Homodin FASD radar ile engel arkasındaki hedeflerin menzil ve mikro hareketlerinin kestirimi
Estimation of range and micro-motions of the targets behind the obstacle with homodyne SFCW radar
Yazar: YUNUS EMRE ACAR
Danışman: PROF. DR. İSMAIL SARITAS ; PROF. DR. ERCAN YALDIZ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Radar tabanlı sistemlerle engellerin arkasındaki hedefleri algılamak, son yıllarda mikrodalga çalışmaları arasında ilgi çeken bir konu haline gelmiştir. RF dalgalarının penetrasyon kabiliyeti sayesinde Duvar Arkası Radar (DAR) sistemleri birçok araştırmacı tarafından konu edilmiştir. Özellikle deprem, heyelan, yangın gibi afetlerden sonra, görüş alanı dışında kalan hedeflerin algılanması arama kurtarma faaliyetleri için büyük önem taşımaktadır.
Bu tezde, engellerin arkasındaki hedeflerin menzilini ve mikro hareketini algılamak için Frekans Adımlı Sürekli Dalga (FASD) radar yapısı çalışılmıştır. Homodin ve karmaşık temel bant yapılarında oluşturulan FASD radarları ile çeşitli uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan FASD radarların sistem parametreleri benzetim çalışmaları sonucunda belirlenmiştir. Sistemlerin algılama performansı, sinyal işleme yöntemleri ve yaklaşımları ile iyileştirilmiştir. İlk olarak, görüş hattı senaryoları için hedeflerin menzilleri ve mikro hareketleri tahmin edilmiştir. Deneyler, hem hareketli bakır levha hedefleri hem de insan hedefleri ile gerçekleştirilmiştir. Bakır levha ve insan hedefleri için maksimum menzil sırasıyla 7 m ve 6,3 m'dir. Birden fazla hedefin ayrıştırılabileceği minimum mesafe, levha hedefler için 15 cm, insan hedefleri için 30 cm olarak kaydedilmiştir. Çalışma benzer çalışmalarla karşılaştırıldığında, menzil çözünürlüğü ve maksimum menzil metrikleri açısından diğer çalışmalardan üstün olduğu görülmüştür. Daha sonra Duvar Arkası Radar (DAR) senaryoları için yapıya temel bant yükselteçleri eklenmiştir. Düzgün Doğrusal Dizi (DDD) ve FASD yapıları birleştirilerek duvar arkasındaki hedeflerin menzilleri, mikro hareketleri ve açıları belirlenmiştir. Plaka ve insan hedefleri için menzil tespitindeki ortalama mutlak hata sırasıyla 3 cm ve 11 cm olarak hesaplanmıştır. Hedeflerin açıları 1.5o hata ile belirlenirken, dakikadaki solunum hızları ortalama % 4,2 mutlak hata ile belirlenmiştir. Benzer çalışmalarla karşılaştırıldığında çalışma, menzil çözünürlüğü, açı algılama doğruluğu ve solunum hızı algılama özelliği ile öne çıkmaktadır.

Abstract:
Sensing targets behind the obstacles with radar-based systems has become an attractive topic among microwave studies in recent years. Thanks to the penetration capability of RF waves, Through-the-Wall Radar (TWR) systems have been subjected by many researchers. Especially after disasters such as earthquakes, landslides, and fires, sensing targets that are out of sight is of great importance for search and rescue activities.
In this thesis, Stepped-Frequency Continuous Wave (SFCW) radar structure is studied for sensing the range and micro-motion of the targets behind obstacles. Various applications have been carried out with SFCW radars created in homodyne and complex baseband structures. The system parameters of the created SFCW radars have been determined as a result of simulation studies. The sensing performance of the systems has been improved by signal processing methods and approaches. First, ranges and micro-motions of the targets have been estimated for the line-of-sight scenarios. Experiments have been conducted with both moving copper plate targets and human targets. The maximum ranges for copper plate and human targets have been 7 m and 6.3 m, respectively. The minimum distance at which multiple targets can be separated has been recorded as 15 cm for plate targets and 30 cm for human targets. The study has been compared with similar studies, and it has been seen that it was superior to other studies in terms of range resolution and maximum range metrics. Then, baseband amplifiers have been added to the structure for TWR scenarios. By combining the Uniform Linear Array (ULA) and SFCW structures, the ranges, micro-motions, and the angles of the targets behind the wall have been determined. The mean absolute errors in range detection for plate and human targets have been calculated as 3 cm and 11 cm, respectively. Whereas the angles of the targets have been determined with an error of 1.5o, the respiration rates per minute have been determined with an average absolute error of 4.2%. Compared to similar studies, the study stands out with its range resolution, angle detection accuracy, and respiration rate detection capability.