VOR sistemlerine çevre etkilerinin simulasyonu ve ağaç yapılarının performans analizi
Simulation of environmental impacts on vorsystems and performance analysis of treestructures
Yazar: MEHMET BIYIK
Danışman: DOÇ. DR. HALİT ÖZTEKİN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Ağaç modelleme = Tree modelling ; Radyo = Radio ; Veri modelleri = Data models ; Vericiler = Transmitters

Özet:
Seyrüsefer yardımcı sistemleri hava ulaşım platformlarına bilgi sağlamak amacıyla geliştirilmiş sistemlerdir. Bu sistemlerden VHF çok yönlü radyo (VHF omni-directional range, VOR) sistemi, hava araçlarının havada seyir halindeyken yönünü bulmak amacıyla kerteriz kestirimini yapabilmesi için geliştirilmiştir. VOR sistemleri hem havaalanlarına hemde uçak rotaları boyunca belirli aralıklarla arazi üzerine kurulmaktadır. Bu sistemler, çevrelerinde bulunan yapay/doğal engellerden olumsuz etkilenebilmektedir. Bu sebeple, yeni kurulacak bir VOR sisteminin konumu belirlenirken ya da önceden kurulmuş bir VOR sisteminin çevresine kurulacak bir yapılaşma planlanırken, ilgili VOR sisteminin kerteriz kestirimi hesabının olumsuz yönde etkilenme seviyesinin hesaplanması önem arz etmektedir. 
VOR sistemi ile yapay/doğal mania etkileşimi analizinde, dikkate alınacak arazinin boyutu ve bu alandaki yapılaşmalar sebebiyle analiz çalışma süresi makul seviyeleri aşabilmektedir. Bu tez kapsamında, VOR etkileşim analizinde maliyetli işlemler, aydınlık üçgen bulma ve uçağın seyir güzargahı üzerindeki eşit aralıklı konumları (uçağın uğrak noktaları) için kerteriz kestirim hesaplama işlemi olacak şekilde iki farklı başlıkta incelenmiştir. Aydınlık üçgen bulma işleminin süresini hızlandırmak için sınırlayıcı hacim hiyerarşisi (bounding volume hierarchy, BVH) ağaç yapısı kullanılarak geliştirilen Nvidia OptiX kütüphanesinin kullanılması önerilmektedir. Aydınlık üçgen bulma algoritmasının performansı OptiX kütüphanesi kullanılarak ve literatürde sıklıkla tercih edilen KD-Tree ağaç yapısı kullanılarak karşılaştırılmıştır. Farklı senaryolar için yapılan karşılaştırma sonucunda BVH tabanlı OptiX kütüphanesinin aydınlık üçgen bulma süresini önemli derecede azalttığı görülmüştür. Hava araçlarının her bir uğrak noktası için hesaplanan kerteriz kestirim hatası hesaplama algoritmalarını hızlandırmak için ise GPU mimarisi üzerinde çalışan CUDA kütüphanesi kullanılmıştır. Aydınlık üçgen bulma ve kerteriz kestirimi hesaplama algoritmasının gerçeklenmesi anlamında sunulan yaklaşımların VOR etkileşim analizinin zaman maliyeti benzetimleri yapılmıştır. Bu benzetimlerle düşük, orta ve yüksek yoğunlukta üçgenlenmiş arazi/yapılaşma modelleri durumunda sırasıyla %63, %77 ve %95 seviyelerinde düşüş olduğu ortaya konulmuştur.

Abstract:
Navigation aid systems are systems developed to provide information to air transportation platforms. One of these systems, the VHF omnidirectional radio (VHF omni-directional range, VOR) system has been developed to make bearing estimation of aircraft in order to find their direction while cruising in the air. VOR systems are installed on land at regular intervals both at airports and along aircraft routes. These systems can be adversely affected by artificial/natural obstacles in their environment. For this reason, when determining the location of a newly installed VOR system or planning a structure to be installed around an already established VOR system, it is important to calculate the negative impact level of the bearing estimation calculation of the relevant VOR system.
In the analysis of artificial/natural obstacle interaction with the VOR system, the analysis run time may exceed reasonable levels due to the size of the land to be considered and the constructions in this area. Within the scope of this thesis, costly operations in VOR interaction analysis are examined under two different headings, namely finding the luminous triangle and calculating the bearing estimation for the equidistant positions of the aircraft on the course (the aircraft's haunts points). It is recommended to use the Nvidia OptiX library developed using the bounding volume hierarchy (BVH) tree structure to speed up the time of the luminous triangle detection process. The performance of the luminous triangle detection algorithm was compared using the OptiX library and using the KD-Tree tree structure, which is frequently preferred in the literature. As a result of the comparison made for different scenarios, it was seen that the BVH-based OptiX library significantly reduced the luminous triangle detection time. In order to accelerate the bearing estimation error calculation algorithms calculated for each haunts points of the aircraft, the CUDA library working on the GPU architecture was used. The time cost simulations of the VOR interaction analysis of the presented approaches in terms of the implementation of the luminous triangle finding and bearing estimation calculation algorithm are made. With these simulations, it was revealed that there was a decrease of 63%, 77% and 95% in the case of low, medium and high density triangulated terrain/construction models, respectively.