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Chirp Zirpe ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Für die Zirpe als Insekt siehe Zikaden Als ein englisch to chirp t

Chirp

Als ein Chirp (englisch (to) chirp „tschilpen, zirpen, Zwitschern“) oder eine Zirpe wird in der Signalverarbeitung ein Signal bezeichnet, dessen Frequenz sich zeitlich ändert. Dabei wird zwischen positiven Chirps – bei denen die Frequenz zeitlich zunimmt – und negativen Chirps – die eine Frequenzabnahme aufweisen – unterschieden.

Chirp-Impuls mit linearem Frequenzanstieg
Hörbeispiel: Ortungsrufe einer Zwergfledermaus, Wiedergabe 20-fach verlangsamt.
Am Anfang der Aufnahme beginnen die Rufe mit einem Chirp, der bei ca. 70 kHz einsetzt und in wenigen Millisekunden auf 46 kHz abfällt. Die Gesamtdauer eines Rufes beträgt ca. 15 Millisekunden.

Gesendete Chirp Signale können mithilfe von Optimalfiltern in einem stark verrauschten Empfangssignal erkannt werden, siehe Pulskompressionsverfahren (Ortung).

Chirp-Beschreibung Bearbeiten

Ein typischer Chirp ist ein Signal (hier mit normierter Amplitude) mit dem Zeitverlauf

Mit der zeitabhängigen Momentanfrequenz . Eine Messung der Frequenz erfolgt immer durch die Mittlung über ein Zeitintervall , also . Um von einer momentanen Frequenz zu sprechen, sollte das Zeitintervall mehrere volle Perioden umfassen, aber die Änderung von in diesem Intervall klein sein, so dass die gemessene Frequenz dicht an der momentanen Frequenz liegt: .

Beispiele Bearbeiten

Linearer Chirp Bearbeiten

Für den Spezialfall eines linearen Chirp steigt die Frequenz linear mit der Konstanten an:

und es gilt für den Zeitverlauf :

Akustisches Beispiel: Linearer Chirp (5 Wiederholungen)ⓘ/?

Exponentieller Chirp Bearbeiten

Chirp-Impuls mit exponentiellem Frequenzanstieg

Für Radar oder Sonar werden oft exponentielle Chirps eingesetzt. Hier lautet die Frequenzabhängigkeit von der Zeit, wenn die feste Grundfrequenz ist und eine Konstante:

und damit der Zeitverlauf :

Akustisches Beispiel: Exponentieller chirp (5 Wiederholungen)ⓘ/?

Potenzfunktionen Bearbeiten

In einer weiteren Definition hat ein Chirp in Amplitude und Frequenzverlauf die Form von Potenzfunktionen

mit den Parametern und . Diese Signalform kommt in der Praxis bei der Detektion von Gravitationswellen vor.

Anwendungen Bearbeiten

Technische Anwendungen liegen bei der Aussendung von Mikrowellen bei dem Synthetic Aperture Radar und bei bandspreizenden Modulationsverfahren wie Chirp Spread Spectrum (CSS). In der Natur setzen zahlreiche Fledermausarten Chirp-Impulse zur Ortung ein.

Starke, kurze Laserpulse werden „gechirpt“, um sie – mit dadurch vergrößerter Pulsdauer – verstärken zu können (Chirped Pulse Amplification).

Verringerung der Impulsleistung bei Radar Bearbeiten

Pulskompression mit einem SAW-Filter

Um Echosignale weit entfernter reflektierender Objekte aus dem Rauschen herauszufiltern, muss eine gewisse Mindestenergie empfangen werden. Für genaue Entfernungsmessungen benötigt man aber möglichst kurze Sendeimpulse, denn bei einem 0,1 µs kurzen Sendeimpuls ist das Wellenpaket bereits 30 m lang. Die Kombination beider Anforderungen führt zu immensen Sendeleistungen von 10 MW, deren Erzeugung in Flugzeugen oder Satelliten Probleme bereitet. Als Ausweg wird beim Pulskompressionsverfahren ein leistungsschwacher Chirp-Impuls längerer Gesamtdauer gesendet, der beim Empfang durch spezielle Filter oder mathematische Verfahren zu einem erheblich kürzeren Impuls komprimiert wird. Dieser kann dann mit Hilfe eines Korrelationsverfahrens im Rauschen gut entdeckt werden.

