多普勒频率的计算公式推导如下:
设雷达与目标之间的距离为R,则在雷达到达目标并且返回的双程路径中,波长λ的总数为N,每个波长对应的相位变化,双程传播路径的总相位变化就是Nφ。如果目标相对雷达运动,R和相位就都会随着时间变化而变化,求相位和时间的导数,可得到相位随时间的变化率,即角频率为ω;其中φ随着时间的变化率是角频率,这里的是多普勒频移,因因而得到公式:
$$
\Delta f/f = v/c
$$
其中,Δf表示频率变化,f表示发射频率,v表示相对速度,c表示光速。
用表示频率为f的发射信号,则接收信号可表示为:
$$
f' = f(1 \pm \frac{v}{c})
$$
其中,f'表示接收到的频率,f表示发射频率,v表示相对速度,c表示光速。正负号取决于目标相对于雷达的运动方向,如果目标朝雷达运动,则取正号;如果目标远离雷达运动,则取负号。
多普勒频移的另一种表达方式为:
$$
f_d = \frac{2v}{\lambda}
$$
其中,f_d表示多普勒频移,v表示雷达与目标间的相对径向速度,λ表示信号波长。
从波源和接收器的运动出发,设波源速度为u,发射频率为f,接收器速度为v,接收频率为f',波速为c,则有:
$$
f' = f \left(1 \pm \frac{u+v}{c}\right)
$$
其中,±号同样取决于目标相对于雷达的运动方向。
综上所述,多普勒频率的计算公式可以通过相对速度、发射频率和光速等参数进行推导。这些公式在雷达、声纳、天文学等领域有着广泛的应用。