O que é o Doppler digital?
O Doppler digital é uma técnica de processamento de sinal que usa o efeito Doppler para calcular a velocidade dos objetos. Originalmente, os militares desenvolveram técnicas de Doppler digital para radares usados para rastrear, buscar e iluminar alvos. À medida que o custo da computação digital diminuiu, as aplicações civis dos radares Doppler se tornaram comuns, como o papel essencial do radar Pulse-Doppler na previsão do tempo. As técnicas de imagem digital Doppler também são cada vez mais usadas em diferentes áreas médicas.
O efeito Doppler é essencialmente a mudança na frequência de um sinal refletido por um alvo em movimento. A frequência de um sinal refletido por um objeto que se move em direção a um observador será maior que a frequência do sinal original. A frequência de um sinal refletido por um objeto que se afasta de um observador será menor que a frequência do sinal original. Esse fenômeno de deslocamento Doppler pode ser registrado à medida que a frequência do sinal aumenta ou diminui em relação ao sinal original ao longo do tempo. As mudanças subsequentes na frequência são usadas para calcular a velocidade de um objeto em relação ao observador.
Os computadores são usados para digitalizar as informações coletadas à medida que cada sinal é emitido, refletido e recebido. Na sua forma mais simples, um radar Doppler emite uma onda eletromagnética em um alvo. Em contato, a onda é dispersa e parte da onda é refletida de volta ao radar. Um computador receptor Doppler digital coleta amostras da onda refletida e calcula a mudança de fase da onda emitida, determinando a alteração na frequência. A velocidade do objeto pode ser calculada a partir das mudanças de frequência, embora o alcance e o rumo do alvo não possam ser determinados.
À medida que a velocidade e o tamanho do armazenamento dos computadores melhoram, a capacidade de processar mais informações disponíveis nos turnos Doppler também aumenta. Por exemplo, computadores mais rápidos podem gerenciar as informações derivadas da rápida emissão de pulsos de microondas em vez de um simples sinal de onda contínua. O atraso de tempo para um pulso se recuperar de um alvo pode ser calculado, bem como a força do sinal retornado. Isso permite que a posição e a densidade do alvo sejam determinadas em conjunto com sua velocidade relativa. Normalmente, esses radares Pulse-Doppler escaneiam 360 graus ao redor do radar em várias elevações, e os computadores Doppler digitais formam um composto dos dados coletados.
O Weather Doppler usa o radar Pulse-Doppler para estudar o movimento das tempestades e a intensidade da precipitação. Gotas de água nas nuvens e precipitação refletem ondas eletromagnéticas. O processamento digital Doppler pode, portanto, ser usado para determinar a velocidade e a intensidade de um sistema de tempestade que se aproxima da velocidade do movimento das nuvens. As ondas refletidas pelo granizo denso ou pela chuva forte serão fortes, enquanto a neve e a garoa agem mais como peneiras, atenuando e dispersando as ondas e resultando em sinais mais fracos. Usando a análise de tempo de pulso, é possível determinar a localização exata de uma tempestade, bem como o tipo de precipitação.
Os computadores apresentam as informações em dois tipos de mapas Doppler. Em um mapa de refletividade, as informações de precipitação são codificadas por intensidade e sobrepostas em um mapa geográfico que indica o posicionamento. Um segundo mapa Doppler exibe a velocidade radial de uma tempestade, que pode ser usada para determinar a direção do vento. Sistemas climáticos severos, como furacões, tempestades de supercélulas e tornados, deixam assinaturas reveladoras nos mapas de velocidade Doppler, permitindo que os meteorologistas emitam alertas climáticos severos.
As inovações dos fabricantes de Doppler civis tornaram sua tecnologia prática no campo da medicina. Uma dessas aplicações são as ecocardiografias que testam o fluxo sanguíneo vascular. Da mesma forma, os sonogramas fetais com Doppler 3D estão ganhando popularidade, pois permitem que pais e médicos visualizem imagens de alta resolução de um feto em movimento dentro do útero.