Fiziksel optik yöntemiyle üç boyutlu cisimlerin radar kesit alanının hesaplanması
Computation of the radar cross section of 3d objects by physical optics method
Yazar: IŞIL ÖZLEM ÖRÜNÇ
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ÖZGÜN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Çok yönlü radar kesiti = Bistatic radar cross section ; Üçgen kafes = Triangular mesh

Özet:
Tez kapsamında, rastgele geometriye sahip üç boyutlu karmaşık hedeflerin Radar Kesit Alanını (RKA) Fiziksel Optik yöntemiyle hesaplayan MATLAB tabanlı bir program geliştirilmiştir. Radar sinyali gönderilmesiyle hedef üzerinde indüklenen akımlar Fiziksel Optik yaklaşımıyla hesaplanmış ve saçılan alanları oluşturan yüksek salınımlı integranta sahip radyasyon integralleri Ludwig metodu ile çözülmüştür. Geliştirilen program hem iletken hedefleri hem de üzerinde tek veya çok katmanlı dielektrik kaplama bulunan hedefleri modelleyebilmektedir. 
Bu program, herhangi bir bilgisayar destekli grafik tasarım (CAD) yazılımıyla üçgen yüzeyler kullanılarak modellenmiş STL dosya formatlı hedef ağ yapısını kullanarak monostatik ve bistatik RKA hesaplama kabiliyetine sahiptir. Hedef geometrisine gönderilecek olan düzlem dalganın polarizasyonu yatay (Horizontal) veya dikey (Vertical) olarak seçilebilir ve RKA değerleri HH (yatay-yatay), HV (yatay-dikey), VH (dikey-yatay) ve VV (dikey-dikey) olarak ifade edilen ortak ve çapraz polarizasyonlar olmak üzere 4 farklı polarizasyon kombinasyonunda görüntülenebilir. Radar sinyalinin yüzeye çarpmasıyla indüklenen kompleks yüzey akımlarının genlikleri model geometrisi üzerinde yoğunluklarına bağlı olarak farklı renklerde olacak şekilde görüntülenebilir. Programın kendi kütüphanesinde tanımlı dielektrik malzemeler seçilerek hedef geometrisi üzerine istenilen kalınlıkta uygulanabileceği gibi, kütüphanede tanımlı olmayan ancak uygulanması istenen malzemeler de uygulanabilir. Bunun için yapılması gereken, uygulanması istenen malzemenin simülasyonda kullanılacak operasyon frekans değerinde sahip olduğu bağıl elektriksel ve manyetik geçirgenlikler ile birlikte dielektrik ve manyetik kayıp açılarının tanımlanmasıdır. Malzeme parametreleri girilerek hedef geometrisi üzerine; mükemmel elektrik iletken, çok katmanlı dielektrik ve mükemmel elektrik iletken üzerine çok katmanlı dielektrik kaplama olmak üzere üç değişik malzeme uygulama seçeneğiyle RKA hesabı yapılabilir. Bu malzeme uygulama seçenekleri tüm hedef geometrisine uygulanabileceği gibi, sadece seçilen üçgen yüzeyler üzerine uygulanarak da RKA hesaplanabilir. 
Programın verdiği sonuçların gerçek RKA verilerine yakınlığının test edilmesi için, dikdörtgen levha ve küre gibi basit kanonik geometriler için oluşturulmuş standart RKA formülleri temel alınarak yazılmış kodlar yanında, literatürde bulunan POFACETS ve ticari bir yazılım olan FEKO'nun Fiziksel Optik çözücüsü kullanılarak karşılaştırma yapılmıştır. Uçak, helikopter, füze gibi karmaşık geometriler için geliştirilen programla elde edilen sonuçlar FEKO yazılımından elde edilen verilerle kıyaslanmıştır. Geliştirilen yazılım, radar sistemlerinin performans analizi, radar soğurucu malzemelerin operasyonel etkinliklerinin analizi gibi farklı pratik uygulamalarda kullanılabilir.

Abstract:
Within the scope of the thesis, a MATLAB-based program has been developed which calculates the Radar Cross Section (RCS) of three dimensional complex targets with random geometry using the Physical Optics method. The currents induced on the target due to radar signals were calculated with the Physical Optics approach, and the scattered fields were obtained by solving the radiation integrals with highly oscillating integrand by employing the Ludwig method. The developed program can model both conductive targets and targets with a single or multilayer dielectric coating.
This developed program has the ability to calculate both monostatic and bistatic RCS by using the target mesh structure modeled using triangular facets and stored in an STL file generated by any Computer Aided Design (CAD) software. The polarization of the incident plane can be selected as horizontal or vertical, and the RCS results can be displayed in both co- and cross-polarizations expressed in 4 different polarization combinations as HH (Horizontal-Horizontal), HV (Horizontal-Vertical), VH (Vertical-Horizontal) and VV (Vertical-Vertical). The amplitudes of the complex surface current that is induced by the impact of the radar signal on the target geometry are displayed in different colors depending on their intensity. Dielectric materials defined in the programs's own library, which can also be enhanced by the user by adding new materials, can be selected and applied to the target geometry with the desired thickness. What needs to be done is to define relative permittivity and permeability as well as dielectric and magnetic tangent loss of the material to be applied in the desired frequency of operation. Mainly, three different material types are considered: (i) Perfect Electric Conductor (PEC), (ii) multiple dielectric layers, and (ii) multiple dielectric layers coated on PEC. These material definitions can be done on either the entire mesh geometry or the selected triangular facets on the target.
The developed program was validated by comparing its results with some reference results generated by using the codes written for the RCS calculation of simple canonical geometries such as rectangular plate and sphere, as well as by using the software POFACETS and the commercial software FEKO. For complex geometries such as aircraft, helicopter and missile, the results were compared with the data obtained from FEKO. The developed software can be used in different practical applications such as the performance analysis of radar systems and the analysis of operational effectiveness of radar absorbant materials.