Geri Dön

Range profile extraction in noise radars based on the target characteristics

Gürültü radarlarında hedef karakteristiklerine dayalı menzil profili çıkarımı

PDF İndir

  1. Tez No: 777760
  2. Yazar: ŞEVVAL KARABAĞ ÇAHA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SELÇUK PAKER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 95

Özet

Sürekli ve darbeli radar sistemleri askeri ve sivil uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Bir radarın tespit edebilme yeteneği, kullanılan anten özelliklerine, tespit edilmek istenen hedefin boyutu ve materyal özelliklerine, alıcı anten ve RF hattaki gürültü seviyesine ve en önemli parametrelerden olan radarın efektif çıkış gücüne bağlıdır. Radar sistemlerinin etkin çıkış gücü darbe genişliğiyle doğru orantılı olarak artar, böylece sinyal-gürültü oranında (SNR) iyileşme görülür. SNR seviyesinin yüksek olması algılama performansını ve ölçüm doğruluğunu iyileştirir. Ancak klasik bir darbe radarında darbe uzunluğunu artırmak istenmeyen bir durum olarak menzil çözünürlüğünün azalmasına sebep olur. Yüksek çıkış gücü ve düşük menzil çözünürlüğü elde edebilmek için farklı darbe sıkıştırma türleri kullanılır. Bunlar arasında frekans modulasyonu ve faz modulasyonu vardır. Frekans modulasyonları arasında en popüler olanı lineer frekans modülasyonuna dayalı darbe sıkıştırma tekniğidir. Diğer bir yöntem olan faz modülasyonunda ise ikili faz modülasyonu, çok fazlı modülasyon ve gürültü veya sözde gürültü modülasyonları gibi farklı darbe içi modülasyonlarla radar darbesinin fazı üretilebilir. Faz modülasyonlu dalga formları, gereksinim duyulan ana lob ve yan lob seviyelerini elde edebilmek için bir darbenin birden fazla alt darbeye bölünmesiyle elde edilir. Elde edilen tek bir alt darbenin uzunluğu, radarın menzil çözünürlüğünü tanımlar. İki fazlı kodlu dalga biçimleri, tipik olarak 0 ve 180 derece olmak üzere iki olası faz durumu sergilerken, çok fazlı kodlar ikiden fazla faz durumu sergiler. Bu çalışmada ikili faz kodlu sözde rastgele gürültü ile radarın faz modülasyonu sağlanmıştır. Deterministik klasik radarlara kıyasla gürültü dalga biçimlerinin ilk avantajı radarın menzil ve hız çözünürlüğünde belirsizlik oluşmamasıdır. Radarın ürettiği dalga formları birbirinden bağımsız olduğu için gelen yankı sinyalleri anlamdırılırken iki darbe arası belirsizlik oluşmaz. Bir diğer avantajı ise farklı formda oluşturduğu dalgalar sayesinde ortamda bulunan diğer sinyal kaynaklarından etkilenme olasılığının düşük olmasıdır. Bu nedenle, aynı platformda bulunan ve yayın yapan diğer antenlerle interferans sorunu yaşanmaz. Askeri uygulamalarda ise elektronik harp sistemlerine karşı dayanıklı bir radar formudur. Çünkü, gürültü radar formu kullanan radarlar tehdit kütüphanelerinde bulunması zor radarlardır. Aynı zamanda, tespit edilse dahi gürültü karıştırma teknikleri haricinde diğer evre uyumlu teknikleri uygulamak imkansıza yakındır. Çalışma kapsamında dijital sözde gürültü ikili faz kodlu radar tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarım ile esas olarak sayısal kart tarafından üretilen orta frekans ya da temel bantta bulunan sinyal, üst bant frekans çevirici yardımıyla yüksek frekanslara çıkarılır. Sonrasında, güç yükselteç ve anten yardımıyle hedef cisime doğru yayın yapılır. Hedeften saçılan yankı sinyali tekrar anten yardımıyla alınir ve hedefin menzil, boyut bilgileri elde edilir. Radardan gelen yankı sinyali ilk olarak anten arkasında bulunan önkat devresi yardımıyla düşük olan gücü yükseltilir. Bu sayede, alma hattına girmeden önce sinyal gücü düşmeden gerekli duyarlılık sağlanır. Daha sonra, bir ön filtreleme devresi yardımıyla, farklı frekans bantlarından gelen sinyalin alıcı devreye girmesi engellenir. Yüksek frekansta gelen radar sinyali iki adet lokal osilatör tarafından önce daha yüksek frekans bantlarına daha sonra analogtan sayısala dönüştüren çeviricilerin uygun olduğu bir örnekleme