En los sistemas de navegación actuales se hace uso de multitud de sensores para medir posiciones, orientaciones o velocidades. Uno de los sensores de navegación de gran interés en el mundo de la robótica y en vehículos aéreos y marítimos es el sensor de Doppler. Gracias a este dispositivo somos capaces de medir la velocidad absoluta de un cuerpo con respecto a la tierra. Veamos cómo funciona.
Seguramente muchos habréis oído hablar del famoso efecto Doppler en el que una onda en movimiento relativo con respecto un emisor modifica su frecuencia. Este efecto lo descubrió el austríaco Christian Andreas Doppler en 1842 en una investigación referente a la luz procedente de las estrellas.
Unos años más tarde Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot aplicó este principio para el caso de ondas sonoras y determinó que el tono que percibimos de un sonido emitido por una fuente que se acerca a nosotros es más agudo que si se alejase. Este efecto lo hemos experimentado en multitud de ocasiones cuando escuchamos la sirena de una ambulancia acercarse y alejarse, o en una estación de tren cuando la locomotora utiliza su silbato.
¿Cómo podemos hacer uso de este efecto para nuestro beneficio? ¿Podemos medir la velocidad relativa analizando este efecto? Observemos la expresión que relaciona estas magnitudes
La velocidad del terreno con respecto a un vehículo Va, se obtiene a partir de la velocidad Vd Doppler medida según la ecuación anterior, siendo FD la variación en frecuencia que observamos, Fo la frecuencia de transimisión, c la velocidad de la luz y alpha el ángulo de incidencia.
De esta forma si transmitimos una onda electromagnética hacia un objeto (de la cual conocemos evidentemente su frecuencia), medimos la frecuencia de la onda recibida al reflejarse en él, y conocemos los demás parámetros, seremos capaces de medir la velocidad Va. Este es el mecanismo básico que utilizan muchos vehículos aéreos y marítimos y que seguro habréis visto en multitud de películas.
En la práctica este proceso no es tan sencillo, ya que no recibiremos únicamente la onda reflejada en el objeto, sino también una serie de interferencias y señales de otro tipo, por lo que es necesario realizar una serie de filtrados previos en la señal. Además, existe una serie de errores en la medida como consecuencia de las componentes verticales de la velocidad del objeto debido a la irregularidad del terreno, la incertidumbre en el ángulo real de incidencia, etc.
Los sensores que se utilizan en vehículos marítimos emplean energía acústica que se refleja en el fondo del mar, sin embargo, los vehículos aéreos emplean radiofrecuencia, reflejándose las microondas en la superficie de la tierra. Para mejorar el funcionamiento, se suele hacer uso de varios sensores en direcciones diferentes. Así, en los sistemas aéreos o marítimos se suelen emplear cuatro sensores en 90º grados entre sí de diferencia de azimut y con el mismo ángulo de inclinación hacia abajo respecto al plano horizontal.
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nake90
Se te ha olvidado comentar al pobre Fizeau... que llegó a las mismas conclusiones por su propia cuenta a la vez. Parece que todo el mundo se olvida de él, pero el efecto se suele llamar Efecto Doppler-Fizeau, y no solo Doppler. Aunque según tenía entendido yo (puede que esté equivocado) Fizzeau hablaba de variación en la frecuencia de ondas lumínicas y Doppler de sonido.
Aquí tengo un problema curioso que hice cuando estudiaba eso: ¿A qué velocidad tendría que ir un coche para ver un semáforo en verde cuando realmente está en rojo? El resultado es 40.000 Km/s ... creo que es mejor la multa por saltarte el semáforo que decir que ibas a esa velocidad y por tanto estaba en verde xDD
Siento no poner el planteamiento completo, pero es que no tengo el enunciado y me sacaría valores de la manga, aunque se saca de despejar las fórmulas que se han puesto en el post. Se llega a esto:
v=c[(long_onda_rojo/long_onda_verde) -1] = 3E5(Km/s)[(0.62E-6(m)/0.54E-6(m))-1] = 0.4E5 Km/s
kleiser
Tengo entendido que los radares de trafico tambien utilizan este sistema para medir la velocidad de los coches.
nake90
La robótica (sobretodo la de hobby) utiliza sensores de infrarojos para detectar distancias, aunque la mayoría de estos sensores funcionan por triangulación de la onda reflejada en vez de por efecto Doppler-Fizeau, pero cuando el robot debe ir por el agua se suelen usar sónars, pero tienen muchos problemas de ondas fantasma y ondas reflejadas que no vuelven al receptor dando lugar a superficies invisibles.
Los sónar no solo funcionan por efecto Doppler, también hay algunos que miden el tiempo que tarda la onda en ir y volver.
Un efecto muy curioso que sucede con este tipo de sensores es el llamado cross-talking. Sucede cuando se envía una onda, pasa un tiempo y no se recibe nada (el sensor lo detecta como "sin obstáculos"), y se vuelve a enviar otra onda (siempre se está enviando para detectar obstáculos que puedan aparecer derrepente). Pero, si por ejemplo ahora llega la onda reflejada de la primera que habíamos enviado, el sensor detectaría que hay un objeto extremadamente cerca, aunque no es cierto ya que se trata de una onda perdida que ha llegado muy tarde.
Esto es especialemente molesto si se tienen varios sensores. Hay que tener muy en cuenta la frecuencia en la que se envían señales y el orden en el que se envían en cada sensor para evitar este fenómeno.
c_sar007
No se porque pero este tema me recuerda al Dr. Sheldon Cooper de Big Bang Theory http://www.youtube.com/watch?v=3MNWPSdVuxI
mangomacho
El Efecto Doppler, segùn tengo entendido, se basò en el estudio de la orientaciòn de los mursièlagos, ellos se orientan por la ecoubicaciòn un mecanismo sino igual muy parecido, ha constribuido mucho al anàlisis y localizaciones de estrellas y objetos en el espacio profundos, asì como tambien para determinar que el universo se està espandiendo, porque con este mètodo se obtiene el corrimiento al rojo, Edwin Habble, estudiando estrellas variables, utilizando el ED pudo comprobar que efectivamente esto ocurrìa.