El Doppler digital es una técnica de procesamiento de señales que utiliza el efecto Doppler para calcular la velocidad de los objetos. Originalmente, los militares desarrollaron técnicas Doppler digitales para radares utilizados para rastrear, buscar e iluminar objetivos. A medida que disminuyó el costo de la computación digital, las aplicaciones civiles de los radares Doppler se han vuelto comunes, como el papel esencial del radar Pulse-Doppler en la predicción meteorológica. Las técnicas de imagenología Doppler digital también se utilizan cada vez más en diferentes campos médicos.
El efecto Doppler es esencialmente el cambio de frecuencia de una señal reflejada por un objetivo en movimiento. La frecuencia de una señal reflejada por un objeto que se mueve hacia un observador será más alta que la frecuencia de la señal original. La frecuencia de una señal reflejada por un objeto que se aleja de un observador será menor que la frecuencia de la señal original. Este fenómeno de desplazamiento Doppler se puede registrar a medida que la frecuencia de una señal aumenta o disminuye en relación con la señal original a lo largo del tiempo. Los cambios posteriores de frecuencia se utilizan para calcular la velocidad de un objeto en relación con el observador.
Las computadoras se utilizan para digitalizar la información recopilada a medida que se emite, se refleja y se recibe cada señal. En su forma más simple, un radar Doppler emite una onda electromagnética en un objetivo. Al contacto, la onda se dispersa y parte de la onda se refleja de regreso al radar. Una computadora con receptor Doppler digital toma muestras de la onda reflejada y calcula el cambio de fase de la onda emitida, determinando el cambio de frecuencia. La velocidad del objeto se puede calcular a partir de los cambios en la frecuencia, aunque no se puede determinar el alcance y el rumbo del objetivo.
A medida que la velocidad y el tamaño de almacenamiento de las computadoras han mejorado, también lo ha hecho su capacidad para procesar más información disponible de los cambios Doppler. Por ejemplo, computadoras más rápidas pueden administrar la información derivada de la rápida emisión de pulsos de microondas en lugar de una simple señal de onda continua. Se puede calcular el tiempo de demora para que un pulso se recupere de un objetivo, así como la fuerza de la señal devuelta. Esto permite determinar la posición y la densidad del objetivo junto con su velocidad relativa. Por lo general, estos radares Pulse-Doppler escanean 360 grados alrededor del radar en una variedad de elevaciones, y las computadoras Doppler digitales hacen una combinación de los datos recopilados.
Weather Doppler utiliza un radar Pulse-Doppler para estudiar el movimiento de las tormentas y la intensidad de las precipitaciones. Las gotas de agua en las nubes y las precipitaciones reflejan ondas electromagnéticas. Por tanto, el procesamiento Doppler digital se puede utilizar para determinar la velocidad y la intensidad de un sistema de tormenta que se aproxima a partir de la velocidad del movimiento de las nubes. Las olas reflejadas por granizo denso o lluvia intensa serán fuertes, mientras que la nieve y la llovizna actúan más como tamices, atenuando y dispersando las olas y dando como resultado señales más débiles. Utilizando el análisis de retardo de tiempo de pulso, se puede determinar la ubicación exacta de una tormenta, así como el tipo de precipitación.
Las computadoras presentan la información en dos tipos de mapas Doppler. En un mapa de reflectividad, la información de precipitación está codificada por colores por intensidad y superpuesta en un mapa geográfico que indica el posicionamiento. Un segundo mapa Doppler muestra la velocidad radial de una tormenta, que se puede utilizar para determinar la dirección del viento. Los sistemas de clima severo como huracanes, tormentas supercelulares y tornados dejan firmas reveladoras en los mapas de velocidad Doppler, lo que permite a los pronosticadores emitir avisos de clima severo.
Las innovaciones del fabricante de Doppler civil han hecho que su tecnología sea práctica en el campo médico. Una de esas aplicaciones son los ecocardiógrafos que evalúan el flujo sanguíneo vascular. Asimismo, las ecografías fetales con Doppler 3D están ganando popularidad, ya que permiten a los padres y a los médicos visualizar imágenes de alta resolución de un feto moviéndose dentro del útero.