Директорная антенна, известная также как антенна Уда — Яги или антенна “Волновой канал”, благодаря своей простоте, низкой стоимости и относительно высокому усилению, является одним из самых популярных типов направленных антенн, широко используемых в диапазонах коротких и ультракоротких волн (от 30 МГц до 3 ГГц). Наиболее известным применением антенны Уда — Яги является ее использование для приема программ телевизионного вещания и ее очень часто можно увидеть на крышах зданий.
Два японских профессора Уда и Яги придумали и изучили эту антенну еще в 1920-х годах. Первую такую антенну построил С. Уда и в 1926 и 1927 годах опубликовал результаты в Японии [1]. Годом позже проект получил дальнейшее развитие, и был опубликован его коллегой профессором Яги на английском языке [2].
С тех пор инженерами и энтузиастами был выполнен существенный объем теоретической и главным образом экспериментальной работы. Стало доступно огромное количество их данных и результатов. Существенной особенностью этого типа антенны, является то, что при изменении ее положения в пространстве она обладает практически неизменными параметрами и, кроме того, ее характеристики не зависят от погодных явлений. Как показано на рис. 1, данная антенна состоит из трех различных элементов: ведомого элемента, рефлектора (одного или нескольких) и директора (одного или нескольких). 
Расчёт домовой разводки КТВ
Рис.1 Директорная антенна Часто эту антенну рассматривают как массив (антенную решетку), поскольку она состоит из нескольких элементов. Однако запитываемым – активным элементом антенны является только один ведомый элемент.
Все остальные элементы антенны (рефлектор и директор) являются пассивными – паразитными элементами, поэтому чаще всего их рассматривают не в качестве элементов массива, а в качестве элементов собственно антенны. Основные характеристики этих элементов и рекомендации по их проектированию могут быть сведены к следующему: 1. Продольные размеры первых трех элементов антенны изменяются от длинного к короткому и связаны логарифмически: 
У некоторых многоэлементных антенн продольные размеры нескольких последних директоров или даже всех директоров, могут быть одинаковыми. 2. Ведомый элемент определяет поляризацию и центральную частоту антенны. В случае полуволнового диполя его рекомендуемая длина составляет около 0,475λ.
Полуволновой диполь хорошо согласуется с питающим фидером с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. 3. Рефлектор перенаправляет излученную энергию вперед в сторону ведомого элемента. Длина рефлектора примерно на 5% больше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит индуктивный характер.
Было установлено, что добавление большего числа рефлекторов не приводит к значительным улучшениям, поэтому чаще всего в антенне один рефлектор. Оптимальное расстояние между рефлектором и ведомым элементом находится между 0,1λ и 0,25λ. Длина рефлектора сильно влияет на относительный уровень заднего излучения и входное сопротивление антенны.
Расчет антенны Харченко для цифрового ТВ. Как рассчитать цифровую Т2 антенну
4. Директор направляет излученную энергию вперед в сторону противоположную ведомому элементу и рефлектору. Длина директора примерно на 5% меньше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит емкостной характер. Количество директоров определяет максимально достижимую направленность и усиление антенны.
Однако при увеличении числа директоров более 12, эффект от количества директоров на направленность антенны значительно падает и, кроме того, резко снижается входное сопротивление антенны. Поэтому при большом количестве директоров в качестве ведомого элемента, как правило, используется петлевой вибратор (вибратор Пистолькорса).
Оптимальное расстояние между директорами находится между 0,1λ и 0,35λ. У более длинных массивов интервал больше, у более коротких массивов интервал меньше. 5. Поперечный размер элементов антенны, диаметр их трубок или ширина их полос, находится между 0,01λ и 0,001λ. Поперечный размер элементов оказывает значительное влияние на входное сопротивление антенны.
Регулируя расстояния между элементами антенны и изменяя их размеры можно управлять полосой пропускания, формой и шириной образца излучения антенны. Полный образец излучения антенны формируют: направленное усиление, отношение усиления в направлении приема к усилению в противоположном направлении, ширина луча и нежелательный уровень боковых лепестков. Выбор разнообразных целей, которые можно преследовать при проектировании антенны, является субъективным, и ограничения, накладываемые этим выбором, являются главным образом вопросом выбора разработчика, что и объясняет наличие огромного числа различного рода рекомендаций и методик по проектированию таких антенн.
