Yere nüfuz eden radar sistemi ile gömülü hedef tespiti ve modellenmesi
Embedded target detection and modeling wi̇th ground penetrating radar system
Yazar: ALİ ŞÖLEN
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL YENİKAYA
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Askeri personel veya sivil kişiler ile askeri ve kamu tesislerinin güvenliğini sağlamak ve korumak amacıyla yer altında gömülü şekilde bulunan her türlü El Yapımı Patlayıcıların (EYP) tespiti önemlidir. Bu tez çalışmasında EYP' lerin tespiti için Yere Nüfuz Eden Radar (YNR) kullanılmıştır. YNR' ler tahribatsız yüzey altı görüntüleme için hem sivil hem de askeri alanlarda olukça yoğun olarak kullanılan elektromanyetik bir algılama yöntemidir. YNR' lerde algılama performansı kullanılan anten ile doğrudan ilişkilidir. Bu çalışmada, ilk olarak YNR sistemi için geniş bantlı bir Vivaldi Anten (VA) tasarlanmış, üretilmiş ve sistemin performansını etkileyen kazanç, giriş yansıma katsayısı ve ışıma örüntüleri incelenmiştir. Gerçeklenen bu antende 0.4-4 GHz aralığında -10dB' den daha düşük bir geri dönüş kaybı, 2' den daha düşük gerilim duran dalga oranı ve yaklaşık olarak 1.9-5.63 dBi aralığında bir kazanç elde edilmiştir. Anten boyutunun küçültülmesi ve anten kazancının iyileştirilmesi için altıgen açıklıklar ile lineer yarıklar açılarak Modifiye Vivaldi Anten (MVA) tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Üretilen antende 0.6 - 4 GHz aralığında -10dB' den daha düşük bir geri dönüş kaybı, 2'den daha küçük gerilim duran dalga oranı ve ilgili frekans aralığında maksimum 8 dBi kazanç değeri elde edilmiştir. Tasarlanan antenlerin simülasyon ve ölçüm sonuçları karşılaştırıldığında sonuçlarının birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Çalışmada gerçeklenen antenler, Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga (FMCW) radar sistemi ile entegre edilerek YNR sistemi oluşturulmuş ve gömülü hedef tespiti çakıl zeminde 1 cm, 15 cm, 30 cm ve 45 cm' de gömülü olan 6 farklı EYP, EYP tetikleyici kablolar, metal mayınları ile EYP tespit çalışmaları yapılmıştır. EYP dışı gömülü cisim tespit çalışması ise 15 cm' de gömülü kaya parçası ile gerçekleştirilmiştir. Gömülü hedeflerin tespiti hem VA ile hem de MVA ile ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Yere Nüfuz Eden Radar (YNR), Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga (FMCW), El Yapımı Patlayıcılar (EYP), Geniş bantlı anten, Vivaldi anten, Duran dalga oranı, Kazanç

Abstract:
It is important to detect all kinds of Handmade Explosives (IEDs) buried underground in order to ensure and protect the security of military personnel or civilians and military and public facilities. In this thesis, Ground Penetrating Radar (GPR) was used to detect IEDs. GPRs are an electromagnetic sensing method that is widely used in both civil and military fields for non-destructive subsurface imaging. Detection performance in GPRs is directly related to the antenna used. In this study, firstly, a broadband Vivaldi Antenna (TVA) was designed and manufactured for the GPR system and the gain, input reflection coefficient and radiation patterns affecting the performance of the system were investigated. In this implemented antenna, a return loss of less than -10dB, a voltage standing wave ratio of less than 2, and a gain in the range of approximately 1.9-5.63 dBi were obtained in the 0.4-4 GHz range. A Modified Vivaldi Antenna (MVA) was designed and implemented by opening linear slots with hexagonal apertures to reduce antenna size and improve antenna gain. The produced antenna has a return loss of less than -10dB in the 0.6 - 4 GHz range, a voltage standing wave ratio of less than 2 and a maximum gain of 8 dBi in the relevant frequency range. When the simulation and measurement results of the designed antennas were compared, it was seen that the results were compatible with each other. The antennas realized in the study were integrated with the Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar system to create a GPR system and buried target detection 6 different IEDs, IED trigger cables, metal mines buried at 1 cm, 15 cm, 30 cm and 45 cm in the gravel ground. and IED detection studies were carried out. Non-EYP buried object detection work was carried out with a buried rock at 15 cm. Detection of buried targets was performed with both VA and MVA separately.

Keywords: Ground Penetrating Radar (GPR), Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW), Improvised Explosives (IED), Broadband antenna, Vivaldi antenna, Standing wave ratio, Gain