Jak funguje Dopplerův radar?

Jeden objev, který se používá různými způsoby, je Dopplerův jev, i když se na první pohled zdá, že vědecký objev je poněkud nepraktický.

Dopplerův efekt je hlavně o vlnách, věcech, které tyto vlny produkují (zdroje), a věcech, které tyto vlny přijímají (pozorovatelé). V zásadě se říká, že pokud se zdroj a pozorovatel pohybují vůči sobě navzájem, bude frekvence vlny pro oba z nich odlišná. To znamená, že je to forma vědecké relativity.

Ve skutečnosti existují dvě hlavní oblasti, ve kterých byla tato myšlenka využita v praktickém výsledku, a obě skončily držadlem "Dopplerovského radaru." Technicky je Dopplerův radar tím, co policista používá jako „radarové zbraně“ k určení rychlosti motoru vozidlo. Jiná forma je Pulse-Dopplerův radar, který se používá ke sledování rychlosti srážek, a lidé obvykle znají termín, který se v tomto kontextu používá při zprávách o počasí.

Dopplerův radar pracuje vysláním paprsku elektromagnetická radiace vlny naladěné na přesnou frekvenci na pohybujícím se objektu. (Dopplerův radar můžete samozřejmě použít na stojící objekt, ale je docela nezajímavý, pokud se cíl nepohybuje.)

Když vlna elektromagnetického záření zasáhne pohybující se objekt, „odrazí se“ zpět ke zdroji, který také obsahuje přijímač i původní vysílač. Protože se však vlna odrazila od pohybujícího se objektu, vlna se posune tak, jak je naznačeno relativistický Dopplerův efekt.

Vlna, která se vrací zpět k radarové zbrani, je v podstatě považována za zcela novou vlnu, jako by byla vyzařována z cíle, ze kterého se odrazila. Cíl v podstatě působí jako nový zdroj této nové vlny. Když to je přijato u zbraně, tato vlna má frekvenci odlišnou od frekvence když to bylo původně posláno k cíli.

Od elektromagnetického záření při odeslání byl na přesné frekvenci a po návratu je na nové frekvenci, lze to použít k výpočtu rychlosti, proticíle.

Při sledování počasí umožňuje tento systém vířící zobrazení vzorců počasí, a co je důležitější, podrobnou analýzu jejich pohybu.

Pulzně-Dopplerův radarový systém umožňuje nejen stanovení lineární rychlosti, jako v případě radarové zbraně, ale také umožňuje výpočet radiálních rychlostí. Dělá to tak, že místo paprsků záření vysílá impulsy. Posun nejen ve frekvenci, ale také v nosných cyklech umožňuje určit tyto radiální rychlosti.

K dosažení tohoto cíle je nutné pečlivé ovládání radarového systému. Systém musí být v koherentním stavu, který umožňuje stabilitu fází radiačních pulzů. Jednou nevýhodou je, že existuje maximální rychlost, nad kterou Pulse-Dopplerův systém nemůže měřit radiální rychlost.

Abychom tomu porozuměli, zvažte situaci, kdy měření způsobí posun fáze pulzu o 400 stupňů. Matematicky je to identické s posunem o 40 stupňů, protože prošlo celým cyklem (celých 360 stupňů). Rychlosti způsobující takové posuny se nazývají „slepá rychlost“. Je to funkce pulsu opakovací frekvence signálu, takže změnou tohoto signálu mohou meteorologové tomu zabránit stupeň.

Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.