В этих условиях большое значение приобретает возможность быстрой оценки влияния результатов небольшой модификации расчетной геометрии антенны на полный образец ее излучения. Эта возможность позволяет получить хорошее понимание не только потенциала выбранных рекомендаций и методов проектирования, но и самой проектируемой антенны.
Наиболее удобно такая возможность реализуется с помощью компьютерной программы работающей в диалоговом режиме, когда разработчик может внести некоторые изменения и сразу увидеть, как эти изменения отразились на результате. Подобная программа анализа директорной антенны реализована в математическом пакете «Mathcad» организованном по принципу What You See Is What You Get (англ. – то, что Вы видите, то Вы и получите).
Отличительной особенностью таких программ является то, что их язык максимально приближен к знакомому еще со средней школы обычному языку символьной математики, и освоение такого языка программирования происходит весьма просто и почти на интуитивном уровне. Программа работает в пакетах Mathcad версий 11 и выше.
Для расчета взаимного влияния проводниковых элементов антенны произвольной длины и толщины в программе используется метод моментов [3]. В этом методе сначала вычисляется матрица импеданса [Z]: взаимных импедансов между дипольными элементами и собственного импеданса i — го элемента.
Матрица импеданса позволяет затем вычислить токи всех элементов, а, следовательно, можно вычислить усиление в плоскостях пространства и импеданс в точке возбуждения. Исходными данными для расчета и анализа параметров антенны являются: рабочая частота антенны, волновое сопротивление фидера, напряжение на входных выводах ведущего элемента (для удобства сравнения антенн разных типов, это напряжение следует выбирать так, чтобы оно обеспечивало ток ведущего элемента близкий к одному амперу), расстояние от антенны до точки наблюдения (расстояние до дальней зоны антенны), общее число элементов антенны, число рефлекторных элементов, число директорных элементов.
Программа сама рассчитает предварительную геометрию антенны, однако эта геометрия будет оптимизирована под оптимальное волновое сопротивление питающего фидера. Если же следует выполнить анализ характеристик антенны рассчитанной по другим методикам или антенны с уже известной геометрией, необходимо сразу ввести известную геометрию антенны в разделе “Описание геометрии антенны”, заменив вычисленные программой данные на требуемые.
Для описания геометрии антенны в программе используются одномерные массивы в виде вектора. Если, например, требуется ввести сведения о размерах длин элементов, то ввод значений вектора осуществляется следующим образом: 1. Ввод начинают с наиболее удаленного рефлектора, двигаясь внутрь к ведущему элементу.
После ввода длины и радиуса ведущего элемента вводят параметры директорных элементов, начиная с директора, следующего сразу за ведущим элементом, двигаясь наружу к последнему элементу. 2. Численное значение размера очередного элемента вводят через запятую. 3. Дробная часть численного значения отделяется от целой части не запятой, а точкой. Результат таких действий после ввода размеров рефлектора, ведомого элемента и первого директора показан на рис. 2. 
Рис. 2 Ввод длины элементов антенны По введенным входным величинам будут вычислены следующие характеристики антенны: максимальная интенсивность излучения, излучаемая антенной мощность, сопротивление излучения, коэффициент направленного действия антенны, эффективная изотропная излучаемая мощность, коэффициент отражения по напряжению в питающем фидере, коэффициент стоячей волны напряжения в питающем фидере, отражающая эффективность системы фидер – антенна, максимальная эффективная площадь антенны, максимальная эффективная высота антенны.
Будут вычислены и некоторые другие второстепенные величины, которые могут представлять для разработчика тот или иной интерес. Для удобства блоки Mathcad вычисляемых величин выделены желтым цветом, а две вычисляемые характеристики, значения которых важны при ручной оптимизации антенны, выделены голубым цветом.
Программа выполнит также построение графиков амплитудно — частотной характеристики (АЧХ) антенны и ее образцов излучения. В качестве образцов излучения антенны будут построены нормализованные диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости и плоскости возвышения. Диаграммы направленности будут построены в декартовой, полярной и прямоугольной системах координат.
Кроме того будут построены два трехмерных образца излучения один из которых будет выполнен в разрезе. Трехмерные образцы излучения позволяют с помощью нажатия и удерживания на изображении левой кнопки мыши осуществлять за счет ее перемещения в разные стороны поворот объемного образца излучения вокруг всех его трех осей координат.
