Τι είναι το Digital Doppler;

Το Digital Doppler είναι μια τεχνική επεξεργασίας σήματος που χρησιμοποιεί το φαινόμενο Doppler για να υπολογίσει την ταχύτητα των αντικειμένων.Αρχικά, οι στρατιωτικοί ανέπτυξαν ψηφιακές τεχνικές Doppler για ραντάρ που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση, την αναζήτηση και την ανάφλεξη στόχων.Καθώς το κόστος της ψηφιακής πληροφορικής μειώθηκε, οι πολιτικές εφαρμογές των ραντάρ Doppler έχουν γίνει κοινά, όπως ο βασικός ρόλος του ραντάρ Pulse-Doppler στην πρόβλεψη των καιρικών συνθηκών.Οι τεχνικές απεικόνισης Digital Doppler χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε διαφορετικούς ιατρικούς τομείς.

Το αποτέλεσμα Doppler είναι ουσιαστικά η μεταβολή της συχνότητας ενός σήματος που αντανακλάται από έναν στόχο σε κίνηση.Η συχνότητα ενός σήματος που αντικατοπτρίζεται από ένα αντικείμενο που κινείται προς έναν παρατηρητή θα είναι υψηλότερη από τη συχνότητα του αρχικού σήματος.Η συχνότητα ενός σήματος που αντικατοπτρίζεται από ένα αντικείμενο που απομακρύνεται από έναν παρατηρητή θα είναι χαμηλότερη από τη συχνότητα του αρχικού σήματος.Αυτό το φαινόμενο μετατόπισης Doppler μπορεί να καταγραφεί καθώς η συχνότητα σημάτων αυξάνεται ή μειώνεται σε σχέση με το αρχικό σήμα με την πάροδο του χρόνου.Οι επακόλουθες μεταβολές της συχνότητας χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ταχύτητας ενός αντικειμένου σε σχέση με τον παρατηρητή.Στην απλούστερη μορφή του, ένα ραντάρ Doppler εκπέμπει ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα σε ένα στόχο.Κατά την επαφή, το κύμα είναι διασκορπισμένο και κάποιο από τα κύματα αντανακλάται στο ραντάρ.Ένας ψηφιακός φορέας του δέκτη Doppler δείχνει το ανακλώμενο κύμα και υπολογίζει τη μετατόπιση φάσης από το εκπεμπόμενο κύμα, καθορίζοντας τη μεταβολή της συχνότητας.Η ταχύτητα του αντικειμένου μπορεί να υπολογιστεί από τις μεταβολές της συχνότητας, αν και το εύρος και το ρουλεμάν του στόχου δεν μπορεί να προσδιοριστεί.

Καθώς η ταχύτητα και το μέγεθος της αποθήκευσης των υπολογιστών έχουν βελτιωθεί, έχει και την ικανότητά τους να επεξεργάζονται περισσότερες πληροφορίες διαθέσιμες από τις μετατοπίσεις Doppler.Για παράδειγμα, οι ταχύτεροι υπολογιστές μπορούν να διαχειριστούν τις πληροφορίες που προέρχονται από την ταχεία εκπομπή παλμών μικροκυμάτων αντί για ένα απλό σήμα συνεχούς κύματος.Η χρονική καθυστέρηση για έναν παλμό να αναπηδήσει πίσω από έναν στόχο μπορεί να υπολογιστεί καθώς και η ισχύς του επιστρεφόμενου σήματος.Αυτό επιτρέπει τη θέση και την πυκνότητα του στόχου σε συνδυασμό με τη σχετική ταχύτητά του.Συνήθως αυτά τα ραντάρ παλμικά doppler σαρώνουν 360 μοίρες γύρω από το ραντάρ σε μια ποικιλία υψόμετρων και οι ψηφιακοί υπολογιστές Doppler κάνουν ένα σύνθετο των συλλεγόμενων δεδομένων.

Ο Weather Doppler χρησιμοποιεί ραντάρ Pulse-Doppler για να μελετήσει την κίνηση των καταιγίδων και την ένταση της βροχόπτωσης.Τα σταγονίδια νερού σε σύννεφα και βροχοπτώσεις αντικατοπτρίζουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.Η ψηφιακή επεξεργασία Doppler μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ταχύτητας και της έντασης ενός πλησιέστερου συστήματος καταιγίδας από την ταχύτητα της κίνησης των σύννεφων.Τα κύματα που αντανακλούσαν το πυκνό χαλάζι ή η έντονη βροχή θα είναι ισχυρά, ενώ το χιόνι και το ψιλοκομμένο ενεργούν περισσότερο σαν κόσκινα, εξασθενίζουν και διασκορπίζονται τα κύματα και οδηγούν σε ασθενέστερα σήματα.Χρησιμοποιώντας ανάλυση χρονικής καθυστέρησης παλμών, μπορεί να προσδιοριστεί η ακριβής θέση μιας καταιγίδας καθώς και ο τύπος των βροχοπτώσεων. Οι υπολογιστές παρουσιάζουν τις πληροφορίες σε δύο τύπους χαρτών Doppler.Σε έναν χάρτη ανακλαστικότητας, οι πληροφορίες κατακρημνίσεων κωδικοποιούνται από την ένταση και επικαλύπτονται σε έναν γεωγραφικό χάρτη που υποδεικνύει την τοποθέτηση.Ένας δεύτερος χάρτης Doppler εμφανίζει την ακτινική ταχύτητα μιας καταιγίδας, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καθορισμένη κατεύθυνση του ανέμου.Τα σοβαρά καιρικά συστήματα, όπως οι τυφώνες, οι καταιγίδες Supercell και οι ανεμοστρόβιλοι, αφήνουν τις υπογραφές του Doppler, επιτρέποντας στους προβλέψεις να εκδίδουν σοβαρές προειδοποιήσεις για τις καιρικές συνθήκες.Μια τέτοια εφαρμογή είναι ηχοκαρδιογραφίες που δοκιμάζουν τη ροή αγγειακού αίματος.Ομοίως, τα 3D Doppler εμβρυϊκά ηχογράμματα κερδίζουν δημοτικότητα, αφού επιτρέπουν στους γονείς και τους γιατρούς να απεικονίζουν εικόνες υψηλής ανάλυσης ενός εμβρύουμέσα στη μήτρα.