Le Doppler numérique est une technique de traitement du signal qui utilise l’effet Doppler pour calculer la vitesse des objets. À l’origine, l’armée a développé des techniques Doppler numériques pour les radars utilisés pour suivre, rechercher et illuminer des cibles. Alors que le coût de l’informatique numérique diminuait, les applications civiles des radars Doppler sont devenues courantes, comme le rôle essentiel du radar Pulse-Doppler dans les prévisions météorologiques. Les techniques d’imagerie numérique Doppler sont également de plus en plus utilisées dans différents domaines médicaux.
L’effet Doppler est essentiellement le changement de fréquence d’un signal réfléchi par une cible en mouvement. La fréquence d’un signal réfléchi par un objet se déplaçant vers un observateur sera plus élevée que la fréquence du signal original. La fréquence d’un signal réfléchi par un objet s’éloignant d’un observateur sera inférieure à la fréquence du signal d’origine. Ce phénomène de décalage Doppler peut être enregistré lorsque la fréquence d’un signal augmente ou diminue par rapport au signal d’origine au fil du temps. Les changements de fréquence ultérieurs sont utilisés pour calculer la vitesse d’un objet par rapport à l’observateur.
Les ordinateurs sont utilisés pour numériser les informations recueillies au fur et à mesure que chaque signal est émis, réfléchi et reçu. Dans sa forme la plus simple, un radar Doppler émet une onde électromagnétique sur une cible. Au contact, l’onde est dispersée et une partie de l’onde est réfléchie vers le radar. Un ordinateur récepteur numérique Doppler échantillonne l’onde réfléchie et calcule le déphasage par rapport à l’onde émise, déterminant le changement de fréquence. La vitesse de l’objet peut être calculée à partir des changements de fréquence, bien que la portée et le relèvement de la cible ne puissent pas être déterminés.
À mesure que la vitesse et la taille de stockage des ordinateurs se sont améliorées, leur capacité à traiter davantage d’informations disponibles à partir des quarts Doppler s’est également améliorée. Par exemple, des ordinateurs plus rapides peuvent gérer les informations dérivées de l’émission rapide d’impulsions micro-ondes au lieu d’un simple signal d’onde continue. Le délai pour qu’une impulsion rebondisse à partir d’une cible peut être calculé ainsi que la force du signal renvoyé. Cela permet de déterminer la position et la densité de la cible en conjonction avec sa vitesse relative. Généralement, ces radars Pulse-Doppler balayent 360 degrés autour du radar à diverses altitudes, et les ordinateurs Doppler numériques font un composite des données collectées.
Weather Doppler utilise le radar Pulse-Doppler pour étudier le mouvement des tempêtes et l’intensité des précipitations. Les gouttelettes d’eau dans les nuages et les précipitations réfléchissent les ondes électromagnétiques. Le traitement numérique Doppler peut ainsi être utilisé pour déterminer la vitesse et l’intensité d’un système orageux en approche à partir de la vitesse du mouvement des nuages. Les vagues réfléchies par la grêle dense ou les fortes pluies seront fortes, tandis que la neige et la bruine agissent davantage comme des tamis, atténuant et dispersant les vagues et entraînant des signaux plus faibles. En utilisant l’analyse du délai d’impulsion, l’emplacement exact d’une tempête peut être déterminé ainsi que le type de précipitation.
Les ordinateurs présentent les informations dans deux types de cartes Doppler. Dans une carte de réflectivité, les informations sur les précipitations sont codées par couleur par intensité et superposées sur une carte géographique qui indique le positionnement. Une deuxième carte Doppler affiche la vitesse radiale d’une tempête, qui peut être utilisée pour déterminer la direction du vent. Les systèmes météorologiques violents tels que les ouragans, les orages supercellulaires et les tornades laissent des signatures révélatrices sur les cartes de vitesse Doppler, permettant aux prévisionnistes d’émettre des avertissements de temps violent.
Les innovations des fabricants civils de Doppler ont rendu leur technologie pratique dans le domaine médical. L’une de ces applications est l’échocardiographie qui teste le flux sanguin vasculaire. De même, les échographies fœtales Doppler 3D gagnent en popularité, car elles permettent aux parents et aux médecins de visualiser des images haute résolution d’un fœtus se déplaçant à l’intérieur de l’utérus.