Πώς λειτουργεί το ραντάρ Doppler;

Μια ανακάλυψη που χρησιμοποιείται με διάφορους τρόπους είναι η Φαινόμενο Ντόπλερ, αν και με την πρώτη ματιά η επιστημονική ανακάλυψη φαίνεται να είναι μάλλον μη πρακτική.

Το φαινόμενο Doppler αφορά όλα τα κύματα, τα πράγματα που παράγουν αυτά τα κύματα (πηγές) και τα πράγματα που λαμβάνουν αυτά τα κύματα (παρατηρητές). Βασικά λέει ότι εάν η πηγή και ο παρατηρητής κινούνται σε σχέση με τον άλλο, τότε η συχνότητα του κύματος θα είναι διαφορετική για τους δύο. Αυτό σημαίνει ότι είναι μια μορφή επιστημονικής σχετικότητας.

Στην πραγματικότητα υπάρχουν δύο κύριοι τομείς στους οποίους αυτή η ιδέα έχει αξιοποιηθεί σε πρακτικό αποτέλεσμα, και οι δύο έχουν καταλήξει με τη λαβή του "ραντάρ Doppler". Τεχνικά, το ραντάρ Doppler είναι αυτό που χρησιμοποιείται από το αστυνομικό "όπλα ραντάρ" για να καθορίσει την ταχύτητα ενός κινητήρα όχημα. Μια άλλη μορφή είναι το ραντάρ Pulse-Doppler το οποίο χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της ταχύτητας της βροχόπτωσης και συνήθως οι άνθρωποι γνωρίζουν τον όρο από το γεγονός ότι χρησιμοποιείται σε αυτό το πλαίσιο κατά τη διάρκεια των καιρικών φαινομένων.

Το ραντάρ Doppler λειτουργεί με την αποστολή μιας δέσμης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κύματα, συντονισμένα σε μια ακριβή συχνότητα, σε ένα κινούμενο αντικείμενο. (Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ραντάρ Doppler σε ένα ακίνητο αντικείμενο, φυσικά, αλλά είναι αρκετά ενδιαφέρον, εκτός αν ο στόχος κινείται.)

Όταν το κύμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας πλήξει το κινούμενο αντικείμενο, "αναπηδά" προς την πηγή, η οποία περιέχει επίσης έναν δέκτη καθώς και τον αρχικό πομπό. Ωστόσο, δεδομένου ότι το κύμα αντανακλάται από το κινούμενο αντικείμενο, το κύμα μετατοπίζεται όπως περιγράφεται από το σχετικιστική επίδραση Doppler.

Βασικά, το κύμα που επιστρέφει προς το πυροβόλο όπλο ραντάρ αντιμετωπίζεται ως ένα εντελώς νέο κύμα, σαν να εκπέμπεται από τον στόχο που απότοξε. Ο στόχος βασικά ενεργεί ως νέα πηγή για αυτό το νέο κύμα. Όταν λαμβάνεται στο πιστόλι, αυτό το κύμα έχει συχνότητα διαφορετική από τη συχνότητα όταν αποστέλλεται αρχικά προς το στόχο.

Από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ήταν σε ακριβή συχνότητα όταν αποστέλλεται και βρίσκεται σε νέα συχνότητα κατά την επιστροφή του, αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ταχύτητας, v, του στόχου.

Όταν παρακολουθούμε τον καιρό, αυτό το σύστημα επιτρέπει τις περιστροφικές απεικονίσεις των καιρικών συνόλων και, το πιο σημαντικό, τη λεπτομερή ανάλυση της κίνησης τους.

Το σύστημα ραντάρ Pulse-Doppler επιτρέπει όχι μόνο τον προσδιορισμό της γραμμικής ταχύτητας, όπως στην περίπτωση του πυροβόλου όπλου, αλλά επιτρέπει επίσης τον υπολογισμό των ακτινικών ταχυτήτων. Αυτό γίνεται με την αποστολή παλμών αντί για δέσμες ακτινοβολίας. Η μετατόπιση όχι μόνο στη συχνότητα αλλά και στους κύκλους του φορέα επιτρέπει να προσδιοριστούν αυτές οι ακτινικές ταχύτητες.

Προκειμένου να επιτευχθεί αυτό, απαιτείται προσεκτικός έλεγχος του συστήματος ραντάρ. Το σύστημα πρέπει να είναι σε συνεκτική κατάσταση που επιτρέπει τη σταθερότητα των φάσεων των παλμών ακτινοβολίας. Ένα μειονέκτημα γι 'αυτό είναι ότι υπάρχει μια μέγιστη ταχύτητα πάνω από την οποία το σύστημα Pulse-Doppler δεν μπορεί να μετρήσει την ακτινική ταχύτητα.

Για να κατανοήσουμε αυτό, σκεφτείτε μια κατάσταση όπου η μέτρηση προκαλεί τη μετατόπιση της φάσης του παλμού κατά 400 μοίρες. Μαθηματικά, αυτό είναι πανομοιότυπο με μια μετατόπιση 40 μοιρών, επειδή έχει περάσει από ολόκληρο τον κύκλο (πλήρης 360 μοίρες). Οι ταχύτητες που προκαλούν μετατοπίσεις όπως αυτή ονομάζονται "τυφλή ταχύτητα". Είναι συνάρτηση του παλμού συχνότητα επανάληψης του σήματος, οπότε μεταβάλλοντας αυτό το σήμα, οι μετεωρολόγοι μπορούν να αποτρέψουν αυτό το φαινόμενο βαθμός.

Επεξεργάστηκε από Anne Marie Helmenstine, Ph. D.