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多普勒频移

物理学术语

多普勒频移（Doppler Shift）是指当移动台以恒定的速率沿某一方向移动时，由于传播路程差的原因，会造成相位和频率的变化，通常将这种变化称为多普勒频移。它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律。

相关概念
多普勒效应
多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波蓝（红）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
多普勒频移定义
多普勒效应造成的发射和接收的频率之差称为多普勒频移。它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律。
这种现象也存在于其他类型的波中，例如光波和电磁波。科学家们观察发现，从外太空而来的光波，其频率在不断变低，既向频率较低的红色波段靠拢，这是光波遵从多普勒效应从而引起多普勒频移的例证。对于电磁波，高速运动的物体上（例如高铁）进行无线通信，会出现信号质量下降等现象，就是电磁波存在多普勒频移现象的实例。
原理
如果把光波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的波源则比原来不动时远了一步。或者说，在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
所谓多普勒效应就是当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收到的来自发射源发射信息的频率与发射源发射信息的频率不相同，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。光的传播也存在多普勒效应，当光源与接收体之间有相对运动时，接收体接收的光波频率与光源频率存在多普勒频移即为，
当接收体与光源相互靠近时，接收频率大于发射频率即：；
当接收体与光源相互远离时，接收频率小于发射频率即：。
公式
可以证明若接收体与波源相互靠近或相互远离的速度为v，波速为c，则接收体接收波的多普勒频率为，
f'=f·(c+-v1)/(c-+v2)
接收体和发射源的频率关系为：
其中，为接收到的频率，为发射源于该介质中的原始发射频率，为波在该介质中的行进速度；为接收端相对于介质的移动速度，若接近发射源则前方运算符号为+号，反之则为−号；为发射源相对于介质的移动速度，若接近观察者则前方运算符号为−号，反之则为+号。
当移动台以恒定的速率v在长度为d，端点为X和Y的路径上运动时收到来自远端源S发出的信号，如图3所示。
无线电波从源S出发，在X点与Y点分别被移动台接收时所走的路径差为：
这里Δt是移动台从X运动到Y所需的时间，θ是X和Y处与入射波的夹角。由于源端距离很远，可假设X、Y处的θ是相同的。所以，由于路径差造成的接收信号相位变化值为：
由此可得出频率变化值，即多普勒频移fd为：
由上式可看出，多普勒频移与移动台运动速度及移动台运动方向，与无线电波入射方向之间的夹角有关。若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（即接收频率上升）；若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（即接收频率下降）。信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽。
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