Frekans atlamalı sinyallerin yazılım tanımlı radyolar ile gerçek zamanlı tespit ve sınıflandırılması
Real-time detection and classification of frequency-hopping signals with software-defined radios
Yazar: MUTLU AYDIN
Danışman: PROF. DR. ALİ KARA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Harp Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Frekans atlama, güçlü anti-karıştırma özelliği gibi birçok avantajı nedeniyle iletişim sistemlerinde yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Bu teknikte sinyaller, taşıyıcının farklı frekans kanalları arasında değiştirilmesi ile iletilir. Bu nedenle frekans atlama sinyali durağan değildir ve spektrumu zaman içinde değişir. Bu nedenle, frekans atlama sinyallerinin tespiti ve parametre kestirimi görevi gerçek dünyada oldukça zorludur. Bu zorluğun üstesinden gelmek için bu tez çalışması, birden çok eşzamanlı dar bant frekans atlama sinyallerinin parametrelerini tespit etmek ve kestirmek için bir yöntem önermektedir. Önerilen yöntemde öncelikle frekans atlama sinyallerinin analizi için kısa zamanlı Fourier dönüşümü (STFT) kullanılmış ve eşiklemeye dayalı bir ikilileştirme işlemi kullanılmıştır. Tespit edilen sinyallerin merkez frekanslarının daha doğru bir şekilde başarılı bir şekilde kestirilmesini sağlayan yeni bir yöntem önerilmiştir. Tüm spektrum için parametrelerin kestirimi yapıldıktan sonra frekans atlama sinyallerinin atlamalarını tespit etmek için gerçek zamanlı işleme dayalı bir yaklaşım kullanılmıştır. Son olarak, zaman çakışması olmadan atlamaların gruplara ayrılması için atlama kümeleme yöntemi uygulanmış ve ayrıca bant genişliği parametresinin kontrolü yapılmıştır. Bu çalışmadaki hedef sinyaller genellikle kanalın frekans bandında sabit olduğu varsayılabileceği havadan karaya ve görüş hattında olan iletişimlerdir. Bu nedenle önerilen yöntemin performansı görüş hattında olan kanallar için tasarlanmış Rician sönümleme modeli kullanılarak simüle edilmiştir. Önerilen yöntemin çoklu dar bant frekans atlamalı sinyallerinin hızlı ve doğru tespiti ve parametre kestirimi için ana akım STFT tabanlı yöntemlere alternatif olabileceği simülasyon sonuçlarında görülmektedir.

Abstract:
Frequency hopping is a widely used technique in communication systems due to its many advantages such as strong anti-jamming ability. In this technique, signals are transmitted by changing the carrier between different frequency channels. Therefore, the frequency hopping signal is not stationary, and its spectrum changes over time. For this reason, the task of detecting frequency hopping signals and parameter estimation is quite difficult in real world. To overcome this challenge, this thesis study proposes a method to detect and estimate the parameters of simultaneous multiple narrowband frequency hopping signals. In the proposed method, firstly, short-time Fourier transform (STFT) was used to analyze frequency hopping signals, and a thresholding-based binarization process was used. A new method has been proposed that enables successful extraction of the center frequencies of the detected signals more accurately. After the parameters are estimated for the entire spectrum, a real-time processing based approach is utilized to detect hops of the frequency hopping signals. Finally, hop clustering was applied to separate hops into groups without time overlap, and control of the bandwidth parameter was also performed. The target signals in this study are generally air-to-ground and line-of-sight communications where the channel can be assumed to be frequency-flat. Therefore, the performance of the proposed method is simulated using the Rician fading model designed for line-of-sight channels. In simulation results, it can be seen that the proposed method can be an alternative to main stream STFT based methods for quick and accurate parameter estimation and detection of multiple narrowband frequency hopping signals.