Wie funktioniert Doppler Radar?

Eine Entdeckung, die auf verschiedene Weise verwendet wird, ist die Doppler-Effekt, obwohl die wissenschaftliche Entdeckung auf den ersten Blick eher unpraktisch erscheint.

Der Doppler-Effekt dreht sich alles um Wellen, die Dinge, die diese Wellen (Quellen) erzeugen, und die Dinge, die diese Wellen empfangen (Beobachter). Grundsätzlich heißt es, dass die Frequenz der Welle für beide unterschiedlich ist, wenn sich Quelle und Beobachter relativ zueinander bewegen. Dies bedeutet, dass es sich um eine Form der wissenschaftlichen Relativitätstheorie handelt.

Es gibt tatsächlich zwei Hauptbereiche, in denen diese Idee in ein praktisches Ergebnis umgesetzt wurde, und beide haben den Griff bekommen von "Doppler Radar". Technisch gesehen wird Doppler-Radar von "Radargewehren" von Polizeibeamten verwendet, um die Geschwindigkeit eines Motors zu bestimmen Fahrzeug. Eine andere Form ist das Puls-Doppler-Radar, mit dem die Geschwindigkeit des Wetterniederschlags verfolgt wird. In der Regel kennen die Leute den Begriff, der in diesem Zusammenhang in Wetterberichten verwendet wird.

Doppler-Radar sendet einen Strahl von elektromagnetische Strahlung Wellen, auf eine genaue Frequenz abgestimmt, an einem sich bewegenden Objekt. (Sie können Doppler-Radar natürlich für ein stationäres Objekt verwenden, aber es ist ziemlich uninteressant, es sei denn, das Ziel bewegt sich.)

Wenn die elektromagnetische Strahlungswelle auf das sich bewegende Objekt trifft, "prallt" sie zurück zur Quelle, die neben dem ursprünglichen Sender auch einen Empfänger enthält. Da jedoch die Welle von dem sich bewegenden Objekt reflektiert wird, wird die Welle wie durch das umrissen verschoben relativistischer Doppler-Effekt.

Grundsätzlich wird die Welle, die zur Radarkanone zurückkehrt, als völlig neue Welle behandelt, als würde sie von dem Ziel ausgesendet, von dem sie abprallt. Das Ziel fungiert im Grunde genommen als neue Quelle für diese neue Welle. Wenn diese Welle an der Waffe empfangen wird, hat sie eine andere Frequenz als die Frequenz, als sie ursprünglich zum Ziel gesendet wurde.

Da die elektromagnetische Strahlung war beim Senden auf einer genauen Frequenz und hat bei seiner Rückkehr eine neue Frequenz, dies kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu berechnen, vdes Ziels.

Bei der Beobachtung des Wetters ist es dieses System, das die wirbelnde Darstellung von Wettermustern und vor allem eine detaillierte Analyse ihrer Bewegung ermöglicht.

Das Pulse-Doppler-Radarsystem ermöglicht nicht nur die Bestimmung der Lineargeschwindigkeit wie bei der Radarkanone, sondern auch die Berechnung der Radialgeschwindigkeiten. Dies geschieht durch Senden von Impulsen anstelle von Strahlungsstrahlen. Die Verschiebung nicht nur in der Frequenz, sondern auch in Trägerzyklen ermöglicht es, diese Radialgeschwindigkeiten zu bestimmen.

Um dies zu erreichen, ist eine sorgfältige Steuerung des Radarsystems erforderlich. Das System muss sich in einem kohärenten Zustand befinden, der die Stabilität der Phasen der Strahlungsimpulse ermöglicht. Ein Nachteil dabei ist, dass es eine maximale Geschwindigkeit gibt, über der das Puls-Doppler-System die Radialgeschwindigkeit nicht messen kann.

Um dies zu verstehen, betrachten Sie eine Situation, in der die Messung bewirkt, dass sich die Phase des Impulses um 400 Grad verschiebt. Mathematisch ist dies identisch mit einer Verschiebung von 40 Grad, da sie einen gesamten Zyklus durchlaufen hat (volle 360 ​​Grad). Geschwindigkeiten, die solche Verschiebungen verursachen, werden als "Blindgeschwindigkeit" bezeichnet. Es ist eine Funktion des Pulses Wiederholungsfrequenz des Signals. Durch Ändern dieses Signals können Meteorologen dies für einige verhindern Grad.

Bearbeitet von Anne Marie Helmenstine, Ph. D.