Cum funcționează radarul Doppler?

O descoperire care este folosită într-o varietate de moduri este efectul Doppler, chiar dacă la prima vedere descoperirea științifică pare să fie destul de nepractică..

Efectul Doppler se referă la valuri, la lucrurile care produc acele unde (surse) și la lucrurile care primesc aceste valuri (observatori). Practic, spune că, dacă sursa și observatorul se mișcă unul față de celălalt, atunci frecvența undei va fi diferită pentru cei doi. Aceasta înseamnă că este o formă de relativitate științifică.

Există, de fapt, două domenii principale în care această idee a fost pusă la punct într-un rezultat practic și ambele au ajuns cu mânerul „radar Doppler”. Tehnic, radarul Doppler este ceea ce folosește „armele radar” ale polițistului pentru a determina viteza unui autovehicul. O altă formă este radarul Pulse-Doppler, care este utilizat pentru a urmări viteza precipitațiilor meteorologice și, de obicei, oamenii cunosc termenul de la acesta fiind utilizat în acest context în timpul rapoartelor meteo.

Radar Doppler: pistol radar de poliție

Radarul Doppler funcționează trimițând un fascicul de unde de radiații electromagnetice, reglat la o frecvență precisă, la un obiect în mișcare. (Puteți utiliza radarul Doppler pe un obiect staționar, dar este destul de neinteresant decât dacă ținta se mișcă.)

Când unda de radiație electromagnetică lovește obiectul în mișcare, acesta „răsună” înapoi spre sursă, care conține, de asemenea, un receptor, precum și un emițător original. Cu toate acestea, întrucât unda se reflectă în obiectul în mișcare, valul este deplasat așa cum este subliniat de efectul Doppler relativist.

Practic, valul care se întoarce spre pistolul radar este tratat ca un val cu totul nou, ca și cum ar fi fost emis de ținta de care a izbucnit. Ținta acționează practic ca o nouă sursă pentru acest nou val. Când este primit la pistol, acest val are o frecvență diferită de frecvența când a fost trimis inițial spre țintă.

Deoarece radiația electromagnetică a fost la o frecvență precisă atunci când a fost trimisă și este la o frecvență nouă la întoarcere, aceasta poate fi utilizată pentru calcularea vitezei, v, a țintei. 

Radar Pulse-Doppler: Radar Doppler Vremea

Când privim vremea, acest sistem este cel care permite reprezentările învolburate ale modelelor meteorologice și, mai important, o analiză detaliată a mișcării lor.

Sistemul radar Pulse-Doppler permite nu numai determinarea vitezei liniare, ca în cazul pistolului radar, dar permite și calcularea vitezei radiale. Face acest lucru trimițând impulsuri în loc de fascicule de radiații. Deplasarea nu numai în frecvență, ci și în ciclurile purtătoare permite determinarea acestor viteze radiale.

Pentru a realiza acest lucru, este necesar un control atent al sistemului radar. Sistemul trebuie să fie într-o stare coerentă care să permită stabilitatea fazelor impulsurilor de radiație. Un dezavantaj este că există o viteză maximă peste care sistemul Pulse-Doppler nu poate măsura viteza radială.

Pentru a înțelege acest lucru, luați în considerare o situație în care măsurarea determină trecerea fazei pulsului cu 400 de grade. Din punct de vedere matematic, aceasta este identică cu o schimbare de 40 de grade, deoarece a trecut printr-un ciclu întreg (un 360 de grade complet). Vitezele care determină schimburi precum aceasta se numesc „viteza orbului”. Este o funcție a frecvenței de repetare a impulsului semnalului, astfel încât prin modificarea acestui semnal, meteorologii pot preveni acest lucru într-o oarecare măsură.

Editat de Anne Marie Helmenstine, doctorat.