Ekolokasyon, ses ya da elektromagnetik dalgaları kullanarak, cisimlerin yerleri, hızları, yönleri, boyutları ve yapısı (malzemesi) gibi özelliklerini belirleme yöntemine deniyor. Bu amaçla ortama kısa süreli ve güçlü bir ses ya da elektromagnetik dalga gönderiliyor ve bunun çeşitli cisimler ve engellere çarpıp geri yansımaları, yani ekoları (yankıları) algılanıyor. Gönderilen ile alınan sinyallerin arasındaki zaman farkı, kullanılan ses ya da ışınımın yayıldığı ortamdaki hızı ile çarpılınca yankının kaynağının uzaklığı belirleniyor. Gönderdiğimiz enerji paketinin yönü de bilindiğinden o cismin konumu (yeri) de belirlenmiş oluyor.
Ekolokasyonun karanlıkta da çalışması ve bizler gördüğümüz cisimlerin hız ve uzaklıklarını yalnızca tahmin edebilirken ekolokasyon ile bu büyüklüklerin doğru ve duyarlı biçimde ölçülebilmesi önemli avantajları.
Ekolokasyon amacı ile ürettiğimiz enerji darbelerini değişik yönlere gönderir ve yansımaları algılayıp bir ekranda görüntülersek bulunduğumuz bölgeyi haritalamış yani bir tür fotoğrafını çekmiş oluruz, Sonar ya da Radar ekranlarında olduğu gibi. Öte yandan, yansımayı yapan cisim hareketli ise geri dönen enerji dalgasının frekansı da değişecektir. Doppler etkisi adı verilen bu olayı hepimiz sürekli deneyimleriz.
Bir araç bize yaklaştığında sesi incelir, uzaklaştığında ise kalınlaşır. Bunun nedeni ise algıladığımız ses dalgalarının frekanslarının araç yaklaşırken artması, uzaklaşırkan ise azalmasıdır.
Doppler etkisi biz hareketli ve ses kaynağı sabit iken de aynen geçerlidir. Ayrıca, yine Doppler etkisi ses için olduğu kadar elektromagnetik dalgalar için de geçerlidir. Radarlar da, bu nedenle, hareketli cisimlerden aldıkları ekoların frekans kaymalarından hareketle hızlarını ve yönlerini belirleyebilirler. Alınan yansımaların gücü de yansıtıcı cismin büyüklüğü ve yapısı konusunda bilgi verir.
Hareketli cisimleri, ekranımızda, ölçülen hızlarına göre değişik renklerde, büyüklüklerine göre de değişik parlaklıkta görüntüleyebilir ve çevremizde olup biteni daha iyi izleyebiliriz. Gönderdiğimiz işaretin (enerji paketinin) yönünü değiştirmek için ise onu yayan anteni döndürebilir, ya da, anten dizilimi (antenna array) denilen düzeneği kullanarak çoklu sabit antene farklı tür işaretler göndererek bu yön değişimini (çevreyi taramayı) sağlayabiliriz. Son olarak, gönderilen enerji darbesinin frekansı da sabit değil değişken olabilir ve bu yolla daha az enerji kullanarak daha duyarlı eko alımı mümkün olur.
Yankı ile konum belirleme prensibi ile çalışan teknolojilere ve uygulamalara gelince:
SONAR
Ses dalgaları, gaz, sıvı ya da katı, taşıyıcı her ortamda yayılabilirler. Örneğin atmosferde yayılabilmeleri biz ve diğer karada yaşıyan canlıların işitmelerini sağlar, ama enerjilerini hızla kaybeder ve çok uzaklara gidemezler. Suda ise sesler hem daha hızlı yayılır hem de çok uzun mesafelere ulaşabilirler. Biz insanlar frekansı 20 Hertz ile 20.000 Hertz (20 kHz) olan sesleri işitebiliriz, diğer canlılar ise bizlerin duyamadığımız çok daha yüksek frekansları (ültrasesleri) de işitebilirler. Örneğin yarasalar 200 kHz’e kadar yükselen ültrases frekanslarını duyabilirler.
