Qu'est-ce que le doppler numérique?
Le Doppler numérique est une technique de traitement du signal qui utilise l'effet Doppler pour calculer la vitesse des objets. À l'origine, l'armée a mis au point des techniques Doppler numériques pour les radars utilisés pour suivre, rechercher et éclairer des cibles. Alors que le coût de l'informatique numérique diminuait, les applications civiles des radars Doppler sont devenues courantes, telles que le rôle essentiel du radar à impulsions Doppler dans les prévisions météorologiques. Les techniques d'imagerie Doppler numérique sont également de plus en plus utilisées dans différents domaines médicaux.
L'effet Doppler est essentiellement le changement de fréquence d'un signal réfléchi par une cible en mouvement. La fréquence d'un signal réfléchi par un objet se dirigeant vers un observateur sera supérieure à la fréquence du signal d'origine. La fréquence d'un signal réfléchi par un objet s'éloignant d'un observateur sera inférieure à la fréquence du signal d'origine. Ce phénomène de décalage Doppler peut être enregistré lorsque la fréquence d'un signal augmente ou diminue en fonction du signal d'origine au fil du temps. Les changements de fréquence ultérieurs sont utilisés pour calculer la vitesse d'un objet par rapport à l'observateur.
Les ordinateurs sont utilisés pour numériser les informations recueillies au fur et à mesure que chaque signal est émis, réfléchi et reçu. Dans sa forme la plus simple, un radar Doppler émet une onde électromagnétique sur une cible. Au contact, l'onde est dispersée et une partie de l'onde est renvoyée vers le radar. Un ordinateur récepteur numérique Doppler échantillonne l'onde réfléchie et calcule le déphasage à partir de l'onde émise, déterminant ainsi le changement de fréquence. La vitesse de l'objet peut être calculée à partir des changements de fréquence, bien que la distance et le relèvement de la cible ne puissent pas être déterminés.
À mesure que la vitesse et la taille de stockage des ordinateurs se sont améliorées, leur capacité à traiter un plus grand nombre d'informations disponibles issues des décalages Doppler a également augmenté. Par exemple, des ordinateurs plus rapides peuvent gérer les informations dérivées de l'émission rapide d'impulsions hyperfréquences au lieu d'un simple signal à onde continue. Le délai de retour d'une impulsion à partir d'une cible peut être calculé, ainsi que la force du signal renvoyé. Cela permet de déterminer la position et la densité de la cible en liaison avec sa vitesse relative. En règle générale, ces radars Pulse-Doppler balayent à 360 degrés autour du radar à différentes altitudes, et les calculateurs numériques Doppler créent un composite des données collectées.
Weather Doppler utilise le radar Pulse-Doppler pour étudier le mouvement des tempêtes et l’intensité des précipitations. Les gouttelettes d'eau dans les nuages et les précipitations reflètent les ondes électromagnétiques. Le traitement Doppler numérique peut ainsi être utilisé pour déterminer la vitesse et l’intensité d’un système de tempête approchant à partir de la vitesse du mouvement des nuages. Les vagues réfléchies par la grêle dense ou les fortes pluies seront fortes, tandis que la neige et la bruine agissent davantage comme des tamis, atténuant et dispersant les vagues et produisant des signaux plus faibles. À l'aide de l'analyse du délai d'impulsion, il est possible de déterminer l'emplacement exact d'une tempête ainsi que le type de précipitation.
Les ordinateurs présentent les informations sous deux types de cartes Doppler. Dans une carte de réflectivité, les informations de précipitation sont codées par couleur en fonction de l'intensité et superposées à une carte géographique indiquant le positionnement. Une deuxième carte Doppler affiche la vitesse radiale d'une tempête, qui peut être utilisée pour déterminer la direction du vent. Les systèmes météorologiques violents tels que les ouragans, les orages supercellulaires et les tornades laissent des signatures indicatrices sur les cartes de vélocité Doppler, ce qui permet aux prévisionnistes d'émettre des avertissements de temps violent.
Les innovations du fabricant de civils Doppler ont rendu sa technologie pratique dans le domaine médical. Une de ces applications est l’échocardiographie qui teste le débit sanguin vasculaire. De même, les sonogrammes foetaux 3D Doppler gagnent en popularité, car ils permettent aux parents et aux médecins de visualiser des images haute résolution d’un fœtus se déplaçant à l’intérieur de l’utérus.