Kiegészítések a segédlethez

Átírás

1 Kiegészítések a segédlethez Híradástechnika I. Horváth Árpád január Hang és fény érzékelése 1.1. Hang és érzékelése Hallásküszöb, fájdalomküszöb. Intenzitás. 1. Deníció (Intenzitás). Az intenzitás az adott felületen felületegységenként áthaladó teljesítmény. Egysége lehet: W/m 2 1

2 Lehet hangintenzitás, fényintenzitás. Hangnyomásszint, intenzitásszint. A fül 1 khz környékén a legérzékenyebb. Itt hallásküszöbnél: p 0 = Pa=?, I 0 = 1pW/m 2. P 0 P 0 + p 0 P 0 p 0 2. Deníció. A hangnyomásszint és az intenzitásszint: L p = 20 lg p p 0 db, L I = 10 lg I I 0 db. A logaritmikus skálákról. Honnan van a 10-es és 20-as szorzó? tehát Villanytan: I = p2 ρ 0 c, ahol a földfelszíni leveg ben ρ 0c = 410 kg m 2 s. I p 2 L I = 10 lg I ( ) p 2 = 10 lg = 20 lg p = L p I 0 p 0 p 0 P U 2 Fletchner-Munson görbék. 2

3 Milyen er snek érezzük a hangot? Viszonyítási alap az 1 khz-es hang. Amelyik hangot ugyanolyan er snek halljuk, mint a 40 db-es intenzitásszint 1 khz-es hangot, annak a hangosságszintje 40 db. Pedig ehhez például egy 100 Hz-es hangnak 40 db-nél nagyobb hangnyomásszint nek kell lennie. A legtöbb esetben tehát egy hang hangnyomásszintje és a hangosságszintje tehát nem egyezik meg. Hangelfedés (frekvanciatartományban). Ha egy hangot hallunk, akkor a közel azonos frekvenciájú halkabb hangot nem halljuk. Úgy is tekinthetjük, hogy a hang megemeli a hallásküszüböt a fent látható ábrának mefelel en. Ennek 3

4 szerepe lesz a hang veszteséges tömörítésénél Fény és szín érzékelése, látás Géher 57. oldal A szemben a színlátásért a csapocskáknak nevezett érzékel k felel sek. Csapok érzékenysége. RGB-összetev k (red-green-blue) vörös-zöld-kék Színháromszög. 4

5 y E x A szem nem ugyanolyan teljesítmény fénysugarat képes érzékelni a különböz hullámhosszakon. Sárgában (λ m = 555 nm) a legérzékenyebb és az érzékenység a vörös (λ = 700 nm) illetve kék (λ = 400 nm) felé csökken. Az emberi szem három szín kombinációjából rakja össze a dolgok színét, emiatt az összes látásérzet ábrázolásához három dimenzió kellene. A CIE színdiagramja (színháromszög) két dimenzióban ábrázolja a színeket, úgy, hogy a fényesség dimenziót kihagyja. A fels patkó alakú görbén helyezkednek el a spektrálszínek, amelyek csak egyetlen hullámhosszat tartalmaznak, azaz nem lehet ket prizmával további összetev kre bontani, mellettük szerepel a hullámhosszuk nanométerben. A diagram középs részén helyezkednek el a különböz fehérárnyalatok. Az E bet vel jelölt rész, ahol a három (RGB) összetev egyforma súllyal szerepel. A diagram belsejében szerepl görbe a feketesugárzó testek által kibocsátott színeket mutatja. A feketesugárzó testek színe csak a test h mérsékeltét l függ. A mellettük található szám az adott h mérsékletet jelöli kelvinben. Közelít leg ilyen sugárzást bocsájtanak ki az izzók, ezért könny ilyeneket el állítani. Ha két színt összekeverünk (például egy vörös és egy zöld LED-et egyszerre kapcsolunk fel), akkor az ered szín a kett t összeköt egyenesen van a CIE-színdiagrammon. A szem felbontóképessége. 5

