无线电信号的多普勒频移通常被用来测量运动目标的径向速度。对此,往往通过相干应答器(coherent transponder)测量其双程多普勒频移。即在飞行器上装有一个应答器,该应答器由收发天线、接收机、放大器等组成,由地面雷达向飞行器发射一个已知频率的信号,由应答器接收后再向地面转发一个不同频率的信号,如果应答器的发射频率ft,是它的接收频率fr的有理倍数,即ft=K*fr,在地面上接收的频率可以除以K,并将所得的结果与原来地面发射的频率相比较,它们之差就是双程多普勒频移。
无线电信号的多普勒频移通常用来测量运动目标(例如人造卫星或火箭等)的位置和速度。如果要确定单程频移,首先必须知道运动着的发射机的频率ft。对于卫星和火箭来说,最大的多普勒频移可以等于2 × 10ft。多普勒频移的测量精度要求总误差不大于1 ×10。如果所有的误差都是由于不完全知道发射频率所引起的,那么,容许的ft误差就只能是5×10。。这就对发射机的振荡器提出了很高的要求。
这种要求只能在地面实验室的环境中做到,很难在飞行器中实现。由于这个原因,多用双程多普勒测量系统。这种系统是由地面向装有应答器的飞行器发射一个已知频率的信号,应答器收到这个信号后,再向地面转发一个不同频率的信号。这样,由地面至飞行器,再由飞行器返回地面,共有两次多普勒频移,故为双程多普勒系统。为了使多普勒测量有意义,必须使飞行器发回地面的信号和地面发向飞行器的信号相关。当进行双程测量时,对振荡器精度的要求可下降好几个数量级。对于应答器振荡器的精度,在双程系统中很少考虑,只是当要求应答器必须能捕获输入信号时,才考虑它。对于地面振荡器要求一个能适应于电波往返(地面至飞行器)时间的稳定度,但精度要求并不高,一般有10就够了。
初期的应答器采用n=1,这样,它的输出频率就是输入频率的一个谐波(通常为二次谐波,即取m=2)。这种类型的应答器并不一定需要相位锁定。我们感兴趣的是一种m和n均不为1的频率偏移应答器,其输出频率通常偏离输入频率一个相当小的量。这种频率偏移应答器的相关性几乎总是用锁相技术得到的。
典型的锁相相关应答器的方框图见图1。图1中接收机部分是二次变频超外差式。但用一次变频或三次变频的接收机工作原理也是相同的。各混频器所用的本振信号和鉴相器的参考电压都是由一个压控振的谐波供给的,并且输出频率也是这一振荡器的谐波。