Novel waveform design algorithms for pulse compression radars
Darbe sıkıştırma radarları için yenilikçi dalgaformu tasarım algoritmaları
- Tez No: 768049
- Danışmanlar: PROF. DR. ALPER TUNGA ERDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 196
Özet
Radar sistemleri, II. Dünya Savaşı'ndan beri uzak hedeflerin tespiti için yaygın olarak kullanılmış ve o zamandan bu yana uzaktan algılama uygulamalarının her alanında kullanılır hale gelmişlerdir. Radar sistemlerinin temelinde bulunan radar gönderim dalga formu, sayısal donanım ve sinyal işleme tekniklerindeki gelişmelerle birlikte son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Doğrusu, dalga formları ve sentez yöntemleri yalnızca aktif uzaktan algılamada değil, aynı zamanda iletişim ve tıbbi görüntüleme alanlarında da çeşitli uygulamalar bulabilmektedir. Son yıllarda, altta yatan sistemin performansını iyileştirmek amacıyla Düşük Tepe-Ortalama-Güç Oranı (PAPR), birim genlik, korelasyon kısıtları ve spektrum tahsis sınırlamaları dahil olmak üzere çeşitli pratik kısıtlar altında istenen dalga formlarını sentezlemek için hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir. Gürültü radarı ve bilişsel radar gibi radar tekniklerindeki yeni eğilimlerle birlikte, yayın dalga formları ve dalga formu çeşitliliği ile dalga formu uyarlanabilirliği gibi ilgili terimler, pratik faydaları nedeniyle daha fazla dikkat çekmiştir. Bu tezde, gürültü radar teknolojisi ve bilişsel radar gibi yeni eğilimler ve teknikler hakkında genel bir bakış sunulmakta ve ek olarak özellikle gürültü radar teknolojisi ve bilişsel radar gibi spektruma duyarlı algılama sistemleri için iki yeni dalga formu tasarım algoritması önerilmektedir. Öz ilinti yan kulakçıklarını kontrol etmek için izgesel ağırlık olarak parametrik bir pencere fonksiyonunu ve faz geri kazanım algoritmasından esinlenen bir Tepe-Ortalama Güç Oranı (PAPR) azaltma tekniğini içeren 'Birleşik İzgesel Şekillendirme ve Tepe-Ortalama Güç Azaltma (COSPAR)' olarak adlandırılan önerilen birinci algoritma, radarın gelişmiş Düşük Kestirim Olasılığı (LPI) etkinliği altında çalışması amacıyla uyarlanmış gürültü dalga formlarını sentezlemek için önerilmiştir. Önerilen COSPAR algoritması, gürültü radarı için dalga formu kütüphaneleri oluşturmaya uygun sonsuz sayıda dikgen düşük PAPR'a sahip gürültü benzeri sinyallerin üretilmesi için önerilmektedir. Ayrıca, sinyalin gürültüye benzerliğini ve LPI özelliğini değerlendirmek için Zaman-Frekans uzayında İzgesel Basıklık'a dayalı bir görsel analiz aracı önerilmiştir. İkinci algoritmada, dalga formu tasarım görevi doğrusal olmayan büyük ölçekli bir optimizasyon problemi olarak ortaya konulmakta ve iyi öz ilinti ve izgesel durdurma bandı özelliklerine sahip birim genlikli dizileri sentezlemek için Sınırlı Bellek Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (L-BFGS) özyinelemesi gibi doğrusal olmayan bir optimizasyon tekniğini kullanan yeni bir hesaplama yaklaşımı önerilmektedir. 'L-BFGS tabanlı Dizi Tasarımı (LBSD)' olarak adlandırılan bu algoritma, daha hızlı yakınsamayı kolaylaştırmak için özgün bir arama yönü ve adım uzunluğu kuralı içermektedir ve genel hatlarıyla dalga formu sentezleme sürecini hızlandırmayı amaçlamaktadır. Sonuç olarak, önerilen yöntem, bilişsel radarlar için gerekli olan izgesel uyumlu dalga formlarının çevik şekilde üretimi için uygundur. Son olarak, önerilen COSPAR sinyallerinin faydaları ve iyi özellikleri, deneysel bir gürültü radarı gösterim sistemi kullanılarak yapılan saha denemelerinde gösterilmiş ve bu deneylerden elde edilen bazı sonuçlar tezde sunulmuştur. Ek olarak, önerilen LBSD algoritmasının performansı, literatürde mevcut yeni dalga formu tasarım algoritmalarına kıyasla sayısal örneklerle gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