6 Hold látszó átmér je = fél fok = 30 ívperc A szem felbontóképessége néhány ívmásodperc, annál kisebb részletet a legjobb szem sem tud felbontani. (Szemléltetésképpen a Hold és Nap átmér je fél fok, azaz 30 ívperc.) 2. Analóg és digitális televíziózás Irodalom. 1. TanenbaumWetherall: Számítógép-hálózatok, harmadik kiadás, Panem Könyvek, 2013 részletesen leírja a JPEG, MPEG szabványokat, az álló- és mozgóképtömörítés részleteit. A harmadik kiadásban a 730. oldalon kezd d Digitális mozgókép fejezetet érdemes elolvasni (a 2. kiadásban is benne van). Az olvasmányosabb, és jobban érthet, mint ez a rövid összefoglaló. 2. Walter Fischer: A digitális m sorszórás alapjai, Gyakorlati útmutató mérnökök számára, ORTT-AKTI, Budapest 2005 Ebben találhatóak meg az MPEG-adatfolyam részletei. 3. Jákó Péter: A digitális rádiózás, ORTT-AKTI, Bp Hazay István (szerk): A digitális televíziózás, Bevezetési modellek, külföldi tapasztalatok, ORTT-AKTI, Bp A fenti négy könyv az AREK könyvtár állományában megtalálható. Szükséges adatátviteli sebesség. A hagyományos felbontású tévéjel (SDTV) digitális változatában 270 Mbit/s sebesség a tömörítetlen adat sebessége. Ez a kés bb ismertetett MPEG2 kódolással 26 Mbit/s-ra csökkenthet. Hasonlóan a 1,5 Mbit/s adatátviteli sebességet igényl tömörítetlen sztereó hangjel is kbit/s-ra tömöríthet az MPEG2 szabvány segítségével. 6

7 DVB. Az DVB (Digital Video Broadcasting digitális kép-m sorszórás) rövidítés utal arra a digitális tévézésre, mely európai kezdeményezés. Ez más helyeken is elterjedt pl. Ausztráliában. Az USA, Japán és Kína más szabványokat használnak. A projekt keretében három átviteli módot dolgoztak ki: a földi, a kábeles és a m holdas m sorszórás számára. Ezek jelölése sorban: DVB-T (terrestrial), DVB-C (cable), DVB-S (satellite). DVB-S, DVB-C. A m holdas átviteli módnál QPSK modulációval a mintegy 33 MHz szélesség csatornán 38 Mbit/s sebesség adatátvitel is lehetséges. M soronként 6 Mbit/s-ot feltételezve legalább 6 tévém sor átvihet egy csatornán, rádióm sorok esetén pedig akár 20 m sor is lehet egy csatornán. A koaxiális kábelre épül DVB-C átvitelnél alkalmazott 64 QAM moduláció szintén nagyjából 38 Mbit/s adatátviteli sebességet biztosít a mindössze 8 MHz-es sávszélesség csatornán. A DVB-S és DVB-C módokat 1995 óta használják. DVB-T. A földfelszíni digitális átviteli mód, a DVB-T, 1998-ban kezdte pályáját, és az Egyesült Királyságból, a skandináv országokból és Spanyolországból induló megoldást ma már egészen Ausztráliáig alkalmazzák. A DVB-T 5 és 31 Mbit/s közötti adatátviteli sebességet kínál, amely gyakorlatban általában a 2225 Mbit/s-ot jelent. Az USÁ-ban, Japánban és Kínában ett l és egymástól is eltér földfelszíni átviteli rendszert használnak. Mindegyik digitális hang- és képátvitel alapja az MPEG2 vagy MPEG4 adatfolyam. Ezek elég általános szabványok: lehet séget adnak a fentiek mellett számítógépes adat átvitelére is. A hang- és képjeleken jelent s tömörítést képesek végrehajtani. Ehhez gyelembe veszik az emberi hallás és látás olyan jelenségeit, mint a hangelfedés jelensége. Az MPEG2 használatos a DVD-n is. Az MPEG4 ennek továbbfejlesztett változata, melyben lehet ség van különböz objektumok, többek között 2 és 3 dimenziós grakák, rögzített szín hátterek, valamint olyan süketeknek szóló jelnyelvi jelek átvitelére, amelyet szintetikus emberalak mutogat el. A video- és hangjelek tömörítése is sokat fejl dött az MPEG2 óta. Az MPEG4 alkalmas video- és képjelek átvitelére különböz csatornákon, mint például az internet, vagy a m holdas m sorszórás; vagy tárolására. Ezekhez jelent s mennyiség sávszélesség közül választhatunk. 7