С помощью колесика мыши можно уменьшать или увеличивать масштаб изображения трехмерного образца излучения, что позволяет лучше изучать отдельные детали образца излучения. По умолчанию в качестве ведомого вибратора антенны в программе рассматривается полуволновой диполь. Однако если требуется выполнить вычисления характеристик антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Анализ параметров антенны” включить блок вычисления собственного импеданса петлевого вибратора. Для этого необходимо поместить курсор на изображение данного выражения, и нажав правую кнопку мыши, в появившемся контекстном меню выбрать пункт “Включить вычисление”, так, как это показано на рис.3. 
Рис. 3 Включение вычислений определения собственного импеданса петлевого вибратора Кроме того, для того чтобы подпрограмма расчета АЧХ антенны также выполняла вычисления АЧХ антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Построение амплитудно-частотной характеристики антенны” заменить значение переменной FD на единицу.
Переменные “Director”, “Reflector,” “Diameter” и “Frequency” позволяют в режиме реального времени выполнять модификации расчетной или исходной геометрии антенны и наблюдать влияние этих модификаций на полный образец излучения антенны и ее АЧХ. Для удобства блоки Mathcad этих переменных выделены зеленым цветом.
В заключение отметим, что использование компьютеризированного подхода к расчету и анализу директорных антенн дает несколько значительных преимуществ перед экспериментальным подходом. Среди таких преимуществ очевидная экономия времени и денег, а также возможность получения конструкций антенн оптимизированных относительно одного или даже нескольких желаемых параметров, таких как направленность, уровень боковых лепестков, ширина полосы пропускания и других.
Программа находится в прикрепленном архиве. ЛИТЕРАТУРА 1. S. Uda, “Wireless beam of short electric waves,” J. IEE (Japan), 1926, March, pp. 273-282 и 1927, November, pp. 1209-1219. 2. Yagi, H., “Beam Transmission of Ultra-short Waves,” Proc. IRE, 1928, vol.
16, no. 6, pp. 715–740. 3. Thomas A. Milligan, “Modern Antenna Design”, John Wiley https://cxem.net/tv/tv98.php» target=»_blank»]cxem.net[/mask_link]
Расчет линии связи
Строго говоря, для определения размера приемной антенны следует проанализировать всю линию связи, включая и линию связи вверх (от наземного передатчика до спутника связи), и линию связи вниз (от спутника до наземной приемной станции). Тем не менее применение в ТВ вещании методов управления мощностью на линии связи вверх и другие определенные традиционные допущения позволяют отдельно рассчитать линию связи вниз. На практике для определения параметров оборудования, устанавливаемого на месте приема сигналов (TVRO), вполне достаточно упрощенного метода расчета, представленного в настоящей главе.
Основная цель расчета линии связи — определение или проверка того, насколько данное оборудование подходит для обеспечения устойчивого приема сигналов от выбранного спутника в заданном месте расположения приемной системы. В настоящее время для ТВ вещания наиболее часто используются S-, С-, Ku- и Ка — диапазоны частот. Диапазоны различных микроволновых сигналов и приблизительные значения частот диапазонов приведены в табл. 5. 1.
Таблица 5. 1. Диапазоны микроволновых сигналов
Конечно, можно вместо проведения собственных расчетов полагаться либо на общий расчет линии связи, который предоставляют операторы спутниковой связи, либо сосредоточиться на готовых комплектах приемных систем, предназначенных для работы с общедоступными спутниками. Такой подход не является ошибочным, но он сильно ограничивает вас по многим направлениям.
Например, общий расчет линии связи всегда является компромиссным и диктует определенный общепринятый стандарт качества сигнала и его доступности, что может не соответствовать требованиям потребителей. Например, клиент может быть иностранцем, проживающим в вашей стране, и хочет принимать сигналы вещания своей собственной страны. Какой диаметр антенны необходим в этом случае? Таким образом, существует множество причин, по которым расчет линии связи может понадобиться.
Чтобы убедиться, что условия устойчивого приема сигнала обеспечиваются для каждого канала связи, вычисления необходимо выполнить для группы транспондеров. Это особенно важно, когда приемная система собирается из комплектующих частей от разных производителей, поскольку в одном случае на практике может быть получен неудовлетворительный результат, а в другом — чрезмерное усложнение конструкции может привести к неоправданному увеличению стоимости оборудования, а приемная система будет выглядеть неэстетично.
