Kako deluje Dopplerjev radar?

Dopplerjev radar za radarske pištole in vreme

Mobilni Dopplerjev radarski tovornjak, ki sodeluje pri projektu Vortex 2, skenira nevihto, ki povzroča tornado, v zahodni Nebraski. Ryan McGinnis, Getty Images

Eno od odkritij, ki se uporablja na različne načine, je Dopplerjev učinek , čeprav bi se na prvi pogled zdelo znanstveno odkritje precej nepraktično.

Pri Dopplerjevem učinku gre za valove, stvari, ki te valove proizvajajo (viri), in stvari, ki te valove sprejemajo (opazovalci). V bistvu pravi, da če se vir in opazovalec gibljeta relativno drug glede na drugega, bo frekvenca valovanja različna za njiju. To pomeni, da gre za obliko znanstvene relativnosti.

Dejansko obstajata dve glavni področji, kjer je bila ta zamisel uporabljena v praktičnem rezultatu in obe sta se končali z ročajem 'Dopplerjevega radarja'. Tehnično Dopplerjev radar je tisto, kar uporabljajo 'radarske puške' policistov za določanje hitrosti motornega vozila. Druga oblika je pulzno-dopplerjev radar, ki se uporablja za spremljanje hitrosti vremenskih padavin, in običajno ljudje poznajo izraz po tem, da se uporablja v tem kontekstu med vremenskimi poročili.

Dopplerjev radar: policijska radarska pištola

Dopplerjev radar deluje tako, da pošilja žarek elektromagnetno sevanje valovi, uglašeni na točno določeno frekvenco, pri premikajočem se predmetu. (Seveda lahko uporabite Dopplerjev radar na mirujočem objektu, vendar je dokaj nezanimiv, razen če se tarča premika.)

Ko val elektromagnetnega sevanja zadene premikajoči se predmet, se 'odbije' nazaj proti viru, ki vsebuje tudi sprejemnik in prvotni oddajnik. Ker pa se val odbija od premikajočega se predmeta, se val premakne, kot je prikazano z relativistični Dopplerjev učinek .

V bistvu se val, ki se vrača proti radarski pištoli, obravnava kot popolnoma nov val, kot da bi ga oddajala tarča, od katere se je odbil. Tarča v bistvu deluje kot nov vir za ta novi val. Ko ga pištola sprejme, ima ta val drugačno frekvenco od frekvence, ko je bil prvotno poslan proti cilju.

Od elektromagnetnega sevanja je bil na natančni frekvenci, ko je bil poslan, in je na novi frekvenci, ko se vrne, to lahko uporabite za izračun hitrosti, v , cilja.

Pulzni-Dopplerjev radar: Vremenski dopplerjev radar

Pri spremljanju vremena prav ta sistem omogoča vrtinčaste prikaze vremenskih vzorcev in, kar je še pomembneje, podrobno analizo njihovega gibanja.

Radarski sistem Pulse-Doppler omogoča ne samo določanje linearne hitrosti, kot v primeru radarske pištole, temveč omogoča tudi izračun radialnih hitrosti. To počne s pošiljanjem impulzov namesto žarkov sevanja. Premik ne le v frekvenci, ampak tudi v nosilnih ciklih omogoča določitev teh radialnih hitrosti.

Da bi to dosegli, je potreben skrben nadzor radarskega sistema. Sistem mora biti v koherentnem stanju, ki omogoča stabilnost faz sevalnih impulzov. Ena od pomanjkljivosti tega je, da obstaja največja hitrost, nad katero sistem Pulse-Doppler ne more meriti radialne hitrosti.

Da bi to razumeli, razmislite o situaciji, ko meritev povzroči premik faze impulza za 400 stopinj. Matematično je to identično premiku za 40 stopinj, ker je šlo skozi celoten cikel (polnih 360 stopinj). Hitrosti, ki povzročajo takšne premike, imenujemo 'slepa hitrost'. To je funkcija frekvence ponavljanja impulza signala, zato lahko meteorologi s spreminjanjem tega signala to do neke mere preprečijo.

UredilAnne Marie Helmenstine, dr.