Dispersion bei Licht Bearbeiten

In der Optik werden Lichtpulse durch einen wellenlängenabhängigen Brechungsindex, der sog. Dispersion, verzerrt:

Bei der Erzeugung und Übertragung ultrakurzer Lichtpulse ist es notwendig, diese Phasenverschiebung zu kompensieren. Dazu werden neben Prismen auch sogenannte Chirpspiegel (engl.: chirped mirrors) eingesetzt, die aufgrund einer frequenzabhängigen Reflexion ausgedehnte und verzerrte Pulse wieder komprimieren können.

Bei der direkten Modulation von Halbleiterlasern entsteht der meist unerwünschte Laser-Chirp, siehe Distributed Feedback Laser.

Anwendung Sonar Bearbeiten

Um die Gewässertiefe und Fische mittels Sonar zu detektieren, werden zumindest seit 2015 Geräte angeboten, deren Schallimpulse (Pings) nicht nur mehrere diskrete feste Frequenzen im nutzbaren Ultraschallspektrum von 28 bis 235 kHz verwenden, sondern typisch 3 Bereiche dieses Spektrums durchwischen. Der niedrige von drei Frequenzbereichen reicht dabei von 28 bis 65 oder 70 kHz. Am niedrigen Ende des Bereichs wird die höchste Eindringtiefe in Wasser (jedoch geringe Winkelauflösung) erzielt, mit höherer Frequenz steigt die Detailauflösung (bei geringerer Reichweite).

Weblinks Bearbeiten

Commons: Chirp – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Sonstiges Bearbeiten

Als Backronym für CHIRP wurde Compressed High Intensity Radiated Pulse erfunden.

Garmin Chirp ist ein kleines Funkmodul, das mit kompatiblen Navigationsgeräten von Garmin kommuniziert, um auf einen nahen Geocache mit Zusatzinformationen hinzuweisen, Besucher zu zählen und diese Zahl dem Besitzer des Chirp bei Annäherung anzuzeigen.

