Hur fungerar Doppler Radar?

En upptäckt som används på olika sätt är Dopplereffektäven om den vetenskapliga upptäckten vid första anblicken verkar vara ganska opraktisk.

Doppler-effekten handlar om vågor, de saker som producerar dessa vågor (källor) och de saker som tar emot dessa vågor (observatörer). Det säger i princip att om källan och observatören rör sig relativt varandra kommer vågens frekvens att vara annorlunda för de två. Detta betyder att det är en form av vetenskaplig relativitet.

Det finns faktiskt två huvudområden där denna idé har utnyttjats till ett praktiskt resultat, och båda har hamnat med handtaget av "Dopplerradar." Tekniskt sett är Dopplerradar det som används av polisens "radarpistoler" för att bestämma hastigheten på en motor fordon. En annan form är Pulse-Doppler-radaren som används för att spåra hastigheten på vädernedbörden, och vanligtvis känner folk termen från att den används i detta sammanhang under väderrapporter.

Dopplerradar fungerar genom att skicka en stråle av

När den elektromagnetiska strålningsvågen träffar det rörliga objektet "studsar" det tillbaka mot källan, som också innehåller en mottagare såväl som den ursprungliga sändaren. Eftersom vågen reflekteras från det rörliga objektet förskjuts emellertid vågen såsom anges av relativistisk Doppler-effekt.

I grund och botten behandlas vågen som kommer tillbaka mot radarpistolen som en helt ny våg, som om den släpptes ut av målet som det studsade ut från. Målet fungerar i princip som en ny källa för denna nya våg. När den tas emot i pistolen har denna våg en annan frekvens än frekvensen när den ursprungligen skickades mot målet.

Eftersom den elektromagnetiska strålningen var vid en exakt frekvens när den skickades ut och är vid en ny frekvens vid dess återkomst, detta kan användas för att beräkna hastigheten, vav målet.

När man tittar på vädret är det detta system som möjliggör virvlande bilder av vädermönster och, ännu viktigare, detaljerad analys av deras rörelse.

Pulse-Doppler-radarsystemet tillåter inte bara bestämning av linjär hastighet, som i fallet med radarpistolen, utan möjliggör också beräkning av radiella hastigheter. Det gör detta genom att skicka pulser istället för strålningsstrålar. Förskjutningen inte bara i frekvens utan även i bärcykler gör att man kan bestämma dessa radiella hastigheter.

För att uppnå detta krävs noggrann kontroll av radarsystemet. Systemet måste vara i ett sammanhängande tillstånd som möjliggör stabilitet för strålningspulsernas faser. En nackdel med detta är att det finns en maximal hastighet över vilken Pulse-Doppler-systemet inte kan mäta radiell hastighet.

För att förstå detta, överväg en situation där mätningen gör att pulsen i skiftet växlar med 400 grader. Matematiskt är detta identiskt med en växling på 40 grader, eftersom den har genomgått en hel cykel (hela 360 grader). Hastigheter som orsakar förändringar som detta kallas "blindhastighet". Det är en funktion av pulsen repetitionsfrekvens för signalen, så genom att ändra denna signal kan meteorologer förhindra detta för vissa grad.

Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph. D.