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Wenn Sie den Begriff Doppler-Radar hören, denken viele Menschen an das Wort ‘Radar’, aber nicht an ‘Doppler’. Heute werden wir versuchen zu verstehen, wie ein solches Radar funktioniert und was die in den entsprechenden Geräten verwendete Technologie bietet. Wir laden Sie ein, weiterzulesen.
Was ist ein Radar?
Ein Radar ist ein System, das schon seit sehr langer Zeit verwendet wird. In einem grundlegenden Radarsystem wird ein schmaler Energiestrahl, Radiowellen genannt, von der Antenne in kurzen Wellenlängen und in kurzen Abständen gesendet. Zwischen den einzelnen Impulsen horcht der Empfänger auf Wellen, die auf Objekte in der Atmosphäre treffen und zur Antenne zurückkehren (das Phänomen der Reflexion elektromagnetischer Wellen). Wenn Sie die Zeit kennen, die die Radiowelle benötigt hat, um zur Antenne zurückzukehren, können Sie die Entfernung zu dem Objekt berechnen. Diese Methode wird von Radarsystemen verwendet, die Flugzeuge erkennen. Sie zeigen sie als grüne Punkte an, die angeben, wo sich ein bewegtes Objekt gerade befindet.
Was ist der Dopplereffekt?
Der Doppler-Effekt tritt auf, wenn sich die Quelle der Welle relativ zum Beobachter bewegt. Wenn sich die bewegende Quelle dem Beobachter nähert, ist die Frequenz der vom Beobachter empfangenen Wellen höher als die Frequenz der Quelle, während die Frequenz der Wellen, wenn sich die Quelle vom Beobachter entfernt, ebenfalls niedriger ist. Dieser Unterschied beim Empfang wird als Doppler-Verschiebung(Doppler-Shift) bezeichnet.
Am besten lässt sich dies anhand eines bekannten Beispiels aus der Schule veranschaulichen – in diesem Fall ist die „Quelle“ ein Krankenwagen, der auf das Signal zurast, der Pfeil zeigt die Fahrtrichtung an, und der „Beobachter“ sind Sie. Sie hören, wie sich das Geräusch des Signals aufbaut, dann ein schwer zu ertragendes Ausmaß annimmt und schließlich allmählich abklingt, während sich das Fahrzeug entfernt.
Was ist ein Doppler-Radar und wie funktioniert es?
Ein Doppler-Radar ist ein spezielles Radargerät, das den Doppler-Effekt nutzt, um Geschwindigkeitsdaten von Objekten in einer gewissen Entfernung zu erhalten. Dazu wird ein Mikrowellensignal vom gewünschten Ziel zurückgeworfen und analysiert, wie die Bewegung des Objekts die Frequenz des zurückkommenden Signals verändert hat. Diese Veränderung liefert direkte und sehr genaue Messungen der radialen Komponente der Geschwindigkeit des Ziels relativ zum Radar. Es gibt zwei Hauptbereiche, in denen das Doppler-Radar traditionell eingesetzt wird. Der erste ist der Fluch der Autofahrer, also ‘Radarpistolen’ zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Puls-Doppler-Radar wird in der Meteorologie eingesetzt, um die Geschwindigkeit von Niederschlägen zu verfolgen oder die Bewegung von Wolken zu beobachten. Je größer das Objekt ist, desto mehr Energie wird an das Radargerät zurückgesendet. Dadurch können wir zum Beispiel Regentropfen in der Atmosphäre ‘sehen’.
Ein Doppler-Radar sendet einen Strahl elektromagnetischer Strahlungswellen von einem Sender (TX-Antenne, Transmitter) mit einer präzisen Frequenz in die Richtung eines sich bewegenden Objekts. Wenn die elektromagnetische Strahlungswelle das Objekt erreicht, wird sie vom Objekt reflektiert und kehrt zum Empfänger (RX-Antenne, Receiver) zurück. Die Reflexion der Welle bewirkt, dass sie eine andere Frequenz erhält als die ursprünglich vom Gerät ausgesendete.
Es gibt verschiedene Arten von Doppler-Radar.
- Das Dauerwellenradar (CW-Radar) ist eine Art von Radarsystem, bei dem bekannte Funkenergie mit einer festen Dauerwellenfrequenz gesendet und dann von reflektierenden Objekten empfangen wird. Einzelne Objekte können mit Hilfe des Dopplereffekts erkannt werden, der bewirkt, dass das empfangene Signal eine andere Frequenz als das gesendete Signal hat, so dass es durch Herausfiltern der Sendefrequenz erkannt werden kann. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)
- Puls-Doppler-Radar ist ein Radarsystem, das die Entfernung zu einem Ziel mit Hilfe der Impulstechnologie bestimmt und den Dopplereffekt des Rücksignals nutzt, um die Geschwindigkeit des Zielobjekts zu ermitteln. Es kombiniert die Eigenschaften von einem Impulsradar und Dauerstrichradar, die früher aufgrund der Komplexität der verwendeten Elektronik getrennt behandelt wurden.
- Frequenzmodulierung, FM ( engl. Frequency Modulation) – die Codierung von Informationen in einer Trägerwelle durch Veränderung ihrer momentanen Frequenz in Abhängigkeit vom Eingangssignal, d.h. ihre Modulation. Ein Verfahren zur Übertragung eines Funksignals im Ultrakurzwellenbereich, daher die umgangssprachliche Bezeichnung „FM“.
Das Doppler-Radar wurde in der Vergangenheit auch als Navigationshilfe für Flugzeuge und Raumfahrzeuge eingesetzt. Durch die direkte Messung der Erdbewegung mit dem Radar und den anschließenden Vergleich mit der von den Flugzeuginstrumenten ermittelten Geschwindigkeit konnte die Windgeschwindigkeit zum ersten Mal genau bestimmt werden. Dieser Wert wurde dann verwendet, um die Entfernung sehr genau zu bestimmen. Ein frühes Beispiel für ein solches System war das Green-Satin-Radar, das im englischen Electric Canberra-Flugzeug eingesetzt wurde. Dieses System sendete ein gepulstes Signal mit einer sehr niedrigen Wiederholrate aus, so dass es eine einzige Antenne für die Übertragung und den Empfang verwenden konnte.
Der Oszillator hielt eine Referenzfrequenz für den Vergleich mit dem empfangenen Signal aufrecht. Ähnliche Systeme wurden in vielen Flugzeugen eingesetzt, und in den 1960er Jahren wurden sie mit den Hauptsuchradaren von Kampfflugzeugen kombiniert.
Seeedstudio Radare
Das Doppler-Radar BGT24LTR11 basiert auf dem BGT24LTR11 Chip und einem XMC1302 Controller mit einem ARM Cortex-M0 Prozessor. Es ermöglicht präzise Entfernungsmessungen und Bewegungserkennung mittels Radartechnologie. Zum Betrieb nutzt das Gerät das inzwischen bekannte physikalische Phänomen des Dopplereffekts der Frequenz der Wellen, die das Gerät über die RX- und TX-Antennen erzeugt und empfängt.
Das Modul eignet sich gut für Sicherheitssystemprojekte und ist unempfindlich gegenüber Faktoren wie hohen Temperaturen, Regen und Staubansammlungen. Wir können auch mit einem kompatiblen, beliebten Arduino arbeiten. Erfahrenere Heimwerker können das Modul an ihre eigenen Bedürfnisse anpassen – wir haben LEDs auf dem Board zur Verfügung.