Sonar (Sound Navigation and Ranging) sistemleri yukarıda açıkladığımız ekolokasyon prensiplerini kullanarak özellikle su altındaki cisimleri belirlemek için kullanılırlar. Hepimizin filmlerden bildiğimiz gibi savaş gemileri ve denizaltılar için sonar yaşamsal bir araçtır. Diğer teknelerde de, derinlik ölçmek, balık sürülerini bulmak ve yaklaşan tehlikeleri belirlemek için kullanılırlar.
Ultraseslerin yankılarının yansıtan cisim ya da yüzeyin emici özelliklerine göre değişmeleri ve mesafe ile hız ölçümüne olanak vermeleri tıpta da çok yaygın kullanımlarına yol açmıştır. Kısaca Eko cihazı olarak adlandırılan bu aygıtlar birçok organın görüntülenmesinde kullanılırlar.
RADAR
Radarlar (Radio Detection And Ranging), cisimlerin yeri ve hızını belirlemek için ses dalgalarını değil radyo dalgalarını kullanan sistemlerdir. Kullanılan elektromagnetik dalgaların frekansları radarın türüne göre 3Mhz den 300 GHz’e kadar değişebilir. Uzay, hava ve kara araçlarında ya da yer istasyonlarında kullanılan radarlar ikinci dünya savaşı öncesinde bulunmuş ve savaş sırasında geliştirilerek kullanılmaya başlanmıştır. Radarlar, günümüzde, seyir (navigasyon) sistemlerinden, güvenlik ve savunma sistemlerine, meteorolojiden, jeolojiye pek çok alanda kullanılmaktalar.
LİDAR
LASER’lerin (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiations) gelişmesi, radyo dalgaları yerine ışığı kullanan LİDAR (Light Detection And Ranging) sistemlerinin oluşmasını sağladı. Lidarlar, hedefi ışıkla (çoğu kez, kızıl ötesi-infrared, gözlere zarar vermeyen ışınlarla) tarayarak onun üç boyutlu (3D) bir görüntüsünü oluştururlar. Ayrıca, kendisi de bir elektromagnetik bir dalga olan ışığın 1mikrometre (milimetrenin binde biri) civarındaki dalga boyu, radar ışınlarının 1cm bölgesindeki dalga boyundan çok küçük olduğundan verdiği görüntülerin çözünürlüğü de çok daha yüksektir.
Lidarlar, arazi ölçümlerinde, arkeolojide (örneğin ormanların altında saklı arkeolojik sitelerin belirlenmesinde), sismoloji, ormancılık, atmosfer fiziği, laserli yönlendirme sistemleri ve laser altimetrelerinde kullanılırlar. Lidarlar, ayrıca, özellikle son yıllarda, sürücüsüz araçlarda seyir ve yönlendirme amacı ile kullanılmaktadır. Bu amaçla, zifiri karanlıkta bile çalışabilmeleri ve oluşturdukları 3D görüntülerin gerçek zamanlı olarak (anında) güncellenme özellikleri (4G görüntü alma) ile ön plana çıkmaktadırlar.
Lidarların arkeolojideki uygulamalarına güncel bir örnek verelim: Orta Amerika’daki yağmur ormanlarının içinde Maya’lardan kalma arkeolojik siteleri bulmak için normal koşullarda yıllar süren seferler düzenlemek ve çalışmalar yapmak gerekmektedir. Uçaklardaki Lidarlar yardımı ile ise bu araştırmalar birkaç haftada tamamlanabilmekte ve ağaçların altından alınan yansımalar sayesinde ekteki fotoğrafta görüldüğü gibi siteler apaçık ortaya çıkarılabilmektedir.
Erdal Musoğlu / [email protected]
Bu yazı HBT'nin 218. sayısında yayınlanmıştır.