率变低,因此听起来就显得低沉。
近年来,一种超声脉冲多普勒血流测量技术在临床医学上开始广泛应用。当声源或反射界面移动时,所发射和散射的超声波频率会发生变化。比如,当红细胞流经心脏大血管时,从其表面散射的超声波频率发生改变,这种频率偏移可以指示血流的方向和速度。如红细胞朝向探头时,根据多普勒原理,反射的声频提高,如红细胞离开探头时,反射的声频则减小。将超声脉冲多普勒技术用于心脏研究,可以估计血流的血液动力学特征,如血流方向和血流性质等。声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即Ｄ超，此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移，Ｄ超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，实
际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。 另外， 交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量反射波的频率，根据反射波的频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪的监视器有时就装在路的上方，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上。
4.2 电磁波的多普勒效应及应用
1957 年,原苏联发射了人类历史上的第一颗人造地球卫星,美国科学家在对其跟踪研究中发现,当卫星飞向他们的无线电接收机时,收到的电波信号频率增大；卫星离去时,收到的电波信号频率减小,这就是电磁波的多普勒效应。根据电磁波的多普勒效应,在卫星通过无线电接收机上空期间,
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利用测定的各个电波信号的频率变化量,就可以确定卫星的整个轨道。后来,另一位科学家逆向思维,提出了一个相反的想法:如果事先知道卫星的精确轨道,根据电磁波的多普勒效应,就可以确定无线电接收机的位置。这个设想很快被美国有关部门采用,天上的“交通警察”——多普勒卫星导航定位系统应运而生。
多普勒卫星导航定位系统
[11]
,在军用和民用过程中取得了极大成功,
是导航定位史上的一次飞跃。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低,轨道精度难以提高,使其定位精度较低,难以满足精确测量的需要。为了提高精度,美国从1973 年开始筹建全球定位系统(GPRS) 。在经过方案论证、系统试验阶段后,于1989 年开始发射正式工作卫星,并于1994 年全部建成、投入使用。GPS 系统包括24 颗人造卫星,每12 小时绕地球1 圈,每个卫星都能发出包含其位置、时间数据编码的信号,精确度可达9 - 10秒,这些卫星按照一定方式排列,使地球上任何一点都至少能同时接收到4 颗卫星发出的信号,无论地球的任何地方、任何时候、任何天气条件,地面接收者都可以通过解读这些信号准确定出自己所处的位置。多普勒气象雷达是目前世界上最先进的气象雷达,广泛用于气象、民航等部门。它根据其发射的电磁波与云雨区回波信号的强弱测定降水强度,利用返回信号因多普勒效应产生的频率变化,测定云雨中降水微粒的移动速度。由于雷达天线可在不同的角度上作水平旋转,因此可测定三维立体空间中云雨区分布和云雨区中降水微粒的相对移动,这对研究降水的形成,分析中、小尺度天气系统,预报强对流天气具有重要意义。我国从1998 年开始在江西南昌、赣州、吉安，广东番禺、湖北宜昌等地建成多普勒气象雷达站,大大提高了短时天气预报,特别是突发性、灾害性、强对流天气预报的准确率,增强了我国气象灾害监测、预警能力。
现在 ,交通警察常用测速雷达测量汽车的速度 ,判断汽车是否超速 ,其原理就是利用红外线的多普勒效应。
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4.3 光的多普勒效应及应用
具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索（1819～1896年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
1917 年,爱因斯坦建立了广义相对论,开创了现代宇宙学的理论研究。爱因斯坦放弃了无限空间的概念,认为宇宙的体积是有限的,但是没有边界。对于宇宙而言,单个恒星作微小的运动,可以忽略不计,进而可以把宇宙近似地看成静止不动的。1929 年,哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现,除了与银河系较近的三个星系表现为向银河靠近的蓝移外,其他所有星系光谱都表现出红移,而且红移量大致同星系的距离成正比。