8 2.1. MPEG-szabványok Szabvány Leírás Állapot MPEG1 Mozgókép és hang közelít leg VHS (videokazetta) 1992 óta szabvány min ségben, CD adatátviteli sebességgel (max. 1,5 Mbit/s) Ennek 3. (audió) rétege az mp3 hangformátum. MPEG2 Digitális televízió (SDTV+HDTV) és DVD 1993 óta szabvány MPEG3 Rövid ideig létezett, a MPEG2-be átmentek az újításai MPEG4 Multimédia, interaktív tartalom Ebb l való az 1999 óta szabvány mp4 videóformátum. MPEG7 M sorhoz kapcsolt kiegészít adatok (metaadatok) 2001 óta szabvány MPEG21 Kiegészít eszközök és módszerek 2003-ban véglegesítve A fenti táblázatban az SDTV (Standard Denition TV) a szokványos felbontású televíziót jelenti 768x576-os felbontással (4:3), a HDTV a nagy felbontású (High Dentition) TV-t jelöli minimálisan 720 soros felbontással 16:9-es képaránnyal (1280x720 és 1920x1080) Magyar vonatkozások Kiegészít információk az Antenna Hungária oldaláról. televiziozas.aspx 8

9 . Az Antenna Hungária nyerte meg 2008-ban öt földfelszíni digitális televízió- és egy földfelszíni rádióm sorszoró-hálózat üzemeltetési jogát. Az A.H. már 1999 óta folytatott kísérleti digitális TV adásokat. A televíziós multiplexeket az els öt nagybet vel jelölik: multiplex indulás típus A és C 2008 televíziós multiplex B 2008 mobiltelevíziós multiplex D és E 2011, az analóg leállásakor televíziós multiplex Mobiltelevíziózás. A mobiltelevíziózás a DVB-T-vel kompatibilis DVB-H (DVB-Handheld) szabványra épül. A fenti oldalról elérhet linken több információ van róla. A DVB-H lehet vé teszi a néz k számára, hogy él televíziós programokat nézhessenek mobiltelefonjukon, és interaktív szolgáltatásokat vegyenek igénybe, mint például szavazás vagy különböz tartalmú fájlok lekérése. Az adás 2008 decemberében indult a két Duna TV-vel. A csatornák számát folyamatosan b vítik és valószín leg az AH-val szerz d mobil-szolgáltatók kínálatában el zetési díjért lesz elérhet. Aktuális helyzet: A kísérleti adásokban az MPEG2-es adatfolyamot használták, a 2008-tól induló adásokban a korszer bb és hatékonyabb MPEG4-eset. Az MPEG4-gyel multiplexerenként akár 8-12 SD felbontású csatorna (vagy 3 HD csatorna) átvitele lehetséges Mintafeladatok 2.1. feladat {62} Mit jelent a váltott soros letapogatás? 2.2. feladat {110} Milyen veszteséges tömörítési eljárást használ a JPEG az állóképek esetén? Részletezzük a lépéseit! 2.3. feladat {111} Milyen többletlehet ségünk van a mozgókép tömörítésnél az álló képek tömrítésének módszerein felül? 2.4. feladat {63} Milyen hallással kapcsolatos törvényszer ségeken alapul a veszteséges hangtömörítés? 2.5. feladat {64} Milyen formában visszük át a színes analóg videójelet? Miért nem az RGB (vörös-zöld-kék)-összetev ket küldjük át? 2.6. feladat {112} Milyen formában visszük át a színes digitális videójelet? Miért nem az RGB (vörös-zöld-kék)-összetev ket küldjük át? 2.7. feladat {65} Minimum hány sort kell megjelenítenie egy HD-adásra felkészített (HD Ready) televíziónak? 2.8. feladat {66} Írjuk le az európai digitális televíziózásban mit jelentenek a következ rövidítések? DVB-T, DVB-C, DVB-S feladat {98} Mit tárolhat az elemi adatfolyam? 9

