Varış zamanları farkı ile verici konumu tespitinde alıcı dizilerinin sezgizel algoritmalarla optimizasyonu
Optimization of receiver array with intuitive algorithms in transmitter localization using time difference of arrivals
Yazar: MELTEM TEMİZKAN
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:
Elektromanyetik, sismik veya akustik yayılım yapan bir kaynağın konumu, geometrik olarak birbirlerinden ayrı yerleştirilmiş eşzamanlı alıcılarla tespit edilebilmektedir. Kaynaktan yayılan işaret eşzamanlı alıcılara farklı anlarda ulaştığı için varış zamanları farkı (VZF) ortaya çıkmaktadır. Alıcı tarafta oluşan zaman farkları kullanılarak, konum hatları tanımlanmakta ve kaynak bu konum hatlarının merkezinde konumlandırılmaktadır. VZF ile konum tespitinde yapılan hata, verici-alıcı geometrisine ve VZF kestirim hatasının varyansına bağlıdır. Aynı hedef noktası ve VZF kestirim hatası varyansı için iyi optimize edilmiş bir alıcı dizisi ile konum tespiti yapıldığında konumlandırma başarımı ciddi şekilde artmaktadır. Bu yüksek lisans tezinde alıcı dizisi doğrultu açısı optimizasyonu parçacık sürüsü optimizasyonu (PSO) ve kril sürüsü optimizasyonu (KSO) ile yapılmıştır. Önerilen yöntemde, eş açılı dairesel alıcı dizisinin ve iki boyutlu alıcı dizisinin doğrultu açısı, KSO ve PSO algoritmalarında Cramer-Rao alt sınırı (CRAS) uygunluk fonksiyonu olarak alınarak optimize edilmiş ve karesel konumlandırma hatasında belirgin bir azalma sağlanmıştır. Ayrıca KSO ve PSO yöntemleri, yakınsama hızı açısından birbirleri ile ve konumlandırma doğruluğu açısında da CRAS ile kıyaslanmıştır. İlk kez bu yüksek lisans tezinde KSO algoritması, VZF ile konum tespitinde alıcı dizisi optimizasyonunda kullanılmıştır.

Abstract:
The location of an electromagnetic, seismic, or acoustic source can be determined by synchronized receivers placed spatially apart from each other. Since the signal emitted from the source reaches the synchronized receivers at different times, the time difference of arrivals (TDOAs) arises. By using time differences formed on the receiving side, position lines are defined, and the source is positioned in the center of these position lines. The error in positioning with the TDOA depends on the transmitter-receiver geometry and the variance of the TDOA estimation error. Positioning performance is significantly improved when positioning is performed with a well-optimized receiver array for the same target coordinates and TDOA estimation error variance. In this master's thesis, receiver array direction angle optimization was performed with particle swarm optimization (PSO) and krill herd optimization (KHO). In the proposed method, the direction angle of the equiangular circular receiver array and the two-dimensional receiver array is optimized by taking the Cramer-Rao lower bound (CRLB) as a fitness function in the KHO and PSO algorithms, and a significant reduction in square positioning error is achieved. In addition, KHO and PSO methods were compared with each other in terms of convergence speed and with CRLB in terms of positioning accuracy. KHO algorithm was used in for the first time in this master's thesis the optimization of the receiver array direction angle in position detection with TDOA.