ÖLÇME BİLGİSİ II
Elektromanyetik Dalgalarla Jeodezik Ölçmeler
(Elektrometri) : Temel Kavramlar
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
JDF120 ÖLÇME BİLGİSİ II DERSİ NOTLARI
http://geomatik.beun.edu.tr/marangoz
ELEKTROMANYETİK ENERJİ
Elektromanyetik enerji (ışınım), c ışık hızı ile harmonik dalgalar
halinde hareket eden bütün enerji şekillerini kapsar. Harmoniklik,
dalgaların eşit ve periyodik bir şekilde olduklarını ifade eder.
Görünen ışık, elektromanyetik enerji şekillerinden ancak bir tanesidir.
Radyo dalgaları, ısı, mor ötesi ve X-ışınları diğer şekilleridir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
2
ELEKTROMANYETİK ENERJİ
Elektromanyetik enerji (ışınım), atmosfer, su ve başka ortamlardan
değişik oranlarda geçebildikleri gibi, uzay boşluğundan da geçebilen
tek enerji türüdür.
Bu nedenle jeodezi ve uzaktan algılama yaklaşımlarında, enerji
kaynağı olarak elektromanyetik dalgalar kullanılmaktadır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
3
ELEKTROMANYETİK ENERJİ
Elektromanyetik dalgaların iletilmesi, Maxwell denklemleri
açıklanabilir. Elektromanyetik enerji iki bileşenden oluşmaktadır:
Elektrik alan (E) ve Manyetik alan (M).
ile
Elektromanyetik
enerjinin
belirli
özellikleri
vardır.
Tüm
elektromanyetik enerji ışık hızında
hareket etmektedir
ve hem tanecik hem de dalga modeli ile açıklanmaktadır.
Genlik
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
4
ELEKTROMANYETİK ENERJİ
Elektromanyetik enerjinin hareketi; hız, dalga boyu ve frekans
cinsinden ifade edilebilir: Ortamdaki hızı (c), dalga boyu (λ), ve
frekans (f) olmak üzere, ilişki λ = c/f eşitliği ile ifade edilmektedir.


Bir dalga hareketinin iki tepe noktası arasındaki uzaklığına dalga boyu
(λ) ve birim zamanda bir noktadan geçen tepe noktası sayısına, o
dalganın frekansı (f) denir.
Dalga hareketi için c = f . λ bağıntısı geçerlidir
Dalga boyu ile frekans ters orantılıdır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
5
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Elektromanyetik spektrum, ışık hızı ile hareket eden ve dalga boyu
nanometrelerden kilometrelere kadar uzanan sürekli enerji ortamıdır.
Elektromanyetik spektrumda dalga boyları bina mertebesinde
uzunluğa sahip radyo dalgalarından, bir atom çekirdeği
mertebesindeki kısa dalga boylarına kadar uzanır. İnsan gözünün
algılayabildiği dalga boyları, sadece görünür bölgedekilerdir.
(400nm=0.4μm)
0.4-0.5μm (Mavi)
0.5-0.6μm (Yeşil)
0.6-0.7μm (Kırmızı)
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
6
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Elektromanyetik spektrumda görünür bölge son derece küçüktür.
İnsan gözünün spektral duyarlılığı sadece 0.4-0.7 µ’a kadar olan
dalga boyları arasında değişir. “Mavi” renk 0.4-0.5 µ; “Yeşil” 0.5-0.6 µ;
“Kırmızı” 0.6-0.7 µ alanı kaplar. Morötesi (ultraviyole) enerji
görülebilen spektral bölgenin en kısa dalga boyu tarafındadır.
Görülebilen bölgenin uzun dalga boyu ise “yansıyan kızılötesi (IR)”
dalgalarıdır. Bu dalgaların uzun dalga tarafı “termal kızılötesi”
enerjidir. 1mm’den 1m’ye kadar olan daha uzun dalga boylarında
spektrumun “mikrodalga” boyu gelir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
7
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM ve ENERJİ
Elektromanyetik dalgalar doğal olaylarla (güneş ışığı, radyoaktif
elementlerdeki ışımalar) veya elektronik düzenlerle (radyo dalgaları,
lazer dalgaları gibi) meydana gelebilirler.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
8
ELEKTROMANYETİK DALGALARIN
ATMOSFERDEKİ HIZLARI
Elektromanyetik dalgalarla (EMD) yapılan uzaklık
ölçmelerinin ve konum belirlemenin prezisyonu, birinci
derecede
dalgaların
atmosferdeki
hızlarının
hesaplanmasına bağlıdır. EMD’lerin atmosferdeki hızları:




