Kuinka Doppler-tutka toimii?

Yksi löytö, jota käytetään monin tavoin, on Doppler-ilmiö, vaikka ensi silmäyksellä tieteellinen löytö näyttäisi olevan melko epäkäytännöllinen.

Doppler-ilmiö liittyy kaikkiin aaltoihin, asioihin, jotka tuottavat nuo aallot (lähteet), ja asioihin, jotka vastaanottavat nuo aallot (tarkkailijat). Periaatteessa sanotaan, että jos lähde ja tarkkailija liikkuvat toistensa suhteen, niin aallon taajuus on erilainen heille kahdelle. Tämä tarkoittaa, että se on eräänlainen tieteellinen suhteellisuusteoria.

Itse asiassa on kaksi pääaluetta, joilla tämä ajatus on hyödynnetty käytännöllisiksi tuloksiksi, ja molemmat ovat päätyneet kahvaan "Doppler-tutkaa". Teknisesti Doppler-tutka on se, jota poliisin "tutka-aseet" käyttävät moottorin nopeuden määrittämiseen ajoneuvoon. Toinen muoto on Pulse-Doppler-tutka, jota käytetään seuraamaan sääsateiden nopeutta, ja yleensä ihmiset tietävät sana siitä, mitä sillä käytetään tässä yhteydessä säätiedotteiden aikana.

Doppler-tutka toimii lähettämällä säteily

Kun sähkömagneettinen säteilyaalto osuu liikkuvaan esineeseen, se "kimpoaa" takaisin kohti lähdettä, joka sisältää myös vastaanottimen ja alkuperäisen lähettimen. Koska aalto kuitenkin heijastuu liikkuvasta esineestä, aalto siirtyy, kuten relativistinen Doppler-vaikutus.

Pohjimmiltaan tutkapistoolia kohti palaavaa aaltoa käsitellään kokonaan uutena aallona, ​​ikään kuin se olisi emittoituna kohteena, josta se palasi. Kohde toimii periaatteessa uuden lähteenä tälle uudelle aallolle. Kun se vastaanotetaan aseella, tämän aallon taajuus eroaa taajuudesta, kun se alun perin lähetettiin kohti tavoitetta.

Koska sähkömagneettinen säteily oli tarkalla taajuudella lähetettäessä ja on uudella taajuudella palatessaan, sitä voidaan käyttää nopeuden laskemiseen, v, tavoitteesta.

Säää tarkkaillessaan tämä järjestelmä antaa mahdollisuuden pyörittää sääkuvioita ja mikä tärkeintä, yksityiskohtainen analyysi niiden liikkeistä.

Pulse-Doppler-tutkajärjestelmä mahdollistaa lineaarisen nopeuden määrittämisen, kuten tutka-aseen tapauksessa, mutta myös radiaalisten nopeuksien laskemisen. Se tekee tämän lähettämällä pulsseja säteilypalkkien sijasta. Siirtymä taajuuden lisäksi myös kantoaallosyklien avulla antaa mahdollisuuden määrittää nämä säteittäiset nopeudet.

Tämän saavuttamiseksi tutkajärjestelmää on valvottava huolellisesti. Järjestelmän on oltava koherentissa tilassa, joka mahdollistaa säteilypulssien vaiheiden vakauden. Yksi haittapuoli on se, että on suurin nopeus, jota suurempi Pulse-Doppler-järjestelmä ei voi mitata radiaalista nopeutta.

Tämän ymmärtämiseksi ajatellaan tilannetta, jossa mittaus saa pulssivaiheen muuttumaan 400 astetta. Matemaattisesti tämä on identtinen 40 asteen muutoksen kanssa, koska se on käynyt läpi koko syklin (täydet 360 astetta). Tällaisia ​​muutoksia aiheuttavia nopeuksia kutsutaan "sokeaksi nopeudeksi". Se on pulssin funktio signaalin toistotaajuutta, joten muuttamalla tätä signaalia, meteorologit voivat estää sen joillekin asteen.

Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine