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文档简介
多普勒效应测速原理DopplerEffectVelocimetryPrinciple测速是智能网联汽车环境感知系统中和一项核心需求,离不开多普勒效应。SpeedmeasurementisacorerequirementintheenvironmentalperceptionsystemofintelligentconnectedvehiclesandcannotbeseparatedfromtheDopplereffect.PART01基本原理BasicPrinciples多普勒效应基本原理ThreeKeyStepsintheWorkingPrincipleofBinoculartheDopplerEffect定义Definition当波源与观测者发生相对运动时,观测者接收到的频率会与波源发射频率不同,这种现象称为多普勒效应。Whenthewavesourceandtheobservermoverelativetoeachother,thefrequencyreceivedbytheobserverwillbedifferentfromthefrequencyemittedbythewavesource.ThisphenomenoniscalledtheDopplereffect.汽车应用Automotiveapplications主要应用于电磁波雷达,如毫米波雷达和激光雷达,其电磁波传播速度接近光速,用于测量车辆的相对速度。Itismainlyusedinelectromagneticwaveradar,suchasmillimeter-waveradarandLiDAR.Itselectromagneticwavepropagationspeedisclosetothespeedoflightandisusedtomeasuretherelativespeedofvehicles.PART02频率偏移换算FrequencyOffsetConversion参数定义与符号约定ParameterDefinitionandSymbolConvention发射频率(f_0)
Transmissionfrequency(f_0)发射频率(f_0)是雷达发射的电磁波频率,例如车载毫米波雷达常用的77GHz。Thetransmissionfrequency(f_0)isthefrequencyofelectromagneticwavesemittedbyradar,suchas77GHzcommonlyusedinvehicle-mountedmillimeter-waveradar.相对速度(v)
Relativevelocity(v)相对速度(v)表示波源与观测者之间的相对运动速度,靠近时取正值,远离时取负值,单位为m/s。Relativevelocity(v)representstherelativespeedofmotionbetweenthewavesourceandtheobserver,takingapositivevaluewhenapproachingandanegativevaluewhenmovingaway,inm/s.电磁波传播速度(c)
Electromagneticwavepropagationspeed(c)电磁波传播速度(c)约为光速,即(3×10^8m/s)。Thepropagationspeedofelectromagneticwaves(c)isaboutthespeedoflight,thatis,(3×10^8m/s).总频率偏移(Δf)
Totalfrequencyoffset(Δf)雷达测速中,由于电磁波发射、反射和接收经历两次多普勒效应,总频率偏移Δf=∣f1−f0∣。Inradarspeedmeasurement,duetothetwoDopplereffectsofelectromagneticwavetransmission,reflectionandreception,thetotalfrequencyshiftΔf=∣f1−f0∣.接收频率公式推导Derivationofreceivingfrequencyformula推导过程Derivationprocess接收到的波长λ1=f0/c−vReceivedwavelengthλ1=f0/c−v波源发射的波长为λ0=f0/cThewavelengthemittedbythewavesourceisλ0=f0/c观测者接收到的频率f1=c/λ1thefrequencyreceivedbytheobserverisf1=c/λ1接收到的频率f1=f0×c/c−vthereceivedfrequencyf1=f0×c/c−vf1≈f0×(1+v/C)f1≈f0×(1+v/C)PART03测速注意事项PrecautionsforSpeedMeasurement方向判断与非径向修正Directionjudgmentandnon-radialcorrection▶1.方向判断
DirectionjudgmentWhenΔfisalwayspositive,itmeansthatthereceivedfrequencyishigherthanthetransmittedfrequency,andthetwoareclosetoeachother,sovispositive;whenΔfisalwaysnegative,thereceivedfrequencyislowerthanthetransmittedfrequency,andthetwoarefarawayfromeachother,sovisnegative.当Δf总为正值时,说明接收到的频率高于发射频率,两者相互靠近,v为正;当Δf总为负值时,接收到的频率低于发射频率,两者相互远离,v为负。方向判断与非径向修正Directionjudgmentandnon-radialcorrection▶2.非径向运动修正
Non-radialmotioncorrectionTheDopplereffectisonlysensitivetotheradialvelocitycomponent.Ifthetargethasnon-radialmotion,acorrectionformulaneedstobeintroduced.多普勒效应仅敏感径向速度分量,若目标存在非径向运动,需引入修正公式。Forexample,whenθ=60andcos60°=0.5,ifthetotalrelativevelocityisdirectlyusedforcalculation,theresultwillbe2timesoftheactualradialvelocity.比如θ=60时,cos60°=0.5,若直接用总相对速度计算,得到的结果会是实际径向速度的2倍本讲小结SummaryofThisLecture总结Summary掌握:多普勒效应测速的核心原理,尤其是频率偏移与相对速度的换算关系。Master:thecoreprincipleofDopplereffectvelocimetry,especiallytheconversionrelationshipbetweenfrequencyoffsetandrelativevelocity.课后练习:用已知参数(如给定雷达发射频率和
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