Atmosferdeki gazların karışımına,
Atmosferde bulunan su buharı miktarına,
Gaz karışımının basıncına ve sıcaklığına,
Yayılan dalganın frekansına
bağlıdır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
9
ELEKTROMANYETİK DALGALARIN
ATMOSFERDEKİ HIZLARI
Boşlukta belirlenen ışık hızı, bütün EMD’ler için temel
büyüklük olarak alınmıştır. Boşluktaki ışık hızı ile dalganın
ortamdaki hızı arasında;
n = c0/c
bağıntısı yazılabilir.
Burada; n ortamın kırılma indisi, c0 boşluktaki ışık hızı, c
ortamdaki ışık hızıdır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
10
ELEKTROMANYETİK DALGALARIN
ATMOSFERDEKİ HIZLARI
1973 yılında, bütün prezisyonlu çalışmalarda kullanılmak
için ‘Consultative Commitee for the Definition of the
Metre’ tarafından tavsiye edilen ve IUGG (The
International Union of Geodesy and Geophysics)’nin
Grenoble’deki (1975) XVI. Genel kurulunda da
benimsenen boşluktaki ışık hızı:
c0 = 299792458 ± 1.2 m/s’ dir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
11
KIRILMA İNDİSİ
EMD’lerin
atmosferdeki
hızları, dalgaların içinden
geçtiği ortamın kırılma indisi
belirlenerek hesaplanabilir.
Yer
atmosferi
farklı
meteorolojik
ve
fiziksel
özelliklere
sahip
tabakalardan oluşmaktadır.
Bu tabakalardan en alttaki
troposfer tabakasında ve
daha yukarıdaki iyonosfer
tabakasında,
EMD’lerin
hızları veya kırılma indisi ve
dalgaların yayılma biçimleri
ayrı ayrı incelenmektedir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
12
KIRILMA İNDİSİ
Elektromanyetik uzaklık ölçme ve konum belirleme
aletlerinde kullanılan EMD’ler, yalın elemanter dalga
olmayıp dalga gruplarından oluşmaktadır.
Görünen ışık dalgası ve dalga boyları görünen ışığa yakın
dalgaların grup hızları, bu dalgaların elemanter dalga
hızlarından farklıdır.
Bu nedenle de dalga grubu için kırılma indisinin
belirlenmesi gerekmektedir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
13
TROPOSFER’DE KIRILMA İNDİSİ
Troposfer, atmosferin yere temas eden en alt katıdır.
Gazların en yoğun olduğu kattır. Kalınlığı kutuplarda 6km,
ekvatorda 16km civarındadır ve mevsimlere göre
değişiklik gösterir. Tüm yeryüzü ikliminin kararsız
koşulları bu bölgede meydana gelir. Troposfer’de basınç,
sıcaklık ve yoğunluk yükseklikle düzenli olarak azalır.
Genel olarak kırılma indisi Cauchy eşitliği ile ifade edilir:
Doymuş su buharı basıncı
su buharı basıncı
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
14
MODÜLASYON
Gözle görünen ışık dalgaları, kırmızı lazer ışığı, kızıl ötesi
dalgalar ve mikrodalgalar elektromanyetik enerjinin iletimi
için yararlı özellikleri taşırlar.
Ancak bu dalgalar bilgi elde etmek için kullanılamazlar ve
değerlendirilemezler. Yani elektromanyetik uzunluk
ölçüsü yapabilmek için ışığın modüle edilmesi
gerekmektedir. Bu nedenle uygulamada kullanılan işlem,
daha yüksek frekanslı dalgalarla daha alçak frekanslı bilgi
dalgalarını taşımaktır. Yüksek frekanslı dalga taşıyıcı
dalga olarak adlandırılır. Bilgi dalgası (modülasyon
dalgası, model dalga) modülasyonla taşıyıcıya bindirilir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
15
MODÜLASYON
Modülasyon işlemi üç biçimde yapılabilir:

