Search

Yüksek lisans tezi olarak tasarladığım bu devrenin amacı, özellikle son yıllarda artan meme kanserini tespitte kullanılacak ucuz maliyetli, insan vücuduna hiçbir zararı olmayan elektromanyetik dalgaları kullanan ve hızlı bir uygulaması olacak bir medikal görüntüleme sisteminin önemli bir yapı taşı olacak olmasıdır. Halihazırda olan bir sistem bulunmakta, çeşitli yöntemler kullanılarak bu görüntüleme yapılmaktadır. Fakat bu sistemdeki en büyük problem maliyettir. Sistemde bilgisayarlar ve çok büyük ücretlere sahip vektör network analizörler kullanılmaktadır. Amacımız bu aletleri birer birer yerlerine koyulabilecek uygun ücretli devreler ile değiştirmektir. Böyle düşük maliyetli bir sistem bütün hastanelere yerleştirerek, kadınlarda meme kanserinde erken teşhis konulmasına yarayabilecektir. Sadece meme kanseri değil, bunun dışında birçok görüntüleme ve ayrı uygulama alanlarında kullanıbilecektir. Örneğin, hızla gelişmekte olan 5G ve 6G haberleşmelerinde aynı anda birden çok anten kullanımı gerekmektedir. Bu antenlerin hepsi sırayla aktif hale getirilerek kullanılabilir. Ayrıca devreyi 0.1-6GHz bandında tasarlamamız sayesinde bütün gerekli frekansları kapsayabilen bir devreye sahip oluyoruz.Devrenin çalışma prensibi SMA bağlantıları yardımıyla bağlanılan 16 adet anteni, sanki sadece 2 adet anten bağlanmış gibi kullanabilme özelliği sunmasıdır. Bu kullanımı sağlayabilmesi için 2x2 switch veya diğer adları ile transfer switch ve DP2T switchte denilen yapılar ve 1 sinyali 8 sinyal hattına çoklayabilecek switch yapıları kullanılmıştır. Projede tasarlanan devre tek başına çalışan bir devre değil, bir ara devredir. Anten ve 2 portlu bir ölçüm cihazı arasında köprü görevi kurmaktadır. 16 portu olan bir VNA ile 16 adet antene aynı anda ışıma yaptırım, yine bu antenler üzerinden ölçümler yapılarak bu sonuçlar s16p dosyası ve touchstone formatında kaydedilir. Bu dosya aslında 16 satır ve 16 sütundan oluşan bir matris dosyasıdır ve bu matrisler çok sayıda frekans değeri için hesaplanır. Sadece 2 adet portu olan bir VNA'nın oluşturabileceği dosya s2p dosyasıdır. İsminden anlaşılabileceği gibi sadece 4 elemandan oluşan bir matrisi oluşturabilir. Tasarladığımız devre sayesinde, fiziksel olarak tek tek antenlerin kablolarını söküp sırayla gerekli antenleri takıp s2p dosyalarını oluşturuyormuş gibi bir işlem yaparız. Her an için bu 16 antenden sadece 2 tanesinin sinyali bu iki VNA girişine ulaşabilir. S parametreleri böylece her ikili anten grubu için tek tek hesaplanır, bu da toplam 136 kere farklı ikili anten hesaplaması demektir. Matris simetrik olacağından ötürü 16x16=256 kere bu işlemi yapmaya gerek yoktur.Devre 10x10cm gibi küçük bir boyuta sahiptir. Giriş portları devrenin üst kısmında, çıkış portları ise yan kısımlarda yer almaktadır. İlk kısımda devrenin genel görünüm olarak nasıl olacağı tasarlanmıştır. Boyutunun değerleri ise PCB üreten firmalarda fiyatın bu büyüklüğün üzerinde olması nedeniyle çok artacağından, bu şekilde seçilmiştir. İlk olarak çeşitli olabilecek ve kullanılabilecek switch çeşitleri detaylıca incelenmiş ve üretmesi en sorunsuz yapı olan dizayn seçilmiştir. Bu yapıda kullanılar çipler ise bir sonraki aşamalarda seçilmiştir. Seçimler sonraki aşamada yapılmasına rağmen, ilk aşamalarda bunlar incelendi ve her duruma hazır olarak başlanıldı. Devrede kullanılacak switch tiplerinden ilki SP8T switch olarak seçilmiştir.Bu devre elemanı bir girişten alınan sinyali 8 adet çıkış portundan istenilen çıkışa iletmesini sağlayan bir yapıdır. İkinci tip switch DP2T adıyla bilinen diğer adıda transfer switch olan eleman tipi seçilmiştir. Bu yapı ise 2 adet giriş portundan alınan sinyalleri istenilen 2 çıkıştan ayarlanılabilecek şekilde iletir. SP8T yapısından 2 adet kullanılacak ve devrenin 2 çıkış portundan önce yer alacaktır. DP2T switch yapıları is 16 adet antenin bağlandığı giriş portlarının ucuna 8 adet olacak şekilde konulacaktır. Devrede giriş ve çıkış portları toplam 16 adettir, bu nedenle devremize çok sayıda konnektör gereklidir. En çok yaygın olarak kullanılan RF konnektörleri olan 50 ohm değerli ve en az 6GHz'e kadar uyumlu olan SMA konnektörler seçilmiştir. Dizayn kısmına göre 16 adet SMA devreye dik şekilde yerleştirilecek, 2 adet ise devrenin sağ ve sol uçlarında bulunacaktır. Devrenin dizaynı ve gerekli elemanlarının belirlenmesinin ardından yapılacak işlem bu devre elemanlarının seçimidir, çeşitli güvenilir üreticiler ve aradığımız tipteki elemanlar incelenmiş ve seçimler yapılmıştır. Bu seçimler yapılırken fiyatları ve performansları en önemli iki etmen olarak göz önüne alınmıştır. Devredeki SMA'ler Cinch Connectivity Solutions Johnson adlı üretici firmadaki uyumlu konnektörlerden seçilmiştir. Bunun dışındaki devre switchlerinden ilki olan SP8T switch Analog Devices firmasının ürettiği HMC321A kodlu ürün seçilmiştir. Tranfer switch is Macom firmasının uygun fiyatlı ve yüksek performanslı üretimi seçilmiştir. Bunun dışında devrede bu yapıların dijital kontrolünü gerçekleştirmesi adına bir mikrodenetleyiciye ihtiyaç vardır. Bu görevi yapması gereken işlemcide 24 adet genel amaçlı kullanım pini olması gerekmektedir. STM32F4 Discovery adı verilen evaluation board şeklinde satılan mikroişlemci kullanılmaya karar verildi. Devreye bunu doğrudan lehimlemek yerine, header lehimlenecek ve doğrudan tak-çıkar şeklinde bir yapı tasarlanacak.Her eleman seçildikten sonraki adım şematik ve PCB tasarımını yapmak oldu. Şematik çizimi elektronik devreleri bilgisayarda çizmemizi sağlayan bir program yardımı ile yapıldı. Bu programın en iyi tarafı çizilen şematiğin bağlantılarını ve yapısını olduğu şekilde PCB çizim kısmına aktarabilmesidir. Öncelikle seçilen bütün elemanların bu programda şematik ve PCB kütüphanesi oluşturuldu. Bunun için çeşitli websitelerinde hazır olarak verilen yapılar ve tek tek el ile çizilen yapılar kullanıldı. Ayrıca 3D görünümleride eklenerek, son durumda üretilecek olan PCB'nin prototibide görülebilecek hale gelmiş oldu. Bu kütüphanelerin çizimlerini yapabilmek için üreticilerin sunmuş olduğu datasheetler ve bütün gerekli dökümanlar detaylı şekilde incelendi. Bütün bu tasarımların hazır olması bize çok büyük kolaylık sunuyor. Bütün elemanlar gerekli yerlere yerleştirilerek gerekli işlemleri tamamladık.Bu devre bir yüksek frekans devresi olduğundan dolayı, klasik bir elektronik devresi gibi sadece bağlantıları yaparak işlemleri bitiremiyoruz. PCB tasarımını yaparken transmisyon hatlarından, materyal kalınlığına kadar her uzunluk büyük önem taşır. Bu ölçümleride yapabilmek adına elektromanyetik simülasyon programları kullanıldı. Gerekli hat kalınlığını devrede kullanılan switch IC'lerinin bacak kalınlığı ile yakın bir kalınlıkta olması gerekiyor. Bunun nedeni ise, bağlantılardan oluşabilecek yansımayı minimuma indirmektir. Bundan ötürü hat kalınlığını 0.38mm seviyelerine düşürdük. Bu ölçümü çeşitli hesaplama araçları kullanarak karşılaştırması yapılarak hesapladık. Ayrıca devredeki groundlarımız klasik mikroşerit transmisyon hatları tasarımı ile yapmak yerine günümüzde neredeyse bütün firmaların evaluation devrelerini üretme şekli olan CPWG yapısı kullanarak tasarladık. Bu yapının özelliği, sadece tek bir layer ground olmasının yanında aynı zamanda sinyal hatlarının olduğu bölümde her yeri kaplayan ve alt katmanlardaki ground ile birleştiren deliklerin kullanılmasıdır. Bu yöntem ile izolasyon mükemmel hale getirilip girişim minimuma indirilmiştir. Bütün bu tasarımım ardından devre üretime hazırdır, fakat devrede girişim ve elektromanyetik yansımaların ne seviyede olduğu ve herhangi düzeltmeye gerek olup olmadığı ölçülmelidir. Bunu ölçmemizin yolu bahsettiğimiz gibi elektromanyetik simülasyon programları kullanmaktır. Bu amaç için kullanabileceğimiz en iyi program seçildi ve tüm gerekli simülasyonlar yapıldı. Öncelikle PCB olarak tasarlıdığımız devre ortak bir dosya türüne çevrildi ve bu EM simülasyon programına aktarıldı. Devredeki elemanlar aktarılamayacağından dolayı bunlar kaldırıldı ve en önemli kısım olan sinyal hatlarının simülasyonları yapıldı. Fakat biz yine de bu devrede bulunan switch ve diğer elemanların simülasyonlarını yapmalıyız. Bunun içinde aynı EM simülasyon programının şematik görünümlü yapısında, elemanlarımızın üreticileri tarafından verilen s-parametre dosyaları kullanılarak buraya aktarıldı ve devrenin tamamını içerecek şekilde bir simülasyon yapıldı. Sonuçlar ve bu sonuçların açıklamalarını yaptık. Beklediğimizden daha iyi sonuçlar elde ettik, yansıma katsayısı ve dönüş kaybına baktığımızda, 2GHz frekansında yansımadan dolayı sadece %3 kayıp olduğunu gördük, bu değerde -15dB'e tekabül etmektedir. Bunun dışında izolasyonun en kötü değeri aynı frekans için -30dB mertebelerinde, ve aynı hat üzerindeki kaybın ise -2.6dB seviyelerinde olduğunu gördük. Bu kayıpların en büyük sebepleri ise malzeme olarak FR4 kullanılması ve satın alınan switchlerin halihazırda kayıplarının fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Devrede hiçbir sorun olmadığından bir sonraki aşamaya geçebiliriz. Dijital kontrol devresinin programlaması kısmına geçmeden önce gerekli PCB üretim dosyaları oluşturularak üreticiye gönderilmiş ve devrenin üretimine geçilmiştir. Ayrıca dizgi el ile yapılacağından bir adet stencil siparişi verilmiştir. Devre üretildiği sırada biz seçilen mikroişlemci için gerekli hazırlıkları ve kodlamaları tamamladık. Bizim için gerekli olan dijital kontrol için bir bilgisayarda oluşturduğumuz kullanıcını gerekli bilgileri girerek devreyi kontrol edebileceği bir yapı oluşturmayı hedefledik. Bu yapı için gerekli kısımlar sırasıyla, kontrol pinlerinin olması gereken değerleri tablo haline getirmek, ardından mikroişlemcinin çalıştıracağı kodu yazmak ve arayüzü oluşturmaktı. Bütün switchlerin kontrol mekanizmaları detaylıca incelendi ve gerekli gerilimlere önceden bakıldı ve aktif ve pasif hale getirilmesi gereken pinler bir excel tablosu haline getirildi. Her switchin aktif olduğu ve bu durumlarda hesaplanan s-parametreleri listesi güzel bir şekilde oluşturuldu. Hepsi ayrı bir durum olarak yazıldı, bu durumları işlemcide çalışacak kodun içine eksiksiz kusurda yazdık. Ayrıca bilgisayar ve işlemci arasında haberleşmeyi yapmak amacıyla UART haberleşmesini kullanmaya karar verdik. Mikroişlemciye gönderilecek olan tek bilgi case numarası adını verdiğimiz 3 basamaklı sadece 3byte'tan oluşan bilgiler oldu. Bu sayede gönderilen sayıya göre işlemci seçimi yaptı ve gerekli pinleri aktif hale getiriyordu. Gerekli kodlar işlemcide tamamlandıktan sonra arayüzü yapmak kalmıştı. Bunun içinde MATLAB'in bir yapısı olan AppDesigner kullanmayı seçtik. Herhangi lisans kullanmaya gerek olmadan yazılan programı bilgisayarımıza yükleyerek bu arayüzü kullanabiliyoruz. Bu şekilde arayüzümüz çeşitli özellikleri ile oluşturuldu. Burada portu seçip ona bağlanma ve gerekli s-parametrelerini hesaplamak için yazılan kodlar bulunuyor. Bununla birlikte bütün kısımlar tamamlandı ve sadece devrenin üretimi kalmış oldu.PCB tasarımı ile hazırlanan dosyalar üreticiye gönderilip devremiz üretildikten sonra, stencil yardımı ile devremiz temizlendikten sonra krem lehim ile lehim sürme işlemi yapıldı. Ardından devrede kullanılacak olan komponentler yerleştirildi ve devremiz bu kullanılan kurşunlu lehimin özelliklerine göre ayarlanmış 183C^o için ayarlanan fırında pişirildi ve devremiz tamamlandı. Ardından gerekli testler VNA yardımı ile yapıldı. In this project, a switching matrix is designed. The purpose of this switch is similar tomultiplexers. The goal is to create a switch, which will have 2 inputs and 16 outputs,where the inputs will be connected to all the outputs by using switch ICs. The reasonto design this circuit is, it is needed in a medical imaging system. This circuit is goingto be used in that imaging system to reduce cost. The system will be made in the future,but it has a working prototype already. For now the system uses a vector networkanalyzer with 24 ports. This kind of VNAs are very expensive, and for such imagingsystems it would increase the cost by a huge amount. This VNA is not irreplaceable,instead it can be replaced by a small 2 port VNA and a switching matrix which willwork as 2x16 switch or with the known abbreviation DP16T switch. It has beendecided that there will be this switching matrix in the foreseen imaging system. Afterthe decision is made, only thing there is left is, to make this circuit.Firstly researches have been made for this kind of switch. There are few DP16T switchproducts that are on sale. But there are many small switches such as DP2T or SP4Ts.By using these small switches, it is possible to create the required switching matrix.The design of this type of circuit is some kind of art. There are many choices to choosefrom. Firstly, possible designs are introduced and explained. After the detailedresearches, most suitable circuit design is chosen. With the design type is being chosen,schematic and PCB designs of the circuit is made using electronic design softwares.Every part of circuit is included in these designs, instead of overall view of design part.Since this circuit is a high frequency circuit which will be using the frequency bandbetween 0.1-6GHz, it is important to make electromagnetic simulations using anelectromagnetic simulation software for PCBs to create s-parameters. A detailedsimulation is made using the software. Every component and every part, which canaffect the behavior of the result has been included in these simulations. Afterconfirming there are no problems, and calculating required widths and thicknesses, thecircuit is ready to produce. Gerber and drill files are produced and they are given tothe manufacturer. PCB is produced, and components are bought. At the last steps,components are placed and soldered to PCB, and the required tests are made andcompared with the simulation results. 91

İnsansız sistemler askeri alanda tehlikeli çevrelerde ve görevlerde insanların yerini her geçen gün daha fazla almaktadır. Dünya genelinde pek çok askeri insansız sistem tasarlanmakta ve üretilmektedir. Askeri alanda kullanımın bir sonucu olarak, mevcut ve yeni üretilen insansız sistemlere mevcut ve yeni üretilen silahların entegrasyonunun yapılması ihtiyacı süregelmektedir. İnsansız sistemlere silah entegrasyonu çalışmalarında, maliyetlerin düşmesi, entegrasyon süresinin azalması, çalışmaların kolaylaşması ve teknik sorunların en aza indirilmesi için standartlaşmaya ihtiyaç vardır. İnsansız sistemlerde silah entegrasyonunun iletişimsel açıdan standartlaşması yönünde yapılan bu çalışmada dayanak noktası olarak insansız sistemlerde haberleşmeyi standartlaştırmayı amaçlayan Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standardı seçilmiştir. Çalışmanın kapsamı güdümlü taktik füzeler olarak belirlenmiştir. Kapsama dahil olan silah sistemlerinin ihtiyaçları ve Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standardının mevcut yapısı göz önünde bulundurularak, Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standardına silah bileşeni ve haberleşme yapısı eklenti olarak tanımlanmıştır. Unmanned systems are taking increasingly the place of people in dangerous environments and in military missions day by day. Many military unmanned systems have been designed and manufactured worldwide. As a result of military use, the need to integrate existing and newly produced weapons into existing and newly produced unmanned systems continues. In the case of weapon integration into unmanned systems, there is a need for standardization to reduce costs, reduce integration time, simplify operations and minimize technical problems. In this study, which aims to standardize communication in unmanned systems, Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standard has been chosen as the mainstay of the study. The scope of the study was determined as guided tactical missiles. Taking into account the needs of the weapon systems included in the scope and the current structure of the Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standard, the weapon component and communication structure is defined as an extension to the Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) standard. 143

Bu çalışmada, GPS verilerinin işlenmesi sonucu elde edilen bilgiler dâhilinde otonom ve manuel olarak çalıştırılabilen bir mobil silah platformunun yazılımı geliştirilmiştir.Sabit noktaya konumlandırılacak olan silah platformu, geliştirilen yazılım sayesinde harici bir ortamdan gönderilecek olan konum bilgisine göre yönünü belirleyebilecek ve 2 eksende hedefe yönlenebilecektir. Yazılım, platformun sağ-sol eksende 360 derece, yukarı-aşağı eksende 90 derece hareket etmesine olanak tanımaktadır. Ayrıca geliştirilen navigasyon yazılımı sayesinde GPS'den alınan veriler işlenebilmektedir. Motor kontrolü için geliştirilen yazılım sayesinde 1 kW'a kadar iki adet DC motorun platformun hareket sisteminde kullanılması mümkün kılınmıştır. DC motorlar motor kontrol kartı yardımı ile taşınabilir bir bilgisayara bağlanabilmektedir.Platformu istenilen noktaya yönlendirmek için heading ve azimuth açıları ile bulunulan noktanın hedef noktaya olan mesafe bilgisi kullanılmıştır. Herhangi bir ortamdan hedef nokta için gönderilen koordinatta hedefin enlem ve boylam bilgileri yer almaktadır. Platforma ait koordinat bilgileri ve heading açı değerleri ile tespit edilen hedef noktanın koordinat bilgileri arasındaki matematiksel ilişkiye göre yönlendirme işlemi gerçekleştirilmektedir. Platformun heading açısı, hedef noktaya ait azimuth açısı ve iki noktanın birbirine uzaklığı endüstriyel bilgisayar üzerinde yer alan yazılım ile anlık olarak hesaplanmaktadır. Heading ve azimuth açıları eşit olana kadar platform hedef noktaya doğru doğrultusunu değiştirmektedir. Geliştirilen yazılım silah platformu üzerine termal kamera yerleştirilmesine olanak sağlamaktadır. Bu sayede internet bağlantısı üzerinden silah platformu uzaktan izlenebilmekte ve kontrol edilebilmektedir. In this study, the software of a mobile weapon platform which can be operated autonomously and manually has been developed within the scope of the information obtained as a result of the processing of GPS data.The weapon platform that will be positioned at the fixed point will be able to determine its direction according to the position information to be sent from an external environment by the developed software and it will be directed to the target in 2 axes. The software enables the platform to move 360 degrees in the right-left axis and 90 degrees in the up-down axis. Furthermore, the data from the GPS can be processed with the navigation software developed. Thanks to the software developed for motor control, it is possible to use two DC motors up to 1 kW in the movement system of the platform. DC motors can be connected to a portable computer with the help of the motor control board. To direct the platform to the desired point, the heading and azimuth angles with the information of distance between the destination point and current point was used. The coordinates sent from any environment for the destination point include the latitude and longitude information of the target. The orientation process is carried out according to the coordinate information of the platform and the heading angle values with the mathematical relationship between the coordinate information of the target point determined. The heading angle of the platform, the azimuth angle of the target point and the distance of the two points to each other are calculated instantaneously with the software on the industrial computer. The platform changes its direction to the target point until heading and azimuth angles are equal. The developed software enables the installation of thermal cameras on the weapon platform. In this way, the platform can be monitored and controlled remotely via the internet connection. 87

Denizaltından fırlatılan seyir füzelerine ait tipik bir görev profili, füzenin fırlatılışından sudan çıkışına kadar olan hareketini kapsayan fırlatma fazı ile başlayıp, sudan çıkıştan itibaren seyir fazı başlangıcına kadar süren yükselme fazı ile devam eder. Fırlatma ve yükselme fazı için hedeflenen menzil değerine ulaşmak amacıyla, füzeyi seyir başlangıç koşullarına taşıyacak mevcut enerjinin efektif bir şekilde kullanılması gerekmektedir. Bu amaçla, bu çalışmada denizaltından fırlatılan bir seyir füzesinin sualtı ve hava hareketi boyunca enerji-optimal kontrolü üzerine yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Bu yaklaşımda, ifade edilen problem bir minimum-efor optimal kontrol problemi olarak modellenmiş ve çözülmüştür. Ardından başlangıç ve son koşulların enerji ihtiyacı üzerindeki etkileri incelenmiş ve minimum enerji ihtiyacını sağlayacak koşullar tespit edilmiştir. Bunun yanında, füzenin su yüzeyinden hedefe kadar olan hareketini kontrol etmek amacıyla, oransal integral-türevsel (PID), doğrusal karesel regülatör (LQR) ve kutup yerleştirme temelli üç farklı otopilot tasarımı gerçekleştirilmiş ve birbiriyle karşılaştırılmıştır. Güdüm ve kontrol tasarımı yapılmadan önce, altı serbestlik dereceli (6 DOF) hareket denklemleri türetilmiş, ardından hidrodinamik ve aerodinamik parametreler elde edilmiştir. Minimum-efor optimal kontrol ve otopilot tasarımı çalışmalarından önce, doğrusal olmayan 6 DOF hareket modeli sadeleştirilmiş ve doğrusallaştırılmıştır. Tasarlanan güdüm ve kontrol stratejilerinin sonuçları, doğrusal olmayan 6 DOF benzetimler kullanılarak ortaya konmuştur. Son olarak ise yürütülen teorik çalışmalar ve benzetim çalışmaları temel alınarak bazı yorumlar yapılmış ve gelecek çalışma alanlarından bahsedilmiştir. A typical mission profile of submarine-launched cruise missiles begins with the launch phase which covers the motion of the missile from the launch to the water-exit and continues with the boost phase which lasts from the water-exit to the beginning of the cruise phase. In order to achieve the desired range of the launch and boost phases, efficient utilization of available energy which carries the missile to the beginning of the cruise phase is necessary. For this purpose, this study presents a new approach for energy-optimal control of the underwater and air motion of a submarine launched cruise missile. In this approach, the aforementioned problem is modeled and solved as a minimum-effort optimal control problem. Then, the effects of initial and final conditions on energy need are investigated, and the optimal conditions that result with the minimum energy need are determined. Besides that, to control the motion of the missile from the sea surface to target, proportional-integral-derivative (PID), linear quadratic regulator (LQR) and pole-placement based autopilots are designed and compared with each other. Prior to the guidance and control design steps, six degrees of freedom (6 DOF) motion equations are derived, then the hydrodynamic and aerodynamic parameters are retrieved. The nonlinear 6 DOF motion model is simplified and linearized before minimum-effort optimal control design and autopilot studies. Results of the designed guidance and control strategies are presented through the nonlinear 6 DOF simulations. Finally, some comments are made and future studies are mentioned based on theoretical and simulation studies. 193

