Ein Doppler Radar ist ein Spezialradar, der von der Wirkung von Doppler Gebrauch macht, Geschwindigkeitsdaten über Gegenstände in einer Entfernung zu erzeugen. Es tut das durch den strahlenden ein Mikrowellensignal zu einem gewünschten Ziel und dem Horchen auf sein Nachdenken, dann analysierend, wie die Frequenz des zurückgegebenen Signals durch die Bewegung des Gegenstands verändert worden ist. Diese Schwankung gibt direkte und hoch genaue Maße des Bestandteils einer Geschwindigkeit eines Ziels hinsichtlich des Radars. Radare von Doppler werden in der Luftfahrt verwendet, Satelliten, Meteorologie, Polizeigeschwindigkeitspistolen, Röntgenologie und bistatic Radar (Oberfläche erklingen lassend, um Rakete zu lüften).

Teilweise wegen seiner üblichen Anwendung durch Fernsehmeteorologen im Wetterbericht auf der Luft ist der spezifische Begriff "Doppler Radar" populär synonymisch mit dem Typ des in der Meteorologie verwendeten Radars falsch geworden. Modernste Wetterradare verwenden die Puls-Doppler Technik, um die Bewegung des Niederschlags zu untersuchen, aber es ist nur ein Teil der Verarbeitung ihrer Daten. Also, während diese Radare eine hoch spezialisierte Form des doppler Radars verwenden, ist der Begriff in seiner Bedeutung und seinen Anwendungen viel breiter.

Konzept

Wirkung von Doppler

Die Wirkung von Doppler (oder Verschiebung von Doppler), genannt nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler, der es 1842 vorgeschlagen hat, ist der Unterschied zwischen der beobachteten Frequenz und der ausgestrahlten Frequenz einer Welle für einen Beobachter, der sich hinsichtlich der Quelle der Wellen bewegt. Es wird allgemein gehört, wenn sich ein Fahrzeug, das eine Sirene erklingen lässt, nähert, geht und von einem Beobachter zurücktritt. Die erhaltene Frequenz ist (im Vergleich zur ausgestrahlten Frequenz) während der Annäherung höher, es ist im Moment des Vorbeigehens identisch, und es ist während des Zurücktretens niedriger. Diese Schwankung der Frequenz hängt auch von der Richtung ab, die die Welle-Quelle in Bezug auf den Beobachter bewegt; es ist maximal, wenn sich die Quelle direkt zu oder weg vom Beobachter bewegt und sich mit dem zunehmenden Winkel zwischen der Richtung der Bewegung und der Richtung der Wellen bis vermindert, wenn sich die Quelle rechtwinklig dem Beobachter bewegt, gibt es keine Verschiebung.

Eine Analogie würde Krug sein, der einen Ball jede Sekunde in einer Richtung einer Person (eine Frequenz von 1 Ball pro Sekunde) wirft. Annehmend, dass das Ball-Reisen an einer unveränderlichen Geschwindigkeit und dem Krug stationär ist, wird der Mann einen Ball jede Sekunde fangen. Jedoch, wenn der Krug zum Mann trottet, wird er Bälle öfter fangen, weil die Bälle (die Frequenzzunahmen) weniger breit sein werden. Das Gegenteil ist wahr, wenn der Krug vom Mann abrückt; er wird Bälle weniger oft wegen der rückwärts gerichteten Bewegung des Krugs (die Frequenzabnahmen) fangen. Wenn sich der Krug an einem Winkel bewegen sollte, aber mit derselben Geschwindigkeit würde die Schwankung der Frequenz, an der der Empfänger den Ball fangen würde, weniger darin bestehen, wie sich die Entfernung zwischen den zwei langsamer ändern würde.

Aus dem Gesichtswinkel vom Krug bleibt die Frequenz unveränderlich (ob er Bälle wirft oder Mikrowellen übersendet). Seitdem mit der elektromagnetischen Radiation wie Mikrowellenfrequenz ist zur Wellenlänge umgekehrt proportional, die Wellenlänge der Wellen wird auch betroffen. So ist der Verhältnisunterschied in der Geschwindigkeit zwischen einer Quelle und einem Beobachter, was die doppler Wirkung verursacht.

Frequenzschwankung

Die Formel für den Radar doppler Verschiebung ist dasselbe als das für das Nachdenken des Lichtes durch einen bewegenden Spiegel. Es gibt kein Bedürfnis, die Theorie von Einstein der speziellen Relativität anzurufen, weil alle Beobachtungen in demselben Bezugssystem gemacht werden. Das Ergebnis, das mit c als die Geschwindigkeit des Lichtes und v als die Zielgeschwindigkeit abgeleitet ist, gibt die ausgewechselte Frequenz als eine Funktion der ursprünglichen Frequenz :

Die "geschlagene Frequenz", (Frequenz von Doppler) , ist so:

Seitdem für die meisten praktischen Anwendungen des Radars, so. Wir können dann schreiben:

Technologie

Es gibt vier Weisen, die Wirkung von Doppler zu erzeugen. Radare können zusammenhängend hat pulsiert (CP), Puls-Doppler Radar, dauernde Welle (CW) oder Frequenz hat moduliert (FM) sein. CW doppler Radar stellt nur eine Geschwindigkeitsproduktion zur Verfügung, weil das empfangene Signal vom Ziel in der Frequenz mit dem ursprünglichen Signal verglichen wird. Frühe doppler Radare waren CW, aber diese haben schnell zur Entwicklung der abgestimmten dauernden Welle der Frequenz (FM-CW) Radar geführt, der die Sender-Frequenz kehrt, um Reihe zu verschlüsseln und zu bestimmen.

