Vleermuizen op de radar Resultaten van Doppler radar registraties van gewone dwergvleermuizen langs een vliegroute

Transcriptie

1 Vleermuizen op de radar Resultaten van Doppler radar registraties van gewone dwergvleermuizen langs een vliegroute Willem A. Hol VLEN-dag,

2 Vleermuizen op de radar Vraagstelling Snelheid langs vliegroute Wat ziet de radar? Alleen het lijf? Ook de vleugels? Relatie met vleugelslag, signatuur? Hoe groot is een dwergvleermuis bekeken met radar? Radar cross section (RCS) in m 2 Hoe zou een radar gedimensioneerd moeten worden om een dwergvleermuis op ca 40 m afstand waar te nemen? 2

3 Vleermuizen op de radar Opbouw verhaal Radar Radar, Dopplerradar, eigenschappen Keuze van meetradar Locatie Meetopstelling Registratie van Doppler radar- en ultrasoonsignalen Resultaten Tijd-frequentie plaatjes Snelheid Signatuur Radar cross section (RCS) Calibratie, model en metingen Dimensionering van radar voor waarneming vanaf 40 m Conclusies 3

4 Radar Radar: echolocatie m.b.v. EM-signalen Snelheid: 3 X 10 8 m/s (vergelijk geluid in lucht: ca 330 m/s) Reflectie materiaalafhankelijk, metaal sterk, water redelijk. 4 Dopplerradar: radar waarmee radiële snelheid van een object bepaald kan worden d.m.v. Doppler-effect (verschuiving van waargenomen frequentie) Radarwaarneming van vogels Zeer veel research (b.v. vogeltrek) en publicaties, o.a. van Bruderer (met Superfledermaus track radar) en Buurma (met Flycatcher) Veel aandacht vanwege gevaar voor vliegverkeer Radarwaarneming van vleermuizen, schaars, o.a. Bruderer, B. & Popa-Lisseanu, A.G. (2005), Radar data on wing-beat frequencies and flight speeds of two bat species (met track radar, NB geen Dopplerinformatie)

5 Keuze van meetradar Geen zendvergunning nodig voor 1e proeven Zonder zendvergunning toegestaan in NL Lage RCS verwacht Vermogen niet te laag Goede Dopplerresolutie om signatuur te kunnen waarnemen Hoge frequentie (24 GHz) Last but not least: Betaalbaar Drie K-band (24 GHz) stereo CW transducers van InnoSenT beproefd: IVS-163 IVS-195 IPS-146 Ongevoelig (geen RF pre-amp) Transceiver loss: 37 db Extra pre-amp nodig RF instelbaar (VCO) Bundel ok (70 o x 36 o ) Betaalbaar Geleend Vrij gevoelig (RF pre-amp) Transceiver loss: 17 db Direct aan te sluiten RF instelbaar (VCO) Te smalle bundel(13 o x 36 o ) Vrij duur Geleend Vrij gevoelig (RF pre-amp) Transceiver loss: 21 db Direct aan te sluiten RF niet instelbaar Bundel ok (32 o x 30 o ) Betaalbaar Gekocht 5

6 Meetlocatie Metingen langs vliegroute Fietspad Hasseleres Deurningen Kort traject zonder bomen Ervaring: Dwergvleermuizen vliegen hier vaak op hoofd hoogte Daarom redelijk grote kans dat dwergen hier binnen de radarbundel vliegen Richting N Richting Z Meetlocatie Deel van Hasseleres (Hengelo NO) 6

7 Meetopstelling Voorwaarschuwing Batdetector lange kabel Stereo Batdetector Multiheadset FG3329 mic L FG3329 mic R IPS GHz CW transducer Stereo ultrasoon microfoon voorversterker m kabels Terratec DMX 6Fire Externe Geluidskaart (4 x 192 khz) USB 2.0 Laptop + SW simultane Wav opnamen 1m tussen mic s 12 V loodaccu 7 FG3329 IPS-146 Ultrasoon pre-amp FG3329 IPS-146 in doos met radome IPS-146 transducer

8 Voorbeeld Doppler radar tijd-frequentieplaatje Fietspad Hasseleres Deurningen, 7 augustus 2009, nr 24 Frequentie Doppler radar In khz (1 khz = 6.25 m/s) 8 Twee dwergvleermuizen: Inkomend: Doppler frequentie negatief Uitgaand: Doppler frequentie positief Tijd (in ms)