所有恒星的质量差别不大,均为太阳质量的0.07 至120倍,因而红移都相当小。星系是由恒星组成的,故其光谱红移不可能是恒星的引力场产生的,只能由光波多普勒效应产生。由于我们在宇宙中并不处于特殊的中心位置,因而宇宙中所有星系都在彼此远离,即宇宙处于普遍的膨胀之中。如果星系目前正在彼此远离,那么它们过去必定靠得更近。继续这一推理就意味着过去必定存在一个有限的时刻,那一时刻就是宇宙的开端,也就是通常被称为大爆炸,由此得到宇宙大爆炸模型
[12]
。该模型认为:宇宙发端于距今
100 多亿年前的大爆炸,随后以指数方式膨胀着,内部发生真空相变,产生基本粒子,形成星系。星系本身内部分裂成千千万万颗恒星。恒星周围的尘粒通过相互吸引碰撞粘合,最后形成从小行星到大行星的形形色色的天体。
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4.4 超声波的多普勒效应及应用
4.4.1 超声波无损检测
超声波在材料中的穿透力和传播方向性非常好。超声波探伤是通过型号往返于缺陷的传播时间来确定缺陷与表面的距离,通过回波信号的幅度和发射换能器的位置来确定大小和方向。A 扫描法是脉冲反射法,B 扫描法可显示工件内部缺陷的纵截面徒刑,C 扫描法可显示工件内部缺陷的横截面图形。就它的物理性而言,用超声波法可以无损检测厚度,材料硬度,硬磁深度,晶粒度,液体流量残余应力和胶结强度。
4.4.2 医学诊断
超声诊断
[13]
的物理基础,主要是利用超声波在界面的反射,由于人体
内部位置与器官的声阻抗不同,超声波进出器官时在界面上形成不同频率的反射波。当器官发生病变或异物时由于形状位置和声阻抗的变化,界面上的反射波的强度和位置也发生了改变,临床就是利用这一特点来进行诊断的。超声全息照相为医学提供了不同于X射线和同位素扫描的一种全新诊断技术,X射线和同位素诊断对于人体会产生一定的危害,但超声全息技术通常使用的最高功率范围仅为每平方厘米几百毫瓦,实验证明这样低的超声功率对人体组织不会有损害。利用X 射线对于骨骼、胃肠、肾和血管等进行诊断时,病人要服造影剂或其他措施,以获得有对比度的照片。在同位素诊断中,病人要口服或注射同位素, 这些都会给病人带来不舒适的感觉。在美国,L. weiss 等人应用液面超声波全息照相装置对老鼠腹部肿瘤进行了观测, (肿瘤是人工移植的) 51 个肿瘤中可看到49 个,确诊率达到96 % ,确诊肿瘤中用X 射线仅能看到一半。超声波诊断简易、迅速，且对患者无伤害、无痛苦,特别是对人体软组织的诊断最为有效。 4.4.3 海洋开发
①检测海洋污染,利用记录声波散射强度,可以判断海洋污染程度,分
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析废物污染速度等； ②测绘海底地貌,特别是现今随着光纤技术的飞速发展铺设海底光缆对海地地貌勘测已成为一项十分迫切的前期工作； ③海洋声学遥感,非声学海洋遥感。例如微波,红外及卫星遥感等共同缺点是穿透海洋内部,但超声波可达到海底深处,从而测得整个海洋空间和海地参数。 4.4.4 军事应用
1950年人们研制出第一代多普勒雷达,这对飞行器自备式导航开辟了广阔前景。现如今多普勒雷达已成为了各类飞行器自备式导航的必须设备,并且在未来反侵略战争和空间开发技术中,发挥更大的作用,给出更准确更可靠的导航信息。声纳是利用声波进行导航预测距的意思，多普勒声纳
[14]
是根据多普勒效应研制的一种利用水下波来测速和计程的精密仪器。用声纳可以水下侦察,从发射机电信号转换成声波信号又遇到潜水艇、水雷、鱼群等反射回来就能确定目标的位置。二战中损失了1000 多艘潜艇,其中大部分都是被声纳发现的,因此把声纳装在潜艇上,搜索潜艇、探雷担当警戒充当耳目。
4.5 多普勒天气雷达的应用
4.5.1 对灾害性天气的监测和预警
多普勒雷达
[6]
观测的实时回波强度（发射率因子Z）、径向速度（V）、
速度谱宽（W）的图像中，提供了丰富的有关强对流天气的信息，综合使用Z、V、W图像，可以较准确和及时监测灾害性天气。回波强度一直是判断强对流天气的重要参数，多普勒雷达中径向速度分布图也是判断强对流的一种有效工具，因为，强对流天气的出现和发展往往与气流的辐合、辐散以及旋转有关，在识别风灾害时特别有效。 4.5.2 龙卷
灾害性天气，最强龙卷的风速介于110～200m/s 之间。当有龙卷出现
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