10 2.10. feladat {99} Mit jelent és hogyan épül fel a csomagolt elemi adatfolyam? feladat {100} Mit jelent és hogyan épül fel a átviteliadatfolyam-csomag (Transport Stream)? feladat {101} Milyen lehet ségek vannak a videojel és az hangjel tömörítésére? feladat {102} Melyik MPEG-változatot használjuk az alábbiak esetén? DVD, földfelszíni digitális videó m sorszórásban 2008-tól Magyarországon, videó CD, MP3 hangfájlban, MP4 hangfájlban. 3. MPEG Forrás f ként: Walter Fischer: A digitális m sorszórás alapjai, Gyakorlati útmutató mérnökök számára, ORTT-AKTI, Budapest 2005 Video a HTML5-ben: (container, video and audio formats) MPEG és társai. JPEG: Joint Picture Expert Group, fényképészeti szakért i csoport Az interneten fényképekre az általuk kifejlesztett formátumot használják leggyakrabban..jpg vagy.jpeg kiterjesztés MPEG: Motion Picture Expert Group, mozgókép-szakért i csoport a DVD-n és más helyeken használatos videotárolási és -átviteli szabványok kidolgozói pl. MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 A képtömörítés több eljárása a JPEG-b l való. Az MPEG szabványokat használja többek közt: DVB: európai digitális videó-m sorszórás (T, S, C) ATSC: amerikai földfelszíni digitális videó-m sorszórás Video DVD SDTV, HDTV. SDTV (Standard Denition TV) a szokványos felbontású televíziót jelenti 768x576-os felbontással (4:3) HDTV (High Dentition TV) minimálisan 720 soros felbontással 16:9-es képaránnyal (1280x720 és 1920x1080) 10

11 Az MPEG4 a tömörítési eljárások fejl dése mellett az objektumorientáltságot vitte be az adatátvitelbe. Létrehozhatunk benne 2 és 3 dimenziós szintetikus ábrákat, nyomógombokat, állandó háttérképet, vagy éppen olyan szintetikus emberi alakot, aki a jelnyelven aláfesti a lmet süketek számára, az alak irányításához kevesebb bitsebesség szükséges, mintha felvennénk egy jelnyelvel embert videóra. Természetesen ezek az objektumok ki/bekapcsolhatóak a lm mellett. Adatsebesség. Adattömörítés nélküli digitális SDTV (csak video) jel adatsebessége 270 Mbit/s. sztereo hang (CD-min ség): 1,7 Mbit/s. Tömörített digitális (MPEG-2, azaz DVD min ség) SDTV (csak video) jel adatsebessége 26 Mbit/s. sztereo hang (CD-min ség): 0,10,4 Mbit/s MPEG adatfolyam Elemi adatfolyam. 11

12 Elemi adatfolyam (Elementary Stream = ES) tömörített kép- és hangjelek, valamint tetsz leges bitsorozat. Lehetnek: video-adatfolyamok hang-adatfolyamok sima adatfolyamok Csomagolt elemi adatfolyam, PES. A video és a hang néhol jobban tömöríthet, néhol kevésbé. Mind az MPEG1, 2, 4 elemi adatfolyamokat váltakozó hosszúságú csomagokra osztják. ez a csomagolt elemi adatfolyam (Packetized E. S. = PES) max. 64 kilobájt min. egy tömörített kép, illetve hangszegmens csomagok szerkezete: fejléc 6 bájt: 3 bájt: x (hexadecimális) 1 bájt: adatfolyam azonosító 2 bájt: PES csomag hossza max. 64 kb hasznos adat Nyalábolt PES. Video CD-n (MPEG1) és video DVD-n (MPEG2) felváltva tárolnak video illetve hang PES csomagokat. Az MPEG2 egyik célja, hogy több független televíziós vagy rádiós programot fogjunk össze egy adatjellé, majd ezt m holdon, kábeles vagy földfelszíni kapcsolaton továbbítsuk. Ehhez a PES csomagot kisebb (184 bájtos) egységekre osztjuk, melyekhez 4 bájtos fejléceket f zünk: MPEG2 átviteliadatfolyam-csomag (Transport Stream, TS, 188 bájt) Ezeket összef zzük adatjellé, mely váltakozva tartalmaz hang-, video-, és sima adatjelet, váltakozva tartalmazza a különböz programok TS csomagjait. Az átküldött adat szerkezete bájtos TS csomag (a) 4 bájt fejléc (x szinkronbájt, csomagazonosító) (b) 184 bájt hasznos adat (video, hang, sima adat) 12