Radar systems have been used widely for the detection of remote targets since World War II, and since then, they have become ubiquitous in remote sensing applications. At its core, the radar probing waveform has received considerable attention in the past decades with the advances in digital hardware and signal processing techniques. Indeed, waveforms and their synthesis methods can find diverse applications in areas, not only in active remote sensing but also in communications and medical imaging. In recent years, computational methods have been devised to synthesize arbitrary waveforms under various practical constraints, including the Low Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR), unimodularity, correlation constraints and spectrum allocation restrictions with the aim of improving the underlying system performance. With the new trends in radar techniques, such as noise radar and cognitive radar, the transmit waveforms and pertinent terms such as waveform diversity and waveform adaptivity have attracted more attention due to their practical benefits. In this thesis, we give an introduction to the new trends and techniques, i.e. noise radar technology and cognitive radar, and further propose two novel waveform design algorithms, particularly for noise radar technology and spectrum-aware sensing systems such as cognitive radar. The first algorithm named 'Combined Spectral Shaping and Peak-to-Average Power Reduction (COSPAR)' which embodies a parametric window function as a spectral weighting to control the autocorrelation sidelobes and a Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR) reduction technique inspired by a phase retrieval algorithm is proposed to synthesize tailored noise waveforms for enhanced Low Probability of Intercept (LPI) radar operation. The proposed COSPAR algorithm is recommended for the generation of infinitely many orthogonal low PAPR noise-like signals suitable to feed up noise radar waveform libraries. Furthermore, a visual analysis tool based on Spectral Kurtosis in the Time-Frequency domain is proposed to assess the noise-like behaviour and pertinent LPI characteristics of the signal. In the second algorithm, we pose the waveform design task as a nonlinear large-scale optimization problem and propose a novel computational approach utilizing a nonlinear optimization technique i.e. Limited Memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (L-BFGS) recursion to synthesize unimodular sequences with good correlation and spectral stopband properties. The proposed algorithm, named 'L-BFGS based Sequence Design (LBSD)', includes a modified search direction and step length rule to facilitate faster convergence and aims to accelerate the overall waveform generation process. As a result, the proposed method is viable for the agile generation of spectrally compatible waveforms that are essential for cognitive radars. Finally, the benefits and good features of the proposed COSPAR signals are shown in field trials using an experimental noise radar demonstrator system, and some results from these experiments are reported in the thesis. Additionally, the performance of the proposed LBSD algorithm is shown via numerical examples in comparison to existing state-of-art waveform design algorithms.
Benzer Tezler
- Sayısal görüntülerin alt band kodlanması
Subband coding of digital images
SIDIK DÜNDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. M. ERTUĞRUL ÇELEBİ
- Waveform design for 5G and beyond wireless communication networks
5G ve ötesi kablosuz haberleşme ağları için dalga formu tasarı
SALAH EDDINE ZEGRAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- The design and development of novel ultra-wide band (UWB) antenna and filter units for RF front-end applications
RF ön uç uygulamaları için özgün, çok geniş bandlı anten ve filtre tasarımı ve geliştirilmesi
MUSTAFA İLARSLAN
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAMİD TORPİ
YRD. DOÇ. DR. SALİH DEMİREL
- Waveform design and multiple access techniques for 5G and beyond wireless communication systems
Başlık çevirisi yok
EMRE ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- 5G ve sonrası için makine öğrenmesi tabanlı numeroloji tahsis yöntemleri
Machine learning based numerology assignment methods for 5G and beyond
HALENUR SAZAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET YAZAR