ドップラーレーダー：周波数シフトによる運動の測定

主な方式とシステム要素

実装方式は、送信波形と信号処理によって異なる。代表的な分類には次のものがある。

• 連続波（CW）：連続信号を送信し、ドップラー偏移を直接測定する。速度の測定に適するが、変調しない限り、距離を一意に求めることはできない。
• パルス・コヒーレントレーダー：位相情報を保持した短いパルスを送信し、反射波から距離と視線方向速度の両方を推定できる。
• 周波数変調連続波（FMCW）：時間とともに周波数を掃引し、小型システムで距離と速度を導出する。

いずれの方式も、雑音を含むエコーから速度を抽出するため、コヒーレント検波と、パルスペア法やフーリエ解析などのデジタル処理に依存する。レーダーの基礎については、レーダーの基本を参照。

動作、長所と限界

ドップラーレーダーは、レーダービームに沿った運動成分である視線方向速度を精密に測定する。横方向の運動を直接測定することはできないため、完全な速度ベクトルを得るには複数方向からの走査、または追加のセンサーが必要となる。実用上の課題には、地表面クラッタ、移動目標による干渉、ドップラー偏移がシステムの限界を超えた場合の速度曖昧性（エイリアシング）がある。信号処理によって多くの問題は軽減できるが、単一方向の観測から非視線方向成分を復元することはできない。

用途と例

ドップラーレーダーは現代の気象監視の中核をなし、嵐の内部における風速、風の鉛直シア、回転を明らかにし、竜巻の兆候の検出に役立つ。法執行機関の速度取締り用レーダーも、同じ原理で車両速度を測定する。航空管制、海上監視、多くの軍事追跡システムでは、移動物体を背景から分離し、接近・遠ざかりの速度を推定するためにドップラー方式が用いられる。この技術は医療で使われるドップラー超音波と密接に関連するが、装置と周波数は異なる。実用上の性能と測定時の考慮事項については、技術資料を参照。

歴史と特筆すべき事項

ドップラー効果は19世紀に記述され、電子技術と信号処理技術の成熟に伴い、20世紀には電波とレーダーへ応用された。ドップラー機能は、距離と方位に運動情報を加えることで、気象学と目標追跡を大きく変化させた。現代の気象レーダーは、ドップラー速度を反射強度および走査戦略と組み合わせ、大気運動の三次元的な描写を作り出している。