Sezgisel optimizasyon yöntemleri ile varış zamanları farkı tabanlı hedef konumlandırma
Time difference of arrival based target positioning with intuitive optimization methods
Yazar: BARIŞ METİN TÜZÜNER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN ÇAKIR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optimizasyon = Non-linear optimization ; Hedef konumlandırma = Target localization ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization

Özet:
Bir hedeften veya kaynaktan yayılan elektromanyetik, akustik veya sismik işaretler ve uzamsal olarak ayrı yerleştirilmiş alıcılar kullanılarak, hassas konum tespiti yapmak mümkündür. Alınan sinyalin gücü ve ortam zayıflatması bilindiğinde, merkezi alıcılar olan konum çemberleri tanımlanarak, bu çemberin kesişim noktasında hedef konumlandırılabilir. Alınan sinyal gücü (ASG) ile konum tespitinde, verici-alıcı veya alıcı-alıcı eş zamanlamasına gerek yoktur. Ancak yöntemin konum tespit doğruluğu yüksek değildir. Hedef ile alıcılar arasında eş zamanlama olduğunda veya alıcı tarafta, kaynaktan yayılan sinyal bilindiğinde, varış zamanları ile konum tespiti yapmak da mümkündür. Bu teknikte, ASG ile konum tespitinde olduğu gibi merkezinde alıcıların bulunduğu konum çemberlerinin kesişim noktası verici koordinatlarını vermektedir. Yöntemin doğruluğu yüksek olup, verici-alıcı eş zamanlaması gerektirdiği için pasif radar uygulamalarında kullanılamamaktadır. Buna karşın hedef koordinatları, kaynaktan yayılan sinyalin, birbirlerinden uzamsal olarak ayrı yerleştirilmiş eş zamanlı alıcılarda oluşan varış zamanları farkı (VZF) kullanılarak pasif olarak bulunabilmektedir. Bu yüksek lisans tezinde bağımsız (küresel) ve tam VZF setleri tabanlı uygunluk fonksiyonları ile sezgisel optimizasyon yöntemleri kullanılarak, sabit veya hareketli bir hedefin konumu pasif olarak bulunmuştur. İlk kez bu tezde kril sürüsü optimizasyonuyla (KSO) kullanılarak, bağımsız ve tam VZF setleri ile konum tespiti yapılmış ve KSO'nun karesel konumlandırma hatası parçacık sürüsü optimizasyonu ve Cramer-Rao alt sınır (CRAS) ile kıyaslanmıştır. Ayrıca yapılan benzetim çalışmaları ile KSO algoritmasının yakınsama hızının PSO'dan daha yüksek olduğu gösterilmiş ve bağımsız VZF seti için tanımlanmış olan teorik limitin (CRAS) tam VZF seti kullanıldığında KSO ile geçilebileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
Precise location determination is possible using electromagnetic, acoustic, or seismic signals emanating from a target or source and spatially separated receivers. When the strength of the received signal and the ambient attenuation are known, the location circles, which are the central receivers, can be defined and the target can be located at the intersection of these circles. There is no need for transmitter-receiver or receiver-receiver synchronization in position detection with received signal strength (RSS). However, the positioning accuracy of the method is not high. When there is synchronization between the target and the receivers or when the signal emitted from the source is known on the receiving side, it is possible to determine the position of the target with the arrival times. In this technique, the intersection point of the location circles with the receivers in the center gives the transmitter coordinates, as in the location determination with the ASG. The accuracy of the method is high, and it cannot be used in passive radar applications because it requires transmitter-receiver synchronization. On the other hand, target coordinates can be found passively using the time difference of arrivals (TDOA) of the emitted signal from the synchronous receivers located spatially apart from each other. In this master's thesis, the position of a fixed or moving target is passively found by using independent (spherical) and full TDOA sets based fitness functions and heuristic optimization methods. For the first time in this thesis, position detection with independent and full VZF sets was performed using krill herd optimization (KHO), and the quadratic positioning error of KHO was compared with particle swarm optimization and Cramer-Rao lower bound (CRLB). In addition, simulation studies have shown that the convergence speed of the KHO algorithm is higher than PSO, and it has been revealed that the theoretical limit (CRLB) defined for the independent TDOA set can be exceeded with KHO when the full TDOA set is used.