Kızılötesi (KÖ) görüntüleme sistemleri sivil ve askeri görüntüleme uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesindeki dalgaboylarında yapılan elektromanyetik yayılımları algılamak üzere odaksal düzlem dizisi (İng. focal plane array) şeklindeki kızılötesi görüntü algılayıcıları (İng. image sensors) kullanılmaktadır. Çeşitli optik elemanlar aracılığıyla odaklanan ve odaksal düzlem dizisi üzerine düşürülmesi sağlanan kızılötesi ışınım belirli bir pozlama süresi (İng. integration time) boyunca algılayıcı tarafından emilir ve daha sonra okuma devreleri aracılığıyla analog elektriksel sinyal olarak okunur. Elde edilen KÖ görüntünün bulanık olmaması için gerekli şartlardan biri pozlama süresi boyunca görüntülenen nesne ile görüntü algılayıcısının birbirlerine göre bağıl hareketlerinin sıfır olması veya kabul edilebilir bir sınırın içinde kalması gerekliliğidir. Görüntülenen nesnenin ya da görüntüleme sisteminin pozlama süresi boyunca yaptığı hareket KÖ görüntü de bulanıklığa neden olacaktır. Bu tez çalışması kapsamında, KÖ görüntüleme sistemi hareketinden kaynaklı ortaya çıkan bulanıklık incelenmiş ve modellenmiştir. Bulanıklığın nicel olarak hesaplanabilmesi için KÖ görüntüleme sistemi hareketini ölçmek amacıyla ataletsel ölçüm birimi (İng. inertial measurement unit) verisi kullanılmıştır. Böylece pozlama süresi boyunca KÖ görüntüleme sistemine ait Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) verisi kullanılarak her bir piksele ait nokta yayılım fonksiyonunu (İng. point spread function) hesaplayan yazılım geliştirilmiştir. KÖ görüntüleme sistemi hareketinden kaynaklı bulanıklık hesaplandıktan sonra, oluşan bulanıklık görüntü işleme teknikleri kullanılarak yok edilmeye çalışılmıştır. Bulanıklığı gidermek üzere literatürde kullanılan görüntü işleme teknikleri incelenmiş ve başarımlarını test etmek amacıyla MATLAB ortamında benzetimler yapılmıştır. MATLAB ortamında test edilen bulanıklık giderici algoritmaların gerçek zamanlı olarak FPGA üzerinde uygulanabilirliği araştırılmış ve bunun için gerekli donanım ve yazılım kaynakları belirlenmeye çalışılmıştır. Seçilen bir bulanıklık giderici algoritmanın gerçek zamanlı tasarımı birebir FPGA IP çekirdekleri kullanılarak Xilinx System Generator ortamında yapılmıştır. Gerçek zamanlı görüntü netleştirme biriminde hafıza olarak SDRAM kullanımı durumunda, 2B-FFT uygulanmasında kullanılacak devrik alma işleminden dolayı ortaya çıkacak sorunlar incelenmiştir. Bu hafıza kullanılarak bir görüntünün devriğinin (İng. transpose) alınmasının tüm gerçek zamanlı görüntü işleme akışını yavaşlatacak düzeyde uzun olacağı anlaşılmıştır. Görüntünün daha hızlı devriğinin alınması ve hafızayı daha verimli kullanmak üzere Corner Turn Matris isimli yöntem incelenmiştir. Corner Turn Matris yöntemiyle daha hızlı devrik alınması işlemi System Generator ortamında tasarlanmıştır. System Generator ortamında tasarlanan bulanıklık giderici algoritmaya ait benzetimler yapılmış ve sonuçlar MATLAB sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bulanıklık giderici algoritmanın bazı kritik alt IP çekirdekleri Xilinx Zynq SoC (İng. system-on-chip) taşıyan geliştirme kartı kullanılarak gerçek zamanlı olarak test edilmiştir. Gerçek zamanlı olarak uygulanmayan diğer bulanıklık giderici algoritmaların MATLAB benzetimleri yapılmıştır. Tez çalışması sonucunda, KÖ görüntüleme sisteminin pozlama süresi boyunca bir senaryo dahilinde yaptığı hareketin oluşturduğu bulanıklık nicel olarak hesaplanabilmektedir. Ardından bu bulanıklık belirli şartları sağlıyorsa System Generator ortamında tasarlanan bulanıklık giderici algoritma kullanılarak yok edilebilmektedir. Bazı tipteki bulanıklıklar için System Generator uygulamasının başarımı düşük kalabilmektedir. Bu tip bulanıklıklar MATLAB ortamında uygulanan tekrarlayan en küçük kareler (İng. iterative least squares) yöntemi tabanlı bulanıklık giderici algoritma kullanılarak yok edilebilmektedir. Infrared (IR) imaging systems are frequently used in civil and military imaging applications. Infrared image sensors are used in the focal plane array to detect electromagnetic emissions in the wavelengths of the infrared region of the electromagnetic spectrum. Infrared radiation, which is focused through various optical elements and fallen onto the focal plane array, is absorbed by the infrared sensor during a certain exposure time, and is then read as an analog electrical signal by using the readout circuits. One of the conditions required for the IR image to not be blurred is that the relative motion between the imaged object and IR imaging system must be zero or remain within an acceptable limit, during the integration time. The motion of the imaged object or the IR imaging system during the integration time will cause blurring of the IR image. Within the scope of this thesis, the blur caused by the IR imaging system movement has been examined and modeled. In order to quantify the blur, an inertial measurement unit is used to measure the movement of the IR imaging system. Thus the software for calculating PSF for each pixel was developed using the IMU data of the movement of IR imaging system during the integration time. After calculating the blur due to the IR imaging system movement, the resulting blur is tried to be eliminated by using image processing techniques. In order to eliminate the blur, image processing techniques used in the literature were examined and simulations were made about their performance. In order to get the applicability of the obtained deblurring algorithms on FPGA in real time, the necessary hardware and software resource were tried to be determined. Deblurring algorithm was implemented in the Xilinx System Generator environment using FPGA IP cores for real-time working on FPGA. In case of use of SDRAM as a memory in real-time image deblurring, the problems that will arise due to matrix transposition to be used in 2D-FFT application are examined. Using this memory, it was found that image transpose would be long enough to slow down the entire real-time image processing flow. The Corner Turn Matrix method is designed in the System Generator environment for faster transpose of the image and more efficient use of SDRAM memory. Deblurring algorithm designed in System Generator environment is simulated and the results are compared with MATLAB results. Some critical sub-IP cores of the deblurring algorithm have been tested in real time using the development board that carries the Xilinx Zynq SoC (Sytem-on-chip). MATLAB simulations were performed for other deblurring algorithms which were not applied in real time. As a result of the thesis study, the blur caused by the movement of the IR imaging system in a scenario during the integration time can be calculated quantitatively. Then this blur can be eliminated by using the deblurring algorithm designed in the System Generator environment if it meets certain requirements. For some types of blur, the performance of the System Generator application may remain low. For these types of blur, images can be clarified by using the algorithm based on the iterative least squares method designed in MATLAB. 128

Radar, hareketli veya hareketsiz hedeflerin konumunu, şeklini ve hızını tespit etmek amacıyla kullanılan, hedef cisme elektromanyetik dalga gönderip, geri saçılan alanları toplayan bir sistemdir.Radar, hedefe elektromanyetik dalga gönderir, hedefteki saçıcı noktalarından farklı enerjilerde geri saçılan dalgaları bir alıcı anten ile algılayarak işler ve bu işlemler sonucunda hedefin görüntüsünü oluşturur. Tek bir bakış açısında gönderilen işarettten 1 boyutlu radar menzil profili çıkarılabilirken, farklı bakış açılarından toplanan işaretlerin işlenmesiyle 2 boyutlu radar görüntüleri de elde edilebilmiştir. 2 boyutlu radar görüntüleri çıkarılırken, radarın hedefe farklı açılardan elektromanyetik dalga göndermesi gerekmektedir. Bu sorun, radarlarda yapay açıklık kavramı geliştirilerek çözülmüştür. 2 boyutlu radar görüntüleri oluşturulurken eğer hedef sabit ve radar hareketli ise bu sistemlere Yapay Açıklıklı Radar (YAR), eğer hedef hareketli ve radar sabit ise bu sistemlere Ters Yapay Açıklıklı Radar (TYAR) denilmektedir. Hareketli hedeflerin konumunu, hızını ve şeklini tespit eden TYAR sistemlerinde en önemli sorunlardan biri de 2 boyutlu radar görüntülerinin çözünürlüğü olmuştur. Radar görüntüsünün menzil çözünürlüğü gönderilen işaretin band genişliği, çapraz menzil çözünürlüğü ise işaretin gönderilip toplandığı integrasyon zamanı boyunca oluşan gözlem açı aralığı ile doğru orantılıdır. Toplanan geri saçılan alanların ters Fourier dönüşümü radar görüntüsünü verir. Görüntünün yüksek çözünürlüklü olması için geniş band ve geniş gözlem açı aralığında çalışmak gerekir. Ayrıca Fourier tabanlı yöntemde sınırlı band ve açı aralığında çalışmak spektral sızmaya neden olduğu için radar görüntülerinde yan lob problemi gözlenir. Kuvvetli saçıcıların yanında yalancı saçıcıların oluşmasına neden olan bu problem pencereleme kullanılarak giderilse de çözünürlüğün azalmasına neden olduğundan Fourier dönüşümüne dayalı klasik radar görüntülemenin performansını sınırlandırır. Bu sebeple, görüntü çözünürlüğünün geliştirilmesi için birçok yöntem geliştirilmiştir. Temel yöntem olarak bir hedeften geri saçılan verilere klasik Fourier dönüşümü (FT) yöntemi uygulanmıştır. Daha sonra ise çözünürlüğün iyileştirilmesi için AR ve MUSIC modelleme gibi spektral kestirim yöntemleri bulunmuştur. Son yıllarda ise çözünürlüğün daha da iyileştirilmesi için seyrek gösterilim (sparse) yöntemi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Seyrek gösterilim yönteminde problemin çözümü için ise BP (Basis Pursuit), BPDN (Basis Pursuit Denoising) ve LASSO gibi farklı konveks minimizasyon yaklaşımları kullanılmıştır. Genellikle seyrek gösterilim yöntemi ile çözünürlüğü yüksek radar görüntüleri elde edilebilirken, bazı durumlarda radardan hedefe gönderilen ve hedeften geri saçılan işaret verilerinde eksikler olabilir. Bu tip durumlarda, işlenecek veriler eksik olduğundan dolayı klasik Fourier dönüşüm tabanlı yöntem ile iyi bir görüntü oluşturmak zordur. Klasik yöntem kadar olmasa da diğer yüksek çözünürlüklü radar görüntüleme yöntemlerinin performansları da bu durumdan etkilenmektedir. Bu sorunun çözümü için eksik veri durumunda çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, eksik veri durumunda radar görüntüleme yöntemlerinin performansları eksik veri ve verinin çeşitli yöntemlerle tamamlanması durumları için incelenmiştir. Hedeften geri saçılan veri matrisinde rastgele hücrelerin eksik olduğu eksik veri durumunda eksik hücreler kübik interpolasyon yöntemi ile doldurulmuş ve klasik Fourier dönüşümü tabanlı yöntem ile radar görüntüsü oluşturulmuştur; fakat çözünürlükte anlamlı bir iyileşme olmamıştır. Seyrek gösterilim yönteminde geri saçılan alanlar Fourier sözlüğü kullanılarak modellenmekte, optimizasyon sonucu elde edilen seyrek katsayılar doğrudan radar görüntüsünü vermektedir. Farklı bir yaklaşım olarak elde edilen seyrek katsayı vektörü, Fourier sözlüğü ile çarpılarak geri saçılan alan verisi yeniden oluşturulabilir. Bu veri artık eksik olmayacağından klasik ya da yüksek çözünürlüklü yöntemler uygulanarak radar görüntüsü oluşturulabilir. Bu şekilde elde edilen radar görüntülerinde çözünürlüğün Fourier tabanlı yönteme göre arttığı, yan lobların azaldığı gözlemlenmiştir. Ancak sonuçlar eksik veriye doğrudan seyrek gösterilim yönteminin uygulandığı duruma göre fazla bir iyileşme göstermemektedir.Görsel sonuçların yanı sıra yöntemler, literatürde radar görüntüleme konusunda kabul görmüş metrikler kullanılarak nicel olarak da karşılaştırılmıştır. Bu metrikler hedefin arka plana oranı, entropi, hedefin arka plana entropi farkı, ana lob genişliği ve kontrasttır. Hedefin arka plana oranı, bir görüntüde arka plana gore hedefin piksellerinin kuvvetlendirilmesinin bir ölçütüdür ve bu değer büyüdükçe hedef, görüntüde daha belirgin görünür. Entropi, görüntü keskinliğinin bir ölçütüdür ve daha küçük entropi değerlerinde hata seviyesi düşük olduğundan daha keskin bir görüntü elde edilir. Hedefin arka plana entropi farkı, hedefin entropisi ile arka planın entropisi arasındaki fark olarak tanımlanır ve bu değer yükseldikçe hedef, arka plandan daha kolay ayırt edilebilir. Ana lob genişliği, çözünürlük göstergelerinden biridir ve bu değer düştükçe görüntü çözünürlüğü iyileşir. Kontrast ise görüntüde karşıtlığın bir ölçütüdür ve bu değer yükseldikçe görüntü daha keskin olur.Görsel ve nicel sonuçlar, verinin rastgele eksik olduğu durumda veriye direkt olarak uygulanan seyrek gösterilim yönteminin en iyi sonucu verdiğini göstermektedir. Fourier sözlüğü kullanarak veriyi doldurma yaklaşımı ise, interpolasyona göre daha iyi başarım sağlamıştır. Sonuç olarak rastgele eksik veri için veri tamamlama adımı kullanılmadan doğrudan veriye seyrek gösterilim yöntemini uygulamak yeterli olacaktır.Geri saçılan veri matrisinde ardışık olarak boş olan satırların bulunduğu boşluklu veri durumunda ise geri saçılan verideki boşluklar Lineer Öngörü Yöntemi (LÖY) ile veri uzatma yapılıp AR katsayıları Burg yöntemi ile bulunup hata minimize edilerek boşluklar doldurulmuş ve klasik Fourier dönüşümü tabanlı yöntem ile radar görüntüsü oluşturulmuştur. İlave olarak, boşluklu veri boşluklar doldurulmadan direkt olarak seyrek gösterilim yöntemi ile işlenmiş ve radar görüntüsü elde edilmiştir. Ayrıca farklı bir yöntem olarak seyrek gösterilim yöntemi ile oluşturulan görüntü sözlük matrisi ile çarpılarak geri saçılan veri matrisi tekrar oluşturulmuş ve Fourier dönüşümü tabanlı yöntem kullanılarak görüntü elde edilmiştir.Elde edilen görsel ve nicel sonuçlar tüm yöntemlerin boşluklu veri durumundan rastgele eksik veri durumuna göre daha fazla etkilendiğini göstermektedir. Boşluğun genişliği ve veri içindeki sayısına bağlı olarak seyrek gösterilim yönteminin performansı, Fourier sözlükleri ile veri tamamlama yönteminin gerisinde kalabilmektedir. Özellikle boşluklu veri için Fourier sözlükleri ile veri tamamlamanın en iyi seçenek olduğu söylenebilir. Ayrıca doğrudan eksik veriye ya da tamamlanmış veriye de uygulansa seyrek gösterilim yöntemi doğası gereği seyrek görüntüler vermektedir. Hedefin sonlu sayıda nokta saçıcılardan oluştuğu varsayımına uymayan pek çok kompleks gerçek dünya hedefi için seyrek gösterilim yöntemiyle elde edilen radar görüntülerinde saçıcılarda parçalanma olmakta ya da bazı saçıcılar kaybolmaktadır. Bu durum, görüntülerin kullanılacağı radar hedef tanıma/sınıflama algoritmalarının başarımlarının düşmesine neden olabilir. Radar is a system which is used to detect the position, shape and speed of moving or stationary targets and transmits electromagnetic waves to a target and then collects back scattered data.A radar transmits electromagnetic waves to a target, detects and operates back-scattered waves from scatterer points on the target at different energy levels by its receiver antenna, and finally creates the image of the target. While the 1-dimensional radar range profile can be extracted from the signal which is sent at a single observation angle, 2-dimensional radar images can be obtained by processing the signals which is collected from different observation angles. When obtaining 2D radar images, the radar must transmit electromagnetic waves at different angles to the target. This problem was solved by invention synthetic aperture concept on the radars. If the target is stationary and radar is moving, these systems are called Synthetic Aperture Radar (SAR), and if the target is moving and radar is stationary, these systems are called Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) when obtaining 2D radar images. One of the most important problems in the ISAR systems that determine the position, speed and shape of moving targets is the resolution of 2D radar images. While the range resolution of the radar image is directly proportional to the bandwidth of the transmitted signal, and the cross-range resolution is directly proportional to the range of observation angles that occur during the integration time at which the signal is transmitted and collected. After the inverse Fourier transform which is applied to collected back-scattered fields data, the radar image is obtained. It is necessary to work in wide band and wide observation angle range for a high resolution image. In addition, in the Fourier-based method, working in limited band and angle range causes spectral infiltration and side lobe problem which is observed in radar images. Although this problem, that causes the formation of false scatterers along with strong scatterers, is solved by using windowing, it limits the performance of classical radar imaging based on the Fouier transform because it reduces the resolution. Therefore, several methods have been developed to improve image resolution. In the literature, it has been proposed to model the collected data with spectral estimation methods such as AR and MUSIC in order to improve the resolution. In recent years, studies on sparse method have been made to enhance the resolution more. In order to solve the problem on sparse method, different convex minimization approaches such as BP (Basis Pursuit), BPDN (Basis Pursuit Denoising) and LASSO were used.Generally, high-resolution radar images can be obtained in many times by sparse method, but in some cases there may be missings in the signal data which is sent from the radar to the target and back-scattered from the target. In such cases, it is difficult to obtain a good image with the classical Fourier transform based method because of the data to be processed are missed. The performance of other high-resolution radar imaging methods is also affected, although not as much as the classical method. In order to solve this problem, various methods have been developed in case of missed data.In this thesis study, the performance of radar imaging methods in case of missed data is investigated for missed data and completion of data with various methods. In the case of missed data with random cells missing in the back-scattered data matrix, the missed cells were filled with cubic interpolation and the radar image was generated by classical Fourier transform based method but there was no significant improvement in resolution. In the sparse representation method, the back scattered fields are modeled using the Fourier dictionary, and the sparse coefficients obtained from the optimization give directly the radar image. As a different approach, the sparse coefficient vector is multiplied by the Fourier dictionary and the back scattered field data can be reconstructed. Since this data will no longer be missing, radar image can be created by applying classical or high resolution methods. In the radar images obtained in this way, it was observed that the resolution increased according to the Fourier method and the side lobes decreased. However, the results do not show much improvement compared to the situation where direct sparse representation method is applied to the missed data.In addition to the visual results, the methods have been compared quantitatively by using metrics accepted in the literature for radar imaging. These metrics are target-to-background ratio, entropy, target-to-background entropy difference, main lobe width and contrast. The target-to-background ratio is a measure of the strengthening of the target's pixels relative to the background in an image, and as this value increases, the target appears more pronounced in the image. Entropy is a measure of image sharpness, and in smaller entropy values a sharper image is obtained since the error level is low. The target to background entropy difference is defined as the difference between the entropy of the target and the entropy of the background, and as this value rises, the target can be more easily distinguished from the background. The main lobe width is one of the resolution indicators, and in the lower the value, the image resolution is enhanced. Contrast is a measure of contrast in the image, and in the higher the value, the image is sharper.Visual and quantitative results show that the sparse representation method, which is applied directly to the data, gives the best results in case of random missed data. The data-filling approach using the Fourier dictionary provided better performance than interpolation. As a result, it is sufficient to apply the sparse representation method directly to the data without using the data completion step for random missed data.In the case of gapped data in the back-scattered data matrix, gaps in the back-scattered data was filled by doing data extrapolation with Linear Prediction Method (LPM) and AR coefficients were found and error was minimized by Burg's Method in the case of gapped data with sequential blank rows in the back-scattered data matrix from the target, and radar image was obtained by using the classical Fourier transform based method. In addition, the gapped data were processed directly with sparse method without filling the gaps and radar image was obtained. Also, as a different method, the image generated by the sparse method was multiplied by the dictionary matrix and the back-scattered data matrix was reconstructed and the radar image was obtained by Fourier transform based method. The obtained visual and quantitative results show that all methods are more affected by the gapped data state than the random missed data state. Depending on the width of the space and the number of data in the data, the performance of the sparse representation method lags behind the data completion method with Fourier dictionaries. It can be said that completing data with Fourier dictionaries is the best option, especially for gapped data. Moreover, if sparse representation method is applied directly to incomplete data or completed data, the sparse representation method presents sparse images by nature. For many complex real-world targets that do not conform to the assumption that the target is made up of a finite number of scatterer points, in the radar images obtained by sparse representation method, scatterers may cause fragmentation or some scatterers loss. This case may cause reduced performance of the radar target recognition/classification algorithms where the images will be used. 108

Geçtiğimiz son on yılda mini sınıfındaki insansız hava araçlarının uygulamaları oldukça artmıştır. Fakat küçük insansız hava araçlarının kullanımında bazı kısıtlamalar vardır. Uçuş süresi çok rotorlu insansız hava araçları için bu kısıtlamalardan biridir. Bu tez düşük hareket kabiliyeti ve uzun süre havada asılı kalması istenen çok rotorlu insansız hava araçlarının uçuş süresini artırmaya yöneliktir. Kablo bağlı çok rotorlu insansız hava araçları dikey iniş kalkış gerçekleştirebilen, istenilen irtifa ve konumda havada asılı kalabilen ve kablo bağının imkan verdiği ölçüde hareket edebilen araçlardır. Kablolu çok rotorlu İHA'larda bataryadan beslenen İHA'larda olduğu gibi hava kalma süre kısıtı yoktur, araç için gerekli olan enerji İHA'ya bağlı kablo ile yer istasyonundan karşılanmaktadır, böylece sivil ve askeri uygulamaların uzun uçuş süresi ihtiyaçları giderilmektedir. Bu tez ana olarak hava güç birimi ve yer güç birimi olmak üzere güç transfer sistemi tasarımına odaklanılmıştır. DC-AC güç dönüştürücü yöntemleri karşılaştırılmış ve içlerinden en verimli olan metot seçilmiştir. Askeri ve sivil çok rotorlu İHA'ların çoğu 2 kg kaldırabilme kapasitesine sahiptir. Bu husus göz önünde bulundurularak hava güç ünitesi ve kablo ağırlığının bu sınırlar içerisinde kalması sağlanmıştır. Güvenli operasyon için yer istasyonundan İHA'ya iletilen enerji miktarı anahtar faktörlerden biridir. Askeri ve endüstriyel çok rotorlu İHA'larda yüksek güçlü fırçasız motorlar kullanıldığından dolayı enerji ihtiyacı hobi seviyesindeki İHA'lara göre daha yüksek olabilmektedir. Bu sebeple tez kapsamında tasarlanan sistem 2 kW'ı desteklemektedir. Sonuç olarak kablo bağlı İHA'lar için 2 kW'lık bir güç aktarma sistemi birçok uygulamaya iyi bir çözüm sunmaktadır. Over the past decades, applications of small unmanned aerial vehicles have much increased. But there are some limitations with using small UAVs. Flight time of multirotor UAVs is one of them. This thesis is about that increasing flight time capabilities of multirotor UAVs for the case that low mobility and long hovering performance is expected. Tethered multirotor unmanned aerial vehicles can perform vertical takeoff and landing, hovering at desired altitude and position, moving as much as tether cable allows. There are no flight time restrictions that the battery powered drones has, the vehicle is tethered and get the required energy via attached cable from ground station, since meet the needs of long time surveillance of civilian and military operations. This thesis mainly focuses on the design of power transfer system including air power unit and ground power unit. DC-AC power converter methods are compared and selected most efficient one. Most of military and industrial drones are capable of lifting at least 2 kilograms. As this criterion has been considered weight of air power unit and tether cable remain within this limit. Amount of energy will be transferred from ground to the drone is the key factor for safely operation. Due to using high power brushless dc motors in military and industrial drones power demand can be higher from hobby drones. For this reason, designed power transfer system in the scope of this thesis support up to 2 kilowatts. Consequently, such a 2 kilowatts power transfer system for tethered drone become a good solution for many applications. 70