Chirp ist der Name einer freien Software, mit der Amateurfunkgeräte vieler Hersteller mit unterschiedlichsten Datenformaten als Input programmiert werden können.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Ryan Moody Fishing: Garmin CHIRP technology compared to traditional fish finding sonar In: YouTube, 20. Juni 2015, abgerufen am 18. Juli 2017. – Video (8:24), englisch
  2. 2:38/8:24 des YouTube-Videos.
  3. Garmin Chirp trekkinn.com, abgerufen am 18. Juli 2017.
  4. Chirp Homepage chirp.danplanet.com, abgerufen am 26. Oktober 2018.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Zirpe ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Fur die Zirpe als Insekt siehe Zikaden Als ein Chirp englisch to chirp tschilpen zirpen Zwitschern oder eine Zirpe wird in der Signalverarbeitung ein Signal bezeichnet dessen Frequenz sich zeitlich andert Dabei wird zwischen positiven Chirps bei denen die Frequenz zeitlich zunimmt und negativen Chirps die eine Frequenzabnahme aufweisen unterschieden Chirp Impuls mit linearem Frequenzanstieg source source Horbeispiel Ortungsrufe einer Zwergfledermaus Wiedergabe 20 fach verlangsamt Am Anfang der Aufnahme beginnen die Rufe mit einem Chirp der bei ca 70 kHz einsetzt und in wenigen Millisekunden auf 46 kHz abfallt Die Gesamtdauer eines Rufes betragt ca 15 Millisekunden Gesendete Chirp Signale konnen mithilfe von Optimalfiltern in einem stark verrauschten Empfangssignal erkannt werden siehe Pulskompressionsverfahren Ortung Inhaltsverzeichnis 1 Chirp Beschreibung 2 Beispiele 2 1 Linearer Chirp 2 2 Exponentieller Chirp 2 3 Potenzfunktionen 3 Anwendungen 3 1 Verringerung der Impulsleistung bei Radar 3 2 Dispersion bei Licht 3 3 Anwendung Sonar 4 Weblinks 5 Sonstiges 6 EinzelnachweiseChirp Beschreibung BearbeitenEin typischer Chirp ist ein Signal hier mit normierter Amplitude mit dem Zeitverlauf x t sin 2 p t a t f t d t displaystyle x t sin left 2 pi int t a t f tau mathrm d tau right nbsp Mit der zeitabhangigen Momentanfrequenz f t f t nbsp Eine Messung der Frequenz erfolgt immer durch die Mittlung uber ein Zeitintervall t a t e t a t e nbsp also f 1 t e t a t a t e f t d t displaystyle bar f textstyle frac 1 t e t a int t a t e f tau mathrm d tau nbsp Um von einer momentanen Frequenz zu sprechen sollte das Zeitintervall mehrere volle Perioden umfassen aber die Anderung von f t f t nbsp in diesem Intervall klein sein so dass die gemessene Frequenz dicht an der momentanen Frequenz liegt f f t f t a f t b displaystyle bar f approx f t approx f t a approx f t b nbsp Beispiele BearbeitenLinearer Chirp Bearbeiten Fur den Spezialfall eines linearen Chirp steigt die Frequenz linear mit der Konstanten k k nbsp an f t f 0 k t displaystyle f t f 0 kt nbsp und es gilt fur den Zeitverlauf x t x t nbsp x t sin 2 p 0 t f t d t sin 2 p 0 t f 0 k t d t sin 2 p f 0 k 2 t t displaystyle x t sin left 2 pi int 0 t f tau mathrm d tau right sin left 2 pi int 0 t f 0 k tau mathrm d tau right sin left 2 pi left f 0 frac k 2 t right t right nbsp Akustisches Beispiel Linearer Chirp 5 Wiederholungen Exponentieller Chirp Bearbeiten nbsp Chirp Impuls mit exponentiellem FrequenzanstiegFur Radar oder Sonar werden oft exponentielle Chirps eingesetzt Hier lautet die Frequenzabhangigkeit von der Zeit wenn f 0 f 0 nbsp die feste Grundfrequenz ist und k k nbsp eine Konstante f t f 0 k t f 0 e t ln k displaystyle f t f 0 k t f 0 e t ln k nbsp und damit der Zeitverlauf x t x t nbsp x t sin 2 p 0 t f t d t sin 2 p f 0 0 t e t ln k d t sin 2 p f 0 ln k k t 1 displaystyle x t sin left 2 pi int 0 t f tau mathrm d tau right sin left 2 pi f 0 int 0 t e tau ln k mathrm d tau right sin left frac 2 pi f 0 ln k left k t 1 right right nbsp Akustisches Beispiel Exponentieller chirp 5 Wiederholungen Potenzfunktionen Bearbeiten In einer weiteren Definition hat ein Chirp in Amplitude und Frequenzverlauf die