frekansına indirilir. İki farklı lokal osilatör kullanımının sebebi radar parazit ve imaj sinyallerinden kurtulmaktır. Sonuç olarak, sayısal forma getirilen radar yankısı, sinyal işleme algoritmaları için hazır hale getirilmiş olur. Sinyal işleme bloğunda uygulanan korelasyon yardımıyla, hedefin menzil ve boyut bilgisi çıkarılmaya çalışılır. Bu çalışma kapsamında, hedef cisim olarak eşit ve küçük üçgen parçalarına ayrılmış dikdörtgenler prizması kullanılmıştır. Prizmanın perfect elektrik iletken olduğu kabul edilerek işlemlere devam edilmiştir. Her bir küçük alt birim olan üçgenlerin radar kesit alanı fizik optik yöntemleri ile hesaplanmıştır ve radar platformu ile yaptığı açıya göre yansıma şiddeti hesaplanmıştır. Tasarımı yapılan radar sistemi başlangıçta noktasal saçıcılar için denenmiştir. 4 adet saçıcı nokta uzayda yerleştirilmiş ve radar göre konumları çıkarılmıştır. Nokta konumları başarılı bir şekilde tespit edilebilmiştir. Radar faz kodunda kullanılan sözde rastgele dizisi 1024 uzunlukta seçilmiştir. Daha sonrasında karşılaştırma yapabilmek adına uzunluğu 16'dan başlayarak 512'ye kadar olan dizi uzunlukları ile nokta saçıcıların konumu belirlenmeye çalışılmıştır. Daha kısa olan 16 uzunluklu dizi ile oluşturulan faz kodlu radarın performansının kötü olduğu kanısına varılmıştır. Devamında ise radar sistemi, döner kanat bir insansız hava aracının faydalı yükü olarak geliştirilmiştir. Bu sayede farklı uçuş profilleri oluşturulabilmiş ve ve simülasyon sonuçları detaylandırılabilmiştir. Hedef cisimden yaklaşık 100 metre kadar irtifada uçurulması tercih edilmiştir. Hedef cisim olarak dikdörtgenler prizması kullanılmıştır. Bu şekilde bir yapının kullanılmasının sebebi binaya benzer yapılar simüle edebilmek olmuştur. Çalışmanın başlangıcında tek bir prizma kullanılmıştır ve her bir kenarı küçük üçgenlere Kullanılan cisim 40 metre genişliğinde olup, 5 metre yükseklikte ve derinlikte seçilmiştir. Radar platformu lineer uçuş yaparak 64 ayrı lokasyondan bilgi toplamıştır. Rastgele seçilen iki noktadan gelen verilerle cismin menzil profili çıkarılmıştır. Çıkan sonuçlar doğrultusunda hedefin radardan uzaklığı ve yaklaşık boyutları konusunda bilgi elde edilebilmiştir. Radarın yaptığı lineer uçuş dolayısıyla B tarama yapılmıştır. Radarın düz uçuşunda topladığı her bir menzil profili bir araya getirildiğinde beklendiği üzere hiperbolik bir görüntü oluşmuştur. Bu B tarama görselinin çıkarabilmek için oluşan hiperbolik görüntü çeşitli algoritmalar yardımıyla odaklanılmış ve cizmin tarama görüntüsü elde edilmiştir. Daha sonrasında aynı uçuş için 2 hedef cisim konumlandırılmıştır. Bu iki cisim eş iki cisim olarak seçilmiştir. 20 metre genişliğinde 10 metre yükseklikte ve 5 metre derinliğinde olan bu iki cisim birbirlerini gölgeleyemeyecek şekilde yerleştirilmiştir. Aynı işlemler tekrarlandığında iki cismin birbirinden ayırt edilebildiği ve aynı şekilde menzil profillerinin başarıyla elde edildiği gözlemlenmiştir. Radarın bulunduğu platform çember şeklinde bir uçuş yaptırılarak 64 ayrı noktadan sonuçlar toplanmıştır. Bunun amacı cismin tüm açılardan menzil bilgisini çıkarmak olmuştur. Radarın farklı lokasyonlarından elde edilen menzil profilleri yardımıyla cismin boyutları hakkında yorum yapılabilir hale gelmiştir. Her bir menzil profilinden elde edilen cisim boyutları çıkarılarak tüm yanca açılarında karşılaştırılmıştır. Bunun sonucunda simetrik bir grafik elde edilmiştir. Bu karşılaştırmayı daha sağlıklı yapabilmek amacıyla iki ayrı cisim için simülasyon sonuçları toplanmıştır. Kullanılan ilk cisim 40 metre genişliğinde ve 5'er metre yükseliğind eve genişliğindedir. Diğer cisim boyutları ise 20 metre genişliğinde, 10 metere yükselikte ve 5 metre derinlikte olacak şekilde belirlenmiştir. Bu iki cismin her bir yanca açısı için boyut bilgileri olan simetri grafikleri çıkarılmıştır ve son olarak da 64 farklı noktadaki menzil profili görüntüleri çıkarılmıştır.