İnsanlık tarihinde bakteri ve virüslerin biyolojik silah niteliğinde kullanımıyla gerçekleştirilen endişe verici terörist saldırılar küresel kaygılara yol açmış ve hükümetlerin önleyici eylemler almak için bu bakteri ve virüs gibi biyolojik savaş unsurlarını tanımlama, sınıflandırma ve tespit çalışmaları yürütmesini sağlamıştır. Bu nedenle, bu unsurların hızlı tespiti ve kesin olarak tanımlanması, biyo-savunma alanında küresel temel stratejiler olarak tanımlanmıştır.Biyolojik savaş unsurlarının algılanması amacıyla, biyolojik moleküllerin fiziksel olarak yakalanması ve bunların ölçülebilir değerlere dönüştürülmesini sağlayabilecek ve böylece tespitini gerçekleştirebilecek hassas ve optimize ekipman ve sensörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla, hızlı, gerçek zamanlı, uygun maliyetli ve etiketsiz biyomoleküler tanıma yöntemlerine sahip MEMS temelli biyosensörler biyolojik savunma için ümit vaat eden erken uyarı sistemleri olarak ortaya çıkmış ve kütle algılama yoluyla biyolojik parçacıkların tespiti çalışmaları için tercih haline gelmişleridir. Bu bağlamda, MEMS'in disiplinler arası niteliğinden yararlanılarak, Lorentz kuvveti çalışma prensibi, MEMS manyetik alan sensörleri ve BioMEMS mikro-algılayıcı sensörleri gibi çeşitli alanların birleştirilmesi ve sinerjize edilmesi yoluyla biyo-parçacıkların algılaması mümkün kılınmaktadır.Yapılan literatür taramalarında, biyolojik parçacıkların tespitine yönelik Lorentz kuvveti prensibine dayalı olarak salınan mikrokantilever biyosensör çalışmalarının çok az sayıda olduğu saptanmıştır. Bu çalışmaların odak noktalarının konu üzerine simülasyonlardan veya deneysel gösterimlerden oluştuğu ve birkaçının da sensor hassasiyetini artırmak üzere yoğunlaştığı görülmüştür. Bu doğrultuda, sistemin çalışmasını etkileyen sistem parametrelerinin belirlenmesi, bu parametrelerin optimizasyonu ve adım adım ilerleyen bir tasarım algoritmasının oluşturulması üzerine bir çalışma gereksiniminin olduğu belirlenmiş olup konuyla ilgili ihtiyaçları karşılamak amacıyla Lorentz kuvveti tabanlı statik modda çalışan biyolojik parçacıkları taşıyabilecek tasarıma sahip bir MEMS manyetik alan sensörünün tasarımı, simülasyonu ve optimizasyonunu amaçlayan bir araştırma yürütülmüştür.Bu çalışmada sistem bir bütün olarak ele alınmış ve Lorentz kuvvetinin oluşmasında etkili olan tasarım ve süreç parametreleri mıknatısa ve mikrokantilevere bağlı olarak belirlenip sınıflandırılmıştır. Bu kapsamda Lorentz kuvvetini etkileyen mıknatısa bağlı parametreler mıknatısın tipi, derecesi, şekli ve boyutları ile mıknatısın x, y ve z eksenlerinde mikrokantilever biyosensöre göre konumlandırılması olarak tanımlanmıştır. Diğer tarafta, mikrokantilever ile ilgili Lorentz kuvveti girdi parametreleri, mikrokantileverin, biyoparçacıkları taşıyacak alanın ve iletken hattın boyutları, malzemesi, tasarımı ve iletken yola beslenecek akım miktarı olarak birbirinden ayrılmıştır. Manyetik alan sensörünü ve mıknatısı içine hapsedecek vakum bölgesi bir diğer parametre olarak tanımlanmıştır.Lorentz kuvveti tabanlı manyetik alan sensörünü simüle ve optimize etmek amacıyla Ansoft Maxwell® Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) yazılım aracı kullanılmış olup, ilgili sistem için bir deney tasarımı süreci modellenmiş ve bir kaç parametrenin sabitlenmesi ve sadece bir parametrenin bir seferde değiştirilmesini takip eden bir optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Değişkenliğe uğrayan parametrenin Lorentz kuvvetine olan etkisi ilişkilendirilmiş olup, maksimum Lorentz kuvveti sağlayan değer ilgili parametre için en ideal durum olarak seçilmiş ve müteakip parametreler aynı şekilde araştırılarak tam bir optimize edilmiş parametreler kümesi elde edilene kadar tekrarlanmıştır. Optimize edilecek parametreler, mıknatısın şekli ve boyutsal oranları, mıknatısın mikrokantilevere göre x, y ve z doğrultularında konumlandırılması ile portlara beslenecek farklı dc akım varyasyonları olarak seçilmiştir. Bu süreçte mikrokantileverin, biyolojik parçacıkları taşıyacak alanın ve iletken yolların boyutları, tasarımları ve malzemeleri sabitlenerek diğer parametrelerin Lorentz kuvvetine olan etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Buna ek olarak, mikrokantileveri ve mıknatısı içine alan vakum kutusunun boyutları bu ikisine göre belli yüzdeyle otomatik olarak ayarlanacak şekilde konfigüre edilmiş ve bu vakum alanının optimizasyonu gerçekleştirilmemiştir. Elde edilen optimizasyon sonuçları sonucunda Lorentz kuvvetinin 2,65 oranında arttırıldığı bulunmuştur. 0-50 mA aralığında manyetik alan sensörüne verilen akımın hacimsel olarak sensörde oluşturacağı ısınma dağılımını araştırmak için Sonlu Elemanlar Analiz yöntemi olan COMSOL Multiphysics®'de bir joule ısınma analizi yapılmıştır. Sensörün yüzeyinde oluşan sıcaklık ve beslenen akım arasındaki ilişki simülasyon yöntemiyle analiz edilmiş, akım kaynaklı sıcaklığın eksponensiyel oranda arttığı, dolayısıyla sensörün hatalı çalışmasına neden olmayacak akım aralığı 0-15 mA olarak saptanmıştır. Lorentz kuvveti ile manyetik alan sensörünün mekanik olarak esnemesi arasındaki ilişki, COMSOL Multiphysics®'in yapısal mekanik modülünde simüle edilmiş ve ilgili ilişkiden doğrusal olarak artan bir eğilim tespit edilmiştir.Belirlenen parametreler ile Lorentz kuvveti arasındaki ilişkilerin kapsamlı incelenmesi, Joule ısınma ve esneme analizi sonuçları da dahil olmak üzere, elde edilen optimize edilmiş parametre değerleri kullanılarak yeni tasarımların oluşturulması için bir tasarım algoritması oluşturulmuştur. Bu doğrultuda hazırlanan prosedüre göre ilk etapta farklı orta gövde uzunluk ve kalınlıklarına sahip beş farklı tasarım modellenmiş ve bunların Lorentz kuvveti üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlgili uzatma ve genişletme eylemlerinin Lorentz kuvvetini pek etkilemediği bulunmuş fakat bu genişletilmiş iletken yollara tasarımların üzerinde yapılan joule ısınma analizleri sonucunda bunların sensor yüzeyindeki sıcaklıkları düşürdüğü tespit edilmiştir. Buna ek olarak akımın geçmiş olduğu yolların yükseklikleri 1 µm, 3 µm ve 5 µm olarak değiştirilerek simüle edilmiş ve Lorentz kuvvete hiçbir değişiklik sağlamadığı bulunurken, joule ısınma analizi sonucunda ilgili yüksekliğin düşürülmesinin mikrokantilever üzerindeki akım kaynaklı ısınma dağılımını kötüleştirildiği görülmüştür. MEMS manyetik alan sensörünün pratikte gerçekleştirilmesi için kapsamlı bir MEMS üretim prosedürü talimatı yazılmıştır. Bu çalışmanın uygulanması durumunda çalışmada optimize edilmiş olan NdFe35 tipi blok mıknatısın boyutlarının tedarik edilip edilemeyeceği konusunda yerel bir mıknatıs üreticisi ile temas kurulmuş ve ilgili mıknatısın üretilebileceği bilgisi alınmıştır. Tasarlanan kavramsal konunun uygulamaya aktarılması kapsamında biyolojik savaş unsurları olarak tanımlanan E. Coli bakterileri, variola virüsü, Influenza A, B ve C virüsleri ele alınarak modellenmiş ve literatürde bulunan veriler temelinde bu biyolojik parçacıkların tahmini ağırlıkları sayısal olarak hesaplanmıştır. Farklı sayılardaki biyo-parçacıkların mikrokantileverin ilgili altın yüzeyine yapışmasıyla mikrokantilever üzerinde oluşturacağı kuvvet ve dolayısıyla esneme COMSOL Multiphysics® simülasyon programında simüle edilmiş ve mikro ve nano mertebelerindeki esneme değerleri bulunmuştur. Daha sonra, Lorentz kuvvete dayalı manyetik alan sensörüyle bu parçacıkların optik interferometre yöntemiyle nasıl algılanabilecekleri detaylı olarak sunulmuştur. İlgili E. coli bakterilerinin sayısının saptanmasına karşılık gelen akım besleme değerleri simülasyon sonuçlarından alınan verilerle modellenmiş ve akımın mikroamper mertebelerinde olduğu belirlenmiştir. Buna ek olarak, ilgili biyolojik unsurların algılanmasında kullanılabilecek optik yöntemlerin taşınabilir olmaması ve pahalı ekipmanlar gerektirmesi sebebiyle tasarlanan ilgili sensörde değişiklikler yapılarak piezorezistif algılama metodu uygulanabileceği vurgulanmış; böylece kompakt ve hemen kullanıma hazır bir Lorentz kuvveti tabanlı mikrokantilever biyosensörünün biyolojik silah niteliğinde kullanılan virüs ve bakterileri tespit etmede saha uygulamalarında kullanılabilir olacağı gösterilmiştir. The alarming terrorist attacks via the exploitation of bacteria and viruses in the history of mankind have set concerns globally and led the governments to identify and recognize biological warfare agents such as bacteria and viruses for taking preventative action. Hence, fast detection and precise identification of these agents have been attributed as key strategies for biodefense globally. In the interest of biological warfare agent sensing, sensitive and optimized tools/sensors are needed that are capable of quantifying the response of physical attachments of the biological agents into measurable values for their detection. For this purpose, MEMS based cantilever biosensors that are capable of prompt, real time, cost effective and label free methods of biomolecular recognition have emanated as promising early warning systems for biological defense and have been opted for studies of mass sensing and detection of biological particles. In this sense, the interdisciplinary nature of MEMS could be exploited through merging and synergizing diverse range of fields such as the Lorentz force actuated MEMS magnetic field sensors with the concept of BioMEMS microcantilever sensors by exploring the best of both worlds for achieving the ultimate objective of bioparticle sensing. In the literature, few studies were undertaken that considered the Lorentz force actuation mechanism with the microcantilever based biosensors for detecting the absorption of biological particles on the functionalized region of the sensor. The concentrations of these studies were found to be more oriented towards the simulation or the experimental demonstration of the subject with mere explorations on the optimization of the process parameters. Hence, in order to fulfill the relevant gap, an investigation has been carried out that aims at the design, simulation and optimization of a MEMS magnetic field sensor consisting of a microcantilever with a bioplate as a transducer that is actuated by exploiting the principle of Lorentz force in the static mode. In this study, the system was viewed as a whole and the design and process parameters that were potentially influential on the Lorentz force actuation mechanism of the proposed MEMS magnetic field sensor were identified and classified into categories of variables related to permanent magnet and the microcantilever biosensor. The parameters in the class of permanent magnet were identified as the type, grade, shape and dimensions of magnet and the positioning of the magnet with respect to the microcantilever biosensor in x, y, and z axes. The input parameters with regard to the microcantilever were distinguished as the sizes, materials and shapes of the microcantilever, the conductive path and the biosensor and the amount of current that could be injected into the ports of the sensor. A vacuum region encapsulating the magnetic field sensor and the permanent magnet was defined for the relative packaging of the device. A design of experiments process was modeled for simulating the Lorentz forces in Ansoft Maxwell® FEA software and an optimization procedure was developed that followed a pattern of fixating some parameters and changing only one parameter at a time to determine the relative effect of the considered parameter on the Lorentz force. The case of the varied parameter that yielded the maximum Lorentz force was opted as the ideal case and the subsequent parameter was investigated in the same manner, repeating until a full set of optimized parameters was obtained. The parameters to be optimized were selected as the shape and the ideal dimensional ratios for the magnet, the x, y and z position of the magnet with respect to the microcantilever and the variation of dc current supply. The dimensions, shapes and materials of the microcantilever, the bio-plate and the conductive path remained untouched throughout the optimization process. In addition to this, the optimization of the dimensions of the vacuum box was not conducted due to the automatic adjustment of the vacuum region with a percent ratio relative to the microcantilever and the permanent magnet. Following the series of optimizations, the resulting Lorentz force was concluded to be 2.65 times higher than that of the initial value.A joule heating analysis was conducted in COMSOL Multiphysics® to explore the volumetric distribution of the heat throughout the magnetic field sensors due to the injection of current in the interval of 0-50 mA. The relationship between the current and the average surface temperature on the sensor due to joule heating was plotted from the simulation results so as to find the potential need to define a safe current margin such that the sensor does not begin misfunctioning due to increased temperature. An exponentially increasing relationship was discovered for every incremental rise in the current and hence the 0-15 mA interval was defined to be the safe current range for the respective sensor.The analogy between the Lorentz force and the mechanical deflection of the magnetic field sensor has also been simulated in structural mechanics module of COMSOL Multiphysics® and a linearly increasing trend has been identified from the relationship. After a thorough examination and construction of relationships of the input parameters with respect to the Lorentz force, including the joule heating and the deflectional analysis, the optimized parameter values obtained from the results were employed for modeling five new designs of the microcantilever based biosensor for deriving further evaluations on the developed Lorentz force. A new optimization procedure was prepared in this respect and the effects of increasing the lengths and the widths of the middle arms of conductive paths on the Lorentz force were examined. The acts of lengthening and widening were found to be hardly affecting the Lorentz force but subsequent undertaking of a joule heating analysis for the increased width of the conductive paths presented improved average surface temperature results for the sensor. The thickness of the conductive paths for the current were also varied between 1 µm, 3 µm and 5 µm that yielded no changes on the Lorentz force in Ansoft Maxwell® while worsening the heat distributions on the microcantilever in COMSOL Multiphysics® Houle heating Analysis, thus downsizing the range of safe current. Also, the implication of increasing the surface area of the microcantilever structure with respect to the joule heating was examined and an indirect proportionality was concluded where the expansion in the surface area led to better dissemination of the heat across the volume of the sensor, maximizing the safe current intervals that would result in higher Lorentz force.A fabrication procedure for the MEMS magnetic field sensor was also described comprehensively for its practical realization. A contact has been established with a local permanent magnet manufacturer to see if the optimized dimensional sizes for the NdFe35 type block magnet was commercially available in case that the study is practically implemented. As a proof of concept, the biological warfare agents such as E. coli, variola virus, Influenza A, B and C viruses were modeled and their respective estimative weights were numerically calculated based on the data found on the literature. The translation of the weights induced by these bioparticles on the functionalized gold site of the microcantilever were simulated and the relevant characteristics of the deflections for differing numbers of the respective particles were established for the sensor. Afterwards, the methodology for mass sensing of the bioparticles by the Lorentz force based magnetic field sensor was presented and elaborated by exemplifying with an optical interferometry. The plot of the results of the simulations for the current supply corresponding to the detection of respective numbers of E. coli bacteria illustrated that the current was in the microampere range. Therefore, a requirement for an instrumentation that feeds dc current at microampere range was pointed in order to realize the detection of the respective biological agents by the sensor. Additionally, the bulkiness and the cost of the optical transduction method encouraged discussions relating to the piezoresistive method of detection through a potential modification of the developed sensor such that a compact, ready to use Lorentz force actuated microcantilever biosensor could be employed for practical field implementations in detecting biological warfare agents. 156

Günümüz havacılık ve savunma teknolojilerinde otopilot ve uçuş denetim sistemleri son derece önemli bir yer tutmaktadır. Hava araçları ile uzun ve başarılı görevler yapabilmek için insan yükünün azaltılması ve hatta kaldırılması söz konusu olup bu bağlamda otopilot ve uçuş denetim sistemleri üzerine hem akademik hem endüstriyel birçok AR-GE çalışması yapılmıştır. Bu çalışmalar farklı denetleyici yöntemleri ile hala devam etmekte olup yüksek başarımlı savaş uçakları uygulama alanlarından sadece bir tanesidir.Bu tez çalışmasının birincil amacı ülkemizde başlamış olan Milli Muharip Uçak (MMU) projesi ile tasarlanacak olan 5. nesil savaş uçağına otopilot ve uçuş denetim sistemleri için katkı sağlamaktır. Bu kapsamda uçuş denetim sistem tasarımı için yüksek başarımlı bir savaş uçağı olan F-16 modeli seçilmiştir. Bu uçak modelinin başlıca seçilme sebepleri ülkemizde kullanılıyor ve üretiliyor olmasıdır. Ayrıca F16 ile ilgili birçok kaynak mevcuttur. İlk olarak hava aracının yüksek doğrulukta aerodinamik veri tabanı kullanılarak doğrusal olmayan dinamik modeli oluşturulmuş sonrasında ise bu model üzerinden uçuş denge koşulları ve doğrusal modeli elde edilmiştir. Elde edilen doğrusal modelin karşılaştırma ve doğrulaması yapılmış ve bu model kullanılarak hem pilot destekleyici hem de yarı otonom olmak üzere iki farklı uçuş denetim sistemi tasarlanmıştır. Denetleyici tasarımlarında Sürekli Zaman Genelleştirilmiş Öngörülü Denetim (SÜGÖNDE) yöntemi kullanılmıştır. SÜGÖNDE yöntemi, sistemin çıkışının öngörülmesine dayanan güçlü bir denetim yöntemidir. Bu denetleyici yönteminin seçilmesinin sebebi yüksek başarıma sahip olması ve denetleyici parametreleri seçiminin sistem tepkisi ile fiziksel ilişki kurulabilmesinden dolayı kolay olmasıdır.Tasarımlar, uçuş kalitesi, kullanım kalitesi ve askeri tasarım standardı dokümanları kılavuzluğundaki ölçütler göz önüne alınarak gerçekleştirilmiş ve ayrıntılı analizleri yapılmıştır. Özellikle insanlı uçaklarda pilotların iş yükünün azaltılması ve daha başarılı ve hassas görevler yapılabilmesi için tasarlanacak olan uçuş denetim sisteminin kullanım kalitesi bakımından belirlenen ölçütlere uyması son derece önemlidir. Ayrıca pilot ve uçuş denetim sistemi arasındaki uyumsuzluğu betimleyen PIO durumundan uzak kalınacak şekilde tasarım yapılmalıdır. Pilota destek sağlayan uçuş denetim sistemi tasarımı bu ölçütler dâhilinde yapılmıştır. Tasarlanan denetleyiciler ile hava aracının boylamsal ve yanal-dikey eksenlerde kararlılığı sağlanmış, her bir denetleyici döngüsünün takip başarımları açıkça belirtilerek zaman ve frekans bölgelerinde incelenmiştir. Uçuş denetim sistemleri ve doğrusal olmayan model ile yapılan benzetim çalışmalarına algılayıcı modelleri, eyleyici modelleri, donanımsal ve yazılımsal zaman gecikmeleri eklenmiş olup mümkün olduğunca çalışmanın gerçeğe yakın olması sağlanmıştır. Autopilot and flight control systems have an extremely important place in todays's aviation and defense technologies. To be able to accomplish long and successful missions with aircrafts, decreasing or even eliminating the human workload is one of the major research areas of aerospace industry and many R&D studies are available about flight control systems for this purpose. These studies are rlying on different control methods and high performance military aircrafts are just one of the application areas. Primary goal of this thesis is to contribute to the autopilot and flight control systems of the 5^th generation fighter aircraft which will be the outcome of newly started and ongoing Turkish Fighter aircraft project (TF-X). For this purpose, as a high performance military aircraft, F-16 is chosen to design a flight control system. The main reasons for choosing F-16 as the aircraft model in this thesis are its being in use in Turkish Air Forces and being in production in Turkey. Also, there are many resources available about F-16. Firstly, a nonlinear model of F-16 is built with using high fidelity aerodynamic database then trim conditions and linear model are obtained from the nonlinear model. After obtaining the linear model, a comparison and validation is done with the nonlinear model and both pilot suported and semi-autonomous flight control system are designed with using this linear model. Continuous time Generalized Predictive Control (CGPC) method is used as a control law. CGPC is a powerful control method which is based on prediction of the system output. The reason for choosing the CGPC method is that it is a high performance controller and easy to choose the controller paramaters to obtain a desired performance. All the flight controller designs are done with regard to criteria's about the flight quality, handling quality and military standards and a detailed analysis is perfomed with this respect. In order to reduce the pilot workload and also have successful missions, satisfying the handling criterias while designing flight controller is so important, especially for the manned aircraft. Moreover, controller designs must be done to stay out of the PIO phenomenon which defines the mismatch between the pilot and the flight control system. So, flight control systems to support the pilot are designed with regard to these criterias.With the designed controllers, aircraft lateral-directional and longitudinal stability are achieved and each controller tracking performance are analyzed for both time and frequency domains. To be able to make more realistic simulations, sensor models, actuator models and extra time delays associated with software and hardware, are added into the nonlinear model. 203

Bu çalışmada konumlandırma sistemi alanında yeni bir yaklaşım tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Alıcı radyolar ile verici radyo arasında, alıcıda ölçülen RSSI değerinden elde edilen mesafe bilgisi, Haversin mesafesi eşitliği kullanılarak trilaterasyon matrisine aktarılmıştır. Dış ortam konumlandırmasında, verici ve alıcıların konumlarının GNSS verisi ile tanımlandığı durumda, iki noktanın enlem boylam bilgileri kullanılarak hesaplanan Haversin mesafesi, bilinmeyen noktanın hesabı için kullanılmıştır. Dünyanın eliptik yapısında uzun mesafelerde, mesafe bilgisinin düzlemsel formüller ile hesaplanması durumunda oluşacak hata önerilen yaklaşım sayesinde ortadan kaldırılmış olacaktır. Referans Radyo Modülleri elde ettikleri RSSI ve GNSS bilgilerini telemetri linki üzerinden Ana Kontrol Birimine göndermektedir. Ana Kontrol Birimi, Haversin mesafesi eşitliğini kullanarak oluşturduğu trilaterasyon matrisini, Cramer matris kuralı ile çözerek HEDEF olarak tanımlanan verici modül konumunu hesaplar. Üniversite yerleşkesi içerisinde alıcılara yaklaşık 500m mesafede altı noktada alınan ölçümler hem Euclidian mesafesi eşitliği üzerinden hem Haversin mesafesi eşitliği üzerinden trilaterasyon matrisine aktarılmıştır. Matris üzerinden hesaplanan verici konumlarının, gerçek verici konumu ile sapması hesaplandığında her iki yaklaşımda da en iyi durum alındığında altı ölçümün ortalaması olarak Haversin mesafesi eşitliği 55m, Euclidian mesafesi eşitliği 80m sapma hesaplanmıştır. Alınan ölçümler ve hesaplamalar üzerinden, Haversin mesafesi ile elde edilen sonuçların, Euclidian mesafesine nazaran daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmiştir . In this work, a new approach has been developed and implemented in the field of positioning system. The distance between the receiver radios and the transmitter radio, which is obtained from RSSI value of receiver modules, is transferred to the trilateration matrix using the Haversine distance equation. In the case of outdoor positioning, where the locations of the transmitter and receiver are defined by GNSS data, the Haversine distance formula, which is used to calculate distance from the latitude longitude information of two points, is used to calculate the position of unknown point. In the elliptical form of the earth, the error that would occur if the distances were calculated with planar formulas would have been eliminated by the proposed approach. The Reference Radio Modules sends their GNSS and RSSI data to the Main Control Unit over a telemetry link . The Main Control Unit generates trilateration matrix using Haversine distance equations and solve that matrix with Cramer's matrices rule to calculate the position of the transmitter module which is defined as TARGET. Within the university campus, the measurements taken at six points, approximately 500m distance between Reference Radio Modules and Target, were transferred to the trilateration matrix via Euclidean distance equation and Haversine distance equation to compare results. When calculating the amount of deviation between the calculated and the actual transmitter position, the deviation of the Haversine distance is calculated to be 55m and the Euclidean distance is calculated to be 80m for the average of the six measurements under the best case. It has been observed through the measurements and calculations that the results obtained with Haversin distance are better than the Euclidian distance. 64

Evrensel Silahlanma Arayüzü (ESA), mevcut ve yeni geliştirilen platformlara entegre edilecek mevcut ve yeni geliştirilen mühimmat sistemlerinin entegrasyon faaliyetleri boyunca oluşacak zaman ve maliyet kaybını en aza indirgeyecek arayüzü sağlamayı hedefler.ESA ile sunulan kabiliyetin Veri Dağıtım Servisi üzerinden (ing. Data Distribution Service(DDS)) entegre edilmesiyle ESA'nın esnekliği ve modülerliği arttırılmakta ve entegrasyonda farklı arayüzler arasında haberleşme bağımsızlığın sağlanması gerçekleştirilmektedir. Böylelikle ESA entegrasyonu ile sistemlere kazandırılan platformdan bağımsızlık yeteneğine DDS'in sistemlere kazandırdığı haberleşmemodülerliği eklenmektedir.Bu tez çalışmasında entegrasyon kolaylığı gösterilmiş ve DDS teknolojisinin uygulanması ile modülerliği arttırılmış sistem tasarımı örneklendirilmiştir. Bu çalışmada Evrensel Silahlanma Arayüzü'nün DDS mimarisi ile entegre edildiği bir simülasyon ortamı geliştirilmiştir. Geliştirilen simülasyon ortamında ESA arayüzü üzerinde tanımlanan ortak mesajlar ile istenen entegrasyonların hızlıca yapılabilmiştir. DDS mimarisindeki dağıtık veri yapısı sayesinde platform ile istenilen mühimmatlarla aynı anda ve istenilen sayıda haberleşme gerçekleştirilmiştir.Böylelikle bu tez çalışmasında ESA ve DDS entegrasyonu ile hızlı bir sistem entegrasyonunun yapılabileceği gösterilmiştir. Universal Armament Interface (UAI) is an interface that aims to decrease cost and integration time during integration processes between ongoing and developing platforms and ongoing and developing weapon systems, so that they can developed and developing cycle.Integrating DDS in UAI capabilities provides to increase UAI's flexibility and modularity and makes communication dependency between different interface integrations. In this way, provided UAI's platform independency capability added to DDS's communication modularity.In this thesis, integration easiness is shown and increased modularity system design with using DDS technology is exemplified. Simulation environment with integrating DDS architecture and UAI is developed.Desired integrations made quickly with defined common messages in UAI at developed simulation environment. Same number of armament and desired number of armament communicate with the platform at the same time through distributed data structure on DDS architecture.In this way a quick system integration with UAI and DDS integration is shown in this thesis. 61

