Doppler-suuntima-algoritmi
Rekis, Matti (2014)
Rekis, Matti
Oulun ammattikorkeakoulu
2014
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2014060411696
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2014060411696
Tiivistelmä
Doppler-ilmiö aiheuttaa havaitsijan ja signaalilähteen välisen suhteellisen liikkeen seurauksena taajuusvääristymää lähteen alkuperäisestä signaalista. Tämä mm. doppler-siirtymäksi kutsuttu vääristymä voidaan havaita signaalilähteen taajuudessa, aallonpituudessa ja vaiheessa. Doppler-siirtymän suuruuteen ja suuntaan vaikuttaa se, kasvaako vai pieneneekö havaitsijan ja lähteen välinen etäisyys sekä niiden välinen suhteellinen nopeus. Tätä ilmiötä voidaan hyödyntää mm. radiolähettimen paikantamiseen radiovastaanottimen ollessa liikkeessä.
Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella ja kehittää suuntima-algoritmi, jolla voitaisiin laskea doppler-ilmiön perusteella radiolähettimen suunta eli kulma, jossa lähetin sijaitsee vastaanottimen kulkusuuntaan nähden, sekä valmistaa osoitinnäyttö, joka osoittaa lähettimen suunnan. Algoritmi laskee lähettimen sijainnin selvittämällä ensin, liikkuuko vastaanotin sitä kohti vai siitä poispäin, ja sitten vertaamalla vastaanottimen liikkeessä saadun taajuusarvon doppler-vääristymää laskettuun teoreettiseen doppler-vääristymään, jossa vastaanotin kulkisi suoraan lähetintä kohti. Algoritmi laskee kulman lähettimen suunnalle vain silloin, kun kuljetaan lähetintä kohti. Muuten se ilmoittaa vain, että kuljetaan väärään suuntaan. Suuntima-algoritmin ohjelmointi on toteutettu C-kielellä Arduino Due -mikrokontrollerikortille.
Doppler-suuntima-algoritmiohjelmasta on kaksi eri versioita. Toinen on spesifinen superheterodyne-vastaanottimelle ja toinen on teoreettisempi, määrittelemättömälle vastaanottimelle suunniteltu versio.
Doppler-suuntima-algoritmi ja suunnan osoitinnäyttö testattiin sekä ohjelmallisesti algoritmin muuttujille arvoja asettamalla että Oulun ammattikorkeakoulun laboratoriossa funktiogeneraattorilla, joka simuloi radiolähettimen signaalia. Laboratiotestauksessa ilmeni, että algoritmin taajuuslaskuri on sen verran epätarkka ja heittelevä, että funktiogeneraattorilla saaduissa mittaustuloksissa ilmeni jonkin verran vaihtelua ja epätarkkuutta. Algoritmin superheterodyne-versio antoi kuitenkin melko tarkkoja tuloksia myös funktiogeneraattorilla testattaessa. Ohjelmallisesti testattaessa algoritmin toiminta ja mittaustulokset saatiin käytyä tarkasti läpi. Doppler-suuntima-algoritmi ja osoitinnäyttö toimivat odotetulla tavalla.
Opinnäytetyön tavoitteena oli suunnitella ja kehittää suuntima-algoritmi, jolla voitaisiin laskea doppler-ilmiön perusteella radiolähettimen suunta eli kulma, jossa lähetin sijaitsee vastaanottimen kulkusuuntaan nähden, sekä valmistaa osoitinnäyttö, joka osoittaa lähettimen suunnan. Algoritmi laskee lähettimen sijainnin selvittämällä ensin, liikkuuko vastaanotin sitä kohti vai siitä poispäin, ja sitten vertaamalla vastaanottimen liikkeessä saadun taajuusarvon doppler-vääristymää laskettuun teoreettiseen doppler-vääristymään, jossa vastaanotin kulkisi suoraan lähetintä kohti. Algoritmi laskee kulman lähettimen suunnalle vain silloin, kun kuljetaan lähetintä kohti. Muuten se ilmoittaa vain, että kuljetaan väärään suuntaan. Suuntima-algoritmin ohjelmointi on toteutettu C-kielellä Arduino Due -mikrokontrollerikortille.
Doppler-suuntima-algoritmiohjelmasta on kaksi eri versioita. Toinen on spesifinen superheterodyne-vastaanottimelle ja toinen on teoreettisempi, määrittelemättömälle vastaanottimelle suunniteltu versio.
Doppler-suuntima-algoritmi ja suunnan osoitinnäyttö testattiin sekä ohjelmallisesti algoritmin muuttujille arvoja asettamalla että Oulun ammattikorkeakoulun laboratoriossa funktiogeneraattorilla, joka simuloi radiolähettimen signaalia. Laboratiotestauksessa ilmeni, että algoritmin taajuuslaskuri on sen verran epätarkka ja heittelevä, että funktiogeneraattorilla saaduissa mittaustuloksissa ilmeni jonkin verran vaihtelua ja epätarkkuutta. Algoritmin superheterodyne-versio antoi kuitenkin melko tarkkoja tuloksia myös funktiogeneraattorilla testattaessa. Ohjelmallisesti testattaessa algoritmin toiminta ja mittaustulokset saatiin käytyä tarkasti läpi. Doppler-suuntima-algoritmi ja osoitinnäyttö toimivat odotetulla tavalla.