Uydudan küresel konumlama sistemleri için karıştırmaya dayanıklı akıllı anten dizisi ve ön-uç elektroniği tasarımı
Anti-jam smart antenna and front end design for global navigation satellite systems
Yazar: OLCAY YİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ ÖZTÜRK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tezde küresel konumlama sistemlerinin donanım kısmını oluşturan anten dizisi ve ön uç elektroniği tasarlanmış ve bu donanım konumlama algoritmaları, yön bulma ve ışın yönelim algoritmaları ile test edilmiştir. Akıllı anten dizisi test ortamında karıştırıcı sinyallere maruz bırakılmış ve literatürdeki tasarımlar ile performans kıyaslaması yapılmıştır.
Test senaryolarında karıştırıcı sinyal olarak 1575.42 MHz olan GPS bandında sürekli sinüsoidal sinyal, aldatıcı olarak "LABSAT GNSS simulator" cihazı kullanılmıştır. Senaryolarda yön bulma algoritmalarından ESPRIT ve MUSIC algoritmaları kullanılmıştır. Bu algoritmalar için gerekli olan kaynak sayıları, diziden alınmış olan sinyal örnekleri kullanılarak asgari tanımlama uzunluğu (MDL) formülü ile bulunmuştur. Yönler bulunduktan sonra ışın yönlendirilerek karıştırıcı sinyallerin yönüne kör nokta atanmıştır. 
Karıştırıcı sinyallerin gelen açılarındaki hata oranları literatürdeki deneylerin sonuçları ile kıyaslanmıştır. Anten sinyal toplama performansı, dizideki elemanların birbirleriyle olan etkileşim değerlerinin düşük olması nedeni ile ve sistem çıkışının etkileşim matrisi ile kompanzasyonu yapıldığı için sonuçlarda hata oranları düşük çıkmıştır.
Anten ışıma performansı ve dizinin geometrik şeklinden dolayı algoritmaların çalışma performansları literatüre göre kıyaslanmıştır. Tasarımda kullanılan anten özellikleri ve band aralığı gözönüne alındığında literatüre göre 4 elemanlı bir anten dizisinin kazancı 10.30 dBic olurken tasarımımızda bu değer 11.30 dBic'dir. Bu değerin yüksek olması SNR değerinin yüksek olmasını ve böylece yön bulma ve yönelim algoritmalarında ki hata oranlarının düşük olmasını sağlar. Yapılan ölçüm sonuçları, gelen karıştırıcı sinyalin gücü -70 dBm'i aştığında uydu sinyallerinin algılanamadığını göstermiştir. Tasarlanan sistem ile incelenen literatürdeki sistemler ile karşılaştırıldığında, karıştırıcı sinyal gücüne 30 dB daha dayanıklı olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, the antenna array and front-end electronics, which are the equipment of the global navigation systems, were designed and tested with navigation algorithms, direction of arrival and beamforming algorithms. The smart antenna array was exposed to interference signals in the test environment and the performance comparison was made with the designs in the literature. 
 In the test scenarios, a continuous sinusoidal signal in the GPS frequency band of 1575.42 MHz was used as a jammer, and a different navigation signals that generated by LABSAT simulator was used as a spoofer. In the test scenarios, ESPRIT and MUSIC algorithms were used for direction finding. The number of sources required for these algorithms were found by using the signal samples taken from the array with MDL algorithm. After the directions were found, the beam was arranged and nulls were placed at the direction of jam signals. 
The error rates in the signal angles showing the performance in the measurement results were compared with the results of the experiments in the literature. Performance of the system are better than the other systems because of the low mutual coupling effect between the elements of the array, applying compansation of the array factor, and high array element performance. 
Due to the antenna radiation performance and the geometric shape of the array, the operating performances of the algorithms are compared with the last studies. Considering the antenna features and band gap used in the design,the gain of a 4 element antenna array is 10.30 dBic in our design. A high value of the gain ensures that the SNR value is high and thus the error rates in the literature while this value is 11.30 dBic in our design. A high value of this value ensures that the SNR value is high and thus the error rates in the direction finding and orientation algorithms are low. In the measurements made, it was observed that the satellite signals of our own design were lost when the power of the incoming jamming signal exceeded -70 dBm. According to the literature, this value is -100 dBm.