多譜勒效應和雷達測速

       你一定有這樣的經(jīng)驗，當你站在馬路旁邊，即使沒有去注視路面上車輛的行駛的情況，單憑耳朵的聽覺判斷，你能感到一輛汽車正在駛過來，或者離你而去。這里面當然依靠汽車行駛的聲間是漸強還是漸弱，但細細想想，主要還是根據(jù)汽車行駛的車輪聲或剌叭聲調(diào)的變化。原來，車輛駛近時，聲音要變尖，也就是說，音調(diào)要高些；開過以后，遠離的時候，聲音會越來越低。

為什么會這樣呢？原來，聲音的形成，首先是由于發(fā)聲體的振動，然后在它周圍的空氣中形成了一會疏一會密的聲波，傳到耳朵里，使耳膜隨著它同樣地振動起來，人們就聽到了聲音。耳膜每秒鐘振動的次數(shù)多，人就感到音調(diào)高；反之，耳膜每秒鐘振動的次數(shù)少，人就感到音調(diào)低。照這樣說，聲源發(fā)出什么聲，我們聽到的就是什么調(diào)。問題的關(guān)鍵在于汽車在怎樣的運動。汽車勻速駛來，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的聲波傳來時“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定規(guī)律，一定距離排列的，可當汽車向你開來時，它把空氣中聲波的“疏”和“密”壓得更緊了，“疏”、“密”的問題更近了，人們聽到的音調(diào)也就高了。反之，當汽車離你遠去時，它把空氣中的疏密拉開了，聽到的聲音頻率就小了，音調(diào)也就低了。汽車的速度越高，音調(diào)的變化也越大。在科學上，我們把這種聽到音調(diào)與發(fā)聲體音調(diào)不同的現(xiàn)象，稱為“多譜勒效應”。有趣的是，雷達測速計也正是根據(jù)多譜勒效應的原理研制出來的。

       我們知道，小汽車可以開得很快，可是為了保證安全，在某些路段上，交通警察要對車速進行限制。那么，在汽車快速行進時，交通警察是怎樣知道它們行駛的速度呢？最常用的測速儀器叫雷達測速計，它的外形很象一支大型信號槍，它也有槍筒，手柄、板機等部件，在槍的后面有一排數(shù)碼管。把槍口對準行駛的車輛，一扣板機，一束微波就射向行駛中的車輛。微波是波長很短的無線電波，微波的方向性很好，速度等于光速。微波遇到車輛立即被反射回來，再被雷達測速計接收。這樣一來一回，不過幾十萬分之一秒的時間，數(shù)碼管上就會顯示出所測車輛的車速。

       它所依據(jù)的原理依然是“多譜勒效應”。雷達測速計發(fā)出一個頻率為1000兆赫的脈沖微波，如果微波射在靜止不動的車輛上，被反射回來，它的反射波頻率不會改變，仍然是1000兆赫。反之，如果車輛在行駛，而且速度很快，那么，根據(jù)多譜勒效應，反射波頻率與發(fā)射波的頻率就不相同。通過對這種微波頻率微細變化的精確測定，求出頻率的差異，通過電腦就可以換算出汽車的速度了。當然，這一切都是自動進行的。

雷達測速計的測速范圍大約在每小時24公里到199公里之間，測速范圍比較大，精確度也相當高，車速在每小時100公里時，誤差不會超過1公里/小時。

測速雷達朝向公路，可以測量車速，如果指向天空，就可以測云層的高度，測云層的速度。當然，要測幾十公里外，甚至上百公里外的飛機，也是這個原理，只不過要向它掃描的空間連續(xù)發(fā)射微波束，這些微波束遇到飛機再反射回來，已經(jīng)極其微弱了，要想把它接收到，分辨清并計算出來，就很困難了，這就需要一個龐大的靈敏的雷達。

雷達測速與激光測速的比較

       目前，國際上所采用的流行的“流動電子警察”或“可搬移電子警察”主要由：激光測速儀、雷達測速儀與攝像機或照相機的組合而成。

一、激光測速儀

        激光測速儀是采用激光測距的原理。激光測距（即電磁波，其速度為30萬公里/秒），是通過對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。激光測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該一時段內(nèi)被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度。

      因此，激光測速具有以下幾個特點：
1、由于該激光光束基本為射線，估測速距離相對于雷達測速有效距離遠，可測1000M外；
2、測速精度高，誤差<1公里；
3、鑒于激光測速的原理，激光光束必須要瞄準垂直與激光光束的平面反射點，又由于被測車輛距離太遠、且處于移動狀態(tài)，或者車體平面不大，而導致執(zhí)勤警員的工作強度很大、很易疲勞。目前美國激光技術(shù)公司已經(jīng)生產(chǎn)出帶連續(xù)自動測速功能的激光測速儀，專門用于解決這一問題。東莞市交警支隊東城大隊使用這種改進后的測速儀抓拍超速車輛，已經(jīng)取得了明顯的成效。
4、鑒于激光測速的原理，激光測速器不可能具備在運動中使用，只能在靜止狀態(tài)下應用；所以一般交警都把儀器放在巡邏車上，停車靜止使用。
5、目前大部分國家所采用的激光測速儀使用的是一類安全激光，對人眼睛安全。
6、激光測速儀的取證能力遠遠大于雷達測速儀，因而受到全世界廣泛的認可和推廣，例如美國、加拿大、英國、德國、澳洲、瑞典、瑞士、荷蘭、中國廣東、臺灣、香港、澳門等等。
7、激光測距儀的耗電量比較低，兩節(jié)五號電池可以連續(xù)使用20小時。

二、雷達測速儀

         雷達測速的原理是應用多譜勒效應，即移動物體對所接收的電磁波有頻移的效應，雷達測速儀是根據(jù)接收到的反射波頻移量的計算而得出被測物體的運動速度。因此，具有以下特點：
1、雷達波束較激光光束（射線）的照射面大，因此雷達測速易于捕捉目標，無須精確瞄準。
2、雷達測速設備可安裝在巡邏車上，在運動中的實現(xiàn)檢測車速，是“流動電子警察”非常重要的組成部分，可惜的是取證力度不夠。
3、雷達固定測速誤差為±1Km/h，運動時測誤差為±2Km/h。
4、雷達發(fā)射的電磁波波束有一定的張角，故有效測速距離相對于激光測速較近。
5、雷達測速儀發(fā)射波束的張角是一個很重要的技術(shù)指標。張角越大，測速準確率越易受影響；反之，則影響較小。
6、測速雷達如果天線放置不當，當?shù)貏轂榉瞧皆瓲顟B(tài)時，會使目標車的讀數(shù)被其它車的速度代替。
7、如果目標旁邊有反射能力更強的物體存在，測速雷達也只能測到反射能力強的物體。
8、當有兩車并行時，雷達測速儀無法分辨出哪一輛車是超速車輛。
9、當測量信號經(jīng)過多次反射后，測速雷達測出的結(jié)果也會出錯。
10、無線電波會對測速雷達產(chǎn)生干擾，使測量結(jié)果失真。
11、雷達感應器可以偵察到雷達測速儀卻極難偵察到激光測速儀的存在。