Bu tez çalışmasında CST Mikrodalga ve Parçacık Stüdyo yazılımları kullanılarak lineer vakum tüplerinden olan yürüyen dalga tüplerinin modellenmesi gerçekleştirildi. Literatürden edinilen bilgilere göre modelleme çalışmaları gerçekleştirildikten sonra bu yapılar simülasyonlara tabi tutuldu.Yürüyen dalga tüplerini oluşturan temel yapı olan dalga yavaşlatma yapılarının parametrik simülasyonları ile yüksek frekans karakteristikleri araştırıldı. Dalga yavaşlatma yapısının temel bileşeni olan helis yapısının boyutlarıyla ilgili olan parametrelerin en kritik parametreler olduğu gözlendi. Bu parametreler içinde en önemli olan iki parametre yarıçap ve helis periyodu olarak analiz edildi. Yarıçapın, çalışma frekansına olan doğrudan etkisi grafiklerle gösterildi. Helis periyodunun ise sistemin faz hızına olan etkisi benzer şekilde ortaya koyuldu. Yürüyen dalga tüplerinin önemli bileşenlerinden olan manyetik alan kaynakları; selenoit ve kalıcı periyodik mıknatıs sistemleri ayrıca modellendi. Bu yapıların ne şekilde modellenmesi gerektiği literatür bilgisi ve gerçek hayat uygulamaları açısından örneklenerek simülasyona sokuldu. Elde edilen sonuçlarla hem mıknatıs sistemiyle hem de selenoitle elektron demeti odaklanarak başarılı bir biçimde yöntemin doğruluğu gösterildi.Ayrıca yürüyen dalga tüplerinin yüksek frekans sinyalleri iletmesinde ve gerçek hayatta kullanılan ve geneli 50 Ohm empedansa sahip kaynaklara bağlanmasını sağlayan kuplör elemanlar modellendi. Yapılan modellerin simülasyon sonuçları sistemin iyileştirildiğini belgeler nitelikte oldu.Farklı frekanslarda ve farklı geometrilerdeki yapıların da simülasyonları ve bu simülasyonların ne şekilde yapılması gerektiği anlatılarak konuya ilgisi olanlar için öğretici nitelikte bir çalışma ortaya koyuldu. In this thesis, traveling wave tubes, one of the branches of the linear vacuum tubes, are modeled by using the CST Microwave & Particle Studio softwares. The models were constructed due to the knowledge granted from the literature search and simulated afterwards.The main part of the traveling wave tubes, which is called the slow wave structures, are parametrically simulated and their high frequency characteristics were investigated. The helix being the main part of the slow wave structure is also investigated parametrically and it was found that the most important parameters are the helix radius and the period. The graphical results showed that the radius defines the frequency band and the period playing a vital role in the phase velocity of the RF.Tha magnetic field sources of the TWTs; solenoids and periodic permanent magnets were modeled additionally. Real life limitations and literature knowledge were applied together to demonstrate how those elements should be modeled. Magnetic fields of both models were applied to TWT simulation and they successfully confined the electron beam.Moreover, the couplers, which are used to match the impedance between the TWT and the sources and sinks were modeled. Simulation results showed the improvement that is the result of the coupling elements.Finally, different slow wave structures and different frequency band simulations were given and how these simulations should be done were explained thoroughout this work. In this manner, this work should clarify the subject of traveling wave tube modeling and simulations by using the CST software for people that are interested and eager to have some insights. 99

Bu eserde, haberleşme sistemlerinin verimliliğini arttırmak için maliyetini, ağırlığın ve kapladığı alanları azaltmak amacıyla yeni nesil uyumlaşma devreleri ve yükselteçler tasarlanmıştır. Çalışmanın giriş kısmında problemin tanımı yapıldıktan sonra birinci ve ikinci bölümde iki kapılı devreler, empedans uyumlaştırma ve yükselteçlerle ilgili temel prensipler ve teori anlatılmıştır. Devre tasarımı için yöntem olarak `Gerçel Frekans Teknikleri` kullanılmıştır. Elde edilen empedans fonksiyonlarıyla yükselteç tasarlanmştır ve bulgular bölümünde ayarlanabilirlik uygulaması yapılarak çalışma tamamlanmıştır. In this dissertation, novel matching networks and amplifiers are designed to reduce costs, weight and footprints for enhancing efficiency of communication systems. The problem is described in introduction, furthermore fundamental principles and theory about two-port networks, impedance matching and amplifiers are given in first and second section. Additionaly `Real Frequency Technique` is used to design circuits and designated amplifers and matching networks are synthesized via obtained impedance functions. In the last section several tunability approaches are applied on matching networks and amplifer. 160

Yere gömülü patlayıcıların neden olduğu hasar günden güne artmakta; bu da bu patlayıcılar ile mücadele içinde olan ülkelerin milli güvenliği için tehdit oluşturmaktadır. Mayın, patlamamış mühimmat ve el yapımı patlayıcı (EYP) gibi yere gömülü patlayıcıların tespiti için çeşitli sensörler geliştirilmiştir. Bu patlayıcılar arasında, EYP'lerin boyut ve içeriklerinin çok çeşitli olması, EYP'lerin tespit edilmesini güçleştirmektedir. Tespit konusundaki bu problemler, araştırmacıları EYP tetik mekanizmalarını hedeflemeye yönlendirmiştir. Askeri sanayideki yeni karıştırıcı sistemler ile kablosuz kontrol bağlantıları engellenebildiği için tehdit, kablolu tetik mekanizmalarının kullanımına yönelmiştir. Bu nedenle, yere gömülü komuta tellerinin tespiti, yere gömülü patlayıcı sistemleri için çok kritik bir yetenek olmaktadır.Yere nüfuz eden radarlar, yere gömülü objelerin tespitindeki kapasitelerini çeşitli operasyonel konseptlerde göstermiştir. Yere nüfuz eden radarlar, yer altı ortamının yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükte 3 boyutlu görüntüsünü oluşturabilmekte ve farklı elektromanyetik özellikteki objeleri ayırt edebilmektedirler.Bu tezde, yere nüfuz eden radarlar ile tel tespiti problemi üstüne çalışılmıştır. Öncelikle, güçlü bir açık kaynak sonlu farklar yöntemi yazılımı olan gprMax ile benzetim parametrelerinin etkilerini inceleme amacıyla yayın frekansı, toprağın ve diğer objelerin elektromanyetik özellikleri, telin çapı ve derinliği gibi benzetim parametreleri değiştirilerek detaylı benzetimler yapılmıştır. Ardından farklı tel ve kargaşa konumları için 3 boyutlu bir veri kütüphanesi hazırlanmıştır. Tezin ikinci bölümünde, tel tespit ve tehis problemi çalışılmıştır. Matematiksel biçimsellik ile iyileştirilmiş 2 boyutlu LMS ile olası tel konumları ön görüntülenmiştir. Ardından, 3 boyutlu eğri oluşturma metodu ile, yenilikçi bir 3 boyutlu öz nitelik kümesi çıkarılmıştır. Veri kütüphanesi ile, SVM sınıflandırıcısı eğitilmiş ve önerilen metotların performansları incelenmiştir. Buried explosives pose great threat for national security of the countries struggling with these explosives as the damage caused by them increase day by day. There are several sensors developed for detection of buried explosives such as land mines, unexploded ordnances and improvised explosive devices (IEDs). Among these, IEDs are quite hard to detect with majority of sensors due to their irregular shape and contents. The difficulties in IED detection have led researchers to aim the triggering mechanisms of IEDs. As the new jamming systems in the military industry can successfully block the wireless control links of IEDs, the threat has shifted to the use of command wires. So, the detection of buried command wires become a critical ability for buried explosive detection systems. Ground penetrating radars have shown their capabilities on detection of buried objects in many operational concepts. Ground penetrating radars can construct the 3-D image of the subsurface medium with high spatial and temporal resolution and distinguish objects with different electromagnetic properties.In this thesis, wire detection problem is studied using ground penetrating radars. Firstly, extensive simulations are carried out on gprMax software, a powerful open source FDTD simulation environment, by changing simulation parameters such as transmitting frequency, electromagnetic properties of soil and clutter, depth and radius of wire, in order to observe the effects of these parameters. Then, a simulated 3-D GPR database is generated consisting of wires in different orientations together with different types of clutter. In the second step, wire detection and classification problem is studied. The possible wire locations are found using a morphologically improved version of 2-D LMS filtering. Then a novel 3-D feature set is extracted with the help of 3-D curve reconstruction algorithm. Using the generated database, SVM classifier is trained and the performance of proposed algorithms is shown. 162

Bu çalışma, bir insansız sualtı aracının matematiksel modelini, otopilot, güdüm tasarımını, yer tespiti çalışmaları ile SAGA'ya ait sistem tanılama çalışmalarını içermektedir. İlk olarak bir insansız su altı aracının Newton-Euler formülasyonundan gelen 6 serbestlik dereceli doğrusal olmayan modeli elde edilmiştir. Daha sonra aracın otopilotu, PID kontrol yaklaşımı ile tasarlanmıştır. Ataletsel ölçüm sistemi ile akustik ve görüntüleme temelli ölçüm sistemi ile yardımcı algılyıcılar entegre edilerek navigasyon problemi çözülmüştür. Tüm bu ölçümler simülasyon bazlı üretilmiştir. Navigasyon sisteminin performansı uygun sistem durumu ile ölçüm ve gürültü modelleri oluşturularak analiz edilmiştir. Navigasyon datası Kalman filtre ile iyileştirilmiştir. Navigasyon problemi çözüldükten sonra, aracın güdümü görüş hattı ve optimal kontrol yöntemleri ile navigasyon datası kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Pinger ve hidrofonlardan oluşan akustik temelli ölçüm sistemi ile ataletsel ölçüm sistemi kullanılarak havuz deney düzeneği oluşturulmuştur. Aracın daha doğru yer bilgisi için bu iki ölçüm sistemi birleştirilmiştir. Buna ek olarak basınç algılayıcısı ile aracın derinlik bilgisi desteklenmiştir. Aracın matematiksel modeli katma kütle ve sönümleme paramereleri gibi değeri bilinmeyen parametreler içerir. Sistemin durumu üzerindeki etkisi genellikle ihmal edilebilir olduğu için tüm parametre değerlerini belirlemek mümkün değildir. Buna karşın, `önemli` parametrelerin çoğu, aracın birleşik hareketi için, kestirilen deneysel navigasyon bilgisini kullanarak sistem tanımlama çalışmasıyla elde edilir. Tüm bu çalışmalar Matlab/Simulink de yapılmıştır. This study includes the mathematical model of an unmanned underwater vehicle, autopilot and the guidance design, the navigation solution and system identification of the unmanned underwater survey vehicle SAGA (Su Altı Gözlem Aracı). First, the 6 degrees-of-freedom (DOF) nonlinear mathematical model of an unmanned underwater vehicle is obtained by a Newton-Euler formulation. Then, the autopilot is designed by utilizing the proportional–integral–derivative (PID) control approach. The navigation problem is solved by integrating the inertial navigation system, acoustic and vision based measurement system and aiding sensors. All measurements are obtained in simulation environment. Performance of the resultant navigation system is analyzed by creating suitable system state, measurement and noise models. The navigational data of the vehicle is improved by utilizing a Kalman filter. After the navigation problem solved, guidance is performed by the way point guidance algorithm by line-of-sight (LOS) and the way point guidance based optimal control with navigational data. The pool experimental set-up is designed by using the inertial navigation system and acoustic-based measurement system composed of pinger and hydrophones together. These are integrated to obtain navigation data of the vehicle more accurately. In addition, the depth sensor is used in order to support depth information. The mathematical model of the vehicle includes some unknown parameters such as added mass and damping coefficients. It is not possible to determine all the parameters values as their effect on the state of the system is usually negligible. On the other hand, most of the `important` parameters are obtained based on a system identification study of the vehicle by using this estimated experimental navigational data for coupled motion. All of this study is performed in a Matlab/Simulink environment. 215

Yapay Açıklık Radarı yüksek çözünürlüklü görüntüleme yapabilen bir mikrodalga radardır. Yapay Açıklık Radarı, Sentetik Açıklık Radarı, farklı durumların, farklı ihtiyaçlarına adapte olabilmesi sebebiyle kullanılan bir sistem olmuştur. SAR yüksek hızlı işlem ve yüksek kapasite gerektirmesi sebebiyle, son zamanlarda kapasite ve hızın gelişimi sayesinde önemini arttıran etkili yöntemlerden biridir. Darbeli Yere Nüfuz Eden Radar, kısa süreli darbeler üreterek hedef tespiti yapar. Geniş bantta çalışmaya imkan vererek, yüksek frekans ve alçak frekanslardan, uygulamaya göre yararlanılmasını sağlar ve SAR görüntüleme metodunun uygulanmasına imkan verir. İleri bakan darbeli YNR, uygulama ihtiyaçları doğrultusunda daha hızlı çalışması gereken bir radardır. Bu sebeple zaman domeninde çalışmalara ağırlık verilmelidir. Bu tezde, SAR teknikleri ve bu tekniğin zaman domeninde YNR uygulamalarına adaptasyonu ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. Synthetic Aperture Radar is a microwave imaging radar that can achieve high resolution images. SAR is a great technique to take advantage of flexibility to adapt to different needs of different occasion but SAR requires huge storage capacity and high processing speed; therefore, SAR has become an intense remote sensing tool by enhancing the capacity and speed. Impulse GPR systems that transmit short impulse signals are proposed primarily to benefit from both low and high frequencies, which may use SAR methods for high resolution imaging. The reason behind the using impulse GPR is application of GPR needs to process fast and detect the target as soon as possible. Time domain GPR gives us an advantage to process the detection quickly. The thesis describes SAR techniques adaption and development to GPR system. 64

Bu tez, ada ve kıyı bölgelerindeki radar emitörlerinin çok yollu saçılımdan yararlanarak pasif konumlandırılmasına hitap etmektedir. Çalışmadaki fikir, Coğrafik Bilgi Sistemi (CBS) ile çok yollu saçılan sinyallerin yapay sensör olarak kullanılmasına dayalıdır. Böylece, tek sensör, tipik olarak Elektronik Destek (ED alıcı, ile pasif konumlandırma elde edilebilmektedir. Önerilen yöntem, düzensiz araziler üzerindeki muhtemel çok yollu saçılma merkezlerinin kestirimi ile başlamaktadır. Bunu yapmak için, çok yollu saçılmış darbeler ve direk yol ile ED alıcıları tarafından alınmış darbelerin geliş açısı (GA) ve varış zaman (VZ) bilgilerine ihtiyaç vardır. O halde, ele alınan problem klasik varış zaman farkları (VZF) temelli tekniklerin kolayca uygulanabileceği çoklu sensör konumlandırma problemine dönmektedir. Fakat, çok yollu saçılım düzensiz araziler üzerindeki dağınık bileşenleri kapsadığı için, yapay sensör olarak kullanılacak saçılma merkezlerinin konumunda yüksek derecede bir belirsizlik olacaktır. Açıkçası bu durum yüksek konumlandırma hatasına yol açmaktadır. Bu hatayı azaltmak için belirsizlik bölgelerinin bölütlendirilmesi önerilmektedir ve sonrasında radyo dalga yayılımı ilkeleri muhtemel saçılma merkezlerinin konumunu kestirebilmek için uygulanmaktadır. Muhtemel saçılma merkezlerinin konumu belirlendiğinde, ağırlıklandırılmış ortalama yöntemi radar emitörünün konumunu kestirmek için kullanılmaktadır. Basitleştirilmiş bir iki boyuttaki bir model ile ilgili simülasyon sonuçları sunulmaktadır. This thesis addresses exploiting multipath scattering in passive localization of radar emitters around islands and in the littoral. The idea is based on the use of multipath scattered signals as virtual sensor along with the help of geographical information systems. In this way, single sensor, typically Electronic Support Measures (ESM) receiver, passive localization can be achieved for radar emitters. The proposed approach is initiated with estimating candidate multipath scattering centers over irregular terrain using electromagnetic wave theory. To do this, ESM receivers' angle of arrival (AOA) and time of arrival (TOA) information are required for directly received radar pulses along with multipath scattered pulses. Then, the problem turns out to be multiple sensor localization problem for which classical time difference of arrivals (TDOA) based techniques can easily be applied. However, as the multipath scattering involves diffuse components over irregular terrain, there is high degree of uncertainty in location of scattering centers as virtual sensors. Apparently, this causes large localization errors in TDOA. To reduce this error, segmentation of uncertainty regions is proposed, and then radio wave propagation principles can be implemented to estimate location of candidate scattering centers. Once candidate scattering centers are determined, a reliability based weighting method is adopted to estimate the radar emitter location. Simulation results regarding with a simplified 2D model is presented. 75

Hava araçlarında kullanılmakta olan kendini koruma sistemlerinin büyük çoğunluğu, gelişmiş silah ve tehditlere karşı savunma sağlamaktadır. Halbuki, düşürülen ya da yara alan helikopterlerin genellikle tüfek ya da yerden atılan roketler tarafından vurulduğu bilinmektedir. Bu tarz silahların konumunu belirlemek için yerde kurulu sistemler bulunmakla birlikte, hava araçlarına entegre konum belirleme uygulamaları yok denecek kadar azdır. Basit bir Ses Kaynağı Belirleme uygulaması bir mikrofon dizisini algılayıcı olarak kullanarak, belirli bir menzil içerisinde bulunan ses kaynaklarının konumunu belirleyebilir. Bu çalışmada helikopter üzerinde silah sesikaynağını belirlemenin mümkün olup olmadığını anlamak maksadıyla, hem sesin yayılımı ile ilgili etmenler hem de sinyal işleme parametrelerinin farklı ses kaynağı belirleme algoritmaları için simüle edilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, helikopter gürültüsü, çevresel faktörler (sıcaklık, nem gibi), silah sesi özellikleri, görev gereksinimleri gibi sisteme özgü konular göz önünde bulundurularak her bir algoritma için sinyal işleme teknikleri önerilmiştir. Self-defense solutions on current aircraft usually handle advanced weapons while most helicopters down or damaged are known to be attacked from ground using rifles or Rocket-Propelled Grenades (RPG). Although there are ground based localization solutions for Small Arms Fire (SAF) attacks, there are only a few implementations of onboard applications. A simple Acoustic Source Localization (ASL) application employs a microphone array for collecting audio signals, so as to locate sound sources using the measurements from the sound field. The aim of this study is to investigate the possibility of Acoustic Gunshot Localization on a helicopter so as to detect and localize SAF attacks, by simulating the effects of both wave propagation and signal processing parameters for different localization algorithms. Pre-processing and post-processing for each individual algorithm were also proposed considering domain specific issues, such as the effects of helicopter noise, environmental factors (temperature and humidity), gunshot signal characteristics and real life mission requirements. 105

Varış açısı (VA) kestirimi, radar, sonar, tıbbi teşhis veya radyo astronomisi gibi birçok dizi sinyal işleme uygulamasında sıklıkla çalışılmış bir konudur. Sıkıştırmalı algılama (SA) yöntemleri, seyrek sahneler için klasik VA teknikleri ile kıyaslandığında benzer bir performansı daha az sayıda algılayıcı çıktısı kullanarak gösterebildiğinden, literatürde VA sezim (gözetleme) ve kestirimini (takibini) SA kullanarak yapan birçok çalışma yer almaktadır. Bu çalışmaların büyük bir bölümü daha çok geri çatım kısmına odaklanmakta ve ölçüm matrisi olarak Gaussian ve Bernoulli gibi rastgele matrisleri kullanmaktadır. Rastgele matrisler geri çatım için gerekli olan kısıtlanmış izometri özelliğini sağlasa da, gözetleme ve takip performansı ölçüm matrislerinin uygun bir şekilde seçilmesiyle artırılabilir. Bu tezde, geliştirilen yeni bir teknik ile ölçüm matrisleri VA gözetleme ve takip performansını artıracak sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Ölçüm matrisleri VA kestiriminde yapılan hataya bir alt sınır veren Cramer-Rao -Rao Alt Sınırı'nı (CRAS) en azaltacak şekilde dizayn edilmiştir. Sağlaması zor olmayan çeşitli şartlar altında, önerilen tekniğin CRAS'a ulaştığı analitik olarak gösterilmiştir. Önerilen ölçüm matrisi dizayn tekniğini ile girişim giderimi kullanarak ardışık gözetleme yapan yeni bir teknik önerilmiştir. Minmax tipindeki bir eniyileme problemine Greedy tipinde bir çözüm sağlayan yeni geliştirilen bir teknik ile, parametre uzayı gürbüz bir gözetleme performansı sağlayacak şekilde parçalara ayrılmıştır. Ayrıca, ölçüm matrislerini hedeflerinin bir sonraki pozisyonlarını tahmin ederek güncelleyen, uyarlamalı bir hedef takip algoritması geliştirilmiştir. Yapılan birçok simülasyon ile, önerilen ölçüm matrisi dizayn tekniğinin literatürde sıklıkla kullanılan Gaussian matrislere göre çok daha iyi bir gözetleme ve takip performansı sunduğu gösterilmiştir. Direction of Arrival (DoA) estimation is extensively studied in the array signal processing with many applications areas including radar, sonar, medical diagnosis and radio astronomy. Since, in sparse target environments, Compressive Sensing (CS) provides comparable performance with the classical DoA estimation techniques by using fewer number of sensor outputs, there are a multitude of proposed techniques in the literature that focus on surveillance (detection) and tracking (estimation) of DoA in CS framework. Many of such works elaborate on recovery of compressed signal and employ random measurement matrices, such as Bernoulli or Gaussian matrices. Although random matrices satisfy Restricted Isometry Property (RIP) for reconstruction, the measurement matrices can be designed to provide improved performance in search sectors that they are designed for.In this thesis, a novel technique to design compressive measurement matrices is proposed in order to achieve enhanced DoA surveillance and tracking performance using sensor arrays. Measurement matrices are designed in order to minimize the Cramer-Rao Lower Bound (CRLB), which provides a lower bound for DoA estimation error. It is analytically shown that the proposed design technique attains the CRLB under mild conditions. Built upon the characteristics of proposed measurement design approach, a sequential surveillance technique using interference cancellation is introduced. A novel partitioning technique, which provides a greedy type solution to a minmax optimization problem, is also developed to ensure robust surveillance performance. In addition, an adaptive target tracking algorithm, which adaptively updates measurement matrices based on the available information of targets, is proposed. Via a comprehensive set of simulations, it is demonstrated that the proposed measurement design technique facilities significantly enhanced surveillance and tracking performance over the widely used random matrices in the compressive sensing literature. 81

Bu tezin amacı, elektromanyetik dalgaları kullanarak beton, tuğla, ağaç gibi engellerin arkasına gizlenmiş hedeflerin uzaktan tespitini sağlayabilecek askeri ve sivil uygulamalara yönelik çok geniş bantlı ileri bakan radar sistemi için çeşitli ortam senaryolarına uygun görüntüleme yapabilen adapte edilebilir işaret ve görüntü işleme algoritmalarının geliştirilmesidir.Bu kapsamda, laboratuvar ortamında hazırlanmış deneysel düzenek ile engel arkası farklı senaryolar için darbe ve frekans atlamalı iki tip yere nüfuz eden radar sistemi kullanılarak tarama verileri toplanmıştır. Frekans atlamalı radar sistemi, yüksek dinamik aralık ve yüksek çözünürlükte görüntüleme sağlaması ile cisimlerin tomografik görüntülerinin oluşturulmasında tercih edilmiştir. Darbeli radar sistemi ise yüksek hızlı algılama üstünlüğü ve işaret işleme kolaylığı ile derine bakan hızlı taramalı uygulamalarda hedef hareketinin tespit performansının incelenmesi için kullanılmıştır.Ayrıca, frekans atlamalı radar ile toplanan veriyi parazit ve gürültüden temizlemek ve hedeflerin yüksek çözünürlükte görüntüsünü oluşturabilmek için menzil ve huzme parametrelerine dayalı özgün yapay açıklık radarı algoritması, menzil çözünürlüğünü artırarak frekans ortamından zaman ortamına dönüşümü sağlayacak MUSIC algoritması gibi güncel sinyal işleme algoritmaları geliştirilmiştir.Sonuç olarak, iki farklı tipte radar sisteminin performans üstünlüklerinden yola çıkarak, çok geniş bantlı engel arkası görüntüleme radar sistemleri ile çeşitli senaryolar için test verileri toplanmıştır. Elde edilen veriler kullanılarak, gizlenmiş hedef ya da hedeflerin tespit ve takibi adapte edilebilir sinyal işleme teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. The principal aim of this thesis is development of adaptive signal and image processing algorithms by using electromagnetic waves in accordance with various scenarios for ultra-wide band radar system suited to military and civilian application that will provide remote sensing of the concealed targets which in behind the obstacles such as concrete, brick, tree.In this project, using the laboratory equipment, some measurements are taken for different scenarios of behind the obstacles by using two types of ground penetrating radar systems in frequency and time domains. Stepped frequency radar systems are preferred in tomographic imaging because of acquiring high dynamic range and high resolution. On the other hand, impulse radar systems provide high-speed detection capability and facilitate the signal processing. Therefore, performance of moving target detection was examined with impulse radar by using eclipse equations.Furthermore, in order to reduce of interference and noise and obtain the focused image from the raw data which are collected with the stepped frequency radar system, signal processing algorithms are designed such as synthetic aperture radar algorithm based on range and beam parameters and MUSIC algorithm that provides transformation of signals from frequency domain to time domain with high range resolution.As a result, based on performance advantages of two different types of radars, the test data were collected for various scenarios with ultra wide band radar systems. Using the obtained data, tracking and detecting of concealed target were carried out with adaptive signal processing techniques. 91

