2B ve 3B iyonküre toplam elektron içeriği haritalarının sıkıştırılmış algılama ile yeniden oluşturulması
Reconstructing 2D and 3D ionospheric total electron content maps with compressive sensing
- Tez No: 921852
- Danışmanlar: PROF. DR. CENK TOKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Kısa Dalga (KD), uydu haberleşmesi, seyrüsefer ve uzaktan algılama sistemlerinin başarımında iyonküre büyük öneme sahiptir. İyonküre, Güneş etkinliği ve yerküresel etkilere bağlı olarak yön bağımlı, dağıtmalı, uzay ve zamanda sürekli değişen karmaşık yapıdaki plazma ortamıdır. İyonkürenin yapısının ve işleyişinin anlaşılması, iyonkürede meydana gelen değişimlerin gözlenmesi ve modellenmesi için gereklidir. İyonkürenin karakterize edilmesi için kullanılan en temel belirleyici parametre elektron yoğunluğudur. Elektron yoğunluğu doğrudan ölçülemediğinden çeşitli ölçüm ve hesaplama teknikleri kullanılarak kestirimi yapılmaktadır. Bu tez kapsamında Yerküresel Konumlama Sistemi (YKS) uyduları ve yeryüzü alıcılarından elde edilen ölçümler kullanılarak TEİ kestirimleri yapımıştır. Elektron yoğunluğunun çizgi integrali olarak tanımlanan Toplam Elektron İçeriği (TEİ) değerleri kullanılarak oluşturulan TEİ haritaları iyonküredeki elektron miktarı dağılımını incelemek için kullanılmaktadırlar. TEİ haritalarını oluşturup çevrimiçi olarak paylaşan çeşitli hizmetler bulunmaktadır, ancak oluşturulan bu haritalar çoğunlukla düşük uzamsal ve zamansal çözünürlüğe sahiptirler. İyonküredeki elektron dağılımını üç boyutlu görüntüleyebilmek, iyonkürenin yapısını ve iyonkürenin sinyaller üzerindeki etkisinin incelenebilmesi için kritik öneme sahiptir. Bu tez kapsamında YKS uyduları ve yeryüzü alıcılarından elde edilen ölçümler kullanılarak iki boyutlu (2B) iyonküre toplam elektron içeriği haritasının ve üç boyutlu (3B) iyonküre elektron yoğunluğunun, gerçek zamanlı ve gürbüz bir şekilde oluşturulabilmesi için Sıkıştırılmış Algılama yöntemi temeli bir yöntem gerçekleştirilmiştir. YKS uydularından alınan ölçümler 3B elektron yoğunluğu dağılımı ve yüksek çözünürlüklü 2B TEİ haritaları elde etmek için oldukça seyrek ve düzensizdir. Veri azlığı ve düzensizliğinin kestirim başarımlarına olumsuz etkisinin üzerinden gelebilmek için bu çalışmada Sıkıştırılmış Algılama yöntemi kullanılmıştır. Sıkıştırılmış Algılama, seyrek özelliğe sahip sinyallerin Nyquist oranından daha az oranda örnek ile kestirilmesi üzerine kurulu bir yöntemdir. Seyrek sinyaller belirli bir sayıda sıfırdan farklı değeri olan, diğer değerleri sıfır olan sinyallerdir. Kendisi seyrek olmayan bir sinyal bir dönüşüm alanı altında seyrek olarak ifade edilebilirse bu sinyal de Sıkıştırılmış Algılama tekniği ile kestirilebilir. Elektron yoğunluğunun kendisi seyrek olmasa da Fourier dönüşümü, ayrık kosinüs dönüşümü gibi dönüşüm alanları altında incelendiğinde seyrek yapı gösterdiği bilinmektedir. Sıkıştırılmış Algılama yöntemi ile yeniden yapılandırılan bölgesel 2B TEİ haritaları GIM-TEİ haritaları ile karşılaştırıldıkları zaman sakin günlerde ortalama olarak 0.3 TECU'luk bir RMS sapma değeri alırken, bozulmalı günlerde ortlama olarak 1 TECU'luk RMS sapma değeri almaktadır. Önerilen yöntem literatürde kabul görmüş IONOLAB-MAP Krigleme yöntemi ile karşılaştırıldığında 0.3 derece çözünürlüğünde üretilen sentetik haritalar için en yüksek RMS değeri Sıkıştırılmış Algılama yönteminde 0.3 TECU olurken aynı harita için IONOLAB-MAP Krigleme 1.6 TECU'luk RMS değeri almıştır. 3B iyonküre elektron yoğunluğu kestirimlerinden elde edilen TEİ haritaları GIM-TEİ haritaları ile karşılaştırıldığında incelenen tüm sakin günler için RMS sapma değeri 1.8 TECU, bozulmalı günlerde 2 TECU hesaplanmıştır. Önerilen yöntem IONOLAB-Fusion yöntemi ile karşılaştırılmıştır. İki yöntem için de sakin bir günde tüm saatlerde sonuçlar GIM-TEİ haritaları ile karşılaştırılmış RMS sapma değerlerinin 2 TECU'nun altında olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The ionosphere is crucial to the success of Short Wave (SW), satellite communications, navigation and remote sensing systems. The ionosphere is a complex plasma medium that is directionally dependent, diffuse, and continuously changing in space and time due to solar activity and earthly influences. Understanding the structure and functioning of the ionosphere is essential for observing and modeling the changes that occur in the ionosphere. The most fundamental parameter used to characterize the ionosphere is the electron density. Since the electron