9 Resultaten: Snelheid Gemeten snelheid: gem. 8.1 m/s (~29 km/u) Literatuur (uit: Altringham (1996), Bats, Biology and Behaviour): Jones & Rayner (1989): gem. 7.4 m/s ( commuting ) Gemeten: Literatuur: datum file opname tijd in/uit ex soort f Doppler v rad nr naam uur.min nr khz m/s 07-Aug-09 5 v in gewone dwerg Aug v in gewone dwerg Aug v in 1 gewone dwerg Aug v in gewone dwerg Aug v18-meer uit 2 gewone dwerg Aug v18-meer in 3 gewone dwerg Aug v in gewone dwerg Aug v in 1 gewone dwerg Aug v uit 2 gewone dwerg Aug v in gewone dwerg Aug v in gewone dwerg Aug v in gewone dwerg aantal 12 gem 8.1 spr 0.4 9

10 Tijd-frequentieplaatje Fietspad Hasseleres Deurningen, 7 augustus 2009, nr 32 Ultrasoon in khz Doppler radar in khz (1 khz = 6.25 m/s) Tijd (in ms) Ultrasoon in tijd (samples) 24 x vertraagd 10

11 Relatie vleugelslag (voor-achter) en ultrasone pulsen Fietspad Hasseleres Deurningen, 7 augustus 2009, nr 32 11

12 Relatie vleugelslag (voor-achter) en ultrasone pulsen Fietspad Hasseleres Deurningen, 7 augustus 2009, nr 32 12

13 Radar cross section (RCS) van een bol RCS (optisch, labda << r): RCS= pi.r 2 Calibratie van RCS (met kerstbal ) Principe van slinger khz Real time ms 13

14 Radar cross section (RCS) Calibratie Voorwerpen met berekende RCS (-20dBm2=1dm2, -40dBm2=1cm2) Voorwerp materiaal diameter RF 2.pi.r/labda RCS RCS RCS m GHz gebied m2 dbm2 A "Kerstbal" zeer dun glas, binnenzijde metaal optisch B Kleine bol messing MIE MIE C Meet bol schuim, metaal coating buiten optisch Bepaling van RCS Bepaal sterkte radarsignaal en bijbehorende afstand Vergelijk met data van calibratie Bepaling afstand Aanname: rechte passeerbaan 0.7 x Maximum Dopplerfrequentie Maximum Dopplerfrequentie Bepaal passeerpunt / ultrasoon Bepaal 45 o punt (0.7 x max Doppler) 45 graden punt Passeerpunt 14

15 Radar Cross Section (RCS) Vereenvoudigd model van vleermuis Bol van water, 60-80% van massa Gewone dwergvleermuis: massa: g tot dbm2 Inclusief MIE: tot dbm2 Vleermuislijf is niet symmetrisch Vooraanzicht: Bol van water, op basis van borstomvang Gewone dwergvleermuis: tot dbm2 Inclusief MIE: tot dbm2 Gemeten RCS gewone dwergvleermuis: (piekwaarden) Inkomend: gem. 43 dbm2, spr. 2.1 dbm2 (n=15, 4 files) Uitgaand: gem. 40 dbm2, spr. 2.5 dbm2 (n=9, 2 files) (-40 dbm2 = 1 cm2) 15 Waarneming van gewone dwergvleermuis (-43 dbm2) op ca 40 m afstand (in 30 o x 30 o bundel): - Transceiver met 1 W zendvermogen en verliezen < 12 db - Geen gevaar voor mens en dier / wel zendvergunning nodig

16 Vleermuizen op de radar Conclusies Snelheid langs vliegroute Snelheid is goed te meten, in dit geval ca 8 m/s Wat ziet de radar? Alleen het lijf? Ook de vleugels? Dichtbij in de bundel is vleugelslag (voor-achter) zichtbaar Signatuur Hoe groot is een dwergvleermuis bekeken met radar? Radar cross section (RCS) is zeer klein: ca cm2 In overeenstemming met bol model cf borstomvang Hoe zou een radar gedimensioneerd moeten worden om een dwergvleermuis op ca 40 m afstand waar te nemen? 1W zendvermogen / verliezen < 12 db Toepassing van Doppler radar bij vleermuisonderzoek levert interessante aanvullende informatie 16