Deniz dibi haritalama için en pratik metotlar akustik metotlardır. Bu tezde, çok ışınlı iskandil ile harita oluşturma üzerine bir simülasyon programı geliştirilmiştir. Harita çözünürlüğü ve doğruluğunu etkileyen faktörler simülasyonda gösterilmiştir. Sonarın performansını belirleyen ses hızı profilinin Ray Teorisi ile düzeltilmesi anlatılmıştır. Elde edilen veride her bir ışın için derinlik ve bu derinliğin atanacağı konum bilgisindeki hata kaynakları anlatılmıştır.Elde edilen derinlik bilgilerinin gerçek koordinat içerisine aktarımında gemi hareketi ve geminin GPS üzerinden alınan konumu belli bir hata oranı ile simülasyona eklenmiştir. Devam eden kısımda yeni bir metot uygulanarak, daha önceden alınmış batimetrik verilerin yeni ölçümde iyileştirme amaçlı kullanılması çalışılmıştır. Eski ölçümlerin yardımıyla gemi hareketi ve konum belirleme kaynaklı hataların azaltılmasına yönelik bir optimizasyon algoritması uygulanmıştır. Gemi hareketi verilerinin düzeltilmesi ile pozisyon hataları düzeltilmiş ve bu yaklaşım eski harita verilerini iyileştirmek amaçlı ölçüm kalitesine göre ağırlıklandırarak uygulanmıştır.Sonuç bölümünde, simülasyon sonuçları hidrografik çalışmalarda hedeflenen uluslararası standartların belirlendiği Uluslararası Hidrografi Örgütü (IHO)'nün kabul edilebilir hata miktarları ile kıyaslanmıştır. Belirlenen derinlikte alınan ölçümlerde, hata miktarları verilmiş ve gemi hareketi verileri kaynaklı hataların miktarı özetlenmiştir. Düzeltilmiş veri ile eski verinin ölçüm kalitesine göre ağırlıklandırılmasıyla elde edilen iyileştirmeler gösterilmiştir. Hata sonuçları eski haritada, yeni ölçüm haritasında ve iyileştirme sonrası haritada kıyaslanmıştır. IHO standardına uygun bir batimetri çalışmasında ihtiyaç duyulan iskandil çözünürlüğü, gemi hareket sensörü hassasiyeti, GPS konum bilgisi hassasiyeti çıkarılmıştır. İyileştirme sonrası elde edilen değerler IHO'nun kabul edilebilir hata miktarları ile kıyaslanmıştır. The most practical methods in underwater mapping are based on acoustic measurements. In this thesis, a simulation program was developed for mapping the sea depth with a multibeam echosounder. The factors affecting the mapping resolution and accuracy were shown on the simulation. The correction of the sound velocity profile, which affects the sonar's performance, with the Ray Theory was explained. The error sources were explained for measured depth values on each beam and the position assigned for depth measurements. In transfer of the achieved data to earth reference frame, ship movement and ship's position by GPS were added to the simulation with a certain error rate. In the next phase, use of previously taken bathymetric data on improvement of new measurement is conducted using a novel method. With the use of old measurements, an optimization algorithm is applied to minimize errors caused by ship movement and position assignment. With correction of ship movement data the position errors are corrected and this approach is applied in order to improve the old map data by weighting with measurement quality.In the conclusion part, simulation results were compared with the acceptable error quantity stated by the International Hydrography Organization (IHO). On specified depth measurements, error amounts are given and error amount related with ship motion data was summarized. Improvement achieved by weighting of corrected new data and previous data with their measurement quality was shown. Error results were compared on the previous map, on the new measurement and on the map after the improvement. Echosounder resolution required in a bathymetry study in accordance with the IHO standards, ship movement sensor precision, and GPS positioning precision are obtained. Data achieved after improvement were compared with the acceptable error quantity stated by the IHO standards. 121

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015, Yere Nüfuz Eden Radar (YNR, Ground Penetrating Radar (GPR)) yerin altını görüntülemek için kullanılan önemli bir teknolojidir. YNR sisteminde; kontrol ünitesinde darbe üreteciyle üretilen elektromanyetik işaret, verici anten vasıtasıyla yerin altına gönderilir, alıcı anten tarafından geri yansıyan işaretler toplanır ve toplanan işaretler sinyal işleme algoritmalarıyla işlenerek görüntüleme ekranında gösterilir. YNR teknolojisi tünel araştırmaları, maden araştırmaları, şehir alt yapılarının araştırılması, yer altındaki kablo ve boruların tespit edilmesi, arkeolojik araştırmalar, asfalt kontrol araştırmaları ve askeri alan araştırmaları gibi bir çok araştırma alanında kullanılmaktadır ve YNR sisteminin yazılımsal ve donanımsal özellikleri kullanıldığı alana göre farklılık göstermektedir. Bu tez çalışması askeri alanda mayınların tespit edilmesi problemine yönelik bir çalışmadır. Mayınlar ilk olarak metal içeriği fazlasıyla yoğun maddeler kullanılarak üretilmişlerdir fakat metal dedektörlerinin bu mayınları rahatlıkla tespit etmesi üzerine mayınlar metal içeriği çok az olacak ya da hiç metal içermeyecek şekilde plastik madde kullanılarak üretilmişlerdir ve bu mayınların tespit edilmesinde metal dedektörleri başarısız olmuştur. Çözüm olarak YNR sistemleri metal içeriği çok az olan ya da hiç metal içermeyen mayınların tespit edilmesi için kullanılmaya başlamıştır. YNR sistemi metal içeriği çok az olan ya da hiç olmayan mayınların tespit edilmesinde metal dedektörlerine üstünlük sağlasa da bu mayınların YNR sistemi kullanılarak tespit edilmesi hiç de kolay değildir. Kargaşa, özellikle yeryüzüne yakın gömülen, küçük boyutlu ve plastik anti-personel mayınların görüntülenmesini ve tespit edilmesini zorlaştırmaktadır. Kargaşa; alıcı-verici anten arasındaki kuplaj, yeryüzünden geri gelen yansıma ve toprak içerisinde bulunan istenmeyen cisimlerden (ağaç kökleri, ufak taşlar, toprak içerisindeki düzensiz yapılar, vb.) gelen yansımalardan oluşmaktadır. Kargaşa mayınların tespit edilmesini zorlaştırmasının yanında bazı durumlarda toprak içerisinde gömülü cisim olmamasına rağmen ilgili bölgede hedef olduğu algısı oluşturarak yanlış alarmlara sebep olmaktadır. Hedef tespit başarımını arttırmak, yanlış alarm olasılığını azaltmak için kargaşa giderme yöntemleri önem kazanmıştır. Literatürde YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için üç farklı yaklaşım mevcuttur. Bu yaklaşımlar kargaşayı modelleyen yöntemler, hedefi modelleyen yöntemler ve veriyi altuzaylara ayrıştıran istatistiksel yöntemlerdir. Kargaşayı modelleyen yöntemler genellikle hedefin olmadığı bölgeden kargaşayı kestirerek tüm veriden kestirilen kargaşayı çıkarmaktadırlar. Kargaşa bu işlem sonucunda giderilerek sadece hedefin olduğu görüntüye ulaşılır. Kargaşayı modelleyen yöntemler hedefin olmadığı bölge bilgisi gerektirmektedir. Hedefi modelleyen yöntemler ise iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama eğitim aşamasıdır ve bu aşamada çok sayıda hedefe ait veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Hedefe ait bu veriler kullanılarak öznitelik çıkarımı yapılmaktadır ve hedef modellenmektedir. İkinci aşama olan test aşamasında şüphelenilen bölgelerde öznitelik çıkarımı yapılarak modellenen hedefe ait referans özniteliklerle karşılaştırılır ve kargaşa hedeften ayırt edilir. Hedefi modelleyen yöntemler genellikle anti-tank mayınlar içindir çünkü anti-tank mayınların YNR imzası modellemeye uygundur. Ayrıca bu yöntemlerin işlem yükü çok fazla olduğu için sadece şüphelenilen bölgeye uygulanması gerekmektedir ve bu yüzden şüpheli bölgeleri belirleyecek yardımcı algoritmalara ihtiyaç duymaktadırlar. Veriyi altuzaylara ayıran istatistiksel yöntemler ise YNR görüntüsünü hedef, kargaşa ve gürültü şeklinde görüntülere ayırarak kargaşa gidermek için kullanılmaktadırlar. Bu yaklaşım içerisinde Tekil Değer Ayrışımı (TDA, Singular Value Decomposition (SVD)), Temel Bileşen Analizi (TBA, Principal Component Analysis (PCA)) ve Bağımsız Bileşen Analizi (BBA, Independent Component Analysis (ICA)) yöntemleri yer almaktadır ve literatürde yaygın olarak YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılmaktadır. Bu yöntemler genellikle birbirleriyle ve kargaşayı modelleyen yöntemlerle karşılaştırılmıştır ve birçok yayında BBA yöntemi diğer yöntemlere üstünlük sağlamaktadır. YNR görüntülerini alt uzaylara ayırarak kargaşa giderme yapan bu yöntemlerin tek dezavantajı hedefe ait bilgileri kargaşa ve gürültüden ayırt ederken hangi bileşenlerin hedefe ait bilgileri içerdiği bilgisinin kesin olarak bilinmemesidir. Bu tez çalışmasında literatürde ilk kez Morfolojik Bileşen Analizi (MBA, Morphological Component Analysis (MCA)) yönteminin YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılması önerilmiştir. MBA yöntemi seyrek işaret işleme alanında önerilen görüntü ayrıştırma yöntemidir ve ilk olarak resim ve doku bileşenlerinin iç içe olduğu görüntüleri doku bileşeni ve resim bileşeni olarak ayrıştırmak için önerilmiştir. MBA yöntemi zamanla bir çok uygulamada kullanılmaya başlamıştır. MBA algoritması görüntüyü farklı bileşenlere ayırırken herbir bileşen için bir sözlüğe ihtiyaç duymaktadır. Sözlük işaret ya da görüntülerden alınan ve yama olarak adlandırılan küçük görüntü parçalarından oluşmaktadır. MBA algoritması, bir bileşenin bir sözlükle seyrek olarak ifade edilirken diğer bir sözlükle seyrek olarak ifade edilemediğini varsaymaktadır ve algoritmanın başarısı bu varsayıma bağlıdır. YNR görüntüleri incelendiğinde kargaşa ve hedefin farklı karakteristiklerde olduğu belirlenmiştir ve uygun sözlükler kullanılarak MBA algoritmasının YNR görüntülerinde kargaşa gidermek için kullanılabileceği düşünülmüştür. MBA algoritması gerçek YNR görüntülerine uygulanarak kargaşa gidermek için uygun ve etkili bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Ayrıca MBA algoritması kullanılarak elde edilen sonuç literatürde yaygın olarak kullanılan TDA, TBA ve BBA yöntemleriyle elde edilen kargaşa giderme sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır ve MBA algoritması kullanılarak elde edilen kargaşa giderme sonucunun diğer yöntemler kullanılarak elde edilen sonuçlara üstünlük sağladığı gösterilmiştir., Ground Penetrating Radar (GPR) is an important technology that is used for imaging the subsurface. Generally, GPR system consists of a transmitting antenna, a receiving antenna, a control unit and a displaying screen. GPR sends electromagnetic waves to subsurface with the transmitting antenna and reflected signals are collected from the receiving antenna. At the same time, the reflected signals are recorded and then processed with signal processing algorithms and finally processed data are displayed in the screen. GPR has been used in many applications: tunnel linings, geophysical investigations, urban infrastructure investigations, pipes and cable detection, archaeological investigations, road condition survey, military defence applications and so on. Thus, hardware and software properties of GPR varies according to application being used. In this work, GPR is used for military applications: the problem of detection of buried landmines. Detection and removal of landmines is a serious problem affecting civilians and soldiers. It is estimated that about 110 million landmines are buried in 64 countries around the world and that 26,000 people a year are killed or maimed by a landmine. There are two types of landmines: anti-personnel and anti-tank. Anti-personnel landmines are designed for use against humans, as opposed to anti-tank mines which are designed for use against vehicles. Anti-personnel landmines are equipped with casing that protects mine from environment. Early landmines had casing made of steel and aluminium but these mines are easily detected by metal detectors. After the use of metal detectors for landmine detection, mines manufacturers produced new landmines which include minimum metal content. The performance of metal detectors were degraded after the production of these landmines and GPR is started to be used for the detection of landmines with little or no metal content. Although GPR offers the promise of detecting landmines with little or no metal content but landmine detection via GPR has been a difficult problem. It is well known that target detection process in GPR is highly affected by the clutter. Clutter can be caused by breakthrough between the transmitting and receiving antennas, reflection from the ground which is called ground bounce and scattering response from non-mine objects (roots, small rocks, non-uniform terrain and so on). Since the targets are buried near the surface which are consists of minimum metal contents, clutter suppresses target signal because amplitude of reflected signal from the target is weaker than ground bounce. Briefly, clutter prevents to detect landmines and cause false alarms in the non-target region. In addition, the performance of GPR system is affected from soil conditions, temperature, weather conditions and varying terrain. Clutter reduction techniques has gained importance to achieve high detection rates and to decrease false alarm probabilities. In GPR system, the reflected signal is composed of clutter, target and system noise. As the system noise has less importance compared to the other components, clutter reduction algorithms aim to decompose the reflected signal as target and clutter. There are three different approaches to remove clutter in the literature. These techniques are based on modeling the clutter or the target and subspace based statistical methods. In the first approach, clutter or background model is estimated from non-target region and this estimated clutter is subtracted from all GPR image. At the end of this process clutter is removed from GPR image and the image includes only target information. Background (Mean) Subtraction (BS), Median Subtraction (MS), Moving Background Subtraction (MBS), Moving Median Subtraction (MMS), Kalman, Wavelet and Likelihood Ratio Test (LRT) are methods which models clutter. This approach needs information about target-free region and the performance of these methods degrade with varying terrain conditions. In the second approach, target is modeled and then searched in the GPR image. This approach consists of the training and the test stages. Training stage requires too many target data which are taken from different soil conditions, different terrain, large variety of landmine types. After the collection of target data, feature extraction process is applied to these target data. Extracted features are trained with learning algorithms and targets are modelled. In the test stage, feature extraction process is applied to suspicious region in the GPR data and extracted features are compared to target model. After the comparison, the algorithm decides whether the observed region contains target or not, so clutter is separated from target. Especially, this approach is appropriate for anti-tank landmines because GPR signature of anti-tank landmines are suitable for modeling. Polynomial fitting, Histograms of Oriented Gradients (HOG), Hidden Markov Models (HMM), Edge Histogram Descriptors (EHD) are algorithm which are use this approach. In addition, these methods' computational burden is very high so these methods are applied only to suspicious regions to separate target from clutter and also need auxilary algorithms to specify suspicious regions. Subspace based statistical methods are the third approach that are widely used methods in literature for clutter reduction in GPR data. In this approach, GPR data is decomposed into sub images corresponding to clutter, target and background components. Singular Value Decomposition (SVD), Principal Component Analysis (PCA) and Independent Component Analysis (ICA) are used for clutter reduction in this approach. Since in GPR the clutter is much stronger than the target component, it can be reconstructed by the use of the eigenvector corresponding to the largest eigenvalue of the correlation matrix of the GPR image in SVD method or the first principal component in the PCA based method. Similarly, in ICA based method the components are reconstructed using corresponding independent components. Bell-Sejnowski, Molgedey-Schuster, FASTICA, Joint Approximate Diagonalization of Eigenmatrices (JADE) and Kernel-ICA (KICA) algorithms have been developed to implement the ICA method. In this thesis, JADE and FASTICA algorithms are used to remove clutter from GPR images. There are a lot of publication in literature that compare these subspace methods with each other and other approaches. In general, ICA based methods outperform other methods for clutter reduction in GPR images. It is known that these methods decompose GPR image with selecting components and clutter is reconstructed using the first largest component but it is not known exactly which components includes target information. There are some approaches to calculate which components contain target information but achieved results are not satisfactory and component selection process for the determination of the target component is still an open area of research. In this thesis work, the first time Morphological Component Analysis (MCA) method is proposed for clutter reduction in GPR images. MCA is an image decomposition method based on sparse representations and morphological diversity and it is proposed to decompose images into texture and piecewise smooth (cartoon) parts. The basic idea presented in MCA algorithm is the use of two appropriate dictionaries, one for the representation of textures and the other for the cartoon parts. In sparse signal processing area, dictionary is defined as a set of signals and constructed with one dimensional signals or two dimensional image parts which are extracted from images and called "patch". Each element of dictionary is referred as "atom". There are two types of dictionaries: analytic dictionaries and learning based dictionaries. In analytic based approach, dictionaries are constituted with using analytic functions like cosine, sine. In the learning based dictionaries, patches are extracted from a set of images and these patches are processed via learning algorithm and learning based dictionary is constructed with using learned (processed) patches. MCA assumes that an image is a linear mixture of several morphological components where each of them can be sparsely represented with an appropriate dictionary which is inefficient to represent sparsely the other component. This is a key assumption for the success of the MCA algorithm, so the success of MCA algorithm depends on the selection of the dictionaries. Therefore, choosing a suitable dictionary is an important step with two criteria: i) dictionaries must be mutually incoherent and, ii) dictionaries must represent each related component sparsely. Once the dictionaries are identified, MCA finds the components by successive iterative thresholding. In each iteration of MCA algorithm, each component is represented by the related dictionary and sparse coefficients. Sparse coefficients are calculated to represent each component with related dictionary and then these calculated coefficients are thresholded. MCA uses different thresholding methods and thresholding strategies. Thresholding methods are applied to coefficients while thresholding strategies calculate related threshold in each iteration. GPR images include linear mixture of clutter and target components and separation of these components from each other is challenging. In this study, GPR images are decomposed into clutter and target components by the use of MCA. To successfully decompose GPR image into clutter and target components, suitable dictionaries for each type of image-content must be selected. Before the dictionary selection process, GPR images are investigated and it is observed that clutter components include lines or line-shaped parts and targets produce isotropic structures. It is reported that isotropic structures can be efficiently represented by wavelet dictionaries while for global lines curvelet or ridgelet dictionaries are more appropriate candidates. Thus, the clutter and target components are sparsely represented with curvelet and Undecimated Discrete Wavelet Transform (UDWT) dictionaries, respectively. A new clutter removal method based on MCA is applied to four two dimensional GPR images (B-scans). These four B-scans are obtained by using four different scenarios and each scenario is composed of metal targets and as well as plastic targets with low metal content and is performed with different soil conditions and soil types. Obtained results show that MCA is efficient and appropriate method to remove clutter from GPR images. On the other hand, SVD, PCA and ICA methods are applied to these B-scans for comparison purposes. Obtained results show that MCA outperforms these state-of-the-art clutter removal methods., Yüksek Lisans, M.Sc.

Sayısal Radar Video Dağıtım Sistemi; bağımsız radar sinyallerinin sensörlerden (radarlardan) alınarak ethernet ağı üzerinden sayısal olarak iletilmesi amaçlı olarak kullanılan bir video dağıtım sistemidir. Bu sistemler, önceleri yoğun işçilik ve zahmet gerektiren yüksek maliyetli analog dağıtım mimarisi üzerine kurulu iken, teknolojik gelişmeler ile birlikte ağ üzerinden sayısal dağıtım mimarisi üzerine kurulmaya başlanmıştır. Bu bir yandan kullanım kolaylığı ile güncel ve gelişen komuta kontrol sistemlerine hızlı uyarlanabilirlik sağlarken diğer yandan maliyeti, işçiliği ve hata giderme sürelerini önemli oranda azaltmaktadır. Bu nedenle radar videolarının sayısal ağ üzerinden dağıtılmasına yönelik çalışmalar önemli oranda ivme kazanmıştır.Projenin amacı; radar analog videolarının ayrık ve analog hatlarından alınarak işlenmesini ve ethernet ağı üzerinden gönderilmesini sağlayacak olan Radar Sinyal İşleme Cihaz prototipi tasarlamak ve gerekli olan süzme işlemlerini icra edecek gömülü uygulamaları geliştirerek sayısal radar video dağıtım sistemi fonksiyonunu icra etmektir. Digital Radar Video Distribution System is basically a video distribution system that takes discrete sensor (radar) signals as video source and digitally distributes combined data over ethernet network. The system is meanly used in military and civilian domains with increasing demand. Such systems were previously implemented upon analog distribution system architectures which require heavy workload and complexity in addition to excessive cost. But with the emerging of newer technologies, the system architectures began to be based on digital distribution over networks. Thus, the system installation complexity and recovery time are effectively reduced as well as total system cost. As a result, preferability of the system is increasing rapidly around the globe.The aim of this project is the design and prototyping of a Radar Signal Processing Device, which takes radar data from discrete radar interface then streams data over ethernet network after processing thus implementing to the function of digital radar video distribution system. 138

Tez (doktora) - Anadolu Üniversitesi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Kayıt no: 382978, Bu tezde radar vericilerinin kimliklendirilmesine yönelik yeni metotlar geliştirilmiştir. Radar verici kimliklendirme elektronik harp ortamlarında etrafta tehdit oluşturan vericilerin kimliklendirilmesi sürecidir. Geliştirilen metotlardan bir tanesi radar darbe dizilerinin ayrıştırılmasına yönelik geliştirilmiştir. Bu amaç için, öncelikle SOM ve Bulanık ART kendini örgütleyen sinir ağlarının kümeleme performansları değerlendirilmiştir. Daha sonra radar parametrelerinin ani olarak değişebildikleri dinamik değişken sinyal ortamları için bir darbe genliği izleme algoritması geliştirilmiştir. Benzetim sonuçları önerilen algoritmanın çevik darbe parametrelerine sahip radar vericilerini başarılı bir şekilde ayrıştırabildiğini göstermektedir. Bir diğer metot darbe tekrarlama aralığı modülasyon örüntülerinin tanınması üzerinedir. Metot farklı tip darbe tekrarlama aralığı modülasyon dizilerinin çoklu çözünürlüklü dalgacık ayrıştırmasıyla çıkarılan yeni özniteliklere dayanmaktadır. Metot çok geniş bir aralıktaki darbe tekrarlama aralığı modülasyon parametreleriyle test edilmiştir. Benzetim sonuçları önerilen özniteliklerin oldukça gürbüz olduklarını ve geleneksel histogram tabanlı metotları hem doğruluk hem de hesaplama süreleri yönünden geçtiklerini göstermektedir.