Form von Potenzfunktionen x t t a sin 2 p t b displaystyle x t t a sin left 2 pi t b right nbsp mit den Parametern a displaystyle a nbsp und b displaystyle b nbsp Diese Signalform kommt in der Praxis bei der Detektion von Gravitationswellen vor Anwendungen BearbeitenTechnische Anwendungen liegen bei der Aussendung von Mikrowellen bei dem Synthetic Aperture Radar und bei bandspreizenden Modulationsverfahren wie Chirp Spread Spectrum CSS In der Natur setzen zahlreiche Fledermausarten Chirp Impulse zur Ortung ein Starke kurze Laserpulse werden gechirpt um sie mit dadurch vergrosserter Pulsdauer verstarken zu konnen Chirped Pulse Amplification Verringerung der Impulsleistung bei Radar Bearbeiten nbsp Pulskompression mit einem SAW FilterUm Echosignale weit entfernter reflektierender Objekte aus dem Rauschen herauszufiltern muss eine gewisse Mindestenergie empfangen werden Fur genaue Entfernungsmessungen benotigt man aber moglichst kurze Sendeimpulse denn bei einem 0 1 µs kurzen Sendeimpuls ist das Wellenpaket bereits 30 m lang Die Kombination beider Anforderungen fuhrt zu immensen Sendeleistungen von 10 MW deren Erzeugung in Flugzeugen oder Satelliten Probleme bereitet Als Ausweg wird beim Pulskompressionsverfahren ein leistungsschwacher Chirp Impuls langerer Gesamtdauer gesendet der beim Empfang durch spezielle Filter oder mathematische Verfahren zu einem erheblich kurzeren Impuls komprimiert wird Dieser kann dann mit Hilfe eines Korrelationsverfahrens im Rauschen gut entdeckt werden Dispersion bei Licht Bearbeiten In der Optik werden Lichtpulse durch einen wellenlangenabhangigen Brechungsindex der sog Dispersion verzerrt n l n 0 n 1 l n 2 l 2 displaystyle n lambda n 0 n 1 lambda n 2 lambda 2 dots quad nbsp mit n i i n l l i displaystyle quad n i partial i n lambda over partial lambda i nbsp Bei der Erzeugung und Ubertragung ultrakurzer Lichtpulse ist es notwendig diese Phasenverschiebung zu kompensieren Dazu werden neben Prismen auch sogenannte Chirpspiegel engl chirped mirrors eingesetzt die aufgrund einer frequenzabhangigen Reflexion ausgedehnte und verzerrte Pulse wieder komprimieren konnen Bei der direkten Modulation von Halbleiterlasern entsteht der meist unerwunschte Laser Chirp siehe Distributed Feedback Laser Anwendung Sonar Bearbeiten Um die Gewassertiefe und Fische mittels Sonar zu detektieren werden zumindest seit 2015 Gerate angeboten deren Schallimpulse Pings nicht nur mehrere diskrete feste Frequenzen im nutzbaren Ultraschallspektrum von 28 bis 235 kHz verwenden sondern typisch 3 Bereiche dieses Spektrums durchwischen Der niedrige von drei Frequenzbereichen reicht dabei von 28 bis 65 oder 70 kHz Am niedrigen Ende des Bereichs wird die hochste Eindringtiefe in Wasser jedoch geringe Winkelauflosung erzielt mit hoherer Frequenz steigt die Detailauflosung bei geringerer Reichweite 1 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Chirp Sammlung von Bildern Videos und AudiodateienSonstiges BearbeitenAls Backronym fur CHIRP wurde Compressed High Intensity Radiated Pulse erfunden 2 Garmin Chirp ist ein kleines Funkmodul das mit kompatiblen Navigationsgeraten von Garmin kommuniziert um auf einen nahen Geocache mit Zusatzinformationen hinzuweisen Besucher zu zahlen und diese Zahl dem Besitzer des Chirp bei Annaherung anzuzeigen 3 Chirp ist der Name einer freien Software mit der Amateurfunkgerate vieler Hersteller mit unterschiedlichsten Datenformaten als Input programmiert werden konnen 4 Einzelnachweise Bearbeiten Ryan Moody Fishing Garmin CHIRP technology compared to traditional fish finding sonar In YouTube 20 Juni 2015 abgerufen am 18 Juli 2017 Video 8 24 englisch 2 38 8 24 des YouTube Videos Garmin Chirp trekkinn com abgerufen am 18 Juli 2017 Chirp Homepage chirp danplanet com abgerufen am 26 Oktober 2018 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Chirp amp oldid 238327039