Vitesse radiale Doppler
Figure 1 : Explication de la vitesse radiale
Figure 1 : Explication de la vitesse radiale
Les radars modernes mesurent la vitesse de déplacement des cibles en utilisant l’effet Doppler-Fizeau. Ils ne peuvent cependant noter que le déplacement par rapport au radar, soit la composante radiale du vent.
Dans la figure 1, les flèches vertes indiquent que les cibles se déplacent du bas vers le haut de l’image avec une vitesse constante. Le radar est placé au centre et ne peut percevoir que le mouvement dans les directions radiales, ici on ne montre que certaines de ces directions en jaune. Il en résulte que seules les composantes en rouge sont notées par le radar.
Il est facile à voir que les valeurs les plus grandes sont lorsque le radar «regarde» dans la même direction que le mouvement et que les plus petites se trouvent dans les directions tangentielles à celui-ci. La valeur de la composante radiale Doppler est positive quand la cible s’approche du radar et négative quand elle s’en éloigne.
Figure 2 : Composantes radiales (rouge) et tangentielles (bleu) du déplacement (vert) d’un avion par rapport au radar
Figure 2 : Composantes radiales (rouge) et tangentielles (bleu) du déplacement (vert) d’un avion par rapport au radar
Application à l’aviation
Un avion est une cible ponctuelle. S’il se déplace le long d’une ligne droite, sa vitesse notée par un radar de surveillance sera la composante radiale de son déplacement, comme expliquée antérieurement. Le décalage de la fréquence Doppler sera positif à l’approche de l’avion, deviendra nul quand il passera à la perpendiculaire du radar et deviendra négatif par la suite. La variation de la valeur de sa vitesse sera égale au cosinus de l’angle entre l’avion et le faisceau radar :
- θ = 0° donne vitesse maximale s’approchant ;
- θ = 90° et 270° donne vitesse nulle ;
- θ = 180° donne la vitesse maximale s’éloignant.
Si un avion tourne en cercle autour du radar, sa vitesse sera toujours nulle car le radar ne voit pas la composante tangentielle. Comme aucun décalage Doppler n’est perceptible, le filtre de visualisation des cibles mobiles mobiles le traitera comme un écho de sol et ne le pointera pas à l’écran radar.
Application météorologique
Figure 3 : Affichage Doppler
L’image 3 montre un dégradé de couleur proportionnel à la composante radiale de la vitesse de déplacement des gouttes de précipitations dans un cas réel simple. Le radar est placé au centre et par convention, le bleu/vert est utilisé pour les vitesses qui s’approchent, alors que le rouge pour celles qui s’éloignent. La ligne grise de gauche à droite montre la ligne de vitesses radiales nulles.
Comme les gouttes ont une très faible masse, ils se déplacent plus ou moins à la vitesse du vent. On peut ainsi estimer que la vitesse et la direction des vents autour du radar par l’analyse de l’image des données Doppler. Comme les données obtenues sont radiales, il faut que les précipitations couvrent une bonne partie de l’écran pour estimer les vraies directions et intensités.
Ces exemples sont très simples, dans une situation réelle, le vent peut varier d’un endroit à l’autre et l’image demandera un examen plus détaillé. Cependant, en se rappelant que l’on a la composante radiale en tout point, un utilisateur peut obtenir beaucoup d’information météorologique.
Dans un cas de pluie stratiforme, il obtiendra la direction et la vitesse des vents à différentes altitudes, comme s’il avait fait un radiosondage. En situation convective, il peut détecter des rotations dans les nuages qui peuvent être associées avec des tornades. Il peut également repérer des zones de convergence ou de divergence des vents près du sol associés avec de la forte turbulence.
Les précipitations sont généralement nécessaires pour obtenir des informations à grande échelle. Cependant en air clair près du sol, le déplacement des insectes peut être perçu par le radar et donner le déplacement des brises de mer et des fronts de rafales sortant des orages.