13 2. hibajavító kód (ReedSolomon) európai DVB rendszerben 16 bájt, 8 hiba/csomag javítására amerikai ATSC rendszerben 20 bájt, 10 hiba/csomag javítására (Irving S. Reed & Gustave Solomon, 1960, MIT Lincoln Laboratory) Vétel lépései. Szinkronizáció a 188 bájtonként lev szinkronbájtra (47 hexadecimális). 5 adott távolságra lév szinkronbájtot megvár. Az adatátviteli folyamban a programokra vonatkozó információk is szerepelnek. Kikeresi, a venni kívánt programhoz milyen azonosítójú csomagok tartoznak. (pl. egy csomagazonosító a hangcsomagokhoz és egy a videocsomagokhoz) Az MPEG2 dekódoló csak ezekkel a csomagokkal foglalkozik. Mivel az adatfolyamban nem csak a szinkronbájt lehet 47 hex. Ezért ezért szinkronizációnál 5- szöri 188 bájtonként ismétl dést megvárnak, ezzel már lényegében biztosra vehet, hogy sikerült megtalálni a TS csomagok elejét A tömörítés lehet ségei Állókép Az alábbi tömörítési módszert használják pl. a JPEG képek esetén és a mozgóképek kés bb ismertetett I képkockái esetén. A pl. 8x8 pixeles blokkjait diszkrét koszinusz transzformációval (DCT) frekvenciatartományba alakítják. (A DCT nagyon hasonló az FFT-hez.) Itt a frekvenciatartományt nem id ben, hanem térben kell érteni és az eddig megismertekkel szemben egyszerre két térirányban (2 dimenzióban) végezik el. Egy kép tömörítése. 13

14 A DCT komponensek jelentése. A 2 dimenziós DCT során az alábbi képek összegeként rakjuk össze a képet. A bal fels sorban van az egyenszint. T le jobbra azok az összetev k, amelykben a vizszintesen szinuszosan változik a pixelek súlya, jobbfelé haladva egyre nagyobb frekvenciával. A baloldali 14

15 komponenseknél függ leges irányban változik szinuszosan a kép. A többi komponensnél mindkét irányban változik Kiolvasás cikkcakkban. Az els sor a kiolvasás sorrendjét mutatja, a második egy példát a kiolvasandó értékekre és sorrendjükre. Mivel a nagyobb frekvenciájú tagokra a szem érzéketlenebb, ezért azokat kisebb súllyal veszik gyelembe, nagyobb súlytényez vel osztjuk egész osztással (pl. 209/20=10). Ekkor az együtthatók közül sok nulla lesz. Megfelel sorrendben (cikkcakkban) olvasva sok nulla kerül egymás mellé, amelyeket úgynevezett futamhossz-kódolással kódolnak. Ez azt jelenti, hogy ahelyett, hogy 26 nullás bájtot elküldenénk, csupán a nullák számát küldjük el. Futamhossz-kódolás, RLE, run length encoding. Például, ha a cikkcakkban nyert értékek: 45, 3, 2, 0, 2, 1, 0, 0, 4, 0, 0, 0, 0, 5, 0, 1, és még 48 darab nulla. Elküldjük el ször az egyenszintet, és hogy hány nullás jön utána a cikkcakkban, majd további számpárokat, melynek az els tagja az hogy mi a következ nemnulla szám, és utána hány nulla jön cikkcakkban. (45,0), (3, 0), (2, 1), (2, 0), (1, 2), (4, 4), (5,1), (1,48) Hány biten fér el a nullák száma (a párok második tagja)? Mivel 8x8-as blokkokat kódolunk, egy nemnulla szám után max 62 nulla lehet, tehát a párok második tagját (a nullák számát) 6 biten kódolhatjuk. Ajánlott megnézni: különösen a 26. perct l 32-ig. 15