Результатом расчета линии связи является вычисленное значение отношения S/N, величина которого сравнивается с соответствующими значениями по пятибалльной шкале градаций качества принимаемого изображения согласно рекомендациям Международного консультативного комитета по радиовещанию МККР (см. табл. 5. 2). Данные оценки, которые получены в результате многочисленных субъективных тестов, наиболее часто применяются в качестве критерия общей эффективности работы приемных систем. Принятым стандартом для бытовых приемных систем является оценка «4», что соответствует взвешенному значению отношения S/N выше 42, 3 дБ.
Таблица 5. 2. Пятибалльная шкала градаций качества принимаемого изображения в соответствии с рекомендациями МККР
В настоящей главе содержатся выражения, необходимые для детального анализа любого участка линии связи вниз.
Подробный расчет линии связи
Прием сигналов в S- и С- диапазонах относительно не зависит от таких факторов, как затухание в условиях дождя и поглощение сигнала в атмосфере, но при приеме сигналов в Кu- и Ка- диапазонах частот подобные потери необходимо принимать во внимание. Для выполнения подробного расчета линии связи существуют многочисленные стандартные и альтернативные формулы, позволяющие проводить вычисления с различной степенью точности. Приведенный здесь метод расчета является достаточно полным и учитывает затухание сигнала в атмосферных осадках, возрастание шумов в осадках, потери рассогласования, переходные (волноводные) затухания, а также номинальную добротность G/T и используемую добротность G/T, где G/T — это отношение полного коэффициента усиления антенны к общей шумовой температуре системы.
Факторы, влияющие на прием сигнала со спутника
Работа спутниковых приемных ТВ систем зависит от ряда физических параметров, перечень которых приводится ниже.
1. Эффективная изотропно — излучаемая мощность — ЭИИМ.
2. Диаметр действующей антенны.
3. Коэффициент шума малошумящего блока или шумовая температура.
4. Переходные затухания в волноводах и поляризаторах.
5. Потери из-за неточного наведения (нацеливания) антенны:
— начальная ошибка наведения;
— устойчивость антенны под воздействием ветра или других условий окружающей среды;
— точность удержания станции спутника на орбите.
6. Потери поляризации.
7. Старение транспондера
8. Затухание в условиях дождя для заданной вероятности получения (доступности) сигнала (номинальное значение 99, 5% для среднего года).
9. Возрастание шумов в осадках при приеме сигнала в Кu- и Ка — диапазонах (дождь, снег или град).
10. Поглощение сигнала в атмосфере кислородом и парами воды (в зависимости от влажности).
11. Изменения температуры.
12. Параметры приемника (порог демодулятора).
13. Характеристики модуляции сигнала.
14. Рассеивание сигналов из-за затенения антенны деревьями, зданиями, стаями птиц и летательными аппаратами (самолетами).
15. Потери на расходимость луча при прохождении через атмосферу.
Временные воздействия, такие как затенение пролетающими стаями птиц, по большей части непредсказуемы, и при вычислениях их можно не принимать в расчет. Другие факторы могут иметь значительное долговременное воздействие, хотя при приеме в S- и С- диапазонах факторами 8, 9 и 10 можно пренебречь.
Расположение места приема по отношению к позиции спутника
Каждый геостационарный спутник занимает определенную (уникальную) позицию или участок орбиты, находящейся на высоте 35 784 км прямо над экватором. Фактическое положение спутника определяется долготой подспутниковой точки (точки, расположенной прямо под спутником на экваторе). Для захвата сигнала со спутника в пределах предполагаемой зоны обслуживания антенну необходимо точно установить как по азимуту, так и по углу места.
Угол места EL (угол возвышения) представляет собой угол направленного вверх наклона антенного зеркала (рефлектора) относительно земной поверхности. Его можно вычислить следующим образом выражение (1):
где А — широта места нахождения земной станции (положительная для северного полушария, отрицательная для южного полушария);
В — восточная долгота земной станции минус восточная долгота спутника;
m = 6, 61 — отношение радиуса геостационарной орбиты к радиусу экватора Земли.