Özet (Çeviri)

Continuous and pulsed radar systems are frequently used in military and civilian applications. The detection capability of a radar depends on the antenna properties used, the size and material properties of the target to be detected, the noise level of the receiving antenna and the RF line, and the effective output power of the radar, which is one of the most important. The effective output power of radar systems increases in direct proportion to the pulse width, thus improving the signal-to-noise ratio (SNR). A high SNR level improves detection performance and measurement accuracy. However, in conventional pulse radar, increasing the pulse length causes a decrease in the range resolution, which is undesirable. Different types of pulse compression are used to achieve high output power and low range resolution. These include frequency modulation and phase modulation. One of the most popular frequency modulations is the pulse compression technique based on linear frequency modulation. In phase modulation, which is another method, the phase of the radar pulse can be generated by different intrapulse modulations such as binary phase modulation, poly-phase modulation, and noise or pseudo-noise modulations. Phase-modulated waveforms are obtained by dividing a pulse into multiple sub-pulses to achieve the required main lobe and side lobe levels. The length of a single sub-pulse obtained defines the radar's range resolution. Bi-phase encoded waveforms exhibit two possible phase states, typically 0 and 180 degrees, while poly-phase codes exhibit more than two phase states. In this study, phase modulation of the radar is provided with binary phase-coded pseudo-random noise. Noise form is used because of the advantages it adds to the radar. The first advantage of noise waveforms over deterministic classical radars is that there is no uncertainty in the radar's range and velocity resolution. Since the waveforms produced by the radar are independent of each other, there is no ambiguity between the two pulses when interpreting the incoming echo signals. Another advantage is that it is less likely to be affected by other signal sources in the environment, thanks to the waves it creates in different forms. Therefore, there is no interference problem with other antennas broadcasting on the same platform. In military applications, it is a form of radar that is resistant to electronic warfare systems. Because radars using the noise radar form are difficult to find in threat libraries. At the same time, even if detected, it is close to impossible to apply other phase-matched techniques except noise mixing techniques. Within the scope of the study, a digital pseudo-noise dual phase coded radar design was carried out. With this design, the signal in the intermediate frequency or base-band generated by the digital card is increased to high frequencies with the help of the upper band frequency converter. Then, with the help of a power amplifier and antenna, radar broadcasts towards the target object. The echo signal scattered from the target is received again with the help of the antenna. Then, the range and size information of the target is obtained. The echo signal from the radar is first amplified with the help of the circuit located behind the antenna. In this way, the required sensitivity is achieved without reducing the signal strength before it enters the receiver. Then, with the help of a pre-filtering circuit, the signal from different frequency bands is prevented from entering the receiver circuit. The radar signal coming at high frequency is first reduced to the higher frequency bands by two local oscillators and then to a sampling frequency where the ADC is suitable. The reason for using two different local oscillators is to get rid of radar interference and image signals. As a result, the radar echo brought into digital form is ready for signal processing algorithms. With the help of correlation applied in the signal processing block, the range and size information of the target is tried to be extracted. In this study, a rectangular prism was used as the target object and it is divided into equal and small triangular parts. The process continued, assuming that the prism is a perfect electrical conductor. The radar cross-sectional area of the triangles, which are each small sub-unit, was calculated by physical optics methods and the reflection intensity was calculated according to the angle it made with the radar platform. The radar platform is designed as a drone's payload. The target object was illuminated by making different flight profiles from a close area of approximately 200 - 300 meters. In the MATLAB program, the range and size information of the target was extracted using signal processing algorithms based on the correlation method.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    19262

    Değişken rezolüzyonlu görüntü örnekleyici

    Multi resolution image sampler

    RIZA CAN TARCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1991

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Y.DOÇ.DR. M. SAİT TÜRKÖZ

  2. Tez No

    907909

    Calculating radar range profile by time domain processing with physical optics

    Fiziksel optik yöntemiyle zaman domeninde sinyal işleme kullanılarak radar menzil profilinin hesaplanması

    ECE YAZAREL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELÇUK PAKER

  3. Tez No

    334467

    Yakın alan ölçümler ile radar kesit alanı hesaplanması

    Radar cross section calculation with near field measurements

    OKYANUS TULGAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ARİF ERGİN

  4. Tez No

    79307

    Surface profile determination from multiple sonar data using morphological processing

    Çoklu sonar bilgisinden morfolojik işleme yoluyla yüzey profillerinin belirlenmesi

    DENİZ BAŞKENT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİLLUR BARSHAN

  5. Tez No

    909053

    Kuyu içi (VSP) sismik verilerinin konvansiyonel olmayan yöntemlerle kömür aramacılığına yönelik entegre analizi

    Integrated analysis of wellbore seismic data by unconventional methods for coal exploration

    ALİ CANKURTARANLAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA EMİN DEMİRBAĞ

Geri Dön