Ako Dopplerov radar funguje?

Jeden objav, ktorý sa používa rôznymi spôsobmi, je Dopplerov efekt, aj keď na prvý pohľad sa zdá, že vedecký objav je dosť nepraktický.

Dopplerov jav je predovšetkým o vlnách, o veciach, ktoré tieto vlny vytvárajú (zdroje) a o veciach, ktoré tieto vlny prijímajú (pozorovatelia). V podstate sa hovorí, že ak sa zdroj a pozorovateľ pohybujú navzájom voči sebe, frekvencia vlny sa pre tieto dva bude líšiť. To znamená, že je to forma vedeckej relativity.

V skutočnosti existujú dve hlavné oblasti, v ktorých bola táto myšlienka využitá v praktickom výsledku, a obe skončili rukoväťou „Dopplerovho radaru“. Technicky je Dopplerov radar to, čo používa policajný dôstojník na „radarové zbrane“ na určenie rýchlosti motora Vozidlo. Inou formou je pulzno-dopplerovský radar, ktorý sa používa na sledovanie rýchlosti zrážok v počasí, a ľudia zvyčajne vedia, z akého termínu sa v tomto kontexte používa v správach o počasí.

Dopplerov radar pracuje vysielaním lúča elektromagnetická radiácia

Keď vlna elektromagnetického žiarenia zasiahne pohybujúci sa objekt, odrazí sa späť k zdroju, ktorý obsahuje aj prijímač a pôvodný vysielač. Keďže sa však vlna odráža od pohybujúceho sa objektu, vlna sa posúva tak, ako je to naznačené v relativistický Dopplerov efekt.

V podstate sa vlna, ktorá sa vracia späť k radarovej pištole, považuje za úplne novú vlnu, akoby sa vysielala z cieľa, z ktorého sa odrazila. Cieľ v podstate pôsobí ako nový zdroj pre túto novú vlnu. Keď je prijatá do pištole, táto vlna má frekvenciu odlišnú od frekvencie, keď bola pôvodne odoslaná k cieľu.

Od elektromagnetického žiarenia pri odosielaní bola na presnej frekvencii a po návrate je na novej frekvencii, možno ju použiť na výpočet rýchlosti, proticieľa.

Pri pozorovaní počasia umožňuje tento systém vírivé zobrazenie vzorcov počasia a, čo je dôležitejšie, podrobnú analýzu ich pohybu.

Pulzno-dopplerovský radarový systém umožňuje nielen stanovenie lineárnej rýchlosti, ako v prípade radarovej pištole, ale tiež umožňuje výpočet radiálnych rýchlostí. Dosahuje to vysielaním impulzov namiesto lúčov žiarenia. Posun nielen vo frekvencii, ale aj v nosných cykloch umožňuje určiť tieto radiálne rýchlosti.

Aby sa to dosiahlo, je potrebné starostlivé riadenie radarového systému. Systém musí byť v koherentnom stave, ktorý umožňuje stabilitu fáz žiarenia. Jednou nevýhodou je, že existuje maximálna rýchlosť, nad ktorou Pulse-Dopplerov systém nemôže merať radiálnu rýchlosť.

Aby ste tomu porozumeli, zvážte situáciu, keď meranie spôsobí posun fázy impulzu o 400 stupňov. Matematicky je to identické s posunom o 40 stupňov, pretože prešlo celým cyklom (celých 360 stupňov). Rýchlosti spôsobujúce takéto posuny sa nazývajú „slepá rýchlosť“. Je to funkcia impulzu opakovacia frekvencia signálu, takže zmenou tohto signálu môžu meteorológovia niektorým zabrániť stupňa.

Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.