Для низких углов места, значения которых составляют менее 30°, геометрический угол места может быть слегка модифицирован при помощи выражения (2) для учета средней величины рефракции (преломления) в атмосфере. При этом верно рассчитанное истинное значение угла места всегда должно быть больше, чем геометрический угол.
где EL — результат вычислений, выполненных по выражению (1). В атласах приводятся значения широты и долготы, выраженные в градусах и минутах. Чтобы их можно было использовать при вычислениях.
Истинный азимут AZ (поворот рефлектора антенны) представляет собой угол направления, указывающего на выбранный спутник, который отсчитывается от истинного севера. Магнитный азимут измеряется в градусах от 0 до 360°. Север, восток, юг и запад имеют азимуты
указанные значения необходимо перевести в градусы (с десятичными долями). Для этого следует разделить число минут на 60, а полученный результат умножить на 100 и прибавить к целой части числа градусов. Например, нужно преобразовать 53°15’N в градусы:
53 + [(15/60) х 100] = 53, 25°N.
Значения западной долготы необходимо преобразовать в соответствующие значения восточной долготы и отсчитывать от 0°Е (меридиан по Гринвичу) через 180°Е к 360°Е, которое снова будет являться тем же самым значением 0°Е. Таким образом, для значений долготы, расположенной западнее меридиана по Гринвичу, вычитание значения западной долготы (°W) из 360° дает эквивалентное (соответствующее) значение восточной долготы. Например, значение 3°W будет эквивалентно следующему:
Стоит иметь в виду, что на широтах выше 81 0 невозможно наблюдать любой участок геостационарной орбиты спутников. Точно так же и разность значений долготы между земной станцией и желаемым спутником не может превышать данную величину. 0°, 90°, 180° и 360° соответственно. Геостационарная орбита спутников отслеживается магнитными азимутами между 90° и 270° в северном полушарии или от 270° до 90° в южном полушарии. Истинный азимут рассчитывается из следующего выражения:
В расчетах для южного полушария цифра 180 из формулы исключается.
Магнитный азимут
Если истинное значение угла азимута вычислено, то магнитный азимут можно легко рассчитать путем обычного сложения или вычитания магнитного склонения в соответствии с местом приема сигнала. Для всех регионов Европы величина западного магнитного склонения добавляется к величине истинного азимута. Величина магнитного склонения будет меняться в зависимости от места расположения земной станции, и ее можно узнать из местных топографических карт. В некоторых случаях вместо применения компаса для установки азимута можно использовать положение Солнца в различное время дня, но на практике это возможно только в том случае, когда предусматривается одна крупная установка. При установке большого количества приемных систем применение данного метода не всегда удобно.
Протяженность линии связи вниз
Длина пути прохождения сигнала, иногда называемая наклонной дальностью, — это расстояние между земной станцией и рассматриваемым спутником. Чем дальше от экватора находится земная станция, тем длиннее будет путь прохождения сигнала. Для вычисления длины пути D используется следующее выражение:
Длина волны
Во многих выражениях для упрощения вычислений вместо частоты чаще используется величина длины волны.
Преобразование частоты в длину волны осуществляется следующим образом:
где с — скорость света (2, 998 х 10 8 м/с); f — частота, Гц.
Потери при прохождении сигнала в свободном пространстве
Потери при прохождении сигнала в свободном пространстве LFS, или потери на трассе распространения, выражают ослабление микроволновых сигналов по мере их продвижения к Земле и происходят из-за расходимости луча. В качестве аналогии можно представить падение с расстоянием интенсивности луча фары автомобиля. Потери на трассе распространения возрастают с увеличением частоты и становятся тем больше, чем ниже угол возвышения антенны (угол места). Подходящим выражением для вычисления величины потерь является следующее:
Коэффициент усиления антенны
Коэффициент усиления антенны (Ga) возрастает с увеличением действующего размера антенны, который учитывает ее эффективность (р) и выражается следующей формулой:
где d — диаметр антенны, м;
р — процент эффективности антенны (обычно 60-80%); — длина волны, м.
Примечание Эффективность антенны чаще приводится как нормированное значение меньше 1 (то есть 0, 67 или 0, 8), а не выражается в процентном отношении. В таких случаях из формулы следует удалить цифру 100, стоящую в знаменателе, и подставить значение нормированного коэффициента для р.
