Çok konuşlu sonar sistemlerinde sentetik veri üretimi ve doğrulanması
Synthetic data generation and validation for multistatic sonar systems
Yazar: KAAN YAVUZARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET ARI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Hedef tespiti = Target detection ; Ses algılayıcıları = Sound sensors ; Veri işleme = Data processing ; Çoklu sinyal sınıflandırma = Multiple signal classificaton

Özet:
Çok konuşlu sonar sistemlerinde tespit yöntemlerinin ve sensör konumlarının optimizasyonunun gerçekçi bir şekilde geliştirilebilmesi için çok fazla veri ile doğrulanması önem arz etmektedir. Platformların genellikle askeri alanlarda kullanılması sebebiyle zor ulaşılabilirliği ve sistemlerin geniş alanlarda çalışmalarından kaynaklı deniz trafiğini aksatabilmesi veri elde edilişini zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, çok konuşlu sonar sistemlerini simüle ederek veri sağlayabilen yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem bir ve daha fazla aktif ve pasif sonarın birlikte çalışmasını temel almaktadır. Simülatör, simülasyon süresine göre kaç adet darbe atımı gerektiğini hesapladıktan sonra ortam parametrelerine göre ortam gürültüsü modeli oluşturmaktadır. Hacim, yüzey ve deniz tabanı yansımalarının dahil edilmesi istenirse bu yansımaları modellemekte ve simülasyon verisine eklemektedir. Simülasyonda kullanılan aktif sonarların seçilen dalga modeli ve parametreleri doğrultusunda yayınları, hedefe göre yansıma kayıpları ve gecikmelere göre uygun şekilde modellenerek sentetik veriye eklenmektedir. Aktif sonarın bazı sütunları körlenmiş ise bu sütunun verileri elektronik gürültü ile değiştirilmektedir. Oluşturulan sentetik veri akustik basınç cinsindendir ve sonar sistemlerinde olduğu gibi önce analog sinyallere dönüştürülmekte ardından ise sayısallaştırılarak kaydedilmektedir. Kaydedilen bu veri pasif sonar tespit verisini oluşturmaktadır. Veriler doğrulanmak amacıyla sonar sinyal işleme algoritmasına tabi tutulmaktadır. Bu işlemede uygun filtreleme işlemi sonrasında hüzme şekillendirme yapılmaktadır. Kullanılan darbe modeline göre kompleks eşlenik filtre ya da FFT tabanlı enerji detektörü kullanılmakta ve ardından yine darbe türüne göre sıralama ya da medyan tabanlı normalizasyon yapılmaktadır. Normalizasyon adımından sonra gürültüye oranlanmış sinyal belli bir eşik değeri ile karşılaştırılmakta ve eşik değerini geçen yerlerde tespit kararı verilmektedir. Tespit için seçilen eşik değeri sabit yanlış alarm olasılığına (CFAR) göre belirlenmektedir. Doğrulama adımının son evresinde ise ekran verisi hazırlanmaktadır.

Abstract:
In order to realistically develop detection methods and optimization of sensor positions in multistatic sonar systems, it is important to verify them with a lot of data. Since the platforms are generally used in military areas, their accessibility and the fact that the systems can disrupt maritime traffic due to their operation in large areas make it difficult to obtain data. In this study, a method that can provide data by simulating multistatic sonar systems has been developed. The developed method is based on the collaboration of one or more active and passive sonar. After calculating how many pulse pulses are required according to the simulation time, the simulator creates an ambient noise model according to the environmental parameters. If volume, surface and seabed reflections are desired to be included, these reflections are modeled and added to the simulation data. The transmissions of the active sonars used in the simulation, in line with the selected wave model and parameters, are modeled appropriately according to the reflection losses and delays relative to the target and added to the synthetic data. If some columns of the active sonar are blinded, the data of this column is replaced by electronic noise. The synthetic data created is in terms of acoustic pressure and, as in sonar systems, it is first converted into analog signals and then digitized and recorded. This recorded data constitutes passive sonar detection data. The data is subjected to sonar signal processing algorithm for verification. In this process, beam shaping is performed after appropriate filtering. Depending on the pulse model used, a matched filter or FFT-based energy detector is used, and then sorting or median-based normalization is performed according to the pulse type. After the normalization step, the signal ratio to noise is compared with a certain threshold value and a detection decision is made in places exceeding the threshold value. The threshold value selected for detection is determined according to the fixed probability of false alarm (CFAR). In the last phase of the verification step, screen data is prepared.