16 illetve magyarul: A tömörítés lehet ségei Mozgókép Minden egyes mintavett értéket a stúdióban 10 biten tárolnak. Ez szükséges lehet utófeldolgozás esetén, de szükségtelen a végfogyasztóknak, ezért a különböz csatornákon az értkeket 8 bitesre kódolják át. Ez az átkvantálás 20%-kal kevesebb adatot jelent. Mivel a színek esetén a szem felbontóképessége kisebb, mint a fényesség esetén, a színjeleket kisebb felbontással elegend továbbítani, tehát már a mintavétel frekvenciája is kisebb lehet. A színek kisebb felbontású továbbításával 25%-kal csökken az adatmennyiség. Dierenciális kódolás (DPCM). A képnél jelent s tömörítési lehet séget ad, hogy az egymás utáni képkockák általában nem nagyon térnek el egymástól. Ezért legtöbb lépésnél az el z höz viszonyított különbséget szokták csak kódolni, és teljes képet csak ritkábban küldenek el. Mozgáskompenzálás. Az új képen megkeresik a referenciaképéhez nagyon hasonló de elmozdult részleteket. Tárolják az elmozdulás vektorát, és az eddig takart részt. A különbséget a dierenciális kódolásnál az elmozdított állapottal hozzák létre. 16

17 Egy önmagában kódolt I (intra coded) képet általában max. 3 prediktív (kb. jósolt) P kép követ, hogy a hibák ne növekedjenek fel. Az elmozdult képek mögül el t n részletek nincsenek az el z képkockákon, azok a részletek a jöv beli képeken vannak. Két irányból jósolt B képek. Egy P kép kb. harmadakkora adatmennyiség mint az I kép, a B kép harmad- negyedakkora, mint egy P. Mozgáskompenzálás (eddig fedett képrészlet, következ P). Az MPEG kódolásnál használt háromféle kép sorrendje. P B B I B B P B B P B B P B B 9* 10* 11* I 12 v 0,3 v 12,11 v 6,9 v 9,11 v 0,1 v 3,1 v 3,6 I önmagában kódolt (intra coded), P prediktív kódolás, B két irányból (bidirectionally) prediktív 17

18 Továbbítás sorrendje:... P9* I0 B10* B11* P3 B1 B2 P6 B4 B5 P9 B7 B8 I12 B10 B11 A képek továbbítási sorrendje. Mivel a B képeket csak az utánuk lév I- illetve P-képpel együtt tudjuk értelmezni ezért az el bbieket, csak az utóbbiak után van értelme átvinni. Alább az eredeti sorrend, az átviteli sorrend és az eredeti sorrend visszaállítása látható. Egy akciólmben gyorsan változó képek az egymásutáni képek nagyobb eltérései miatt nagyobb adatfolyamot igényelnek, mint például egy riportm sor, ahol a háttér általában nem nagyon változik A tömörítés lehet ségei Hang A hangot felbontják frekvenciaösszetev kre. Az emberi hallásküszöb frekvenciafüggésének ismeretében a hallasküszöb alatti (kis intenzitású) hangokat nem kell továbbítani. Elfedés frekvencia és id tartományban. 18

