Что такое цифровой допплер?

Цифровой допплер - это метод обработки сигналов, который использует эффект Доплера для расчета скорости объектов. Первоначально военные разработали цифровые доплеровские методы для радаров, используемых для отслеживания, поиска и освещения целей. Поскольку стоимость цифровых вычислений уменьшилась, стали широко распространены гражданские применения доплеровских радаров, например, важная роль радаров с импульсным допплером в прогнозировании погоды. Методы цифровой доплеровской визуализации также все чаще используются в различных областях медицины.

Эффект Доплера - это, по сути, изменение частоты сигнала, отражаемого движущейся целью. Частота сигнала, отраженного объектом, движущимся к наблюдателю, будет выше, чем частота исходного сигнала. Частота сигнала, отраженного от объекта, удаляющегося от наблюдателя, будет ниже, чем частота исходного сигнала. Это явление доплеровского сдвига может быть записано, когда частота сигнала увеличивается или уменьшается относительно исходного сигнала с течением времени. Последующие изменения частоты используются для расчета скорости объекта по отношению к наблюдателю.

Компьютеры используются для оцифровки собранной информации по мере того, как каждый сигнал излучается, отражается и принимается. В своей простейшей форме доплеровский радар излучает на цель электромагнитную волну. При контакте волна рассеивается, и часть волны отражается обратно на радар. Компьютер с цифровым доплеровским приемником производит выборку отраженной волны и рассчитывает сдвиг фазы по излучаемой волне, определяя изменение частоты. Скорость объекта может быть рассчитана по изменениям частоты, хотя дальность и направление цели не могут быть определены.

По мере того, как скорость и объем хранилища компьютеров улучшались, увеличивается и их способность обрабатывать больше информации, доступной из доплеровских смен. Например, более быстрые компьютеры могут управлять информацией, получаемой из быстрого излучения микроволновых импульсов, вместо простого непрерывного волнового сигнала. Можно рассчитать задержку отскока импульса от цели и силу полученного сигнала. Это позволяет определять положение и плотность цели в сочетании с ее относительной скоростью. Как правило, эти импульсные доплеровские радары сканируют на 360 градусов вокруг радара на разных уровнях, а цифровые доплеровские компьютеры составляют совокупность собранных данных.

Погодный допплер использует радиолокатор Pulse-Doppler для изучения движения штормов и интенсивности осадков. Капли воды в облаках и осадках отражают электромагнитные волны. Таким образом, цифровая допплеровская обработка может использоваться для определения скорости и интенсивности приближающейся штормовой системы по скорости движения облаков. Волны, отраженные от плотного града или сильного дождя, будут сильными, тогда как снег и морось действуют больше как сита, ослабляя и рассеивая волны и приводя к более слабым сигналам. Используя анализ задержки импульса, можно определить точное местоположение шторма, а также тип осадков.

Компьютеры представляют информацию в двух типах доплеровских карт. На карте отражательной способности информация об осадках имеет цветовую кодировку по интенсивности и накладывается на географическую карту, которая указывает местоположение. Вторая допплеровская карта отображает радиальную скорость шторма, которую можно использовать для определения направления ветра. Суровые погодные системы, такие как ураганы, грозы суперячеек и торнадо, оставляют контрольные подписи на допплеровских картах скорости, что позволяет синоптикам выдавать суровые предупреждения о погоде.

Инновации гражданского допплеровского производителя сделали его технологию практичной в области медицины. Одним из таких приложений являются эхокардиографы, которые проверяют сосудистый кровоток. Аналогичным образом набирают популярность трехмерные доплеровские сонограммы плода, поскольку они позволяют родителям и врачам визуализировать изображения плода с высоким разрешением, движущиеся внутри матки.