Pasif milimetre dalga görüntüleme sistemi uygulamaları
Passive millimeter wave imaging system applications
Yazar: MEHMET DUMAN
Danışman: DOÇ. DR. ALP ORAL SALMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada; öncelikle pasif ışıma ve görüntülemenin dayandığı fiziksel konu olan karacisim ışımasının teorik olarak incelenmesi yapılmıştır. Sisli ve bulutlu ortamlarda yeterince iyi çalışamayan diğer görüntüleme sistemlerine (kızılötesi ve optik sistemler) yardımcı olabilecek Pasif MiliMetre Dalga Görüntüleme Sistemi (PMMDGS)'nin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Daha sonra, 96 GHz frekansında (3 milimetre dalga boyu) çalışan bir PMMDGS'nin bileşenlerinin bir araya getirilmesi gerçekleştirilmiştir. Ardından; 96 GHz frekansında çalışan pasif alıcının maksimum sinyal verdiği optimum konum bulunarak, alıcı bu konuma yerleştirilmiştir. Oluşturulan bu sistem yardımıyla; farklı zamanlarda ve farklı konumlarda, çeşitli çözünürlüklerde ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler sonucunda; sistemin tarama yaptığı (120 derece ile 240 derece arası) azimut ve (75 derece ile -15 derece arası) kalkış (elevasyon) eksenleri arasındaki bölgede bulunan nesnelerin PMMDGS görüntüsünün elde edilmesi, çalışmanın ana unsurunu oluşturmaktadır. Oluşturulan görüntülerin iyileştirilmesi amacıyla çeşitli görüntü işleme programları da kullanılmıştır. Sistemle elde edilen görüntüler, dünyadaki diğer örneklerine göre; bilgimiz dahilinde, en yüksek çözünürlüğü (1190×890 piksel) veren görüntülerdir ve çözünürlükleri HD görüntüden (1280×720 piksel) daha yüksektir. Elde edilen pasif milimetre dalga görüntülerine ek olarak; sistemin radyometrik bir modül olmasından dolayı; Türkiye, Kocaeli, İzmit ilçesindeki gökyüzü sıcaklık profili de, kalkış ekseni boyunca elde edilmiştir. Tüm bu çalışmaların yanında; 96 GHz frekansında çalışan alıcının yurt dışından satın alınması ve yerli bir radyometrik alıcının tarafımızdan yapılmak istenmesi amacıyla; 35 GHz frekansında çalışabilen yerli bir radyometrik alıcının bileşenlerinin tasarımının gerçekleştirilme çalışmaları da tez içerisinde ikinci bir amaç olarak yerini almaktadır. Bu bileşenlerin en önemli parçası olan düşük gürültülü güç kuvvetlendirici (LNA – Low Noise Amplifier) kısmı tasarlanıp gerçekleştirilmiştir. Türkiye'de ilk defa bu frekansta çalışan ve PMMDGS'nde kullanılmak üzere üretilen, LNA tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. Ayrıca; 35 GHz frekansındaki bu alıcı ile çalışabilecek olan iki farklı milimetre dalga anteni (Vivaldi fed ve antipodal Vivaldi antenler) tasarlanmıştır. Tez içerisindeki literatür araştırmalarında öncelikle milimetre dalga ve radyometre kavramları detaylıca aktarılmış daha sonra Radyo Frekansı (RF) devre tasarımı konusuna değinilmiştir. Uzaktan algılama tanımları yapılarak, PMMDGS elemanları anlatılmıştır. Ayrıca, tüm tez çalışmaları devam ederken; danışman hocamın koordinatörlüğünde, anten parametreleri ölçümü amaçlı, 3 metrelik bir yansımasız odanın ve MİLTEK (Milimetre Dalga, Elektromanyetik ve Güvenlik Teknolojileri) Laboratuvarı'nın kurulumlarının her aşamasında çeşitli destekler verilmiştir.

Abstract:
In this study; first of all, the theoretical examination of blackbody radiation, which is the physical subject of passive radiation and passive imaging is done. It is aimed to realize Passive MilliMeter Wave Imaging System (PMMWIS) which can help other imaging systems (infrared and optical systems) which cannot work sufficiently in foggy and cloudy environments. Then, the components of a PMMWIS operating at a frequency of 96 GHz (3 millimeters of wavelength) were combined. Behind; the receiver is located at the optimum position where the passive receiver operating at a frequency of 96 GHz gives the maximum signal. With the help of this system, measurements were carried out at different times and at different locations at various resolutions. As a result of these measurements; the main purpose of this study is to obtain the PMMWIS image of the objects in the region between the azimuth (between 120 degree and 240 degree) and the elevation (between 75 degree and -15 degree) axes of the system. Various image processing programs have been used to improve the images. The resolution of the images obtained with the system is up to 1190×890 pixels where their resolutions are higher than HD (1280×720 pixels). This resolution is the highest resolution compared to the other samples in the world within our knowledge. Because our system is a radiometric module; sky temperature profile were additionally obtained by scanning across the elevation axis in Turkey, Kocaeli, the town of Izmit. Besides all these studies; the receiver working at a frequency of 96 GHz has been purchased abroad, a domestic radiometric receiver is desired to design and realize by ourselves. The design of the parts of this domestic radiometric receiver, which can operate at 35 GHz , takes its place as a second objective in the thesis. At first, the low noise amplifier (LNA), which is the most important part of the receiver, was designed and realized. LNA design and implementation was carried out for the first time in this frequency to be used  for PMMWIS in Turkey. Moreover; two different millimeter wave antennas (Vivaldi fed and antipodal Vivaldi antennas) have been designed to work with this receiver at a frequency of 35 GHz. The concepts of millimeter wave and radiometer were explained in detail in the literature researches for the thesis, and Radio Frequency (RF) circuit design was mentioned. Some descriptions of the remote sensing are given and parts of the PMMWIS are also described. Additionally; while all of these thesis studies are going on, some supports have been given for establishment of a 3 meter anechoic chamber and MILTECH (Millimeter Wave Electromagnetic and Security Technologies) Laboratory which is a new facility for Kocaeli University (KOU) within the scope of two projects supported by KOU under the leading of my supervisor.