Como funciona o radar Doppler?

Radar Doppler para armas de radar e meteorologia

Um caminhão de radar Doppler móvel que participa do Projeto Vortex 2 escaneia uma tempestade que produz tornados no oeste de Nebraska. Ryan McGinnis, Getty Images

Uma descoberta que é usada de várias maneiras é a efeito Doppler , embora à primeira vista a descoberta científica pareça bastante impraticável.

O efeito Doppler é sobre ondas, as coisas que produzem essas ondas (fontes) e as coisas que recebem essas ondas (observadores). Basicamente, diz que se a fonte e o observador estiverem se movendo um em relação ao outro, a frequência da onda será diferente para os dois. Isso significa que é uma forma de relatividade científica.

Na verdade, existem duas áreas principais em que essa ideia foi alavancada em um resultado prático, e ambas acabaram com o nome de 'radar Doppler'. Tecnicamente, o radar Doppler é o que é usado pelas 'armas de radar' dos policiais para determinar a velocidade de um veículo motorizado. Outra forma é o radar Pulse-Doppler, que é usado para rastrear a velocidade da precipitação meteorológica e, geralmente, as pessoas conhecem o termo por ele ser usado neste contexto durante os boletins meteorológicos.

Radar Doppler: Arma de radar da polícia

O radar Doppler funciona enviando um feixe de radiação eletromagnética ondas, sintonizadas em uma frequência precisa, em um objeto em movimento. (Você pode usar o radar Doppler em um objeto estacionário, é claro, mas é bastante desinteressante, a menos que o alvo esteja se movendo.)

Quando a onda de radiação eletromagnética atinge o objeto em movimento, ela 'salta' de volta para a fonte, que também contém um receptor, bem como o transmissor original. No entanto, uma vez que a onda é refletida pelo objeto em movimento, a onda é deslocada conforme delineado pelo efeito Doppler relativístico .

Basicamente, a onda que está voltando para a arma de radar é tratada como uma onda inteiramente nova, como se fosse emitida pelo alvo de onde ela ricocheteou. O alvo está basicamente agindo como uma nova fonte para essa nova onda. Quando é recebida na arma, esta onda tem uma frequência diferente da frequência quando foi originalmente enviada para o alvo.

Uma vez que a radiação eletromagnética estava em uma frequência precisa quando enviado e está em uma nova frequência em seu retorno, isso pode ser usado para calcular a velocidade, dentro , do alvo.

Radar Pulso-Doppler: Radar Meteorológico Doppler

Ao observar o clima, é esse sistema que permite as representações em turbilhão de padrões climáticos e, mais importante, a análise detalhada de seu movimento.

O sistema de radar Pulse-Doppler permite não só a determinação da velocidade linear, como no caso do radar, mas também permite o cálculo de velocidades radiais. Ele faz isso enviando pulsos em vez de feixes de radiação. A mudança não apenas na frequência, mas também nos ciclos de portadora permite determinar essas velocidades radiais.

Para conseguir isso, é necessário um controle cuidadoso do sistema de radar. O sistema deve estar em um estado coerente que permita a estabilidade das fases dos pulsos de radiação. Uma desvantagem disso é que existe uma velocidade máxima acima da qual o sistema Pulse-Doppler não pode medir a velocidade radial.

Para entender isso, considere uma situação em que a medição faz com que a fase do pulso se desloque em 400 graus. Matematicamente, isso é idêntico a um deslocamento de 40 graus, porque passou por um ciclo inteiro (360 graus completos). As velocidades que causam mudanças como esta são chamadas de 'velocidade cega'. É uma função da frequência de repetição de pulso do sinal, portanto, alterando esse sinal, os meteorologistas podem evitar isso em algum grau.

Editado porAnne Marie Helmenstine, Ph.D.