RADAR (Radio Detecting and Ranging), uçak, gemi, doğa şekilleri gibi nesnelerin tespiti,yerlerinin belirlenmesi ve görüntülenmesi için kullanılan elektromanyetik tabanlı bir sistemdir. Radar görüntüsü, radarın anteninden gönderilen sinyallerin görüntülenmek istenen hedefe çarpıp yansımasıyla oluşan sinyaller kullanılarak elde edilir. Hedefin her noktasından yansıyan dalganın enerjisi aynı olmaz, yansıyan sinyalin bu özelliğinden yola çıkarak hedefin yeriyle birlikte hedefle ilgili diğer özellikler de tespit edilebilir.Radarlarda görüntüleme son yıllarda ilgi çeken bir alandır. Görüntülemede yüksek çözünürlüğü sağlamak önemli bir problemdir. Radar görüntülemede menzil çözünürlüğü frekans bant genişliğine, çapraz menzil çözünürlüğü ise gözlem açı aralığına bağlıdır. Darbe süresi kısaltılarak menzil çözünürlüğünü iyileştirmek mümkündür ancak bu durumda gönderilen darbenin enerjisi de süresiyle orantılı olarak azalacağı için yeterli SNR( işaret gürültü oranı) sağlanamayabilir. Module edilmiş sinyal kullanarak, hem yüksek band genişliği hem de gerekli olan SNR değeri sağlanır. Çarpraz menzilde çözünürlüğü yükseltmek için pratikte gerçekleştirilemeyecek anten boyutları gerekmektedir. Bu gereksinimden ötürü, geleneksel radarlar ile yüksek çözünürlüklü görüntüleme yapmak mümkün değildir. Yapay açıklıklı radar, gerçek açıklıklı radar sisteminin kısıtlarını ortadan kaldıran bir yöntem olarak geliştirilmiştir. Yapay açıklıklı radar sistemlerinde, bir uydu veya bir uçak ile taşınan radar, mümkün olduğunca sabit bir hızla ileri yönde hareket ettirilmektedir. Radar, ileri yönlü hareketi esnasında belirli bir süre boyunca belirli sayıda darbe göndermektedir. Bu gönderilen işaretler hedef tarafından ger yansıtılır ve radar tarafından toplanır. Farklı frekanslarda ve açılarda toplanan yansıyan alanlar uygun bir biçimde kaydedilmekte ve birleştirilmektedir. Bu sayede yapay açıklık oluşturulmaktadır. Platformun hızı ve toplam darbe gönderme süresi yapay açıklığın boyunu belirlemektedir. Yapay açıklıklı radar yönteminde her nokta daha uzun süre gözlenmektedir. Bu sayede platformun ilerleme yönüne paralel olan azimut doğrultusunda aynı boydaki gerçek açıklıklı bir antene göre daha yüksek çözünürlük elde edilir. Ters yapay açıklıklı radarlardaki (ISAR) yapay açıklık da SAR sistemlerindeki gibi oluşturulur. Ancak, bu sistemde hedef hareketli, radar sabit olup; yapay açıklık gönderilen sinyalin hedefe farklı açılardan ulaşmasıyla elde edilir.Yeterli band genişliğine sahip radardan gönderilen işaretin hedefe çarpıp geri dönmesiyle menzil profili elde edilir. Gönderilen sinyal zaman uzayında ise, yansıyan cevap radar alıcısı tarafından toplanarak RCS bilgisi oluşturulur. Eğer basamak frekanslı dalga ise, gelen cevabın ters Fourier dönüşümü alınarak menzil profili oluşturulur. Menzil profili, hedefin yalnızca konumunu değil biçimi hakkında da bilgi sahibi olunmasını sağlar. Darbe süresi uzun olduğunda birbirine yakın saçılma merkezleri ayrı ayrı algılanamayabilir ve bu durum çözünürlüğü kötüleştirir. Menzil profiline benzer bir mantıkla, çapraz menzil profili de gelen cevapların açı bilgilerinden elde edilir. Menzil profili için, tek bir açıdan toplanan farklı frekans cevapları değerlendirilirken; çapraz menzil profilinde tek bir frekans değerinde farklı açılardan gönderilen sinyallerin cevabı değerlendirilir. Radar görüntüsü ise farklı frekans ve açılarda gönderilen sinyallerin cevabının işlenmesiyle oluşturulur.Sentetik açıklı radar görüntülemede kullanılan geleneksel yöntem hızlı ve işlem maliyetinin düşük olması nedeniyle Fourier dönüşümüne dayalı methodlardır. Menzil profili oluşturmak için , frekans uzayında toplanan datanın 1-B IFFTsi alınır. Frekans açı uzayında toplanan dataya 2-B IFFT uygulanmasıyla radar görüntüsü oluşturulur. Odaklanma problemi olmayan bir radar görüntüsü oluşturmak için , öncelikle frekans açı uzayında toplanan verinin kartezyen koordinatlarda sabit aralıklarla örneklenmelidir. Frekans-açı uzayında sabit aralıklarla alınan verinin örnekleri, interpolasyonla kartezyen koordinatlarda eşit aralıklarla örneklenmesi sağlanır. Polar koordinat ile Kartezyen koordinat düzlemi arasında geçiş yapılıp elde edilen verinin ayrık Fourier dönüşümü (FT) alınarak radar görüntüsü elde edilir. Sıfır ekleme ve pencereleme fonksiyonları ile oluşturulan menzil profili veya radar görüntüsü iyileştirilir. Sıfır eklemek taraklama inceliğini arttırarak yumuşak geçişler sağlarken, yan loblar pencereleme fonksiyonlarıyla bastırılır. Tüm bunlara rağmen Fourier dönüşümüne dayanan metodlarla yüksek çözünürlüklü görüntü elde edebilmek için geniş bant- gözlem açı aralığında veri toplamak gerekmektedir Ancak gerçek hayatta gerçekleştirilen uygulamalarda bu koşulları sağlamak oldukça zordur. Dar bant- açı koşullarında Fourier dönüşümü istenen çözünürlüğü sağlayamamaktadır. Literatürde yüksek çözünürlüklü menzil profili ve radar görüntüsü elde etmek için spektral kestirim yöntemlerinin kullanılması önerilmiştir. Bu çalışmada spektral kestirim yöntemlerinden MUSIC (Multiple Signal Classification) ve özbağlanımlı (Auto-Regressive) modelleme metodlarına değinilecektir. MUSIC metodu verinin özilişki matrisinin sinyal ve gürültü alt uzayına ayrılmasına dayanmaktadır. Özbağlanımlı modelleme ileri ve geri lineer kestirimine dayanmaktadır.MUSIC algoritması için öncelikle birden fazla gözlem sonucunun ortalamasıyla hesaplanan özilişki matrisi bulunmalıdır. Ancak radar uygulamalarında yanlızca bir gözlem verisi bulunduğu için uzlamsal yumuşatma işlemi uygulanarak özilişkii matrisi bulunur. Elde edilen özilişki matrisinin özvektörleri, özdeğerlerine bağlı olarak sinyal ve gürültü alt uzayına ayrılır. Yüksek özdeğerlere ait özvektörler sinyal alt uzayına dahil edilirken, geri kalan özvektörler gürültü alt uzayını oluşturur. MUSIC algoritmasında kullanılan uzlamsal yumuşatma işlemi band genişliğini azaltarak çözünürlüğü düşürmesine rağmen Fourier yöntemine göre daha iyi çözünürlük değerleri sunmaktadır.Özbağlanımlı modelleme ile toplanan radar datası ileri ve geri lineer kestirimleriyle gösterilebilinir. Özbağlanımlı modelleme katsayıları en küçük kareler çözümünden bulunabilir. Ancak en küçük kareler çözümüyle elde edilen menzil profilleri ve radar görüntülerinde, modelleme seviyesine bağlı olarak sahte saçıcılar ve yanloblar oluşabilir. Özbağlanımlı modellemede yan lobaların bastırılması amacıyla tekil değer ayrışımı (SVD) kullanılır. Bu yöntem özbağlanımlı modelleme ile elde edilen radar hedef görüntüsündeki yan lobları bastırmayı başarsa da menzil profilinde ve radar görüntüsünde veri kaybını engelleyemememektedir. Tekil değer ayrıştırımı ve MUSIC algoritmalarının performansı kestirilen saçıcı sayısına bağlı olarak değişmektedir.Son zamanlarda işaret işleme alanında yapılan çalışmalar ile sinyallerin sözlük kullanımıyla seyrek bir şekilde ifade edilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Burada radar işaretleri sözlük kullanılarak ifade edilmiş ve az sayıda sözlük elemanı kullanarak radar işaretleri seyrek bir şekilde gösterilmiştir. Radar işaretlerinin seyrek gösterimini elde etmek için BPDN, ceza terimi ile BPDN ve LASSO yöntemleri kullanılmıştır. BPDN yönteminde, hatanın 2- normunu sınırlandırarak seyrek gösterim vektörünün/matrisinin katsayılarının mutlak değerleri minimize edilmeye çalışılmaktadır. İşaretlerin seyrekliği hatayı kısıtlayan değere bağlıdır. Ceza terimli BPDN algoritmasında ise sıfırdan farklı olan seyrek gösterim vektörünün/matrisinin katsayılarını cezalandırarak hatanın 2 normunu minimize etmeye çalışır. Bu yöntemin dezavantajı ceza teriminin değerinin bulunmasındaki işlem yüküdür. Farklı ceza terimleri için hatanın 2 normu ve katsayılarının bir normu hesaplanarak bir eğri oluşturulur ve bu eğrinin köşesi optimum ceza terim değerini verir. LASSO probleminde seyrek gösterim vektörünün/matrisinin katsayılarının bir normu sınırlı tutularak hatanın iki normu minimize edilmeye çalışılmaktadır. Tüm bu yöntemler CVX optimizasyon programı ile çözülmüştür ancak işlem yükü çok fazladır. Radar sinyallerini seyrek olarak Dikgen Eşleştirme Takibi (OMP) ile daha kısa sürede elde oluşturulabilir. Bu yöntemlerle oluşturulan menzil profilleri ve radar görüntüleri yüksek çözünürlüğe sahiptir.Bu çalışmada, yüksek çözünürlüklü radar görüntüsü oluşturmak için seyrek yaklaşımlar yardımıyla AR modelleme katsayılarının bulunması önerilmiştir. Literatürde kötü konumlanmış (ill-posed) denklem sistemini çözmek için yumuşatma ve seyrekleştirme bilgilerini probleme katan Tickhonov regülarizasyon yöntemi önerilmiştir. AR model katsayılarının l-2 normu cezalandırılarak yumuşak geçiş sunan çözüm elde edilir. Eğer AR mode katsayılarının l-0 normu cezalandırılırsa, seyrek çözüme ulaşılır. Seyrek AR model katsayılarını bulmak için literatürde sıklıkla kullanılan BPDN, ceza terimli BPDN ve LASSO minimizasyon problemleri çözülür. Bu durumda oluşturulan AR model kastayılarının çok az bir kısmı sıfırdan farklı değer alır. Seyrek AR modelleme katsayılarının kullanılmasıyla elde edilen görüntü ile en küçük kareler çözümü ile elde edilen görüntü karşılaştırıldığında yan lobların bastırıldığı ve görüntünün iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Önerilen seyrek AR model yöntemlerinin performansının geri saçılan sinyallerin dar frekans bandı ve açısal sektörde toplanması durumunda bile yalancı saçıcıları başarılı bir şekilde bastırdığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, yöntemlerin performanslarını karşılaştırmak amacıyla sınıflandırma yapılmıştır. Farklı yöntemlerle oluşturulan menzil profilleri ve radar görüntüleri sınıflandırılmış ve önerilen seyrek AR model yaklaşımlarının sınıflandırma sonuçlarının daha yüksek olduğu görülürken, seyreklik yaklaşımıyla oluşturulan görüntülerin sınıflandırma sonuçlarının daha kötü olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak önerilen seyrek AR modellerin, diğer yöntemlere göre daha iyi görüntü oluşturduğu ve sınıflandırma performasını arttırdığı gösterilmiştir. RADAR, which is the abbreviation for Radio Detection and Ranging, is used for many applications including fire control, air traffic control, meteorology, target searching, detecting and tracking. Radar transmits pulses or burst to search for targets. Scattered signals from the target are processed by the radar receiver to extract information about the target such as range, velocity, image of target. The most important radar application is the imaging. Imaging radars can provide range profile and radar image in addition to target's velocity. Resolution, which is the key point of imaging radar, is the problem for conventional radar because high resolution is succeeded with wide bandwidth and angular width. While wide bandwidth can be achieved by using stepped frequency or linear frequency modulated signal, wide angular width is obtained by increasing the dimension of antenna which is not desired or possible in real life application. Instead of huge antenna, synthetic aperture concept that is obtained by relative motion of target and radar is introduced. Synthetic Aperture Radar (SAR) and Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) are based on the synthetic aperture concept. Range profile and radar image are reconstructed by processing the backscattered signals which are collected in frequency and frequency-aspect domain, respectively. Fourier Transform based method is the most common method to reconstruct range profile and radar image. 1-D IFFT of frequency domain data gives the range profile and scattering centers are estimated from the peaks of range profile. Uniformity in spatial frequency domain is required to construct focused radar image but collected data are uniformly sampled in frequency aspect domain. Polar to Cartesian transform is used to convert frequency aspect data to spatial frequency data with uniform sampling. After employing polar reformatting, 2-D IFFT of data constructs focused radar image. Computational cost of this method is very low. In spite of this advantage, the achieved resolution is limited. Spectral estimation methods are another method to generate high resolution range profile and radar image. Multiple Signal Classification (MUSIC) and Autoregressive (AR) model algorithms are the most popular spectral estimation methods. The idea behind the Multiple Signal Classification algorithm is the decomposition of correlation matrix into signal and noise subspaces. Correlation matrix is computed from averaging over the number of snapshots. However, only one snapshot is available in radar application. Spatial smoothing method is used to compute correlation matrix. MUSIC algorithm with spatial smoothing process provides high resolution although it decreases the effective bandwidth. Success of this algorithm is not enough to find the location of scatterers if backscattered data are limited or have low signal to noise ratio (SNR).AR model which is based on the forward and backward linear prediction improves the resolution in range and cross range direction. Radar profile and radar image are obtained by AR model power spectrum. The simplest way to estimate AR model coefficients is to minimize the l-2 norm of the error between predicted and observed signal. Spurious peaks and sidelobes might appear in the range profile and radar image depending on the AR model order. Sidelobes can be suppressed by Singular Value Decomposition (SVD) truncation. The drawback of this method is that number of scatterers should be known or estimated.Backscattered data can be represented as linear combination of small number of elements from overcomplete dictionary which consists of elementary signals. The idea behind the sparsity is to find the smallest subset of dictionary which represents the observed signal. Most of entries in signal representation vector/matrix should be zero to represent backscattered signal with less atoms. Radar image which is based on sparse signal representation provides high resolution in both range and cross range direction without predicting the number of scatterers. Sparse representations can be computed by three-different minimization problem which are Basis Pursuit Denoising (BPDN), Basis Pursuit Denoising with Penalty term and Least Absolute Shrinkage and Selection Parameter (LASSO). Basis Pursuit Denoising algorithm minimizes the sum of the absolute value of coefficients of the sparse representation vector/matrix subject to the residual sum of squares being less than the constant. BPDN with penalty terms is the unconstraint formulation of BPDN. Sparse coefficients are obtained by the l-2 norm minimization of residual by penalizing l-1 norm of the coefficients of the sparse representation vector/matrix. LASSO minimizes residual sum of squares while sum of the absolute value of coefficients of the sparse representation vector/matrix is smaller than constant threshold. Solution of BPDN with penalty term, BPDN and LASSO minimization problems take a lot of time. Orthogonal Matching Pursuit (OMP) algorithm is another method to generate sparse representations of the range profile and radar image. This method requires short time to find the sparse solution. High resolution radar image and range profile can be achieved by using these methods.In this thesis, radar imaging based on sparse AR modeling is proposed. Tickhonov regularization is another way to solve the ill-posed equation system by introducing smoothness and sparsity. If l-2 norm of the AR model coefficients are penalized, smoother solution is produced. The inclusion of l-0 norm penalty function produces sparse solution. In this work, backscattered signals are modeled by AR model algorithm and sparse AR model coefficients are calculated. Sparse AR model coefficients are computed from BPDN, BPDN with penalty term and LASSO. Spurious peaks and side lobes are suppressed in the resulting radar image. Especially, proposed sparse AR model approaches yield better result than the other spectral estimation methods in case of the low SNR and narrowband data.Although all scatterers and location of them are found correctly in radar image based sparse representation, classification success of these methods is the worst one. As a result, radar imaging based on sparse representation is a good candidate for imaging if data are collected at wide bandwidth and angular width.Classification results of methods except sparse radar image representation are very close to each other under the wide bandwidth and aspect angle case. For the limited data case, classification of radar images based sparse AR model methods yields best result among all the methods which are explained in the thesis. Classification results of MUSIC algorithm is in the second place. This result is expected since sparse AR model methods are more successful than MUSIC algorithm to find the scatterers and location of them.As a conclusion, 1-D and 2-D sparse AR model are proposed and these models are applied on the radar data to reconstruct range profile and radar image. Sidelobes are suppressed in the generated range profile and radar image. In addition to that, this method is more successful than MUSIC algorithm to find the scatterers for the limited data case. Classification success will be enhanced if range profile and radar image are generated by using proposed method. 152

Ataletsel navigasyon sistemi, navigasyon denklemleri ve ataletsel ölçüm birimi çıktılarından konum, hız ve yönelim belirlemektedir. Uzun süren navigasyon uygulamalarında, tümlev alarak biriktirilen ataletsel ölçüm birimi sensör hataları kritik önem taşımaktadır.Ataletsel ölçüm birimi hataları deterministik hatalar ve olasılıksal hatalar olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Bu tez çalışmasının amacı, geliştirilen hata telafi algoritmaları ile ataletsel ölçüm birimi hatalarının telafi edilerek sistem performansının arttırılmasıdır. Deterministik hataların belirlenmesi için 100 pozisyonlu statik test ve 120 dönülü dinamik test geliştirilmiştir. Belirlenen bu hatalar deterministik hata telafi modeli içerisinde kullanılmıştır. İvmeölçer hatalarının tespit edilmesinde ortalama %99.2 ve dönüölçer hatalarının tespit edilmesinde ortalama %99.3 başarım sağlanmıştır. Olasılık hataların belirlenmesi için dalgacık dönüşümü ve Kalman süzgecinin beraber kullanıldığı yeni bir yöntem önerilmiştir. Bunlara ek olarak, önerilen diğer metot ataletsel sensör hatalarının sıcaklığa bağlı değişimini azaltarak sistemin doğruluğunu arttırmaktadır. Bu tez kapsamında önerilen teori ve elde edilen iyileştirilmiş sonuçlar, geliştirilenbenzetim yazılımı kullanılarak sunulmaktadır. Inertial navigation system determines position, velocity and attitude by using navigation equations and inertial measurement unit outputs. Accumulation of sensor errors propagated by integration becomes very crucial in long-term navigation applications. Inertial measurement unit errors are divided into two main groups; deterministic errors and stochastic errors. The purpose of this thesis is to improve the performance of an IMU by developing error compensation algorithms. 100 position static tests and 120 rate dynamic tests are performed to determine the deterministic errors. These identified errors are used in deterministic error compensation model. Implementation of the proposed theory results in 99.2% improvement in accelerometer errors and 99.3% improvement in gyroscope errors. A new hybrid wavelet transform-Kalman filter method for the determination stochastic errors is suggested.In addition, proposed method further improves system accuracy through reducing the temperature dependent inertial sensor errors. The whole proposed theory and improved results are reflected by developed simulation software. 122

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015, Sentetik açıklı radar görüntülemede kullanılan geleneksel yöntem hızlı ve işlem maliyetinin düşük olması nedeniyle 2 boyutlu Fourier dönüşümüdür. Radar görüntülemede menzil çözünürlüğü frekans bant genişliğine, çapraz menzil çözünürlüğü ise gözlem açı aralığına bağlı olduğundan 2 boyutlu Fourier dönüşümüyle yüksek çözünürlüklü görüntü elde edebilmek için geniş bant-geniş gözlem açı aralığında veri toplamak gerekmektedir. Ancak gerçek hayatta gerçekleştirilen uygulamalarda bu koşulları sağlamak oldukça zordur. Dar bant-dar açı koşullarında 2 boyutlu Fourier dönüşümü istenen çözünürlüğü sağlayamamaktadır. Literatürde bu problemin çözümü için yüksek çözünürlüklü spektral kestirim yöntemleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada spektral kestirim yöntemlerinden MUSIC (Multiple Signal Classification) ve özbağlanımlı (Auto-Regressive) modelleme metodlarına değinilecektir. MUSIC algoritması ile radar hedef görüntülemede gürültü saçıcıları başarılı bir şekilde bastırılmasına rağmen veri toplanan frekans bandı ve açı sektörü daraldıkça radar hedef görüntüsünde bozulmalar önemli ölçüde artmaktadır. Özbağlanımlı (AR) modellemede ise dar frekans bandı ve açısal sektörde hedef radar görüntüsü korunsa da çok sayıda sahte saçıcılar oluştuğundan görüntüde hedef ile arka plan ayrımı zorlaşmaktadır. Özbağlanımlı modellemede sahte saçıcıların bastırılması amacıyla tekil değer ayrışımı (singular value decomposition-SVD) kullanılır. Bu yöntem özbağlanımlı modelleme ile elde edilen radar hedef görüntüsünde sahte saçıcıları bastırmayı başarsa da radar hedef görüntüsünde veri kaybını engelleyemememektedir. Bu çalışma kapsamında önerdiğimiz seyrek özbağlanımlı (sparse AR) modelleme yönteminde ise veriler dar frekans bandı ve açısal sektörde toplansa dahi sahte saçıcılar başarılı bir şekilde bastırılmaktadır. Ayrıca bu işlemi yaparken görüntülenmesi amaçlanan hedefin görüntüsünde oluşabilecek bozulmayı önemli ölçüde engellemektedir., Traditional SAR imaging method is 2-D Fourier transform, because of its speed and simplicity. In SAR imaging range resolution depends on frequency bandwidth and cross-range resolution depends on angular width. Because of this condition, wide frequency bandwidth and wide angular width is needed for high resolution SAR images. However it is hard to meet this conditions in real life applications. In the literature, there are some high resolution spectral estimation techniques to get high resolution SAR images in the narrow frequency bandwidth - angular width such as MUSIC (Multiple Signal Classification) and AR (Auto-Regressive) Modelling. MUSIC algorithm is a successful method to suppress the spurious scatterers. Nevertheless, when frequency bandwidth and angular sector is narrow, deteriorations affect the radar target image highly. AR modelling method works well in case of narrow frequency band and angular sector; but there are too many spurious scattering centers that prevent to distinguish the radar target image and background. SVD can be used to suppress spurious scattering centers; but it also causes to suppress scattering centers of target. In this study, we present sparsity regularized AR models and apply them to the problem of high resolution radar imaging. We constraint AR coefficient vector to be sparse. By using the sparsity prior we constrain AR coefficient vector to be sparse. The use of resulting coefficient vector yields radar images with reduced side lobes improving the discrimination of the target from the background. This method also works successfully in case of narrow frequency band and angular sector., Yüksek Lisans, M.Sc.

Son yirmi yılda hafif ve az enerji tüketen gömülü sistemlerde yaşanmakta olan gelişmeler, otonom robot teknolojilerinde büyük gelişmelere yol açmıştır. Heterojen mobil robot gruplarının ilgi çekici olmasının en önemli sebeplerinden biri farklı tipteki robotların sahip olduğu avantajların tek bir sisteme entegre edilerek genel sistemin verimliliğinin arttırılabilmesidir.Bu tez çalışmasında çoklu İnsansız Kara Araçlarından (İKA) ve bir adet İnsansız Hava Aracından (İHA) oluşan heterojen bir mobil robot grubunu belirlenmiş bir ortamda önceden verilen bir görevi tamamlamak için, her bir robotun iş birliği içinde çalışabileceği yeni bir teorik çerçeve geliştirilmiştir. İHA, dört pervaneli bir helikopter, ortamdaki hedefin konumunu hesaplayıp, herhangi bir başlangıç noktasından hedefe giden gerçekleştrilebilir bir yörünge çıkarabilmektedir. İKA'lar, holonomik olmayan iki tekerlekli mobil robotlar, sanal bir lideri takip etmektedirler; bu sanal lider ise İHA'nın üç boyutlu ortamdaki pozisyonunun yatay düzleme olan projeksiyonu olarak tanımlanmıştır. İHA kendi pozisyonunu belli aralıklar ile bütün İKA'lara göndermektedir. Bu tezde iki farklı koordinasyon modeli geliştirilmiştir. Dinamik kontrol modelinde, referans yörüngeleri nodal kütle, yay ve sönüm elemanı modeli kullanılarak her bir robot için ayrı ayrı oluşturulmaktadır. Kinematik koordinasyon modelinde ise sanal liderin pozisyonuna ve en yakın iki komşu robota olan uzaklıklar kullanılarak her bir robotun doğrusal ve açısal hız referans yörüngelerini hesaplanır. Çeşitli koordineli görevler sunulmuş ve bu çalışmalar benzetimlerle doğrulanmıştır. Benzetim çalışmaları sırasında robotlar arasında iletişimden kaynaklanan belli gecikmeler de göz önüne alınmıştır. Benzetim sonuçları oldukça umut vericidir ve sistemin deney düzeneği haline getirilmesi yönünde ilk adımı oluşturmaktadır. Coordination of autonomous mobile robots has received significantattention during the last two decades with the emergence of small,lightweight and low power embedded systems. Coordinated motion ofheterogenous robots is important due to the fact that uniqueadvantages of different robots might be combined to increase theoverall task efficiency of the system.In this thesis, a new coordination framework is developed for aheterogeneous robot system, composed of multiple Unmanned GroundVehicles (UGVs) and an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), that operatesin an environment where individual robots work collaboratively inorder to accomplish a predefined goal. UAV, a quadrotor, detects thetarget in the environment and provides a feasible trajectory from aninitial configuration to a final target location. UGVs, a group ofnonholonomic wheeled mobile robots, follow a virtual leader which iscreated as the projection of UAV's 3D position onto the horizontalplane. The UAV broadcasts its position at certain frequency to allUGVs. Two different coordination models are developed. In thedynamic coordination model, reference trajectories for each robot isgenerated from the motion of nodal masses located at each UGV and connected by virtualsprings and dampers. Springs have adaptable parameters that allow the desired formation to be achieved In the kinematic coordination model, theposition of the virtual leader and distances from the two closestneighbors are directly utilized to create linear and angularvelocity references for each UGV. Several coordinated tasks arepresented and the results are verified by simulations wheredifferent number of UGVs are employed and certain amount ofcommunication delays between the vehicles are also considered.Simulation results are quite promising and form a basis for futureexperimental work on the topic. 117

Bu çalışmada Elektronik Destek sistemleri için Darbe Tekrar Aralığı Modulasyonu Algılama Methodu geliştirilmiştir. Ayrıca ilgili Modulasyonun kritik parametrelerini çıkartma çalışmaları yapılmıştır. Elektronik Harp günümüz koşullarında bir kuvvet çarpanı olarak değerlendirilmekte ve önemini gün geçtikçe arttırmaktadır. Yoğun elektromanyetik sinyal ortamında Elektronik Destek sistemlerin radar parametrelerini algılayıp ilgili parametreleri Elektronik Taarruz sistemleri ile paylaşması beklenmektedir. Radar sistemleri Elektronik Korunma altında algılanmasını veya karıştırılmasını engelleyecek yöntemler uygulamaktadır. Bunlardan bir tanesi ise Darbe Tekrar Aralığına çeşitli modulasyonlar uygulamaktır. Elektronik Taarruz sistemleri tarafından gelişmiş teknikler uygulanabilmesi için bu modulasyonların çözülmesi gerekmektedir. Bu çalışmada söz konusu modulasyonların ayırımı kayıp ve hatalı darbeler ve gürültü altında başarı ile sağlanmıştır., This study proposes a method for Pulse Repetition Interval Modulation Recognition for Electronic Support Systems. Also in this study a Pulse Repetition Interval Modulation parameter extraction method has been proposed. Electronic Warfare have been considered as force multiplier with a increasing importance in defence systems. Electronic Support systems supposed to intercept and identify radar systems and hand over the critical information to Electronic Attack systems. Radar Systems employ various techniques to avoid deception or even not intercepted. One of these technique is to use Pulse Repetition Interval Modulations. In order to counter these radar system with advanced Electronic Attack techniques Electronic Support Systems must recognize these modulations. In this study a these modulations have been recognized under miss and spurious pulses and unintentional jitter such as noise.

