Harmonik radar sistemleri için benzetim araçları geliştirilmesi ve elektronik devrelerin sınıflandırılması
Development of simulation tools for harmonic radar systems and classification of electronic circuits
Yazar: YÜCEL TAKAK
Danışman: DOÇ. HARUN TAHA HAYVACI ; DOÇ. İMAM ŞAMİL YETİK
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Harmonik radar, doğrusal olmayan karakteristikler barındıran ve genellikle insan yapımı cisimleri tespit etmek için kullanılan, son yıllarda üzerine çok sayıda araştırma yapılmış, elektromanyetik yayılım yapan bir algılayıcıdır. Bu tezde ilk olarak geleneksel radar sistemlerinden farklı bir tespit mekanizmasına sahip olan harmonik radar sistemi kullanılarak yeni bir devre sınıflandırma yöntemi geliştirilmiştir. Elektronik devrelerin harmonik frekanslardaki geri yayılım özellikleri harmonik radar benzetimi ile kaydedilmiş ve devrelere ait harmonik güç eğrileri elde edilmiştir. Önerilen yöntem ile test edilen elektronik devrelerin (TEED) özellik alanı oluşturulup analiz edilmiş ve gerçekçi bir benzetim modeliyle doğrulanmıştır. TEED'lerin harmonik tepkisi, birden fazla çıkış düğümünün üst üste bindirilmesiyle elde edilmiştir. Toplanan veriler ile çarpıklık, basıklık ve varyans gibi devrelere özel istatistiksel özellikler hesaplanmış ve K-En Yakın Komşular (kNN) algoritması kullanılarak sınıflandırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Tezin ikinci kısmında, çoklu faz, doğrusal frekans modülasyonlu (LFM) dalga formları ile darbe sıkıştırma ve darbe entegrasyonu gibi çeşitli algoritmalar kullanan bir harmonik radar benzetim aracı geliştirilmiştir. Bu benzetim aracı ile harmonik radar sistemlerinin avantajları ve dezavantajları görünür hale getirilerek, radar tasarımında kullanılan parametrelerin etkileri gözlenmiştir. Tezin son kısmında, harmonik radar uygulamalarında kullanılabilecek radyo frekansı (RF) etiket devreleri için karakterizasyon sistemleri geliştirilmiştir. Bu düzenekler ile elektronik devrelerin çeşitli radar dalga formlarına etkileri incelenmiştir. Radar dalga formlarındaki bozulmaların radar tespit performansına etkileri incelenerek, bu etkileri azaltacak yöntemler önerilmiştir. Elde edilen veriler ile farklı RF etiketlerin farklı dalga formları ile daha uyumlu çalıştığı gösterilmiştir.

Abstract:
Harmonic radar is an electromagnetic propagating sensor on which a lot of research has been conducted in recent years, is usually used to detect man-made objects that has nonlinear characteristics. In this thesis, first a new circuit classification method is developed using the harmonic radar system, which has a different detection mechanism than traditional radar systems. The back propagation properties of electronic circuits at harmonic frequencies have been recorded with harmonic radar simulations and harmonic power curves of the circuits has been obtained. Feature space of the electronic circuits under test (ECUT) has been created and analysed with the proposed method then verified with a realistic simulation model. The harmonic response of the ECUTs has been achieved by superimposing multiple output nodes. With the collected data, statistical properties specific to circuits such as skewness, kurtosis and variance were calculated and classification was performed using the K-Nearest Neighbors (kNN) algorithm. In the second part of the thesis, a harmonic radar simulation tool that uses phase coded and linear frequency modulated (LFM) waveforms has been developed. It can also apply various radar algorithms such as pulse compression and pulse integration. With this simulation tool, the advantages and disadvantages of harmonic radar systems have been made visible, and the effects of the parameters used in radar design have been made observable. In the last part of the thesis, a characterization system has been developed for RF (Radio Frequency) electronic tag circuits that can be used during harmonic radar operation. Using this system, the effects of some electronic circuits on various radar waveforms have been studied. By examining the effects of distortions in radar waveforms on radar detection performance, methods to reduce these performance defects have been proposed. With the results obtained, it has been shown that different RF tags work more compatible with different radar waveforms.