K bant ve C bant frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of K-band and C-band frequency modulated continuous wave radar
Yazar: ABDULKADİR GEYLANİ KÜÇÜKOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Savunma Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Frekans modülasyonlu sürekli dalga = Frequency modulated continuous wave ; Mikrodalga radarlar = Microwave radars ; Radar = Radar ; Radar sistemleri = Radar systems ; Radar teknolojileri = Radar technologies ; Tasarım = Design

Özet:
Modern sistemler, teknolojik gelişmelerle daha zorlu koşullara uyum sağlamayı gerektirmektedir. Mikrodalga radar sistemleri zorlu çevresel koşullarda etkili ve yüksek doğrulukla çalışabilmektedir. Yüksek çözünürlük ve doğruluk, düşük maliyet ve güç tüketimi, hızlı ölçme yetenekleri sebebiyle frekans modülasyonlu sürekli dalga (FMSD) radar sistemleri günümüzde otomotivden endüstriye birçok alanda tercih edilmektedir.
Bu çalışmada K bant frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı detaylı olarak analiz edilerek modellenmekte ve gerçeklenmektedir. RF ön uç benzetimleri için AWR Microwave Office programı Visual System Simulation (VSS) benzetim aracı kullanılmaktadır. Bu program ile faz kilitli döngü (ing. Phase Lock Loop), voltaj kontrollü osilatör (ing. Voltage Controlled Oscillator) blokları, güç yükselteç ve düşük gürültülü yükselteç; alçak geçiren ve bant geçiren filtreler; verici ve alıcı antenleri; iletim kanalı, mikser, temel bant filtre ve temel bant yükselteç; analog sayısal dönüştürücü (ing. analog to digital converter) ve hızlı Fourier dönüşüm (ing. fast Fourier transform) modellenmektedir.
K bantta tasarlanan donanımda temel FMSD radar blokları; voltaj kontrollü osilatör içeren mikser entegresi baz alınarak, alçak geçiren ve bant geçiren filtreler, anten, güç bölücü, analog filtre ve yükselteçler tasarlanmaktadır.
C bantta faz kilitli döngü, düşük gürültülü yükselteç, mikser, güç bölücü, güç yükselteç geliştirme kartları ve anten kullanılarak; alçak geçiren ve bant geçiren filtreler tasarlanarak FMSD radar sistemi oluşturulmaktadır. Kurulan sistem kullanılarak tarama periyodu, faz gürültüsü, harmonik şiddeti, jammer, doppler frekans kayması parametrelerinin radar performansına etkileri incelenmektedir. FPGA ve ADC kullanılarak radar sinyal işleme algoritmasının geliştirilmesi için test verileri toplanmaktadır. Toplanan veriler MATLAB ortamında işlenerek mesafe ve hız hesaplamaları yapılmaktadır.
Radar sinyal işleme algoritması sınırlı vuru yanıtı (ing. finite impulse response) bant geçiren filtre, pencereleme, FFT, sabit yanlış alarm oranı (ing. constant false alarm rate) detektörü, hareketli ortalama (ing. moving average) filtre, mesafe ve hız hesaplama algoritmalarını içermektedir.
Laboratuvar ortamında yapılan mesafe ölçümleri çeşitli uzunluklarda koaksiyel kablolar kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Ek bir faz kilitli döngü geliştirme kartı ile doppler frekans kayması oluşturulmaktadır. Saha testinde huni anten kullanılarak mesafe ölçümü yapılmaktadır.

Abstract:
Modern systems require adaptation for harsh conditions with technological developments. Microwave radar systems work efficiently and accurately at tough environmental conditions. Frequency modulated continuous wave (FMCW) radar systems are used in many areas from automotive to industry because of high resolution, high accuracy, low cost, low power consumption, and fast measurement.
In this work, K band frequency modulated continuous wave radar is designed and implemented in detail. The Visual System Simulation tool of AWR Microwave Office program is used for RF front-end simulation. With use of this program, these blocks are modeled which are phase lock loop, and voltage controlled oscillator; power amplifier, and low noise amplifier; low pass filter, and band pass filter; transmitter antenna, and receiver antenna; channel, mixer, baseband filter, baseband amplifier; sampling frequency of analog to digital converter (ADC); points of fast fourier transform (FFT).
The hardware designed in K band contains basic FMCW radar blocks which are a mixer integrated circuit with voltage controlled oscillator, and designed units that are low pass filter, band pass filter, antenna, power divider, analog filter and amplifier.
The FMCW radar system built in C band contains phase lock loop, low noise amplifier, mixer, power divider, power amplifier boards, antenna, low pass filter, and band pass filter. The parameters that are sweep period, phase noise, harmonic level, jammer, and doppler shift are analyzed with use of the system. Test data are gathered using FPGA, and ADC for developing radar signal processing algorithms. Range and velocity are calculated with processing the data at MATLAB.
Radar signal processing algorithms contain finite impulse response band pass filter, windowing, constant false alarm rate detector, moving average filter, range and velocity calculation algorithms.
Range measurement tests are conducted using coaxial cables with different lengths at the laboratory. Doppler frequency shift is generated with another phase lock loop development board. Range measurements are conducted using a horn antenna.