Der CW und die Radare des FMS-CW können normalerweise nur ein Ziel bearbeiten, das ihren Gebrauch beschränkt. Mit dem Advent von Digitaltechniken wurden Puls-Doppler Radare (PD) eingeführt, und doppler Verarbeiter für zusammenhängende Pulsradare wurden zur gleichen Zeit entwickelt. Der Vorteil, doppler zu verbinden, der mit Pulsradaren in einer Prozession geht, soll genaue Geschwindigkeitsauskunft geben. Diese Geschwindigkeit wird Reihe-Rate genannt. Es beschreibt die Rate, die ein Ziel zu oder weg vom Radar bewegt. Ein Ziel ohne Reihe-Rate widerspiegelt eine Frequenz in der Nähe von der Sender-Frequenz und kann nicht entdeckt werden. Die klassische Null doppler Ziel ist diejenige, die auf einem Kopfstück ist, das zum Radarantenne-Balken tangential ist. Grundsätzlich kann jedes Ziel, das 90 Grade in Bezug auf den Antenne-Balken anführt, nicht durch seine Geschwindigkeit (nur durch sein herkömmliches Reflexionsvermögen) entdeckt werden.

Geschichte

FM-Radar wurde während des Zweiten Weltkriegs für den Gebrauch durch das USA-Marineflugzeug entwickelt. Meiste haben das UHF-Spektrum verwendet und hatten eine übersenden Antenne von Yagi auf dem Hafen-Flügel und einem Empfänger yagi Antenne auf dem Steuerbord-Flügel. Das hat Bombern erlaubt, eine optimale Geschwindigkeit zu fliegen, als es sich Schiff-Zielen genähert hat. Später, als magnetrons und Mikrowellen verfügbar geworden sind, ist der Gebrauch des FM-Radars in den Nichtgebrauch gefallen.

Wenn sich die digitalen schnellen fourier verwandeln, ist verfügbar geworden, es wurde mit zusammenhängenden pulsierten Radaren sofort verbunden, wo Geschwindigkeitsinformation herausgezogen wurde. Das hat sich schnell nützlich sowohl im Wetter als auch in den Flugsicherungsradaren erwiesen. Die Geschwindigkeitsinformation hat einen anderen Eingang dem Softwarespurenleser zur Verfügung gestellt, und hat das Computerverfolgen verbessert. Wegen niedriger Pulse Repetition Frequency (PRF) von zusammenhängendsten pulsierten Radaren, die den Einschluss in der Reihe maximiert, wird der Betrag der Doppler-Verarbeitung beschränkt. Der doppler Verarbeiter kann nur Geschwindigkeiten bis zu ±1/2 der PRF des Radars bearbeiten. Das war nicht ein Problem für Wetterradare.

Spezialradare wurden schnell mechanisiert, als Digitaltechniken erschwinglich geworden sind. Puls-Doppler Radare verbinden alle Vorteile der langen Reihe und hohen Geschwindigkeitsfähigkeit. Puls-Doppler Radare verwenden ein Medium an hohem PRF (auf der Ordnung von 3 bis 30 Kilohertz). Dieser mittlere PRF berücksichtigt die Entdeckung entweder von hohen Geschwindigkeitszielen oder von hohen Entschlossenheitsgeschwindigkeitsmaßen. Normalerweise ist es ein oder der andere; ein Radar, der entworfen ist, um Ziele von der Null bis Mach 2 zu entdecken, hat keine hohe Entschlossenheit in der Geschwindigkeit, während ein für hohe Entschlossenheitsgeschwindigkeitsmaße entworfener Radar keine breite Reihe von Geschwindigkeiten hat. Wetterradare sind hohe Entschlossenheitsgeschwindigkeitsradare, während Luftverteidigungsradare eine große Reihe der Geschwindigkeitsentdeckung haben, aber die Genauigkeit in der Geschwindigkeit ist in den 10er Jahren von Knoten.

Antenne-Designs für den CW und FM-CW sind aufgebrochen, weil getrennt übersenden und Antennen vor dem Advent von erschwinglichen Mikrowellendesigns erhalten. Gegen Ende des Verkehrs der 1960er Jahre haben die Radare begonnen, erzeugt zu werden, der eine einzelne Antenne verwendet hat. Das wurde möglich durch den Gebrauch der kreisförmigen Polarisation und einer Mehrfachanschlusswellenleiter-Abteilung gemacht, die an X Band funktioniert. Bis zum Ende der 1970er Jahre hat sich das zur geradlinigen Polarisation und dem Gebrauch von ferrite Verbreitern sowohl an X als auch an K Bänder geändert. PD Radare funktionieren an einem zu hohen PRF, um ein Übersenden zu verwenden - erhalten gefüllten Schalter von Benzin und den grössten Teil des Gebrauches Halbleitergeräte, um den Empfänger niedriger Geräuschverstärker zu schützen, wenn der Sender angezündet wird.

Siehe auch

• Radarpistole

Weiterführende Literatur

Außenverbindungen

• Die Beschreibung der Verschiebung von Doppler hat in der Dauernden Welle Radar von Doppler verwendet
• Hören Sie X-Band Doppler der Person zu, die spazieren geht, und Golfball hat gerollt