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    多普勒效應

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    多普勒效應是什么

    當聲音,光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運動時,觀測者所收到的振動頻率與振動源所發出的頻率有所不同。

    因為這一現象是奧地利科學家多普勒最早發現的,所以稱之為多普勒效應。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移,它與相對速度V成正比,與振動的頻率成反比。

    多普勒效應

    多普勒效應的應用廣泛性

    多普勒效應不僅僅適用于機械波、聲波,它也適用于所有類型的波,包括電磁波。科學家愛德文·哈勃(Edwin Hubble)使用多普勒效應得出宇宙正在膨脹的結論。他發現遠離銀河系的天體發射的光線頻率變低,即移向光譜的紅端,稱為紅移,天體離開銀河系的速度越快紅移越大,這說明這些天體在遠離銀河系。反之,如果天體正移向銀河系,則光線會發生藍移。

    在移動通信中,當移動臺移向基站時,頻率變高,遠離基站時,頻率變低,所以我們在移動通信中要充分考慮多普勒效應。當然,由于日常生活中,我們移動速度的局限,不可能會帶來十分大的頻率偏移,但是這不可否認地會給移動通信帶來影響,為了避免這種影響造成我們通信中的問題,我們不得不在技術上加以各種考慮。也加大了移動通信的復雜性。

    在單色的情況下,我們的眼睛感知的顏色可以解釋為光波振動的頻率,或者解釋為,在1秒鐘內電磁場所交替為變化的次數。在可見區域,這種頻率越低,就越趨向于紅色,而頻率越高的,就趨向于藍,紫色。比如,由氦——氖激光所產生的鮮紅色對應的頻率為4.74×10^14赫茲,而汞燈的紫色對應的頻率則在7×10^14赫茲以上。這個原則同樣適用于聲波:聲音的高低的感覺對應于聲音對耳朵的鼓膜施加壓力的振動頻率(高頻聲音尖厲,低頻聲音低沉)。

    如果波源是固定不動的,不動的接收者所接收的波的振動與波源發射的波的節奏相同:發射頻率等于接收頻率。如果波源相對于接收者來說是移動的,比如相互遠離,那么情況就不一樣了。相對于接收者來說,波源產生的兩個波峰之間的距離拉長了,因此兩上波峰到達接收者所用的時間也變長了。那么到達接收者時頻率降低,所感知的顏色向紅色移動(如果波源向接收者靠近,情況則相反)。為了讓讀者對這個效應的影響大小有個概念,在顯示了多普勒頻移,近似給出了一個正在遠離的光源在相對速度變化時所接收到的頻率。例如,在上面提到的氦——氖激光的紅色譜線,當波源的速度相當于光速的一半時,接收到的頻率由4.74×10^14赫茲下降到2.37×10^14赫茲,這個數值大幅度地降移到紅外線的頻段。

    多普勒效應

    多普勒效應與彩超

    聲波的多普勒效應也可以用于醫學的診斷,也就是我們平常說的彩超。彩超簡單的說就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒,首先說說超聲頻移診斷法,即D超,此法應用多普勒效應原理,當聲源與接收體(即探頭和反射體)之間有相對運動時,回聲的頻率有所改變,此種頻率的變化稱之為頻移,D超包括脈沖多普勒、連續多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲一般是用自相關技術進行多普勒信號處理,把自相關技術獲得的血流信號經彩色編碼后實時地疊加在二維圖像上,即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見,彩色多普勒超聲(即彩超)既具有二維超聲結構圖像的優點,又同時提供了血流動力學的豐富信息,實際應用受到了廣泛的重視和歡迎,在臨床上被譽為“非創傷性血管造影”。

    多普勒效應與雷達

    脈沖多普勒雷達的工作原理可表述如下:當雷達發射一固定頻率的脈沖波對空掃描時,如遇到活動目標,回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差,稱為多普勒頻率。根據多普勒頻率的大小,可測出目標對雷達的徑向相對運動速度;根據發射脈沖和接收的時間差,可以測出目標的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標的多普勒頻率譜線,濾除干擾雜波的譜線,可使雷達從強雜波中分辨出目標信號。所以脈沖多普勒雷達比普通雷達的抗雜波干擾能力強,能探測出隱蔽在背景中的活動目標。 脈沖多普勒雷達于20世紀60年代研制成功并投入使用。20世紀70年代以來,隨著大規模集成電路和數字處理技術的發展,脈沖多普勒雷達廣泛用于機載預警、導航、導彈制導、衛星跟蹤、戰場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面,成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達的預警飛機,已成為對付低空轟炸機和巡航導彈的有效軍事裝備。此外,這種雷達還用于氣象觀測,對氣象回波進行多普勒速度分辨,可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。

    多普勒效應與雷達

    脈沖多普勒雷達具有下列特點:

    ①采用可編程序信號處理機,以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性,提高設備的復用性,從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜索并能改變或增加雷達的工作狀態,使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力;

    ②采用可編程序柵控行波管,使雷達能工作在不同脈沖重復頻率,具有自適應波形的能力,能根據不同的戰術狀態選用低、中或高三種脈沖重復頻率的波形,并可獲得各種工作狀態的最佳性能;

    ③采用多普勒波束銳化技術獲得高分辨率,在空對地應用中可提供高分辨率的地圖測繪和高分辨率的局部放大測繪,在空對空敵情判斷狀態可分辨出密集編隊的群目標。

     

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