ÖZETELEKTROMANYETİK SİLAH SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ ve BİR UYGULAMA ÖRNEĞİBu tez, yeni teknolojiden yararlanarak tasarlanan, günümüz silah sistemlerine alternatif olarak geliştirilmeye çalışılan “Elektromanyetik Silah” sistemleri üzerine hazırlanmıştır. Tez içeriğinde elektromanyetik silahlarla normal silahların kıyaslanması yapılmış, var olan elektromanyetik silah modellerinden bahsedilmiştir. Çalışmada farklı elektromanyetik silahlardan bahsedilmiştir ancak özellikle raylı tip olarak isimlendirilen elektromanyetik silahların incelemesi ve analizi uygulamalı olarak araştırılmıştır.Giriş kısmında manyetik ve elektromanyetik alan bilgilerinden bahsedilmiştir. Konu ile alakalı detay ve hesaplamalar üzerinde durulmuştur. Sistemin çalışma prensibine, sağ el ve sol el kurallarına değinilmiştir. Çalışmanın uygulama aşamasında ateşleme kaynağı olarak 8 adet kondansatör kullanılmış ve sistemden 2613.9 Joule enerji elde edilmiştir. Gerekli şarj devresi ve havalı mermi itici sistemi hazırlanmıştır. Ateşlemenin iptal edilebilmesi için deşarj devresi tasarlanmıştır. Kondansatör grubunda bulunan gerilim ve mermi itici hava ölçümleri için gerekli ölçü düzenekleri hazırlanmıştır. Namlu ve mermi % 2’lik toleranslı olarak imal edilmiş ve sisteme monte edilmiştir. Namlu hariç bütün sistem şeffaf pleksiglas malzeme ile yapılan kutu içerisine yerleştirilmiştir. İmalatın her aşaması detaylı olarak verilmiştir.Atış denemeleri yapılarak çeşitli ölçümler elde edilmiştir. Teorik hesaplamalar ile uygulama sonuçları karşılaştırılmış ve grafiklerle gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler:Elektromanyetik Silah, Elektromanyetik Fırlatıcı, Raylı Fırlatıcı, Elektromanyetik Alan, Raylı Silah.Ağustos, 2013 İsmail YILDIZABSTRACTAN INVESTIGATION ON ELECTROMAGNETIC WEAPON SYSTEMS AND A CASE STUDYThe thesis is prepared on the “Electromagnetic Weapons” that are designed through state-of-the-art technology and developed as an alternative to existing weapon systems. Throughout the study a comparison of electromagnetic and normal weapons is made and then information about existing electromagnetic weapons is given.Various electromagnetic weapons are referred in the study but the inspection and the analysis of electromagnetic weapons particularly named as rail type are made practically.In the introduction part, information on magnetic and electromagnetic fields is given. Some details and calculations on the topic are also given. The working principle of the system, right-hand and left-hand rules mentioned.In the application part of the study, 8 condensers are used as the source of ignition and 2613.9 Joules of energy is attained. The necessary charging circuit and airy bullet impeller are prepared. For the cancellation of the ignition a discharging circuit is designed. Necessary measuring assembly is constructed for the measurement of the voltage at the condenser group and for the air measurements of bullet impeller. The barrel and the bullet are produced and mounted to the system with 2% tolerance. All the system, excluding the barrel, are put the box made of transparent plexiglass material. The manufacturing processes are presented in detail.Some measurements are performed by making some firing tests. The theoretical calculations and application results are compared and presented with graphs.Key Words:Electromagnetic Weapons, Electromagnetic Launcher, Rail Launcher, Electromagnetic Field, Rail gun.August, 2013 İsmail YILDIZ

Nesne tanıma üzerine literatürde bütünsel yöntemlerden dönüşüm ? arama tabanlı yöntemlere çok sayıda yöntem önerilmiştir. Bu yöntemler rotasyon, ölçekleme, öteleme, kapatma (occlusion) ve arka plan gürültüsü gibi etkiler karşısında yüksek yanlış alarm oranıyla nesne tanımayı gerçekleştirmektedir. Düşük yanlış alarm oranıyla nesne tanımayı gerçekleştirmek için rotasyon, ölçekleme ve öteleme etkilerinden bağımsız, kapatmaya ve arka plan gürültüsüne dayanıklı bir öznitelik tabanlı nesne tanıma yöntemi kullanılmıştır. Kullanılan yöntemi oluşturan öznitelik çıkartımı ve sınıflandırma gibi işlemler parametrik olarak incelenmiştir. Farklı parametreler kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda performans başarımları elde edilmiştir. Karşılaştırmalı çalışma sonucunda bu parametrelerin nesne tanıma performansına etkileri belirtilmiştir. In the literature of the object recognition, there have been various proposals ranging from global methods to transformational-search based methods; yet these methods do not promise object recognition with low false alarm rate under the impacts of rotation, scaling and translation (RST), occlusion and background clutter effects. In order to recognitize the objects with low false alarm rate a feature-based object recognition method which is RST invariance and robust to occlusion and background clutter has been utilized. The components of the utilized method such as feature extraction and classification have been checked out parametrically. As a result of experimental studies with the usage of different parameters successful performances have been attained. In consequence of contrasting studies the effects of these parameters upon object recognition have been emphasized. 99

ÖZETHAREKETLİ HEDEFİ TAKİP EDEN ROBOT KOLU SİSTEMİGünümüzde görüntü işleme günlük yaşantımızda ve sanayiinin çeşitli dallarında uygulama alanı bulan bir konudur. Özellikle savunma sanayii açısından görüntü işleme ile hedefin otomatik olarak takip edilmesi önemli bir husustur. Çalışmamız savunma sanayii için hedef takibi amaçlı olarak planlanmış ve çalışma mantığı da bu düstur üzerine kurulmuştur. Çalışmamız iki ana kısımdan oluşmaktadır.Birincisi hedefin kameradan alınan görüntüden gerekli görüntü işleme teknikleri kullanılarak ayıklanması ve tespiti, ikinci kısım ise robot kolunun hedef olarak tespit edilen cisme doğru dönüp onu merkezine alması ve bu sayede takibini devamlılığının sağlanmasıdır.Çalışmamızda görüntü işleme alanında kullanılan programlar, yöntemler ve teknikler incelenmiş olup bunların arasından bize uygun olan iki boyutlu çapraz korelasyon yöntemi hedef tanıma yöntemi olarak, bu yöntemin özelliklerini kullanmamızı sağlayan MATLAB programı da görüntü işleme programımız olarak seçilmiştir. Görüntü işleme alanında kullanılan farklı programlar ve yöntemler bulunmaktadır. İhtiyaca göre değişiklik gösterebilecek farklı seçenekler mevcuttur, önemli olan doğru program ve yöntemi en verimli şekilde kullanabilmektedir. Hedef tanımlama kısmı gerçekleştirildikten sonra hedefin takip edilmesi için gerekli yöntemler tasarlanmış ve bu amaçla iki eksenli bir robot kolu üretilmiştir. Bu robot kolu iki adet servo motordan oluşmaktadır, kamera ise bu servo motorların bağlı bulunduğu düzeneğin üzerindedir, görüntü işleme ile tespit edilen hedef kameranın orta noktasına gelecek şekilde robot düzeneği döndürülmektedir.Çalışmamız; hedefi tanımlayabilme ve tanımlanan hedefi takip edebilme özelliğine sahiptir. Görüntü işleme alanında kullanılan veya kullanılabilecek sistemlerin nasıl çalıştığını ve çalışma mantıklarının neler olduklarını ortaya sermektedir. Sistem daha hızlı görüntü işleme ekipmanları ve daha kaliteli bir kamera ile çok daha kaliteli ve doğruluğu yüksek bir sistem haline getirilebilir.ABSTRACTImage processing has become a very important subject in technologies which are used in daily life applications and industrial applications. Especially for defense industry, image processing is a critical subject which is used to detect targets and track targets. Our study and system have been based on defense industry usage and it's working mentality so on. Our study can be examined in two important parts; one is target detection and the other one is tracking the target. At first part our system uses image processing techniques over the frames which are taken from the camera and the second part sets the robotic system to the proper coordinates.In our study, image processing techniques and softwares which are used in image processing has been examined and as the image processing technique, two dimensional normalized cross correlation is prefered, as the image processing program to use it's facilities also has been examined and MATLAB program has been chosen. As the study subject can vary, the other programs or programming languages also other image processing techniques can be used to supply the need of study subject. After choosing image processing technique and programming language, to track the object using camera, a robotic arm system has been developed, this robotic arm has two axes which moves horizantally and also vertically. This horizontal and vertical movement is done by using two servo motors. Camera can turn to the right coordinates so it can track the object properly, this is done by servo motors. Our study has the capabilty to identify the target and track it properly. It can easily work and lets the user know about the image processing techniques and robotic arm controlling. System can bu more effective by using more compatible camera because our camera is very simple and frame quality is low. If more capable camera is used effectivity can be improved. Also if a processing equipment is used for image processing, image processing time can reduce so a faster target detection can be possible.

Tipik bir hedef takip süzgeci radarın sinyal işleme katı çıkışını bir eşik değeriyle karşılaştırarak tespitleri üretir. Bunun sonucunda düşük sinyal gürültü oranına sahip hedefler, eğer sinyal gücü tanımlanmış olan eşik değerinden düşük ise tespit edilemeyebilir. Tespit Öncesi İzleme (TÖİ) teknikleri tespit eşik değeri ihtiyacını ortadan kaldırarak düşük sinyal gürültü oranına sahip hedeflerin tespit ve izlenmesine olanak sağlayan bir yaklaşımdır. TÖİ yaklaşımları radar sinyal işleme katında eşik değeri kullanım ihtiyacını ortadan kaldırmakla birlikte, süzgeç katında ayarlama eşik değerlerini sıkça kullanmaktadır. Bu tezde TÖİ, yaklaşımlarında kullanılabilecek ve herhangi bir eşik değeri kullanımını ortadan kaldıran Saklı Markov Modeli (SMM) tabanlı 3 adet hedef tespit yöntemi önerilmektedir. Önerilen ilk yöntem sinyal güç seviyesinin en büyük olduğu menzil ve kerteriz değerlerinin değişimini kullanmaktadır. Bu yöntemin en büyük dezavantajı hedefin sinyal güç seviyesinin parazit yankıdan büyük olması gerekliliğidir. Bu dezavantajı ortadan kaldırabilmek için sürekli dalgacık dönüşümü ve SMM'yi birlikte kullanan ikinci bir yöntem önerilmektedir. Gerçek radar ölçümleri kullanıldığında önerilen yöntem hedef tespiti yapabilmektedir. İkinci yöntemin en büyük dezavantajı olarak da sistem performansının kullanılan ana dalgacığa bağımlı olmasıdır. Bu dezavantajı ortadan kaldırabilmek için de çoklu-fraktal ve SMM'yi birlikte kullanan bir hedef tespit yöntemi önerilmektedir. Önerilen yöntem deniz parazit yankısı içeren gerçek radar ölçümlerinde hedef tespiti yapabileceğini göstermektedir. A tracking filter using conventional methods perform target detection by setting a threshold at the output of the sensor?s signal processor. Thresholding may result in not detecting targets with low signal-to-noise ratio (SNR) if the signal power is below the predetermined threshold. Track-before-detect (TBD) techniques avoid the usage of a detection threshold and provide detecting and tracking targets with lower signal-to-noise ratios. Although TBD techniques eliminate the need for detection threshold at sensor?s signal processing stage, they often use tuning thresholds at the output of the filtering stage. This thesis presents three different Hidden Markov Model (HMM) based target detection methods for employing with TBD techniques which does not employ any thresholding. The first proposed method uses the range and bearing changes corresponding to the measurement which has the maximum signal level. The major disadvantage of this method is the requirement of the target signal level to be higher than the clutter level. To overcome this problem a HMM based detection method which employs continious wavelet transform is proposed. Using real radar measurements the second proposed method shows that it can be used for target detection. The major disadvantage of the second proposed method is the dependency on the choice of mother wavelet. To overcome this dependancy another HMM based target detection which employs multi-fractal formalism is proposed. Using real radar measurements under sea clutter, the proposed method shows that it can be used for target detection 141

Hava platformlarına zarar vermek amacıyla tasarlanmış kızılötesi arama başlıklı yerden havaya fırlatılan füzeler hava platformundan yayılan kızılötesi enerjiyi algılayarak hedef konum tespiti yaparlar. Hava platformundan yayılan kızılötesi sinyaller füzenin arama başlığı tarafından algılanarak hedef konum tespiti yapılır. Buna karşılık, füzelerin hedefe zarar vermesini engellemek amacıyla birçok ileri teknik geliştirilmiştir. Füzelerin hava platformu tarafından uygulanan bu Elektronik Taarruz tekniklerine karşılık vermesi ihtiyaçtır. Bu nedenle Elektronik Korunma teknikleri geliştirilmiştir.Bu tezde, hedef konumunu kestirmek için, çift bant odak düzlem dizisi detektörüne sahip görüntülemeli kızılötesi arama başlıklı yerden havaya atılan füze tasarlanmıştır. Detektör, hedeften gelen kızılötesi sinyallerin belirlenmiş bir eşik şiddeti değeri üzerinde olması durumunda hedef konum tespiti yapmaktadır. Böylece, arka plan gürültüsü engellenecektir. Aynı zamanda, Elektronik Korunma teknikleri sayesinde hava platformu üzerinden fırlatılan Elektronik Taarruz mühimmatı MTV ve spektral ısı fişeklerinin füzenin arama başlığını yanıltması engellenecektir.Modellerin çalışmasını gerçekleştirmek ve modelleri test edebilmek için simülatör geliştirilmiştir. Simülatörde F-16 hava platformuna ait dinamik hareket, 3B kızılötesi imza modelleri; füze için detektör, Elektronik Korunma teknikleri, gimbal, güdüm ve hareket modelleri; Elektronik Taarruz tekniği olarak MTV ve spektral ısı fişeklerinin zamana karşı hareket ve 3B kızılötesi imza modelleri geliştirilmiştir. Surface-to-air missiles having infrared detectors, aiming to destroy air platforms, determine the position of targets based on the infrared energy radiating from air platforms. It is possible to detect infrared signals radiating from an air platform by a missile seeker. This will enable the missile to estimate target position with respect to missile seeker. On the other hand, there are many advanced techniques developed to prevent missiles to damage targets. It is a real need for the missiles to overcome these ECM (Electronic-Counter-Measures) techniques which are carried out by air platform. In order to satisfy this basic need of missiles, certain techniques called ECCM (Electronic-Counter-Counter-Measures) techniques have been developed.In this study, surface-to-air missile equipped with imaging infrared seeker, which has dualband Focal-Plane-Array detector, has been designed to detect target position. Infrared detector detects and measures the position of target, if the intensity of the detected infrared signals is above threshold level. In this manner, background noise is eliminated. At the same time, ECCM techniques prevent seeker to be misled by MTV (Magnesium/Teflon/Viton) and spectral flares which are ECM ammunition dispensed by an air platform.In order to realize and test the models, simulator has been developed. Dynamic motion and 3D infrared signature models of F-16 air platform; detector, ECCM techniques, gimbal, guidance, kinematic motion models of missile; MTV and spectral flares motion and 3D infrared signature models with respect to time have been developed at simulator. 153

Yüksek manevra kabiliyetli bir hava aracının bir havadan havaya füze tarafından takibizorlayıcı bir güdüm ve kontrol problemine çözüm gerektirir. İsabet kabiliyeti birhava-hava füzesi için en önemli ihtiyaçtır. Güdüm yöntemi ile uygun güdüm komutlarınınüretilmesi ve bu tip çevik bir füze için ihtiyacı karşılayacak bir otopilot, füze ilehedef arasındaki mesafeyi kısaltmanın ve başarılı bir vuruş sağlamanın anahtarıdır. Butezde uçuş süresi azami 100 saniye olan bir havadan havaya füzenin otopilot ve güdümyöntemi tasarımı üzerine çalışılmıstır. İlk aşamada füzenin doğrusal olmayan 6 serbestlikdereceli matematiksel modeli, hareket denklemlerinde Missile Datcom programı ilebulunan aerodinamik katsayılar kullanılarak elde edilmiştir. Matematiksel model otopilottasarımı için seçilen uçuş koşulları etrafında doğrusallaştırılmıştır. Bu tezde güdümproblemi, birinci ve ikinci dereceden kayan kipli kontrol yöntemi kullanılarak elealınmıştır ve bu güdüm kuralları farklı angajman senaryoları için karşılaştırılmıştır. Pursuit of a highly maneuverable aircraft by an air-to-air missile requires a solution toa challenging guidance and control problem. Precision is the most important need forthese missiles. Appropriate guidance commands that are generated by the guidancemethod and an autopilot that can fulfil the agility needs of such a missile are thekeys of minimizing the distance between the missile and the target and a successfulinterception. In this thesis, autopilot and guidance method design of an air-to-airmissile(AAM) that has maximum 100 seconds time of flight is studied. As the first step, nonlinear 6degrees-of-freedom (6DOF) mathematical model of the missile is derived by using theequations of motion with aerodynamic coefficients found by Missile Datcom program.Mathematical model is linearized around chosen flight conditions to design an autopilot.In this thesis, the guidance problem is handled by using first and second ordersliding mode control and these guidance rules are compared for different interceptionscenarios. 181

Seyrüsefer sistemlerinin temel bileşeni olan ataletsel ölçüm birimleri günümüzde bir çok değişik sistemde kullanılmaktadır. Ataletsel ölçüm biriminin ana bileşenleri olan ivmeölçerler ve dönüölçerler üretimdeki maliyetin düşmesi ile birlikte üretim sayılarında artış meydana gelmiştir. İvmeölçer ve dönüölçerlerin düşük maliyetle yüksek sayıda üretilmesi ile birlikte sensör performanslarında düşüş olduğu gözlemlenmektdir. Bu nedenle, ataletsel ölçüm birimlerinin performansını arrtıkmak amacıyla hata telafi algoritmaları gündeme gelmiş ve çok çeşitli algoritmalar tasarlanmıştır. Ataletsel sensörler iki türlü hata içerirler. Bunlar orantı katsayısı hatası, sabit kayma ve eksenel kaçıklık gibi deterministik hatalar ve sabit kayma hatası kararsızlığı, orantı katsayısı hatası kararsızlığı gibi olasılıksal hatalardır. Deterministik hatalar hata telafi algoritmalarının temel parçalarını oluşturmaktadır. Bununla birlikte uzun süreli seyrüsefer sistemi kullanımlarında olasılıksal hatalar kritik önem taşımaktadır. Bu tez çalışması, dönü tablası kullanılarak gerçekleştirilen 27 durumlu statik pozisyon testi ve 60 durumlu dinamik kalibrasyon testi verilerinden deterministik hatların nasıl hesaplandığını ve belirlenen hataların hata telafi modeli içerisinde nasıl kullanıldığını anlatmaktadır. Ayrıca, olasılıksal hata parametrelerinin Gauss-Markov süreci ile modellenerek sensörlerin sabit hata kararsızlıklarının anlık olarak kestirimi Kalman süzgeci algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İvmeölçerler ve dönüölçerlerin sabit hata kararsızlıklarının anlık olarak kestirilmesi ile birlikte ataletsel ölçüm biriminin olasılıksal hataları gerçek zamanlı olarak telafi edilebilecektir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında deterministik ve olasılıksal sensör hatalarının telafisi yapılarak ataletsel ölçüm birimi performansının nasıl arttırıldığı araştırılmıştır. Inertial Measurement Units, the main component of a navigation system, are used in several systems today. IMU?s main components, gyroscopes and accelerometers, can be produced at a lower cost and higher quantity. Together with the decrease in the production cost of sensors it is observed that the performances of these sensors are getting worse. In order to improve the performance of an IMU, the error compensation algorithms came into question and several algorithms have been designed. Inertial sensors contain two main types of errors which are deterministic errors like scale factor, bias, misalignment and stochastic errors such as bias instability and scale factor instability. Deterministic errors are the main part of error compensation algorithms. This thesis study explains the methodology of how the deterministic errors are defined by 27 state static and 60 state dynamic rate table calibration test data and how those errors are used in the error compensation model. In addition, the stochastic error parameters, gyroscope and bias instability, are also modeled with Gauss Markov Model and instant sensor bias instability values are estimated by Kalman Filter algorithm. Therefore, accelerometer and gyroscope bias instability can be compensated in real time. In conclusion, this thesis study explores how the IMU performance is improved by compensating the deterministic end stochastic errors. The simulation results are supported by a real IMU test data. 144

Son yıllarda, uydu görüntülerinden yer uzamsal nesne tespiti ve teşhisi hakkında literatürde yerel öznitelikler veya bütünsel görünüş temelli çok sayıda metot önerilmiştir. Ama bu metotlar nesne sınıfı ile arkaplan sınıfı arasında yeterince ayırt edici kabiliyete sahip olmadığı için tespit işlemi sırasında çok sayıda yanlış alarmlı sonuç üretirler. Ayrıca tespit işleminde kullanılan kayan pencere mekanizmasından dolayı genellikle bu algoritmalar bulunan nesnelerin konum bilgisini tam olarak veremezler. Bundan dolayı yukarıda bahsedilen eksiklikleri gidermek için nesnenin şekline dayalı yer uzamsal nesne tanıma algoritması önerilmiştir. Böyle bir gürbüz nesne tanıma sistemini geliştirmek için öncelikle bazı popüler tam ve yarı otomatik görüntü bülütleme algoritmalarının, örneğin tam otomatik için düzgülü kesik, k-orta kümeleme, ortalama kayma ve yarı otomatik için interaktif grafik kesik, GrabCut, GrowCut, önplan nesne çıkarımı performansları nesnel ve öznel olarak değerlendirilmiştir. Ondan sonra ARD, Hu momentler ve Fourier tanımlayıcıları gibi bazı şekil tanımlayıcı tekniklerinin erişim performansları incelenmiştir. Önerilen sistemde ilk önce verilen test görüntüsündeki hipotez noktaları üretilmektedir. Daha sonra, bu hipotez noktaları kullanıcı girdisi gibi kullanıldıktan sonra interaktif GrabCut algoritması vasıtasıyla önplan nesnesini elde etme işlemi gerçekleştirilir. Ardından, çıkarılan ikili nesne maskeleri şekil tanımlayıcı tekniklerinin entegre edilmiş sürümü aracılığıyla tanımlanır. Daha sonra, hedef nesneleri tespit etmek için DVM sınıflandırıcısı kullanılır. Son olarak, hipotez noktalarının üretimi sırasında meydana gelen birden fazla tespitlerin elenmesi sonuç maskeleri üzerinde birkaç basit ileri işlemeyle gerçekleştirilir. Deney sonuçları önerilen algoritmanın yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinden uçak ve gemi gibi çok sayıda sınıftan yer uzamsal nesnelerin tanıma performansı açısından umut verici sonuçlara sahip olduğunu göstermiştir. A great number of methods based on local features or global appearances have been proposed in the literature for geospatial object detection and recognition from satellite images. However, since these approaches do not have enough discriminative capabilities between object and non-object classes, they produce results with innumerable false positives during their detection process. Moreover, due to the sliding window mechanisms, these algorithms cannot yield exact location information for the detected objects. Therefore, a geospatial object recognition algorithm based on the object shape mask is proposed to minimize the aforementioned imperfections. In order to develop such a robust recognition system, foreground extraction performance of some of popular fully and semi-automatic image segmentation algorithms, such as normalized cut, k-means clustering, mean-shift for fully automatic, and interactive Graph-cut, GrowCut, GrabCut for semi-automatic, are evaluated in terms of their subjective and objective qualities. After this evaluation, the retrieval performance of some shape description techniques, such as ART, Hu moments and Fourier descriptors, are investigated quantitatively. In the proposed system, first of all, some hypothesis points are generated for a given test image. Then, the foreground extraction operation is achieved via GrabCut algorithm after utilizing these hypothesis points as if these are user inputs. Next, the extracted binary object masks are described by means of the integrated versions of shape description techniques. Afterwards, SVM classifier is used to identify the target objects. Finally, elimination of the multiple detections coming from the generation of hypothesis points is performed by some simple post-processing on the resultant masks. Experimental results reveal that the proposed algorithm has promising results in terms of accuracy in recognizing many geospatial objects, such as airplane and ship, from high resolution satellite imagery. 168