Genlik modülasyonu: Bir titreşimin genliği, fazına
dokunulmadan zamana göre
değiştirilirse
genlik
modülasyonu elde edilir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
16
MODÜLASYON
Genlik modülasyonunun sonucunda, taşıyıcı dalganın
frekansı ile birlikte, taşıyıcının frekansından daha yüksek
üst yan frekans ve taşıyıcının frekansından daha alçak alt
yan frekans oluşur.
Genlik modülasyonu genellikle
ölçerlerde kullanılmaktadır.
elektro-optik
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
uzaklık
17
MODÜLASYON

Frekans modülasyonu:
Frekans modülasyonunda taşıyıcının genliği sabittir, ancak
frekansı modülasyon dalgasının genliğine ve fazına bağlı
olarak değişir.
Frekans modülasyonu genlik modülasyonundan daha yüksek
bir alış doğruluğu sağlar. Modüle edilmiş taşıyıcı dalga,
atmosferden daha az etkilenir. Ancak frekans modülasyonunda
dalga boyu büyür. Bu nedenle de özel bir frekans bandı
kullanılması gerekir.
Frekans modülasyonu genellikle mikrodalga uzaklık ölçerlerde
kullanılmaktadır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
18
MODÜLASYON

Frekans modülasyonu:
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
19
MODÜLASYON

Frekans modülasyonu:
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
20
MODÜLASYON

Faz modülasyonu:
Genlik sabit tutularak faz açısı
zamanla değiştirilirse
faz
modülasyonu meydana gelir.
Faz modülasyonu, genellikle
yapay
uydularla
konum
belirleme
sistemlerinde
kullanılmaktadır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
21
MODÜLASYON