Общая шумовая температура приемной системы
Для наземной приемной станции общая шумовая температура приемной системы TSYS складывается из шумовой температуры всех входящих в приемную систему составных частей и включает шумы, внесенные блоком LNB, компонентами волновода, и эквивалентные, или приведенные, шумы антенны.
Главные составляющие, воздействующие на шумовую температуру приемной системы, показаны на рис. 5. 1. Плоскость PQ указывает точку, по отношению к которой приводятся общие шумы приемной системы. Обычно считается, что это точка, расположенная сразу перед входом блока LNB или точка соединительного фланца между компонентами волновода и блока LNB. Эквивалентная шумовая температура антенны ТА получается из всех внесенных шумов, попадающих на антенну, но уменьшенных частичной проницаемостью () облучателя.
Эффективная изотропно — излучаемая мощность
Изотропный излучатель определяется как излучающий равномерно по всем направлениям. Это невозможно получить в реальности, но легко представить наглядно.
Используя отражатель, изотропный излучатель может концентрировать всю свою энергию в виде узкого луча, который кажется некоторому отдаленному наблюдателю, находящемуся на другом конце луча, изотропным источником со значительно большей выходной мощностью. Таким образом, понятие эффективной изотропно -излучаемой мощности (ЭИИМ) используется в качестве меры напряженности (силы) сигнала, который передается спутником на Землю.
ЭИИМ измеряется в децибелах относительно одного ватта (дБВт) и достигает наивысшего значения в центре луча. Данная величина уменьшается логарифмически по мере удаления от центра луча. Значение ЭИИМ для любого спутника можно получить из соответствующих карт зоны обслуживания, где указаны контуры с равными значениями ЭИИМ.
Современные спутники могут в определенной степени формировать контуры ЭИИМ, чтобы соответствовать желаемой зоне обслуживания. Применяемые для этого методы в данном случае не представляют интереса. Номинальное значение ЭИИМ для спутников средней мощности системы полу-СНВ, таких как системы Astra, составляет 52 дБВт. Спутники высокой мощности системы СНВ (DBS) имеют значения ЭИИМ, превышающие 60 дБВт.
Отношение несущая/шум
Для диапазонов частот Кu и Ка отношение несущая/шум (C/N) на входе приемной системы определяется следующим выражением:
где EIRP — эффективная изотропно — излучаемая мощность со спутника в направлении места расположения приемной системы, дБВт;
LFS — потери при распространении сигнала в свободном пространстве на участке от Земли до спутника связи, дБ;
С/Тusable — минимально пониженная величина коэффициента добротности приемной системы, дБ/К;
k — постоянная Больцмана (1,38 х 1СГ 23 Дж/К);
В — полоса пропускания приемника до детектирования промежуточной частоты ПЧ, Гц;
Aatm — ослабление сигнала за счет поглощения в атмосфере, дБ;
Агаin — затухание сигнала в осадках для заданного процентного отношения времени, дБ.
Примечание При работе на частотах ниже 8 ГГц значениями Ааtm и Аrain можно пренебречь.
При вычислениях для условий ясного неба параметр Аrain исключается, a G/Tusab!e заменяется на номинальный коэффициент добротности G/Tпом.
Источник: studentopedia.ru
Расчет параметров системы охранного телевидения
На объекте охраны используем аналоговые видеокамеры. Произведем выбор типов и моделей используемых видеокамер. Для этого сначала произведем расчет фокусного расстояния видеокамер. Исходя из опыта проектирования и эксплуатации систем охранного телевидения (СОТ), примем, что угол обзора в горизонтальной плоскости составляет ?.
Из справочных данных [10] для матрицы типа 1/3“ размеры ПЗС-матрицы следующие:
- — ширина ПЗС-матрицы ;
- — высота ПЗС-матрицы .
Тогда фокусное расстояние объектива вычислим по формуле:
Зная фокусное расстояние объектива , вычислим угол обзора в вертикальной плоскости из формулы:
Далее вычислим горизонтальное и вертикальное поле зрения из соответствующих формул (2.3) и (2.4). Поскольку большинство камер уличного типа имеют оптимальную зону видимости с достаточно отчетливым распознанием деталей изображения от 20 м до 40 м, то выберем расстояние до объекта наблюдения равным 40 м.
