Harmonik radar ve makine öğrenmesi kullanılarak doğrusal olmayan saçıcıların geliştirilmiş mikrodalga görüntülemesi
Improved microwave imaging of nonlinear scatterers using harmonic radar and machine learning
- Tez No: 865064
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KIZILAY, DOÇ. DR. CÜNEYT UTKU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Bu tez, sentetik açıklıklı harmonik radar teknolojisini kullanarak doğrusal olmayan saçıcıların tespiti ve mikrodalga görüntüleme potansiyelini incelemektedir. Araştırma, diyotlar, transistörler, amplifikatörler ve mikserler gibi doğrusal olmayan bileşenlerin harmonik frekans bileşenlerinin yayılım özelliklerine odaklanmaktadır. Radyo frekansı sinyalleriyle aydınlatıldığında, bu bileşenler p-n bağlantıları nedeniyle doğrusal olmayan saçılma özellikleri gösterir. Bu özellik, harmonik radar sistemlerinin doğrusal olmayan kaynaklardan gelen işaretleri doğal olarak oluşan nesnelerden gelen işaretlerden ayırt etmesini ve doğrusal parazitleri etkin bir şekilde bastırmasını sağlar. Harmonik radar sistemlerinde karşılaşılan bir diğer önemli zorluk da yüksek bir sinyal-gürültü oranı elde edebilmek için yüksek güçlü bir radyo frekansı sinyaline ve harmonik içermeyen temiz bir temel sinyal üretimine ihtiyaç duyulmasıdır. Bu nedenle verici kanalında temel frekansın harmonik bileşenlerini bastıran bir filitre gerekmektedir. Doğrusal olmayan saçıcıların detaylı deneysel mikrodalga görüntülemesi için tek tonlu dar bantlı bir yazılım tanımlı radyo tabanlı harmonik sentetik açıklıklı radar sistemi geliştirilmiştir. Düzgün bir doğrusal dizi sentezlemek için, radar sisteminin bilgisayar kontrollü motorlu mekanik yapısı, çözünürlük, tarama hızı ve doğruluk arasında optimum bir denge elde etmek için dikkatlice optimize edilmiştir. Bu harmonik mikrodalga görüntüleme sistemi, yakın alan bölgesinde tek boyutlu tarama sağlamanın yanı sıra, iki boyutlu haritalama sunan mikrodalga harmonik görüntülemede yenilikçi bir yaklaşımdır. Doğrusal olmayan saçıcıları tanımlamak ve lokalize etmek için geliştirilen görüntü oluşturma tekniklerinde, gecikme ve toplama algoritması ile daha gelişmiş Capon ve Robust Capon algoritmaları kullanılmıştır. Ayrıca, bu çalışma, hüzmeleme sürecini iyileştirmek için bu algoritmaların bir Radyal Tabanlı Fonksiyon Sinir Ağı (RBFNN) yapısı ile entegrasyonunu içeren önemli bir yeniliği sunmaktadır. Üç farklı doğrusal olmayan saçıcı ve iki doğrusal Radar Kesit Alanı (RCS) hedefi kullanılarak sekiz farklı senaryo altında bir dizi deneysel çalışma yürütülmüştür. Bu kapsamlı test ve analizler, hüzmeleme sistemimizin yakın alanından toplanan verilerle doğrusal olmayan saçıcıların 2-D görüntülerinin başarıyla oluşturulmasını sağlamıştır. Görüntüler, çözünürlük, lokalizasyon, doğruluk ve gürültü bastırma yeteneği gibi temel performans parametreleri açısından analiz edilmiş ve yorumlanmıştır. Bu performans değerlendirme süreci, görüntüleme işleminin verimliliği ve doğruluğunu belirlemede hayati öneme sahiptir. Performans parametrelerine ek olarak, standart Capon ve Robust Capon algoritmaları ile eğitilen radyal tabanlı sinir ağlarının görüntü oluşum süresi açısından geleneksel hüzmeleme yöntemleriyle karşılaştırılması yapılmış ve bu karşılaştırmalardan elde edilen bulgular değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis examines the potential of synthetic aperture harmonic radar technology for identifying nonlinear scatterers and conducting microwave imaging. The research focuses on the emission properties of harmonic frequency components from nonlinear components such as diodes, transistors, amplifiers, and mixers. When illuminated by radio frequency signals, these components exhibit nonlinear scattering properties caused by p-n junctions. This property enables harmonic radar systems to distinguish signals from nonlinear sources from those of naturally occurring objects and to effectively suppress linear clutter. Another major challenge in harmonic radar systems requires a high-power radio frequency signal to achieve a high signal-to-noise ratio and produce a clean, harmonic-free fundamental signal. Therefore, a band-pass filter that suppresses the harmonic components of the fundamental frequency is required in the transmitter channel. A single-tone narrowband software-defined radio-based harmonic synthetic aperture radar system is developed for detailed experimental microwave imaging of nonlinear scatterers. In order to synthesize uniform linear array, the computer-controlled motorized mechanical structure of the radar system has been carefully optimized to achieve an optimal balance between resolution, scanning speed, and accuracy. This harmonic microwave imaging system is an innovative approach to microwave harmonic imaging that provides one-dimensional scanning in the near-field region and two-dimensional mapping. In the development of image formation techniques to identify and localize nonlinear scatterers, the delay and sum algorithm and the more advanced Capon and Robust Capon algorithms have been employed. Furthermore, this work presents an important innovation that involves the integration of these algorithms with a Radial Basis Function Neural Network (RBFNN) structure to improve the beamforming process. Several experimental studies have been conducted under eight different scenarios using three different nonlinear scatterers and two linear Radar Cross-section (RCS) targets. These extensive tests and analyses have successfully formed 2-D images of the nonlinear scatterers with data collected from the near-field of the beamforming system. The images have been analyzed and interpreted regarding key performance parameters, including resolution, localization, accuracy, and noise suppression capability. This performance evaluation process is critical in determining the efficiency and accuracy of the imaging process. In addition to the performance parameters, radial basis neural networks trained with standard Capon and Robust Capon algorithms have been compared with conventional beamforming methods in terms of image formation time, and the findings obtained as a result of these comparisons have been evaluated.
Benzer Tezler
- Vibro-acoustic analysis of underwater structures under harmonic excitation
Harmonik zorlama altındaki su altı yapılarının vibro-akustik analizi
RAMAZAN TUFAN AZRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR UĞURLU
- Wind turbine protection and modelling
Rüzgar türbinleri koruma ve modelleme
ERIC NDUWAYEZU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BAYRAK
- Optimization of vibration characteristics of a radar antenna structure
Bir radar anten yapısının titreşim özelliklerinin optimizasyonu
İSMET BARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. ENDER CİĞEROĞLU
YRD. DOÇ. DR. GÖKHAN OSMAN ÖZGEN
- Determination of sea level trends and vertical land motions from satellite altimetry and tide gauge observations at The Mediterranean coast of Turkey
Uydu altimetresi ve mareograf istasyonları gözlemleri ile Türkiye?nin Akdeniz kıyısında deniz seviyesi trendlerinin ve düşey yer kabuğu hareketlerinin belirlenmesi
SITAR KARABİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Deniz BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. COŞKUN DEMİR
PROF. DR. MAHMUT ONUR KARSLIOĞLU
- Gömülü iletken cisimlerin elektromagnetik dalgalar yardımı ile zaman domeninde algılanması
Başlık çevirisi yok
SELÇUK PAKER
Doktora
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİNGÜL YAZGAN