diǎn)闡述了“雷達(dá)測(cè)速”展品的技術(shù)原理、控制方法、技術(shù)指標(biāo)和日常維護(hù)。

關(guān)鍵詞 雷達(dá)測(cè)速；多普勒效應(yīng)；展品設(shè)計(jì)；日常維護(hù)

中圖分類號(hào) TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)031-0187-01

1 雷達(dá)測(cè)速概述

雷達(dá)是一種利用無線電回波測(cè)量目標(biāo)距離、速度和方向的裝置，人們開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，二次大戰(zhàn)之后，雷達(dá)開始應(yīng)用到天氣預(yù)報(bào)、飛機(jī)、輪船等領(lǐng)域。測(cè)速雷達(dá)主要是利用多普勒效應(yīng)測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射源和接收者之間有相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)頻率將發(fā)生改變，即雷達(dá)把微波發(fā)射到某個(gè)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)，將會(huì)發(fā)射回和目標(biāo)速度成比例的雷達(dá)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過處理后得到頻率的變化，然后經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理后便可得到目標(biāo)速度，多普勒效應(yīng)從1930年左右開始運(yùn)用到電磁波領(lǐng)域。假如多普勒頻率為：

（1）

式中：v是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度；c為光速；f0是發(fā)射波頻率。由公式（1）可知，多普勒頻率和微波發(fā)射源的頻率成正比，發(fā)射頻率越高，多普勒頻率也越大。目前流行的測(cè)速雷達(dá)的工作頻段一般是Ku頻段和毫米波段。

則目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度為：

（2）

2 “雷達(dá)測(cè)速”展品設(shè)計(jì)

由于雷達(dá)測(cè)速儀常用在工業(yè)場(chǎng)合，在生活中人們一般很少接觸，本文將設(shè)計(jì)一種雷達(dá)測(cè)速展品，該展品通過人們的投球參與，馬上在系統(tǒng)的顯示器顯示扔出球的速度。

2.1 “雷達(dá)測(cè)速”展品的展示方式

“雷達(dá)測(cè)速”展品需要一個(gè)2 m×6.5 m的展示區(qū)域，經(jīng)過1個(gè)人的直接參與，通過多普勒頻率變化技術(shù)來測(cè)得游客的擲球速度。

2.2 “雷達(dá)測(cè)速”展品的展示效果

游客的參與方式是：拿起皮球，模仿扔壘球的動(dòng)作，朝向5 m外的目標(biāo)適當(dāng)用力拋球，當(dāng)皮球落地的瞬間，“雷達(dá)測(cè)速”系統(tǒng)會(huì)馬上顯示出扔出球的速度，根據(jù)游客扔球速度的大小，展品的音響系統(tǒng)會(huì)發(fā)出歡呼聲、掌聲或倒彩聲，游客參與的整個(gè)過程生動(dòng)有趣，聲情并茂，同時(shí)系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)日最大投球速度。

2.3 “雷達(dá)測(cè)速”展品的硬件配置

“雷達(dá)測(cè)速”展品的主要硬件配置是計(jì)算機(jī)（采用P4主機(jī)，配置有圖形加速卡和聲卡）、顯示器、音箱、雷達(dá)測(cè)速儀、射燈、電源插座、線材、阻擋墻和管理控制臺(tái)等。同時(shí)要注意電纜長(zhǎng)度的限制，電纜長(zhǎng)度不能超過20 m，從而確保電纜降壓不會(huì)導(dǎo)致“雷達(dá)測(cè)速”展品供電電壓不足。

2.4 “雷達(dá)測(cè)速”展品的操作方法

“雷達(dá)測(cè)速”展品的操作分為以下五個(gè)步驟：

1）游客在等候區(qū)必須通過指示牌了解到參與本游戲的正確操作方法與注意事項(xiàng)，而后方能進(jìn)入游戲現(xiàn)場(chǎng)。2）工作人員進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)安全后，游客自入口進(jìn)入投擲區(qū)，領(lǐng)取小球，做好投球準(zhǔn)備工作。3）工作人員按動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，設(shè)置在投擲區(qū)的音箱則喊著加油的聲音。當(dāng)游客向指定的方向投出小球后，顯示器屏幕立即顯示出物體的運(yùn)動(dòng)速度，成績(jī)好的贏得掌聲、歡呼聲、不好的引得一陣倒彩聲，顯示屏幕記錄下當(dāng)前最快記錄、等待人們的再次刷新，如果需要還可以打印輸出。4）投球擊打前方墻壁反彈下來由地面傾斜板上自動(dòng)滾動(dòng)到取球區(qū)，方便游客取球再次投出。5）當(dāng)時(shí)間到，游戲結(jié)束，工作人員關(guān)閉開關(guān)，游客離開現(xiàn)場(chǎng)，下一名游客進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開始游戲。

