Co to jest cyfrowy Doppler?
Cyfrowy Doppler to technika przetwarzania sygnału, która wykorzystuje efekt Dopplera do obliczania prędkości obiektów. Początkowo wojsko opracowało cyfrowe techniki Dopplera dla radarów używanych do śledzenia, wyszukiwania i oświetlania celów. Wraz ze spadkiem kosztów obliczeń cyfrowych powszechne stały się cywilne zastosowania radarów dopplerowskich, takie jak istotna rola radaru impulsowo-dopplerowskiego w prognozowaniu pogody. Techniki cyfrowego obrazowania dopplerowskiego są również coraz częściej stosowane w różnych dziedzinach medycyny.
Efekt Dopplera jest zasadniczo zmianą częstotliwości sygnału odbijanego przez poruszający się cel. Częstotliwość sygnału odbijanego przez obiekt poruszający się w kierunku obserwatora będzie wyższa niż częstotliwość pierwotnego sygnału. Częstotliwość sygnału odbijanego przez obiekt odsuwający się od obserwatora będzie niższa niż częstotliwość pierwotnego sygnału. Zjawisko przesunięcia Dopplera można zarejestrować jako wzrost lub spadek częstotliwości sygnału w stosunku do oryginalnego sygnału w czasie. Kolejne zmiany częstotliwości służą do obliczenia prędkości obiektu w stosunku do obserwatora.
Komputery służą do digitalizacji gromadzonych informacji, gdy każdy sygnał jest emitowany, odbijany i odbierany. W najprostszej postaci radar Dopplera emituje falę elektromagnetyczną na cel. W kontakcie fala jest rozpraszana, a część fali odbija się z powrotem do radaru. Komputer z cyfrowym odbiornikiem Dopplera pobiera próbkę fali odbitej i oblicza przesunięcie fazowe z emitowanej fali, określając zmianę częstotliwości. Prędkość obiektu można obliczyć na podstawie zmian częstotliwości, chociaż nie można określić zasięgu i namiaru celu.
Wraz z poprawą prędkości i wielkości pamięci komputerów wzrosła ich zdolność do przetwarzania większej ilości informacji dostępnych w ramach zmian Dopplera. Na przykład szybsze komputery mogą zarządzać informacjami pochodzącymi z szybkiej emisji impulsów mikrofalowych zamiast prostego sygnału fali ciągłej. Opóźnienie czasowe dla impulsu odbicia od celu może być obliczone, jak również siła zwróconego sygnału. Pozwala to określić pozycję i gęstość celu w połączeniu z jego prędkością względną. Zazwyczaj radary Pulse-Doppler skanują 360 stopni wokół radaru na różnych wysokościach, a cyfrowe komputery Dopplera tworzą zbiór zebranych danych.
Weather Doppler wykorzystuje radar Pulse-Doppler do badania ruchu burz i intensywności opadów. Kropelki wody w chmurach i opadach odbijają fale elektromagnetyczne. Cyfrowe przetwarzanie Dopplera można zatem wykorzystać do określenia prędkości i intensywności zbliżającego się układu burzowego na podstawie prędkości ruchu chmur. Fale odbite od gęstego gradu lub ulewnego deszczu będą silne, podczas gdy śnieg i mżawka działają bardziej jak sita, tłumiąc i rozpraszając fale i powodując słabsze sygnały. Za pomocą analizy opóźnienia czasowego impulsu można określić dokładną lokalizację burzy, a także rodzaj opadów.
Komputery prezentują informacje w dwóch typach map Dopplera. Na mapie odbicia informacje o opadach są oznaczone intensywnością i nałożone na mapę geograficzną wskazującą położenie. Druga mapa Dopplera pokazuje prędkość radialną burzy, którą można wykorzystać do określenia kierunku wiatru. Ciężkie systemy pogodowe, takie jak huragany, burze superkomórkowe i tornada, pozostawiają znaczące sygnatury na mapach prędkości Dopplera, umożliwiając prognostykom wysyłanie ostrzeżeń pogodowych.
Innowacje cywilnego producenta Dopplera sprawiły, że ich technologia stała się praktyczna w dziedzinie medycyny. Jednym z takich zastosowań są echokardiografy, które badają naczyniowy przepływ krwi. Podobnie popularne są sonogramy płodu 3D Dopplera, ponieważ pozwalają rodzicom i lekarzom na wizualizację obrazów płodu poruszającego się wewnątrz macicy w wysokiej rozdzielczości.