GPS sistemleri için karıştırma önleme tekniklerinin incelenmesi
Investigation of anti-jamming techniques for GPS systems
Yazar: ÖMER SAMİ ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. CENK TOKER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
GPS, kullanıcıların yüksek doğrulukta konum, hız ve zaman bilgilerini elde etmesini amaçlayan, askeri ve sivil alandaki birçok uygulamada kullanım yeri olan uydu tabanlı bir radyo navigasyon sistemidir. Düşük güç seviyelerinde kullanıcılara ulaşan GPS sinyalleri, yüksek güçteki karıştırma sinyallerinin bozucu etkilerine karşı savunmasız kalabilmektedir. Bu nedenle GPS alıcılarında karıştırma önleme tekniklerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Karıştırma önleme GPS alıcısındaki sinyal işleme bölgesine göre anten alan, sayısal alan ve analog alanda yapılabilmektedir.
Bu tez kapsamında karıştırma sinyallerini bastırmak amacıyla analog alanda karıştırma önleme tekniği geliştirilmiştir. Uyarlamalı analog çentik süzgeç tasarlanarak karıştırma sinyallerinin GPS alıcısının ön uç kısmına ulaşmadan etkisiz hale getirilmesi hedeflenmiştir. Tüm tasarım ve analiz çalışmaları MATLAB benzetim aracı kullanılarak yapılmıştır. Tek ton CW, çok ton CW ve doğrusal cıvıltı karıştırıcıların GPS C/A sinyaller üzerindeki karıştırma başarımı analizleri yapılmış ve etkin karıştırma parametreleri ortaya konmuştur. Butterworth, Chebyshev Ⅰ ve Elliptic süzgeç tasarım yaklaşımları kullanılarak analog bant söndüren/çentik süzgeçler tasarlanmış ve süzgeçlerin merkez frekansı, bant genişliği parametrelerine bağlı performans analizleri yapılmıştır. Performans analizlerinde Butterworth süzgecin karıştırma sinyaline karşı en etkin süzgeç olduğu sonucuna varılmıştır. Analog Butterworth çentik süzgeç MUSIC ve STFT spektral kestirim yöntemleri kullanılarak uyarlamalı hale getirilmiştir. Tek ton CW ve çok ton CW karıştırma sinyallerini bastırmak için MUSIC ile uyarlamalı analog çentik süzgeç yöntemi, doğrusal cıvıltı karıştırma sinyallerini bastırmak için STFT ile uyarlamalı analog çentik süzgeç yöntemi kullanılmıştır. Karıştırma önleme öncesi ve sonrası elde edilen BER analiz sonuçları karşılaştırılarak önerilen karıştırma önleme yöntemine ait performans değerlendirmeleri yapılmıştır.

Abstract:
GPS is a satellite-based radio navigation system that aims to enable users to obtain high-accuracy position, speed, and time information in various military and civilian applications. GPS signals, which reach users at low power levels, can be vulnerable to the disruptive effects of high-power interference signals. Therefore, the development of anti jamming techniques has been necessary in GPS receivers. Anti-jamming can be implemented in the antenna domain, digital domain, and analog domain depending on the signal processing domain in the GPS receiver.
Within the scope of this thesis, an anti-jamming technique has been developed in the analog domain to suppress jamming signals. The aim was to mitigate the jamming signals before reaching the front-end of the GPS receiver by designing an adaptive analog notch filter. All the design and analysis studies was performed using the MATLAB simulation tool. Jamming performance of single-tone CW, multi-tone CW, and linear chirp jammers have been analyzed on GPS C/A signals and effective jamming parameters have been determined. Analog band-stop/notch filters have been designed using Butterworth, Chebyshev Type I, and Elliptic filter design approaches and performance analyses have been conducted based on the center frequency and bandwidth parameters of the filters. In the performance analyses, it has been concluded that the Butterworth filter is the most effective filter against the jamming signal. The analog Butterworth notch filter has been adapted using the MUSIC and STFT spectral estimation methods. The adaptive analog notch filter method with MUSIC has been used to mitigate single-tone CW and multi-tone CW jamming signals, while the adaptive analog notch filter method with STFT has been used to mitigate linear chirp jamming signals. Performance evaluations of the proposed anti-jamming method have been conducted by comparing the BER analysis results obtained before and after anti-jamming.