где f — фокусное расстояние объектива, мм;
l — расстояние до объекта наблюдения, м;
h — ширина ПЗС-матрицы, мм;
v — высота ПЗС-матрицы, мм;
Н — горизонтальное поле зрения, м;
V — вертикальное поле зрения, м.
Следует отметить, что при установке видеокамеры на некоторой высоте реальные зоны обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях будут другими, как показано на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 Увеличение требуемого фокусного расстояния при установке видеокамеры на высоте
Чем выше устанавливается видеокамера и чем меньше расстояние до объекта (чем более широкоугольный нужен объектив), тем реально требуемый угол обзора по вертикали будет меньше по сравнению с рассчитанным по формуле (2.2).
Таким образом, чем выше устанавливается видеокамера, тем более узкими должны быть углы обзора как по горизонтали, так и по вертикали (для сохранения тех же размеров поля обзора), и тем большим должно быть фокусное расстояние объектива по сравнению с выбранным по формуле (2.1), (2.2), (2.3), (2.4).
Оценим, во сколько раз следует увеличить фокусное расстояние объектива при высоте установки видеокамеры по сравнению с фокусным расстоянием , вычисленным для установки видеокамеры на уровне середины плоскости наблюдения (рисунок 2.1).
Фокусные расстояния и соотносятся как расстояния lи l1от видеокамеры до центра плоскости наблюдения, поэтому поправочный коэффициент K вычислим с помощью формул (2.5):
Так как коэффициент К приблизительно равен единице, он не значительно повлияет на фокусное расстояние.
Весьма важным вопросом при проектировании системы охранного телевидения является учет мертвой зоны под видеокамерой, установленной на высоте п в точке В и имеющей угол обзора в вертикальной плоскости
(рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 Определение мертвой зоны под видеокамерой
Исходя из геометрических соотношений, получаем следующее выражение для длины мертвой зоны:
где высота p — это рост обнаруживаемого человека. Согласно рекомендациям, приведенным в методическом пособии, в качестве роста человека принимается значение м.
Рассмотрим случай, когда на расстоянии l от видеокамеры (в положении EF) в ее поле зрения целиком попадает человек, рост которого равен р (рисунок 2.3). Левее положения CD человек будет невидим видеокамерой, поскольку он окажется в мертвой зоне под ней. Правее положения GH человек оказывается вне угла обзора видеокамеры. Определим расстояние r, в пределах которого человек, перемещаясь от положения CD до положения GH, будет находиться в поле зрения видеокамеры (сначала появится голова, потом весь человек целиком, потом только ноги; при обратном направлении движения, т.е. к видеокамере, порядок отображения человека на экране монитора изменится на обратный).
Рисунок 2.3 Отображение стоящего человека
Размер радиальной зоны обнаружения человека с учетом высоты установки видеокамерыrможно вычислить следующим образом:
В результате полученных значений можно выразить следующее. Что для обеспечения надзора на внутренней запретной зоне, необходимо расставить видеокамеры на расстояние не более 33 м друг от друга.
Рассмотрим вычисление значения условно мертвой зоны при видеорегистрации бегущего человека при использовании цифрового видеорегистратора.
При использовании цифрового видеорегистратора, в зависимости от модели, скорость видеозаписи может изменяться от 50 изображений/с на все 16 каналов до 25 изображений/с по каждому каналу (большинство видеорегистраторов для видеозаписи используют не полный видеокадр, а лишь одно видеополе).
Неконтролируемое время может быть равно:
в первом случае,
во втором. Здесь — время коммутации (величина обратно пропорциональная скорости записи).
Однако, это справедливо только в том случае, когда человек начинает пересекать сектор наблюдения синхронно с началом видеополя. Реально такое возможно лишь в частном случае, поэтому для гарантированного попадания бегущего человека целиком хотя бы в одно поле видеозаписи, указанные значения следует удвоить.
Поэтому для бегущего человека со скоростью м/с длина пути пересечения сектора наблюдения при скорости видеозаписи 50 изображений/с окажется равной s=6 м. С учетом сказанного при скорости видеозаписи 25 изображений/с на канал длина пути пересечения s=0,8 м. Зная величину s, по формуле (7) находим длины условно мертвой зоны u.
Отталкиваясь от данных расчетов, была выбрана аналоговая камеравидеонаблюдения уличного исполнения модели BVC-1112 CZWR 1200 ТВЛ.
Источник: vuzlit.com