Bistatik ve multistatik su altı sensör ağlarının optimizasyonu
Optimization of bistatic and multistatic underwater sensor networks
Yazar: MÜMTAZ KARATAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. GÜLŞEN AKMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Genetik algoritmalar = Genetic algorithms

Özet:
Sualtı Akustik Tespit Sistemleri (SATS) kaynak ve alıcılardan oluşmaktadır. Yeni nesil SATS'nde kaynak ve alıcılar birbirlerinden ayrı ve bağımsız olarak aynı sensör ağı ve ortam içerisinde kullanılabilmekte, bu sayede sualtı gözetleme ve keşif işlemleri daha etkin yapılabilmektedir. Tek kaynak ve alıcı içeren sistemler bistatik, birden çok kaynak ve/veya alıcı içerenler ise multistatik sistemler olarak isimlendirilmekte olup söz konusu sistemlerin etkinliği sensörlerin yerleşim planı ve aralarındaki mesafeler ile doğrudan ilişkilidir.Bu çalışmada, saha araması amacıyla kullanılan bistatik ve multistatik sualtı akustik sensörlerinin etkinliğinin analitik yöntemlerle tahmin edilebilmesi ve planlayıcılara referans oluşturması için çeşitli teorik formüller literatüre kazandırılmış, farklı tipteki hedeflerin tespit olasılıklarının en büyüklenmesine yönelik optimum sensör yerleşim planları oluşturulmuştur. Bistatik sistemler için yapılan çalışmada integral geometrisi ve geometri olasılığı teorilerinden faydalanılmış; multistatik sistemler için yapılan çalışmada Karma Tamsayılı Doğrusal Olmayan Programlama (KTDOP) ve Genetik Algoritma (GA) teknikleri kullanılmıştır. Elde edilen tüm teorik sonuçlar Monte Carlo simülasyonları ile test edilmiş ve doğrulanmıştır.Geliştirilen formüller kullanılarak, sahaya tekbiçimli dağılımla rastgele yerleştirilen bistatik ve multistatik sistemlerin hedef tespit olasılığı değerleri, sensör sayısı, tespit mesafesi ve saha büyüklüğü parametreleri yardımıyla tahmin edilmekte, ayrıca kullanılan sensör sayısına bağlı olarak optimum saha büyüklüğü belirlenmektedir. Geliştirilen optimum sensör yerleşim planları ile sahada elde edilebilecek hedef tespit olasılığı ve saha kaplaması değerleri en büyüklenmektedir.

Abstract:
Underwater acoustic detection systems are composed of sources and receivers. In new generation underwater acoustic detection systems, sources and receivers can be used separately and independently of each other in the same sensor network and area providing more effective surveillance and reconnaissance. Bistatic systems contain one source and receiver and systems containing more than one source and/or receiver are called as multistatic systems. The effectiveness of such systems is directly related with the configuration of the system and the distance between sensors.In this study, we developed theoretical formulas for analytically predicting the effectiveness of bistatic and multistatic systems used for area search and to provide a benchmark for planners. We also generated optimal sensor configurations to maximize the detection probability for different target models. For optimizing bistatic systems we used integral geometry and geometrical probability theories and Mixed Integer Non-Linear Programming and Genetic Algorithm methods for optimizing multistatic systems. All theoretical results are confirmed through Monte Carlo simulations.Using the formulas one can compute the target detection probability for bistatic and multistatic systems that are uniformly and randomly deployed in the area with parameters such as the number of sources and receivers, detection range and area. The optimal area size with respect to the number of sensors can be determined as well. Also using the optimal sensor configurations developed in this study it is possible to maximize the probability of detection and area coverage.