一、多普勒效应
1、渊源
多普勒效应是一种波传输（光波、电磁波或声波）的一种物理现象，一种波源相对于接收者（观察者）在移动中发生的自然现象。该现象首先是由奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）在1842年通过观察发现并提出的，因而被命名为多普勒效应（Doppler effect）。多普勒效应后由 Buys Ballot（荷兰的气象学家、化学家）在声波中验证，而后1848年Hippolyte Fizeau（法国物理学家）独立在电磁波发现了相同的现象，同年John Scott Russell （苏格兰的科学家）对多普勒效应进行了实验研究。
2、效应
多普勒效应（Doppler effect）表现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（称为蓝移（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（称为红移（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。普勒效应现象下图1-2示例。
图 1-2：普勒效应-光源的运动改变光的颜色
多普勒效应在生活中，常见的例子是远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细（即频率变高，波长变短），而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉（即频率变低，波长变长）。这是一种声波的普勒效应，对于电磁波同样存在多普勒效应，广泛地表现在无线电通信中。
多普勒效应中的波源与接收者（观察者）的移动性可存在于：波源移动，接收者（观察者）静止（如卫星通信中，卫星在移动，地球站相对静止）；波源静止，接收者（观察者）移动（如蜂窝移动通信中，基站静止，终端在移动）；波源与接收者（观察者）都移动（如卫星导航系统中，卫星与用户设施均在移动）。
二、多普勒频移
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。下述以声波为例推出其多普勒频移的计算公式。当C SOUND为给定介质中声波的传输速度，f为声波源的频率，则声波波长λ为的计算公式应为：
λ= C SOUND / f
如果只是声波源以速度vs相对于介质运动，则由观察者听到的声波频率f ′可用下表2中的式1表示。当vs / C SOUND << 1时，则由观察者听到的声波频率f ′可近似用下表2中的式2表示。
表 2：相关多普勒频移的计算公式
如果声波源静止，若观察者以相对于介质的速度vo运动，则由观察者听到的声波频率f ′可近似用表2中的式3表示。如果声波源与观察者都在运动，则由观察者听到的声波频率f ′可用表2中的式4表示。
在上述不同情况下，计算出f ′后，则多普勒频移Δ f应为：
Δ f = f ′ - f
当声波源与观察者相向运动时，f ′ > f，此时Δ f > 0；当声波源与观察者背向运动时，f ′ < f，此时Δ f < 0。
三、卫星通信中的多普勒频移
在卫星通信中，当卫星与用户终端之间、卫星与地球站之间、卫星与卫星之间存在相对运动时，接收端收到的发射端载频发生频移，即多普勒效应引起的附加频移（多普勒频移）。多普勒频移对采用相关解调的数字通信危害较大。低轨道卫星的轨道高度越低，卫星飞行速度越快，多普勒频移也就越大。下表3-1给出了在终端纬度取零度，仰角取10度时，不同卫星高度、不同载波频率的最大多普勒频移的典型值。以供参考。
表 3-1：不同卫星高度、不同载波频率的最大多普勒频移
另外，下表3-2给出了地球静止轨道（GEO）、中轨道（MEO）和低轨道（LEO）卫星系统工作在C频段时的最大多普勒频移的典型值，以及在星间切换时的多普勒频移的突变值。以供参考。
表 3-2：不同卫星轨道系统的多普勒频移
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