3 “雷達(dá)測(cè)速”展品技術(shù)分析

3.1 “雷達(dá)測(cè)速”展品的原理

近年來利用多普勒頻率變化技術(shù)來測(cè)量移動(dòng)物體的速度。在多普勒測(cè)速雷達(dá)中，如果目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)運(yùn)動(dòng)，發(fā)射波頻率降低；如果目前向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)，發(fā)射波頻率增加，反射波頻率的變化就是多普勒頻率，借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。也就是說，不論靠近的還是遠(yuǎn)離的物體都會(huì)產(chǎn)生頻率變化，因此，任何方向的物體都會(huì)被測(cè)量到速度。

3.2 “雷達(dá)測(cè)速”展品的控制方式

本文設(shè)計(jì)的“雷達(dá)測(cè)速”展品中測(cè)速儀為多普勒效應(yīng)雷達(dá)，測(cè)速儀由高頻發(fā)射器、微處理器、數(shù)據(jù)處理交換電路板等部件構(gòu)成，全部裝于符合IP65的密封外殼，該測(cè)速儀能夠全天候連續(xù)工作5#8198;000個(gè)小時(shí)以上?！袄走_(dá)測(cè)速”展品采用計(jì)算機(jī)和變頻器的控制方式，其中控制方式又分為中央控制和獨(dú)立控制，展品采用管理員開啟的運(yùn)行方式。計(jì)算機(jī)安裝在控制臺(tái)中，控制臺(tái)的面板上設(shè)置有電源控制開關(guān)，該展品中所有設(shè)備的電源由控制臺(tái)的電源開關(guān)統(tǒng)一控制?？刂婆_(tái)上同時(shí)還設(shè)置有啟動(dòng)/停止按鈕，通過啟動(dòng)/停止按鈕控制展品的啟動(dòng)或停止。

其中測(cè)速儀通過RS-232通訊協(xié)議與計(jì)算機(jī)連接，當(dāng)雷達(dá)測(cè)速儀在接收到計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的指令后，開始檢測(cè)擲球飛行速度。一旦檢測(cè)到擲球飛行速度后，通過RS-232串口將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算處理后送監(jiān)視器進(jìn)行顯示。RS-232串口通訊協(xié)議中的設(shè)置如下：

1）串口通訊接口協(xié)議。與測(cè)速儀連接的RS232通信串口設(shè)置的波特率為9#8198;600 比特/秒、數(shù)據(jù)位是8位、停止位是1位、沒有奇偶校驗(yàn)位。2）RS-232串口的保護(hù)功能。由于RS-232接口的自我保護(hù)功能不足，為了防止用戶在不規(guī)范使用時(shí)造成損壞，加強(qiáng)RS-232的抵抗使用不規(guī)范的能力，本雷達(dá)中在RS-232接口輸出芯片中增加了限流保護(hù)功能，在RS-232輸出線路上增加了限流和限壓保護(hù)功能。

3.3 “雷達(dá)測(cè)速”展品的技術(shù)指標(biāo)

本展品的技術(shù)指標(biāo)如下：

1）雷達(dá)發(fā)射角度。本測(cè)速儀為微波輻射儀器，角度參數(shù)為：水平界面不大于5°；垂直界面不大于7°。2）測(cè)量速度范圍。測(cè)速儀能監(jiān)測(cè)游客在1 m/s～50 m/s的投球速度。3）工作模式。本展品中的測(cè)速儀有自動(dòng)工作和調(diào)試模式兩種工作模式，自動(dòng)工作模式下測(cè)試儀能夠連續(xù)地進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和結(jié)果輸出。在調(diào)試模式下測(cè)速儀不進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，該模式主要用于調(diào)整測(cè)速儀的參數(shù)設(shè)置。4）工作環(huán)境要求。該展品要求空氣溫度為-5℃～45℃范圍內(nèi)；25℃下相對(duì)濕度98％；10 ms內(nèi)撞擊小于5 g。5）電源要求。需要的電源電壓為AC220V，電壓波動(dòng)在±5%范圍內(nèi)。6）可靠性。測(cè)速儀平均壽命10年，故障平均間隔時(shí)間不低于20#8198;000 h。

3.4 “雷達(dá)測(cè)速”展品的維護(hù)

前臺(tái)需一人負(fù)責(zé)管理入口人流的秩序，間或指導(dǎo)操作者游戲方式；同時(shí)兼微機(jī)管理員，負(fù)責(zé)使用微機(jī)，僅需開/停機(jī)及簡(jiǎn)單操作，出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行測(cè)試診斷工作等。日常操作要求是對(duì)電腦應(yīng)用軟件的熟練使用及設(shè)備的簡(jiǎn)單維護(hù)，如投影機(jī)的常規(guī)清潔，控制電腦的常規(guī)檢查等。

參考文獻(xiàn)

[1]陳剛，高賢志，趙汪洋.基于小波變換的多普勒聲納數(shù)據(jù)處理研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2006，12.

[2]馬玲，蔡征宇，程風(fēng)雷，朱洪.毫米波測(cè)速雷達(dá)的測(cè)速原理[J].彈道學(xué)報(bào)，2003，04.

作者簡(jiǎn)介

丁麗莉（1982—），女，廣東東莞人，學(xué)歷：本科，職稱：助理美術(shù)師。