19 Frekvenciatartománybeli hangelfedési jelenség. A hangnál frekvanciatartományban elfedési jelenség lép fel, tehát ha például egy 4 khz-es 60 db-es hangot hallok, akkor nem hallom meg a közeli kisebb er sség hangokat, például a 20 db-es 8 khz-eset. Lényegében minden hang megemeli a hallásküszöböt a környez frekvenciákon. Az így megnövelt hallásküszöb alatti hangokat sem kell továbbítani. Id beli hangelfedési jelenség. Hasonló jelenség lép fel id ben is. Egy hangosabb rész után egy darabig nem hallom meg a halkabb hangokat (utóelfedés), s t ez röviddel el tte is így van (el elfedés). Az, hogy egy hangosabb zörej után a fülünk nem annyira érzékeny, ez természetes. Az, hogy nem hallunk meg az er s hang el tt kis id vel érkez halk jelet, az viszont furcsának t nik. Az oka a szervezetünkben a jelek vezetésének sebességében rejlik. Az er sebb jelek gyorsabban terjednek mind a fülben, mind az idegrendszer neuronjaiban, ami azt eredményezi, hogy a kés bbi er s hang megel zi az agyba érkezve a korábbi gyenge jel által okozott ingerületet. Az id beli hangelfedést is gyelembe véve további hangösszetev ket lehet kidobni a hangérzet megváltozása nélkül, ami további tömörítést jelent. 4. Rádiólokáció A lokáció típusai. Nyomtatottban 175. dia céltárgyak felderítése (detection) és jellemz ik (helyzet, mozgás, méret, alak) meghatározása (ranging) 19

20 radar (RAdio Detection And Ranging) rádió tartományban lidar (LIght Detection And Ranging) fénytartományban sonar (SOuNd Acoustic Radar) hanggal A rádiólokátor hatótávolsága. P a, P v adó- és vett teljesítmény λ a adó által kibocsájtott hullámhossz Ha a vev és adóantenna egyezik R = R 1 = R 2. A vett teljesítmény (passzív céltárgy) P v = gyorsan csökken a távolsággal. P aσ c (4π) 3 R 4 A 2 v λ 2 a R max 4 P a Aktív céltárgy: a céltárgy er sítve visszasugározza a jelet R max,aktív P célpont σ c a céltárgy hatásos keresztmetszete A céltárgy passzív, ha a rées hullámokat csupán visszaveri. Aktív, ha a vett jeleket veszi, feldolgozza és er sítés után visszasugározza. Mérések. Távolságmérés: ferde távolság: nem csak a vizszintes vetület. 2R = ct, c fénysebesség, T visszaérés ideje Radiális (=sugárirányú) sebesség Doppler-eltolódás, távolodó céltárgyról visszavert hullám frekvenciája n, közeled nél csökken. f d = 2f L v r c f d az Doppler-féle frekvenciaeltolódás, f L a lokátorfrekvencia, v r radiális sebesség A fentiekben megállapítottuk a célpont távolságát és radiális sebességét. A céltárgy iránya az antennakarekterisztika ismeretében több mérésb l határozható meg. Az irány és a távolság ismeretében meghatározható a céltárgy magassága és a távolság vizszintes irányú összetev je, azaz bejelölhet a térképen. 20

21 Folytonos üzem lokátor (cw: continuous wave). A folytonos üzem lokátor m ködése a véltárgyról visszaver dött jel és az adójel frekvenciájának összehasonlításán alapul. Modulálatlan esetben amikor a frekvencia állandó a két jel üttetéséb l adodó frekvencia: f ü = f a f v = f d f d ismeretében a sebesség meghatározható: járm vek sebességét mér lokátorok és behatolásjelz k így m ködnek. Ha a távolságot is mérni akarjuk, akkor az adó frekvenciáját az id ben változtatni kell. A jobboldali fels ábrán látható a lineáris moduláció esete, amikor a frekvenciát szakaszonként egyenletesen változtatjuk. Ha a céltárgy áll, vagy legalábbis a radiális sebessége nulla, akkor a b) ábra szerinti ütköztetett frekvenciálkat kapjuk. A V alakú rész szélességéb l a T id tartam, ebb l pedig a ferde távolság meghatározható. Közeled céltárgy esetén a vett jel f v frekvenciája megnövekedik az f d Doppler-eltolódással, Így az els id szakaszon az f ü különbség f d -vel lecsökken, a második szakaszon viszont ugyanennyivel megnövekszik, ahogy a c) ábrán látható. Impulzusüzem lokátoroknál egy rövid impulzust küldenek ki, a visszatérés idejében az antennát vételre állítják át. A kis id tartamok és nagy teljesítmény miatt a kapcsoló az impulzusüzem lokátorok kritikus eleme. 21