density cannot be measured directly, various measurement and computational techniques are used to estimate the electron density. In this thesis, measurements obtained from Global Positioning System (GPS) satellites and ground receivers will be used. TEC maps created using Total Electron Content (TEC) values, defined as the line integral of the electron density, are used to study the distribution of electron abundance in the ionosphere. There are various services that generate TEC maps and share them online, but these maps often have low spatial and temporal resolution. The ability to visualize the electron distribution in the ionosphere in three dimensions is critical for studying the structure of the ionosphere and the effect of the ionosphere on signals. In this thesis, a Compressive Sensing method has been implemented to generate a two-dimensional (2D) ionosphere total electron content map and a three-dimensional (3D) ionosphere electron density map in real-time and robustly using measurements obtained from GCS satellites and ground receivers. Measurements from GPS satellites are too sparse and irregular to obtain 3D electron density distributions and high-resolution 2D TEC maps. Compressed Sensing is used in this study to overcome the negative impact of data sparsity and irregularity on estimation performance. Compressed Sensing is a method based on estimating sparse signals with fewer samples than the Nyquist ratio. Sparse signals are signals with a certain number of non-zero values and zero other values. If a signal that is not sparse itself can be expressed as sparse under a transform domain, this signal can also be estimated with the Compressed Sensing technique. Although the electron density is not sparse itself, it is known to be sparse when analyzed under transform fields such as Fourier transform, and discrete cosine transform. When the regional 2D TEC maps reconstructed with the Compressed Sensing method are compared with the GIM-TEC maps, they have an average RMS deviation of 0.3 TECU on calm days and an average RMS deviation of 1 TECU on disturbed days. When the proposed method is compared with the literature-accepted IONOLAB-MAP Kriging method, the highest RMS value for synthetic maps produced at 0.3 degree resolution is 0.3 TECU for the Compressed Sensing method. At the same time, IONOLAB-MAP Kriging obtained an RMS value of 1.6 TECU for the same map. When the TEC maps obtained from the 3D ionosphere electron density estimates are compared with the GIM-TEC maps, the RMS deviation value is calculated as 1.8 TECU for all calm days and 2 TECU for disturbed days. The proposed method is compared with the IONOLAB-Fusion method. For both methods, the results were compared with the GIM-TEC maps for all hours on a calm day, and the RMS deviation values were found to be below 2 TECU.
Benzer Tezler
- Üniversite öğrencilerinin yakın ilişkilerinde bağlanım: Romantik ilişkilerle ilgili akılcı olmayan inançlar ve cinsiyet rolleri
The commitment of university students close relationships: Irrational romantic relationship beliefs and gender roles
ZEYNEP ASLAN DÖLEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Eğitim ve ÖğretimMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖNER ÇELİKKALELİ
- Çeşitli gıdalarda okratoksin A varlığının araştırılması
Occurence of OTA in various food products
ALPEREN TOSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Eczacılık ve Farmakolojiİstanbul ÜniversitesiFarmasötik Toksikoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİBEL ÖZDEN
- D vitamini eksikliği olan olgularda periferik sinir etkilenmesi
Peripheral neuropathy i̇n patients with vi̇tami̇n D defi̇ci̇ency
BİLGE OKTAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2015
NörolojiCelal Bayar ÜniversitesiNöroloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE MAVİOĞLU
- Nörogenetik hastalıklarda ekzom dizileme analizi ile aday genlerin belirlenmesi ve zebrafish modellerinin oluşturulması
Identification of candidate genes in neurogenetic disorders by whole exome sequencing and modeling in zebrafish
AYŞEGÜL OZANTÜRK
- Sürdürülebilir kentsel gelişme ve doğa koruma çerçevesinde İstanbul-Beykoz örnek alanının incelenmesi
Study on sustainable urban development framework and nature conservation in the area of Istanbul-Beykoz
ÜLKER MUTLUAY GEREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Şehircilik ve Bölge PlanlamaYıldız Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ELİF ÖRNEK ÖZDEN