İmpuls modülasyonu:
Bu modülasyon şeklinde, kısa ve yüksek frekans
impulsları meydana getirilmektedir. Bunlar çeşitli şekilde
oluşturulabilir:
 Genliklerine; impuls genlik modülasyonu (IAM)
 Sürelerine; impuls boyu modülasyonu(IBM)
 Frekans veya faz modülasyonu yardımıyla impuls
aralarını değiştirmek suretiyle konumlarına etki
etmek.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
22
MODÜLASYON
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
23
DEMODÜLASYON
Modüle edilmiş bir dalganın modülasyon dalgasını elde
etme işlemine demodülasyon, bunu sağlayan devrelere
de demodülatör denir.
Genlik modülasyonlu dalgaların demodülasyonuna
defeksiyon, bu iş için kullanılan devrelere de defektör adı
verilir.
Frekans modülasyonlu dalgaların demodülasyonu için
kullanılan devrelere ise diskriminatör denir. Ayrıca FM
detektörü
ve
FM
defeksiyonu
deyimleri
de
kullanılmaktadır.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
24
ÖLÇME BİLGİSİ II
Elektromanyetik Dalgalarla Jeodezik Ölçmeler
(Elektrometri) : Elektromanyetik Uzunluk Ölçümünün İlkeleri
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
JDF120 ÖLÇME BİLGİSİ II DERSİ NOTLARI
http://geomatik.beun.edu.tr/marangoz
ELEKTROMANYETİK UZUNLUK
ÖLÇÜMÜNÜN İLKELERİ
Günümüzde, arazi ölçmelerinde kullanılan aletlerin çoğu temel ölçme
olarak bir çeşit faz farkı ölçme yöntemi kullanmaktadır.
Bu faz farkı, belli koşullar altında bir döngü (cycle) veya dalga
boyunun bir parçası/kısmı olarak düşünülerek zaman veya uzunluk
biriminde hesaplanır. Bu temeli kullanan aletler hafif olup az enerji
kullanırlar ve kolaylıkla taşınabilirler.
Temelde, tüm yöntemler bir çeşit zaman ölçme aygıtları
kullanmaktadırlar ve sonuç ölçü zaman biriminde ve genellikle
nanosaniye büyüklüğündedir (1 x 10-9s).
Bu zaman uzunluk birimine dönüştürülebilir (burada sinyalin yol
boyunca yayılma hızının biliniyor olması gerekir)
Bu iki büyüklük arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde görülmektedir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
26
ELEKTROMANYETİK UZUNLUK
ÖLÇÜMÜNÜN İLKELERİ
Ölçme işleminin ilkeleri
Burada, f frekansındaki bir sinyal izotrop (her yerde sinyali eşit
geçiren) bir ortamda A kaynağından gönderilir. Dalga noktadan
üniform bir hızla her yöne doğru hareket eder. A noktasından
bir x uzaklığında B noktasında sinyal yakalanır ve analiz edilir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
27
ELEKTROMANYETİK UZUNLUK
ÖLÇÜMÜNÜN İLKELERİ
Herhangi bir sinüs sinyalinin üç tanımlayıcı parametresi vardır:
Genlik, frekans ve faz açısı.
Sinyal soğurucu (absorbing) bir ortamdan geçerken enerjisi
dağılacağından sinyalin genliği yol boyunca yavaşça azalır.
Bu da sinyal saptama/yakalama biriminde
amlifikasyon (yükseltme) uygulanarak giderilir.
bir
miktar
A ve B noktaları arasında göreli bir hareket olmadıkça sinyalin
frekansı sabit bir faktördür.
Böylece, A’dan gönderilen ve uzaktaki B noktasında alınan
sinyal arasında anlamlı fark sadece faz açısında oluşur.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
28
ELEKTROMANYETİK UZUNLUK
ÖLÇÜMÜNÜN İLKELERİ
Sinyalin A’dan B’ye yolculuğu sırasında geçen zamandan
dolayı B’deki sinyalde bir faz gecikmesi oluşacaktır.
Böylece, A’daki sinyal ile B’deki sinyal arasında her hangi bir
anda yapılan karşılaştırmada sabit bir faz farkı oluşur.
Hız bilindiğinde noktalar arası mesafe de yani dalga boyu (λ)
değeri de bilinir.
Ölçme Bilgisi II Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
29
KAYNAKLAR
 Elektromagnetik dalgalarla jeodezik ölçmeler (Elektrometri), Prof. Dr. Gündoğdu
ÖZGEN, Prof. Dr. Rasim DENİZ, İTÜ, 1986
 Elektronik Ölçmeler Ders Notları - Doç. Dr. Metin SOYCAN, Y.T.Ü Jeodezi ve
Fotogrametri Müh. Bölümü Ölçme Tekniği A.B.D., İstanbul
 Ölçme Bilgisi II Ders Notları, Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KEMALDERE, Bülent Ecevit
Üniversitesi Müh. Fak. Geomatik Müh. Bölümü, Ölçme Tekniği ABD, 2014
 Uzaktan Algılama Ders Notları, Yrd. Doç. Dr. Aycan Murat MARANGOZ, Bülent
Ecevit Üniversitesi Müh. Fak. Geomatik Müh. Bölümü, Fotogrametri ABD Sunuları
2012
 http://www.cnr.berkeley.edu/~gong/textbook/chapter1/html/home1.htm

http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/opt/mch/sct.rxml

http://www.sli.unimelb.edu.au/research/mers/Downloads/downloads_RS.htm#General%20RS
Uzaktan Algılama Ders Notları
Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ
30
Download

Sunu5 - Geomatik Mühendisliği Bölümü