Wat is Digital Doppler?
Digital Doppler is een signaalverwerkingstechniek die het Doppler-effect gebruikt om de snelheid van objecten te berekenen. Oorspronkelijk ontwikkelde het leger digitale Doppler-technieken voor radars die worden gebruikt om doelen te volgen, te zoeken en te verlichten. Naarmate de kosten van digitaal computergebruik daalden, zijn civiele toepassingen van Doppler-radars gebruikelijk geworden, zoals de essentiële rol van Pulse-Doppler-radar bij weersvoorspelling. Digital Doppler-beeldvormingstechnieken worden ook steeds vaker op verschillende medische gebieden gebruikt.
Het Doppler-effect is in wezen de verandering in frequentie van een signaal dat wordt gereflecteerd door een bewegend doelwit. De frequentie van een signaal dat wordt gereflecteerd door een object dat zich naar een waarnemer verplaatst, zal hoger zijn dan de frequentie van het oorspronkelijke signaal. De frequentie van een signaal dat wordt gereflecteerd door een object dat van een waarnemer weg beweegt, zal lager zijn dan de frequentie van het oorspronkelijke signaal. Dit Doppler-verschuivingsfenomeen kan worden opgenomen als de frequentie van een signaal in de loop van de tijd toeneemt of afneemt. De daaropvolgende frequentiewijzigingen worden gebruikt om de snelheid van een object ten opzichte van de waarnemer te berekenen.
Computers worden gebruikt om de verzamelde informatie te digitaliseren wanneer elk signaal wordt uitgezonden, gereflecteerd en ontvangen. In zijn eenvoudigste vorm zendt een Doppler-radar een elektromagnetische golf uit op een doelwit. Bij contact wordt de golf verspreid en wordt een deel van de golf teruggekaatst naar de radar. Een digitale Doppler-ontvangercomputer bemonstert de gereflecteerde golf en berekent de faseverschuiving van de uitgezonden golf, waarbij de verandering in frequentie wordt bepaald. De snelheid van het object kan worden berekend uit de veranderingen in frequentie, hoewel het bereik en de peiling van het doel niet kunnen worden bepaald.
Naarmate de snelheid en opslagcapaciteit van computers is verbeterd, neemt ook hun vermogen om meer informatie te verwerken die beschikbaar is via Doppler-ploegen toe. Snellere computers kunnen bijvoorbeeld de informatie beheren die is afgeleid van de snelle emissie van microgolfpulsen in plaats van een eenvoudig continu golfsignaal. De tijdsvertraging voor een puls om terug te stuiteren van een doel kan worden berekend, evenals de sterkte van het geretourneerde signaal. Hierdoor kan de positie en dichtheid van het doelwit worden bepaald in samenhang met zijn relatieve snelheid. Meestal scannen deze Pulse-Doppler-radars 360 graden rond de radar op verschillende hoogtes, en digitale Doppler-computers vormen een samenstelling van de verzamelde gegevens.
Weather Doppler maakt gebruik van Pulse-Doppler-radar om de beweging van stormen en de intensiteit van neerslag te bestuderen. Waterdruppels in wolken en neerslag reflecteren elektromagnetische golven. Digitale Doppler-verwerking kan dus worden gebruikt om de snelheid en intensiteit van een naderend stormsysteem te bepalen op basis van de snelheid van de wolkenbeweging. Golven weerkaatst door dichte hagel of zware regen zullen sterk zijn, terwijl sneeuw en motregen meer als zeven werken, de golven verzwakken en verspreiden en resulteren in zwakkere signalen. Met behulp van pulsvertragingsanalyse kan de exacte locatie van een storm worden bepaald, evenals het type neerslag.
Computers presenteren de informatie in twee soorten Doppler-kaarten. In een reflectiviteitskaart wordt neerslaginformatie kleurgecodeerd door intensiteit en gesuperponeerd op een geografische kaart die de positionering aangeeft. Een tweede Doppler-kaart toont de radiale snelheid van een storm, die kan worden gebruikt om de windrichting te bepalen. Ernstige weersystemen zoals orkanen, supercell onweersbuien en tornado's laten veelbetekenende handtekeningen achter op Doppler-snelheidskaarten, waardoor voorspellers ernstige weerswaarschuwingen kunnen geven.
De innovaties van de civiele Doppler-fabrikant hebben hun technologie praktisch gemaakt op medisch gebied. Een dergelijke toepassing zijn echocardiografen die de vasculaire bloedstroom testen. Evenzo winnen 3D Doppler-foetale sonogrammen aan populariteit, omdat ze ouders en artsen in staat stellen beelden met een hoge resolutie te visualiseren van een foetus die zich in de baarmoeder beweegt.