ドップラーレーダーはどのように機能しますか?

レーダーガンと気象用ドップラーレーダー

Project Vortex 2 に参加しているモバイル ドップラー レーダー トラックが、ネブラスカ州西部で竜巻を発生させる嵐をスキャンします。ライアン・マクギニス、ゲッティイメージズ

さまざまな方法で使用される 1 つの発見は、 ドップラー効果 、一見したところ、科学的発見はかなり非現実的であるように見えますが.

ドップラー効果とは、波、それらの波を生成するもの (ソース)、およびそれらの波を受信するもの (観測者) に関するものです。基本的に、ソースとオブザーバーが相対的に移動している場合、波の周波数はそれらの 2 つに対して異なるということです。これは、科学的相対論の一形態であることを意味します。

実際には、このアイデアが実際の結果に活用された 2 つの主な領域があり、どちらも「ドップラー レーダー」のハンドルに行き着きました。技術的には、ドップラー レーダーは、警察官の「レーダー銃」が自動車の速度を判断するために使用するものです。もう 1 つの形式は、気象の降水速度を追跡するために使用されるパルス ドップラー レーダーであり、通常、人々は天気予報でこの文脈で使用されていることから、この用語を知っています。

ドップラーレーダー：警察のレーダーガン

ドップラー レーダーは、ビームを送信することによって機能します。 電磁放射 正確な周波数に調整された、移動する物体での波。 (もちろん、ドップラー レーダーを静止した物体に使用することはできますが、ターゲットが動いていない限り、あまり面白くありません。)

電磁放射波が移動物体に当たると、元の送信機だけでなく受信機も含まれている発信源に向かって「跳ね返り」ます。ただし、波は移動物体で反射するため、波は次のようにシフトします。 相対論的ドップラー効果 .

基本的に、レーダーガンに向かって戻ってくる波は、あたかもそれが跳ね返ったターゲットによって放出されたかのように、まったく新しい波として扱われます。ターゲットは基本的に、この新しい波の新しいソースとして機能しています。ガンで受信すると、この波はターゲットに向けて最初に送信されたときの周波数とは異なる周波数になります。

電磁波だから 送信されたときは正確な周波数であり、返されたときは新しい周波数になります。これを使用して速度を計算できます。 の 、ターゲットの。

パルスドップラーレーダー：気象ドップラーレーダー

天気を見るとき、天気パターンの渦巻きの描写と、さらに重要なことに、その動きの詳細な分析を可能にするのはこのシステムです。

パルスドップラー レーダー システムでは、レーダー銃の場合のように線速度を決定できるだけでなく、半径方向の速度を計算することもできます。これは、放射線ビームの代わりにパルスを送信することによって行われます。周波数だけでなくキャリアサイクルのシフトにより、これらの半径方向速度を決定することができます。

これを実現するには、レーダーシステムを注意深く制御する必要があります。システムは、放射パルスの位相の安定性を可能にするコヒーレント状態でなければなりません。これの欠点の 1 つは、パルス ドップラー システムが動径速度を測定できない最大速度があることです。

これを理解するために、測定によってパルスの位相が 400 度シフトする状況を考えてみましょう。数学的には、これは 40 度のシフトと同じです。サイクル全体 (完全な 360 度) を経ているからです。このようなシフトを引き起こす速度は、「ブラインド スピード」と呼ばれます。これは信号のパルス繰り返し周波数の関数であるため、この信号を変更することにより、気象学者はこれをある程度防ぐことができます。

によって編集アン・マリー・ヘルメンスタイン博士