Ağaç içi kovuklarının tespiti için radar görüntüleme algoritmalarının geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of radar imaging algorithms for detecti̇ng of tree cavities inside the tree trunk
Yazar: SERHAT GÖKKAN
Danışman: PROF. DR. CANER ÖZDEMİR
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, ağaç içindeki kovukların yerini tespit etmeye ve iki boyutlu radar görüntülerini elde etmeye yönelik 3 adet algoritma kullanılmıştır. Bunlar sinüsoidal şablon bazlı odaklama algoritması (SŞBOA), dairesel geriye izdüşüm algoritması (DGİA) ve eşleştirme-kovalama algoritması (EKA)'dır. Algoritmaların detayları ve varsayımları ağaç içi kovuk görüntüleme probleminin geometrisi analizi ile birlikte verilmiştir. Yöntemlerin doğruluğu ilk olarak varsayımsal kovukların ağaç kütüğü içinde çeşitli senaryolara göre oluşturulup benzetimleri yapılarak test edilmiştir. Benzetimlerde ağaç kütüğünün yüzeyini ve ağaç kovuklarını oluşturmak için mükemmel nokta saçıcılar kullanılmıştır. Sonrasında gerçekçi veriler elde etmek için deneysel çalışmalar yapılmış ve algoritmalar bu verilere uygulanmıştır. Gerçek verilerin alınması için ters yapay açıklıklı radar prensiplerini temel alan monostatik veya multistatik ölçümler yapmaya imkân tanıyan bir radar platformu tasarlanmıştır. Deneylerde verilerin alınmasını sağlamak için bir yazılım geliştirilmiştir. Deneyler Mersin İleri Teknolojiler Araştırma Merkezi (MEİTAM) binasındaki "Yankısız Oda" laboratuvarında yapılmıştır. Verilerin görüntülenmesinde kullanılan dielektrik sabiti, ağaç kütüğü kullanılarak yapılan deneyler sonucunda bulunmuştur. Benzetim ve gerçek deney verileri kullanılarak algoritmalar sonucunda oluşturulan odaklanmış radar görüntülerinin ağaç içi kovuklarının iki boyutlu(2B) radar görünümlerini ve yerlerini başarıyla tespit ettiği görülmüştür. Ayrıca algoritmalar sonucu oluşan odaklanmış görüntülerin karşılaştırılması da yapılmıştır. Odaklama, kontrast ve çözünürlük olarak en iyi görüntülemeyi EKA'nın gerçekleştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, three algorithms to detect and to obtain two dimentional radar images of cavity regions inside tree-trunk are presented. These are sinusoidal template based on focusing algorithm (STBA), circular backprojection algorithm (CBPA) and matching pursuit algorithm (MPA).  The details and assumptions of the algorithms are given together with the geometry for interior imaging of tree trunk problem. The validation of the methods was first tested by creating the tree trunk with hypothetical cavities according to various simulation scenarios. In the simulations, perfect scatterers were used to create the surface of the tree trunk and cavities.  Later, experimental studies were carried out to collect realistic data and algorithms were applied to these data. A radar platform was designed to allow monostatic or multistatic measurements based on inverse synthetic aperture radar principles to obtain real data. A software was developed to obtain that data was in experiments. The experiments were carried out in the " Anechoic Chamber Room" laboratory in Mersin Advanced Technologies Research Center (MEİTAM). The dielectric coefficient experimentally measured for tree trunk was used in the algorithms for imaging of data. The focused radar images created as a result of algorithms using simulation data and real experiment data showed that the two dimensional(2D) radar images and locations of cavities inside tree trunk were successfully detected. In addition, comparison of the focused images resulting from algorithms was done. It was observed that the MPA the best imaging in terms of focusing, contrast and resolution.