デジタルドップラーとは

デジタルドップラーは、ドップラー効果を使用してオブジェクトの速度を計算する信号処理技術です。 もともと、軍隊は、目標の追跡、シーク、および照明に使用されるレーダー用のデジタルドップラー技術を開発しました。 デジタルコンピューティングのコストが低下するにつれて、気象予報におけるパルスドップラーレーダーの重要な役割など、ドップラーレーダーの民間アプリケーションが一般的になりました。 デジタルドップラーイメージング技術は、さまざまな医療分野でもますます使用されています。

ドップラー効果は、基本的に、運動中のターゲットによって反射される信号の周波数の変化です。 観測者に向かって移動するオブジェクトによって反射される信号の周波数は、元の信号の周波数よりも高くなります。 観測者から遠ざかる物体によって反射される信号の周波数は、元の信号の周波数よりも低くなります。 このドップラーシフト現象は、信号の周波数が時間の経過とともに元の信号に対して増加または減少するときに記録できます。 周波数のその後の変化は、オブザーバーに対するオブジェクトの速度を計算するために使用されます。

コンピューターを使用して、各信号が発信、反射、受信されるときに収集される情報をデジタル化します。 最も単純な形式では、ドップラーレーダーはターゲットに電磁波を放射します。 接触すると、波は分散され、一部の波はレーダーに反射されます。 デジタルドップラーレシーバーコンピューターは、反射波をサンプリングし、放射波からの位相シフトを計算して、周波数の変化を判断します。 物体の速度は、周波数の変化から計算できますが、ターゲットの範囲と方位は決定できません。

コンピューターの速度とストレージサイズが向上するにつれて、ドップラーシフトから利用可能な情報をより多く処理できるようになりました。 たとえば、より高速なコンピューターは、単純な連続波信号ではなく、マイクロ波パルスの急速な放出から得られる情報を管理できます。 パルスがターゲットから跳ね返るまでの時間遅延と、返される信号の強度を計算できます。 これにより、ターゲットの位置と密度を相対速度と組み合わせて決定できます。 通常、これらのパルスドップラーレーダーはさまざまな高度でレーダーの周りを360度スキャンし、デジタルドップラーコンピューターは収集したデータを合成します。

ウェザードップラーは、パルスドップラーレーダーを使用して、嵐の動きと降水強度を調査します。 雲と降水中の水滴は電磁波を反射します。 したがって、デジタルドップラー処理を使用して、雲の動きの速度から接近するストームシステムの速度と強度を決定できます。 濃いhや大雨で反射した波は強くなりますが、雪と霧雨はふるいのように振る舞い、波を減衰させて分散させ、信号が弱まります。 パルス時間遅延分析を使用して、嵐の正確な位置と降水のタイプを特定できます。

コンピューターは、2種類のドップラーマップで情報を提示します。 反射率マップでは、降水情報は強度によって色分けされ、位置を示す地理的マップに重ねられます。 2番目のドップラーマップには、嵐の半径方向の速度が表示されます。この速度は、風の方向を判断するために使用できます。 ハリケーン、スーパーセル雷雨、竜巻などの厳しい気象システムは、ドップラー速度マップに明確な署名を残し、予測者が厳しい気象警告を発行できるようにします。

民間のドップラーメーカーの革新により、医療分野での技術が実用的になりました。 そのようなアプリケーションの1つは、血管の血流をテストする心エコー計です。 同様に、3Dドップラー胎児ソノグラムは、両親や医師が子宮内を移動する胎児の高解像度画像を視覚化できるため、人気が高まっています。