Digitaler Doppler ist eine Signalverarbeitungstechnik, die den Doppler-Effekt verwendet, um die Geschwindigkeit von Objekten zu berechnen. Ursprünglich entwickelte das Militär digitale Doppler-Techniken für Radare, die zum Verfolgen, Suchen und Beleuchten von Zielen verwendet wurden. Als die Kosten der digitalen Datenverarbeitung sanken, wurden zivile Anwendungen von Doppler-Radaren üblich, wie beispielsweise die wesentliche Rolle des Puls-Doppler-Radars bei der Wettervorhersage. Auch in verschiedenen medizinischen Bereichen werden zunehmend digitale Doppler-Bildgebungsverfahren eingesetzt.
Der Doppler-Effekt ist im Wesentlichen die Änderung der Frequenz eines Signals, das von einem sich bewegenden Ziel reflektiert wird. Die Frequenz eines Signals, das von einem sich auf einen Beobachter zubewegenden Objekt reflektiert wird, ist höher als die Frequenz des ursprünglichen Signals. Die Frequenz eines Signals, das von einem sich von einem Beobachter wegbewegenden Objekt reflektiert wird, ist niedriger als die Frequenz des ursprünglichen Signals. Dieses Phänomen der Doppler-Verschiebung kann aufgezeichnet werden, wenn die Frequenz eines Signals im Verhältnis zum Originalsignal im Laufe der Zeit zu- oder abnimmt. Die nachfolgenden Frequenzänderungen werden verwendet, um die Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf den Beobachter zu berechnen.
Computer werden verwendet, um die gesammelten Informationen zu digitalisieren, wenn jedes Signal ausgesendet, reflektiert und empfangen wird. In seiner einfachsten Form sendet ein Doppler-Radar eine elektromagnetische Welle auf ein Ziel aus. Bei Kontakt wird die Welle gestreut und ein Teil der Welle wird zum Radar zurückreflektiert. Ein digitaler Doppler-Empfänger-Computer tastet die reflektierte Welle ab und berechnet die Phasenverschiebung der ausgesendeten Welle, wodurch die Frequenzänderung bestimmt wird. Aus den Frequenzänderungen kann die Geschwindigkeit des Objekts berechnet werden, die Entfernung und die Peilung des Ziels können jedoch nicht bestimmt werden.
Mit der Verbesserung der Geschwindigkeit und der Speichergröße von Computern hat sich auch ihre Fähigkeit verbessert, mehr Informationen zu verarbeiten, die aus Doppler-Verschiebungen verfügbar sind. Schnellere Computer können beispielsweise die Informationen verwalten, die aus der schnellen Emission von Mikrowellenimpulsen anstelle eines einfachen Dauerstrichsignals stammen. Die Zeitverzögerung für das Zurückprallen eines Impulses von einem Ziel kann ebenso berechnet werden wie die Stärke des zurückgesendeten Signals. Dadurch können Position und Dichte des Ziels in Verbindung mit seiner relativen Geschwindigkeit bestimmt werden. Typischerweise scannen diese Puls-Doppler-Radare 360 Grad um das Radar herum in einer Vielzahl von Höhen, und digitale Doppler-Computer erstellen eine Zusammensetzung der gesammelten Daten.
Der Wetter-Doppler verwendet Puls-Doppler-Radar, um die Bewegung von Stürmen und die Intensität des Niederschlags zu untersuchen. Wassertröpfchen in Wolken und Niederschlag reflektieren elektromagnetische Wellen. Die digitale Doppler-Verarbeitung kann somit verwendet werden, um die Geschwindigkeit und Intensität eines sich nähernden Sturmsystems aus der Geschwindigkeit der Wolkenbewegung zu bestimmen. Von dichtem Hagel oder starkem Regen reflektierte Wellen sind stark, während Schnee und Nieselregen eher wie Siebe wirken, die Wellen dämpfen und zerstreuen und zu schwächeren Signalen führen. Mittels Puls-Zeit-Verzögerungsanalyse kann der genaue Ort eines Gewitters sowie die Art des Niederschlags bestimmt werden.
Computer präsentieren die Informationen in zwei Arten von Doppler-Karten. In einer Reflektivitätskarte sind Niederschlagsinformationen nach Intensität farbcodiert und auf einer geografischen Karte überlagert, die die Position anzeigt. Eine zweite Doppler-Karte zeigt die Radialgeschwindigkeit eines Sturms an, die zur Bestimmung der Windrichtung verwendet werden kann. Unwettersysteme wie Hurrikane, Superzellengewitter und Tornados hinterlassen verräterische Signaturen auf Doppler-Geschwindigkeitskarten, die es Prognostikern ermöglichen, Unwetterwarnungen auszugeben.
Die Innovationen der zivilen Doppler-Hersteller haben ihre Technologie im medizinischen Bereich praktisch gemacht. Eine solche Anwendung sind Echokardiographen, die den vaskulären Blutfluss testen. Ebenso werden 3D-Doppler-Fetalsonogramme immer beliebter, da sie es Eltern und Ärzten ermöglichen, hochauflösende Bilder eines sich im Mutterleib bewegenden Fötus zu visualisieren.