Bir radar hedef ortam simülatörü için rastgele pürüzlü dünya yüzeyi üzerinde elektromanyetik dalga saçılımının modellenmesi
Modeling of electromagnetic wave scattering over random rough earth surface for a radar target environment simulator
Yazar: MEHMET FATİH DİNÇ
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ÖZGÜN ; PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik = Electromagnetic ; Elektromanyetik saçılma = Electromagnetic scattering ; Mikrodalga radarlar = Microwave radars ; Çok yönlü radar kesiti = Bistatic radar cross section

Özet:
FMCW radar, akıllı füze sistemlerinde patlama etkisini artırmak için yaklaşım sensörü olarak kullanılmakla birlikte akıllı araç, endüstri ve depo doluluk uygulamalarında da sıklıkla kullanılmaktadır. Ayrıca FMCW tabanlı bu teknoloji, helikopter ve İHA' ların tüm operasyonel koşullarda hassas iniş-kalkış yapmasını sağlayan sensör olarak da kullanılmaktadır. Bu kapsamda, yerli olarak geliştirilen sensörün platform öncesi masaüstü işlevsellik testlerinin gerçeklemesini sağlayan ayrıntılı test sisteminin çalışma prensibi verilmiştir. Çalışmada, tek bir nokta kaynaktan yansıma olduğu varsayımı ile yaklaşım testlerinin gerçekleştirildiği bu test sisteminin gelişmiş hali olan ve yeryüzü yansımalarını gerçekte olduğu gibi dağınık yeryüzü parçalarından kaynaklanan çoklu ve karmaşık yapısı ile hesaplayan bir Radar Hedef Ortam Simülatörü (RHOS) tasarım ayrıntıları verilmiştir.
Bu tezde, RHOS hesaplama hücresi içerisinde dağınık ve farklı yükseklikteki yeryüzü parçalarından olan yansımaların hesaplanması kısmında kullanılan RCS verisinin gerçek yüzeyler ile hesaplanması sağlanmıştır. Böylelikle RHOS hâlihazırda kullandığı ve önceden ölçülmüş veriler üzerinden bir istatistik ile atanan RCS değerlerini kullanmak yerine gerçek yüzeyler üzerinden istenilen yaklaşma açısı ile yeryüzü RCS değerini hesaplama yeteneğine sahip olmuştur.
Tez kapsamında yeryüzü RCS verilerinin elde edilmesi için bir yüksek frekans tekniği olan PO kullanılmış ve bu kapsamda bir MATLAB kod bloğu geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılımın doğrulanması için öncelikle basit nesneler üzerinden PO ile elde edilen sonuçlar FEKO ve CST ile hesaplanan RCS sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonraki adımda ise deniz yüzeyinin dinamik ve karmaşık yapısından dolayı farklı geliş açıları ve frekanslarda yüzey RCS'i PO yazılımı ile hesaplanmış ve sonuçlar CST sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda deniz yüzeyinin sürekli değişen yapısından dolayı belirlenen dağılımlarla oluşturulan çok sayıdaki yüzey üzerinden RCS hesaplaması yapılarak Monte Carlo analizi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yüzey üzerinde ileri ve geri yöndeki yansımaların analizleri yapılarak deniz yüzeyinin davranışı çıkarılmıştır.

Abstract:
FMCW radar is used as a burst sensor to increase the explosion effect in smart missile systems, but it is also frequently used in smart vehicle, industry and warehouse occupancy applications. In addition, this FMCW-based technology is used as the sensor that enables helicopters and UAVs to land and take-off precisely in all operational conditions. In this context, the working principle of the detailed test system is given that provides the pre-platform desktop functionality tests of the sensor which locally developed. In the study, the design details of a Radar Target Environment Simulator (RTES), which is the developed version of this test system, where the approach tests are carried out with the assumption that there is reflection from a single point source, and which calculates the earth reflections with the multiple and complex structure originating from scattered earth fragments.
In this thesis, it is provided to calculate the RCS data used in the calculation of the reflections from distributed and different height of surface patches in the RHOS calculation cell with real surfaces. Thus, RHOS have ability to calculate the Earth RCS value over real surfaces with desired grazing angle, instead of using the RCS values are currently used and assigned with a statistic over the previously measured data.
Within the scope of the thesis, PO, which is a high frequency technique, has been used to obtain earth RCS data and a MATLAB code block has been developed in this context. In order to verify the developed software, the results obtained with PO over simple objects were compared with the RCS results calculated with FEKO and CST. In the next step, due to the dynamic and complex structure of the sea surface, the surface RCS at different grazing angles and frequencies were calculated with PO software and the results were compared with the CST results. In this context, Monte Carlo analysis was performed by calculating RCS over a large number of surfaces created with the real distributions determined due to the constantly changing structure of the sea surface. In addition, by analyzing the forward and backward reflections on the surface, the behavior of the sea surface has been obtained.