Düşük su emilimi ve gece aydınlığı gibi özellikler nedeniyle kısa dalga kızılötesi algılama; pasif gece görüş sistemleri, biyomedikal görüntüleme ve uzaktan algılama gibi uygulamalar için önem kazanmaktadır. Foto detektörlerin okuma devrelerine monolitik entegrasyonuna; detektör yoğunluğunu arttırmak ve maliyeti, güç tüketimini ve sistem boyutunu azaltmak için birçok uygulamada ihtiyaç duyulmaktadır. Solüsyon bazlı yarıiletkenler; üretim teknikleri ucuz ve kolay olması, bant genişliklerinin boyutlarına bağlı olarak ayarlanabilmesi ve herhangi bir tabana kolayca entegre edilebilmesi gibi özellikleri nedeniyle alışılagelmiş kristal foto detektörlere karşın umut verici bir alternatif olarak görülmektedirler. Bu çalışmada, okuma devreleri elektroniğine entegre edilebilecek, PbS koloidal kuantum noktaları (KKN) bazlı foto detektörler gerçeklenmiştir.Bu çalışmada farklı tasarımlarda PbS koloidal kuantum noktaları bazlı foto detektörler, cam ve silisyum tabanlar üzerine gerçeklenmiştir. Spin kaplama adımları ve katı hal ligand değişim süreçleri, delik ve çatlaklardan arındırılmış, yüksek hareketlilik kabiliyetine sahip PbS KKN katmanları oluşturmak için optimize edilmiştir. Buna ek olarak, PbS KKN foto detektörlerinin entegre devre uyumlu versiyonları gerçeklenmiştir. Okuma devresi yongasının yüzeyinin kopyası silisyum tabanlar üzerinde üretilmiş ve bu kopya üzerinde tamamen entegre PbS foto detektörler gerçeklenmiştir. Yüksek iletkenlik ve geçirgenlik özellikli indiyum kalay oksit katmanlarının DC sputter yöntemiyle kaplanma prosesinin optimizasyonuna önem gösterilmiştir. Gerçeklenen detektörlerde, konvansiyonel kristal foto detektörlerin hassaslık derecelerine, 1.4x1012 Jones, ulaşılmıştır. Ayrıca metal nano-parçacıkların PbS KKN katmanlarında plasmonic saçılma etkileri çalışılmıştır. Altın nano-parçacıklar kullanılarak PbS KKN katmanlarında 6 kattan yüksek bir emilim ve duyarlılık artışı elde edilmiştir. Due to the low water absorption and nightglow, sensing in short wave infrared (SWIR) is very attractive in applications such as; passive night vision, biomedical imaging and remote sensing. The monolithic integration of photodetectors to the read-out circuits is desirable in many applications to increase density of detectors and reduce costs, system size and power consumption. Solution-processed semiconductors are a promising alternative to conventional bulk crystalline photodetectors since their production is low cost and easy, their bandgap can be tuned depending on their sizes, and they can be easily integrated on any substrate. In this work, PbS colloidal quantum dot based photodiodes are realized that are compatible with the integration on read out Integrated Circuits (ROIC).Various kinds of PbS quantum dots based schottky diodes are designed on glass and silicon substrates. Spin deposition steps and solid state ligand exchange processes are optimized to create pinhole free and high mobility PbS quantum dot layers. In addition to that IC integrable versions of PbS colloidal quantum dot (CQD) photodiodes are realized. ROIC chip surface is mimicked on Si substrates and fabrication steps are optimized for integration. Special importance is given to optimize highly conductive and transparent indium tin oxide layer using DC magnetron sputtering. Sensitivities of 1.4x1012 Jones, close to the conventionally used crystalline, bulk photodetectors is achieved. Also, plasmonic scattering effects of metal nanoparticles in PbS CQD layer are studied. Absorption and responsivity enhancement of 6 fold is presented using gold nanoparticles in PbS CQD based photoconductors. 152

Radar Kesit Alanı (RKA), hedeflerin üzerine gelen elektromanyetik enerjiyi radar alıcısı yönünde yansıtma kabiliyetlerinin bir ölçüsüdür. Bu çalışmada iki boyutlu kare silindir, dairesel silindir ve eşkenar üçgen gibi basit şekillerin ve karmaşık yapıya sahip bir uçak modelinin bistatik RKA hesaplamaları Zamanda Sonlu Farklar (FDTD) yöntemi kullanılarak Matlab 7.8 simülasyon ortamında gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlarda doğru ve kararlı sonuçlar elde edilebilmesi için, sayısal dağılma ve Courant kararlılık koşulları dikkate alınarak parametre seçimi yapılmıştır. FDTD problem uzayı literatürde tanıtılan en esnek ve etkili yutucu sınır koşullarından biri olan Tek Eksenli Mükemmel İletken Tabaka (UPML) ile sonlandırılmıştır. TE _z ve TM _z durumları için yansıma hatasının yaklaşık olarak -75 dB seviyesinde olduğu gösterilmiştir. Ayrıca bu çalışmada FDTD yöntemine uzak bölge kaynaklarının etkili bir şekilde katılmasını sağlayan yöntemlerden birisi olan TF/SF formülasyonu detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Toplam Alan/ Saçılan Alan (TF/SF) formülasyonunun uygulanabilmesi için gerekli olan gelen dalgalar IFA yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Gelen Alan Dizisi (IFA) yönteminin performansının iyileştirilmesi için uyumlandırılmış Sayısal Dağılma Yöntemi (MND) 2D-FDTD ızgarasına uygulanmıştır. Böylece, geniş band darbe uyarımları için TF/SF dalga kaynağına uygulanan MND yöntemi ile saçılan alan bölgesine olan alan kaçakları yaklaşık 200 dB azaltılmıştır. Daha sonra, IFA yönteminde kullanılan lineer interpolasyon yerine yüksek dereceli kübik eğrisel interpolasyon kullanılarak kaçak alanın yaklaşık 70 dB azaltılabileceği gösterilmiştir. RKA kestiriminde saçıcıdan uzak alanda ışıma veya saçılma alanlarını bulmak gerekir. Bu çalışmada TF/SF formülasyonu ile elde edilen yakın alan FDTD verisinden Yakın Alan/ Uzak Alan (NF/FF) dönüşüm tekniği kullanılarak uzak alan elektromanyetik alanlar hesaplanmıştır. Saçılma mekanizmalarının kullanılan frekansa, hedefin geometrisine ve elektriksel özelliklerine bağlı olarak etkinliğini incelemek için öncelikle kare silindir, dairesel silindir ve eşkenar üçgen gibi basit yapılar çalışılmıştır. 2D-FDTD simülasyonu ile RKA hesaplamalarının Rayleigh, Rezonans ve Optik bölgelerde yapılabileceği gösterilmiştir. Son olarak elips ve üçgen gibi basit yapılarla oluşturulan bir uçak modelinin RKA davranışları farklı yönlerde aydınlatmalar ve farklı frekanslar için incelenmiştir. Radar Cross Section (RCS) is the measure of target s ability to reflect radar signals in the direction of the radar receiver. In this study, the bi-static Radar Cross Section simulations of simple shapes such as a two dimensional square cylinder, a circular cylinder, an equilateral triangle and a complex aircraft model was carried out by using Finite Difference Time Domain (FDTD) method and Matlab 7.8 as the simulation environment. In order to obtain accurate and stable results in simulations, parameter selection is made by taking the numerical dispersion and the Courant stability conditions into account. FDTD problem space is terminated by Uniaxial Perfectly Matched Layer (UPML) which is one of the most flexible and effective absorbing boundary conditions described in the literature. For ? TE ? _z and ? TM ? _z cases, the reflection error is shown to be approximately at the level of -75 dB. Moreover in this study, the TF/SF formulation, one of the methods which effectively provide the contribution of the far field sources into FDTD method, is described in detail. The incident fields necessary for the implementation of Total Field/Scattered Field (TF/SF) formulation were obtained by using IFA method. For improving the performance of Incident Field Array (IFA) method, Matched Numerical Dispersion (MND) method was applied to two dimensional FDTD grid. Thus, by applying MND method to TF/SF wave source the field leakege into the scattered filed region is reduced by 200 dB for wide-band pulse excitations. Then it is shown that, by using a higher order cubic spline interpolation instead of linear interpolation in IFA method, the field leakage can be reduced about 70 dB. In RCS estimations, the far field radiations or scattered fields from the scatterers need to be found. In this study, the far filed electromagnetic fileds were calculated by using Near Field/Far Field (NF/FF) transformation technique from the near field FDTD data obtained by TF/SF formulation. In order to evaluate the effectiveness of scattering mechanisms depending on the frequency used, the target geometry and the electrical properties, first of all simple shapes such as a square cylinder, a circular cylinder and an equilateral triangle were studied. It is shown that, the RCS calculations can be done in Rayleigh, Resonance and Optical regions by the 2D-FDTD simulation. Finally, the RCS behaviour of an aircraft model composed of simple shapes as ellipse and triangle are investigated for different illuminations and different frequencies. 219

Çok katmanlı devre benzeri radar sönümleyici yapıların tasarımı için hızlı ve verimli çalışan bir metot geliştirilmiştir. Temel olarak geliştirilen metot ile Genetik Algoritma ve frekans seçici yüzeylerin devre benzeri modelleri kullanılarak, kayıplı frekans seçici yüzeylerden oluşan çok katmanlı sönümleyici yapıların sönümleme oranı eniyileştirilmektedir. Geliştirilen metot ile, 10-31 GHz ve 5-46 GHz frekans bantlarında -15 dB yansıtıcılık değerine sahip iki ayrı sönümleyici yapı tasarlanmıştır. Yapılan literatür araştırmalarına göre, tasarlanan sönümleyici yapılar, frekans bandının genişliği açısından literatürde bulunan benzerlerine göre büyük bir üstünlük sergilemektedir. Periyodik yapıların geniş bir bant boyunca saçınım karakteristiklerini analiz etmek için nümerik kodlar geliştirilmiştir. Geliştirilen FDTD kodlarının önerilen sönümleyici yapı tasarım metodu ile birleştirilmesi sonucu tasarım algoritması bir adım ileriye taşınmıştır. Üretimsel kısıtlamalar göz önünde bulundurularak, 5 katmanlı sönümleyici bir yapı tasarlanmış ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen 14.2 mm kalınlığındaki sönümleyici yapının 3.2-12 GHz bandı içinde 15 dB yansıtıcılık azaltım kabiliyetine sahip olduğu ölçüm sonuçları ile gösterilmiştir. A fast and efficient method for the design of multi-layered circuit analog absorbing structures is developed. The method is based on optimization of specular reflection coefficient of a multi-layered absorbing structure comprising of lossy FSS layers by using Genetic Algorithm and circuit equivalent models of FSS layers. With the introduced method, two illustrative absorbing structures are designed with -15 dB reflectivity for normal incidence case in the frequency bands of 10-31 GHz and 5-46 GHz, respectively. To the author?s knowledge, designed absorbers are superior in terms of frequency bandwidth to similar studies conducted so far in the literature. For broadband scattering characterization of periodic structures, numerical codes are developed. The introduced method is improved with the employment of developed FDTD codes to the proposed method. By taking the limitations regarding production facilities into consideration, a five-layered circuit analog absorber is designed and manufactured. It is shown that the manufactured structure is capable of 15 dB reflectivity minimization in a frequency band of 3.2-12 GHz for normal incidence case with an overall thickness of 14.2 mm. 178

Yapılan bu çalışmada günümüz haberleşme sistemlerinde önemli yer arzeden empedans uyumlaştırma devrelerinin tasarımı ve bilgisayar benzetimi incelenmştir. Özellikle tüketici ihtiyaçlarının arttığı ve bir çok farklı kablosuz haberleşme sisteminin bir arada bulunduğu yeni nesil mobil aygıtlarda birleştirilen platformların birarada kullanılması için güç aktarımı ve empedans uyumlaştırma devrelerinin ayarlanabilirliği ihtiyacını doğurmuştur. Buradan hareketle tezde `Real Frequency Technique' kullanılarak geliştirilen bilgisayar algoritmalarıyla öncelikle yüksek kazançlı geniş bantlı uyumlaştırma devreleri tasarlanmış ve bilgisayar benzetimi yapılmıştır. Daha sonra bilgisayar benzetimlerinden de faydalanılarak bu devrelerin performansı çeşitli optimizasyonlarla iyileştirilmiştir. Son olarak gelecek projeksiyonu olarak devrelerin ayarlanabilirliğine bakılmış ve istenilen frekanlarda ayarlanabilirlik stratejisi geliştirilerek bu stratejinin gerçeklenebilirliği tartışılarak tez sonlandırılmıştır. In this labor, we inspect design and simulation of the impedance matching networks which have significant role in today?s communication systems. Increasing demands of consumers and several different wireless communication systems are leading to development of new generation mobile devices to generate new unified platforms for mobile systems. Due to these needs, tunability of power transfer networks will have important role in future. Therefore, fisrtly we design wideband impedance matching networks algorithms via `Real Frequency Technique? with high efficency and simulate on computer. After design of networks the performance of topologies are enhanced with optimization tools. Finally as a future projection, we developed a tunability strategy, discussed implementibility of this strategy and lastly terminated this thesis. 77

Günümüzde taktik füzelerin büyük bir kısmında gimballi arayıcı başlıkteknolojisi kullanılmaktadır. Kusursuz bir şekilde hedef izlenmesi için,gimbalin bağlandığı platform, füzenin gövde hareketinden bağımsız olarakstabilize edilmelidir. Görüş açısının kararlığının sağlanması, hızlı ve kesinhedef izlenmesi ile hedefe yönelim için kritik bir unsurdur. PID kontrolcüeskiden beri bir çok stabilizasyon problemlerinde kullanılsa da PIDkontrolcülerinin büyük bir kısmını zayıf olarak ayarlandığı bildirilmiştir. Butezde son zamanlarda robot kontrol için oluşturulmuş vekil tabanlı kayan kiplidenetim, görüş hattı kararlılığının sağlanması problemine uyarlanarakkullanılmıştır. Bu yöntemi seçmeden önce bu probleme çözüm olabilecekbulanık mantık ve sinir ağları ile kayan kipli denetim de mukayese amaçlıolarak uygulanmıştır. Donanım testleri ve simulasyonlar vekil tabanlı kayankipli denetimin memnun edici sonuçları göstermektedir. Nowadays, high portion of tactical missiles use gimbaled seeker. For accuratetarget tracking, the platform where the gimbal is mounted must be stabilizedwith respect to the motion of the missile body. Line of sight stabilization iscritical for fast and precise tracking and alignment. Although, conventionalPID framework solves many stabilization problems, it is reported that manyPID feedback loops are poorly tuned. In this thesis, recently introduced robotcontrol method, proxy based sliding mode control, is adopted for the line ofsight (LOS) stabilization. Before selecting the proposed method, adaptiveneural network sliding mode control and fuzzy control are also implementedfor comparative purposes. Experimental and simulation results show asatisfactory response of the proxy based sliding mode controller. 163

Akustik kaynak konumlandırma ile ilgili, servis robotu uygulamaları, video ? konferans uygulamaları ve ayrıca askeri uygulamalara yönelik, keskin nişancının yerinin tespiti ve akustik gözetleme sistemleri gibi çalışmalar da son yıllarda oldukça artmıştır.Bu tezde, akustik kaynak konumlandırmada yaygın olarak kullanılan ve hassasiyeti yüksek olan TDOA (Time Difference of Arrival, varış zamanı farkı) tabanlı akustik kaynak konumlandırmaya yönelik benzetim ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. İlk olarak literatürde mevcut olan analitik (zorlanmış) yöntem gerçeklenerek sistemin çalıştığı test edilmiştir. Daha sonra zorlamış çözüme bir alternatif olarak işlem yükü oldukça az olan PSO (Parçacık Sürü Optimizasyonu) algoritması uygulanmıştır.Çalışmada, akustik kaynaktan çıkan ses bilgisinin algılanabilmesi için dört özdeş elektret mikrofon, analog ses bilgisini bilgisayara aktarmak için 20 MHz hızında örnekleme yapabilen ADC (AD9201) ve USB cihazı (CY7C68001), Xilinx firmasının Spartan 2E ailesinden FPGA `yi ile VHDL dilinde donanım tasarımı yapılarak kontrol edilmiştir. Böylece mikrofonlarda algılanan akustik ses bilgisi bilgisayara aktarılmıştır ve Genelleştirilmiş Çapraz ? İlinti Yaklaşımı (GCC) kullanılarak her iki mikrofon arasında oluşan TDOA bilgileri hesaplanmıştır. Her iki mikrofon arasındaki TDOA bilgileri kullanılarak hiperbol eğrileri çizilmiştir ve sonuçta, akustik kaynağın konum bilgisini veren bu hiperbollerin kesişim noktasının hesabı analitik (zorlanmış) yöntem ve PSO algoritması ile yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Akustik kaynak konumlandırma, Mikrofon dizileri, TDOA, Konuşmacının konumunbulunması Researches about aqustic source positioning have been increased past few years such as service robot applications, video ? conference applications and military based applications like sniper positioning and aqustic watching.In this thesis TDOA which is commonly used in aqustic source positioning and has high sensitivity method based simulations and experiments have been performed. For an aqustic source positioning process firstly the system tested and passed with the analytic (forced) method which is already present in the literature. Than the solution performed with PSO algorithm has lot less process complexity as compared with present analytic (forced) methods. By this thesis we had a new iterative approach to TDOA based aqustic source positioning.In this study, four identical microphone for sensing the sound waves, ADC (AD9201) which has 20 MHz sampling rate for converting the analog sound information to digital, are used. For data acquisition and signal processing, a VHDL coded Xilinx brand Spartan 2E family FPGA with (CY7C68001) USB chip for transferring the digital sound data to computer is used. Aqustic sound signals taken by the microphones have been transferred to the computer and TDOA values have been calculated between the two microphones by using Generalized Cross-Correlation Approach (GCC). Hyperbola curve has been drawn amid to these two microphones by using the TDOA information between the microphones. The conjunction point calculation of hyperbola curves for all microphone peers, which gives the aqustic source position, has been made by using both analytic (forced) method and PSO algorithm.Key Words: Aqustic source positioning, Microphone arrays, TDOA, PSO Learning, Time processing, crosscorrelation 65

Elektronik harp teknolojisinin hızla ilerlediği günümüzde, radarlarda hedefin görünmezlik teknolojisi savunma sanayisinin yoğun bir biçimde ilgi odağı haline gelmiş ve kendisine hava, kara, deniz ve denizaltı platformlarında yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Bu konudaki çalışmalar açısından günümüz savunma sanayisi için vazgeçilmez konulardan biri de Radar Kesit Alanı (RKA) hesaplamasıdır. RKA bir cismin veya platformun bir radardaki görünürlük miktarı veya elektromanyetik (EM) dalgalar olan radar sinyallerini yansıtma miktarı olarak tanımlanabilir.Bu çalışmada yüksek frekanslarda basit geometrik şekillerden savaş araçlarına kadar birçok cismin RKA analizleri Seken Işın Yöntemi (SIY) ve Fiziksel Kırınım Teorisi-Eşdeğer Kenar Akımları (FKT-EKA) yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Seken Işın Yöntemi (SIY) rastgele seçilmiş hedeflerin RKA değerini hesaplamak için Geometrik Optik (GO) ve Fiziksel Optik (FO) yöntemlerini beraber kullanan ışın takibine dayalı bir algoritmadır. Bu algoritmada hedefe gelen her bir ışının hedeften ayrılıncaya kadar izlediği yol takip edilir ve hedef ile etkileşimi hesaplanır. En çok hesaplama gücü gerektiren aşama bu kısımdır. Bu aşama birkaç yöntemle (Badouel's, Trumbore-Möller) hesaplanmış ve bu adımı hızlandırmak amacıyla Plücker test yönteminden faydalanılmıştır. SIY algoritmasının son aşamasında her ışının saçılan alana (ve dolayısıyla RKA değerine) katkısı hesaplanmıştır. Saçılan alanı hesaplarken Huygen's prensiplerinden yararlanılmıştır. Karmaşık ve basit şekilli hedeflerin RKA analizini SIY algoritmasını kullanarak gerçekleştirmek için hedefler Bilgisayar Destekli Tasarım (BDT) formatı olan stereolithography (STL) ağ yapısında modellenmiştir. BDT ortamında modellenen hedefler STL ağ formatında koda taşınmış ve işlem yapılmıştır. Cisimlerin RKA değerlerini bakış açısına göre hesaplayabilmek için iki farklı döndürme geometrisi kullanılmıştır. Bu yöntemlerden birincisinde ışın penceresi sabit; hedef döndürülüyor, ikincisinde ise hedef sabit ışın penceresi hedef etrafında döndürülüyor. SIY yöntemi kırınım etkilerini ele almadığından bu yöntemle geliştirilen koda kırınım etkilerini dâhil etmek amacıyla Fiziksel Kırınım Teorisi-Eşdeğer Kenar Akımları yöntemi eklenmiştir.Literatürde yapılan çalışmalarda uçağın gövde geometrisi genellikle silindir biçiminde ve kokpit kısmı dikdörtgen kesitli açık uçlu boşluk olarak modellenmiştir. Bu çalışmada uçağın gövdesi eliptik bir yüzey olarak ve kokpit kısmı gerçeğe yakın bir şekilde ele alınmıştır. Bu yüzeyden saçılma Fock saçılma fonksiyonuyla ve ışıma Geometrik Kırınım Teorisiyle analiz edilmiştir. Gerçeğe yakın olarak modellenen kokpit kısmından kaynaklanan RKA SIY yöntemi ile incelenmiştir. Hedeflerin RKA analizini gerçekleştiren kod MATLAB® ortamında geliştirilmiştir. Geliştirilen kodla elde edilen sonuçlar Fiziksel Optik yöntem sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma, yazılan kodu farklı şekilli hedefler için mümkün olduğunca geliştirme imkânı sunmaktadır. Nowadays, the electronic warfare technology grows rapidly and, the stealth technology in radar systems became one of the indispensable factors of the defence industry and is used widely in air, land, sea and underwater platforms. Radar Cross Section (RCS) that is indispensable for today?s defense industry can be defined as the amount of visibility an object or a platform in the radar or as the amount of reflection radar signals in the direction of the radar receiver.In this study, radar cross section analysis of many objects from simple geometric structures to military vehicles are made using Shooting and Bouncing Ray (SBR) and Physical Theory of Diffraction-Equivalent Edge Current method in the high frequency. SBR algorithm is based on ray tracing and uses both Geometric Optics (GO) and Physical Optics (PO) approaches to compute the RCS of arbitrary scatterers. In this algortihm, each ray is traced on the target and its interaction with target is calculated. This tracing and calculation phase is the most time consuming part. Therefore this part requires the powerful processor. This phase is calculated using several methods (Badouel?s, Trumbore-Möller) and additionally Plucker test method is also used to accelerate this step. In other step the last of SIY algorithm is contribution of scattering field of each ray hence its contribution to RCS are calculated. In calculation of the scattered field, Huygens principle is used. To perform RCS analyses of complex and simple targets SBR algorithm is modeled by Computer Aided Design (CAD) format known as Stereo Lithography (STL). Targets composed in CAD tools are imported in STL mesh format and handled in the code. Different sweep geometries are defined to compute the RCS of targets with respect to aspect angles. In the first of these methods, ray window is fixed and the target is rotated, in the second one, target is fixed and the ray window is rotated around the target. Since SBR algorithm can not handle diffraction effects, Physical Diffraction Theory-Equivalent Edge Current method is added for taking into account diffraction effects in the developed code with SBR method and diffraction effects are examined with the help of this method.In the literature study, body of the aircraft is usually modeled in the form of a cylinder and cockpit part is modeled as an open cavity with rectangular cross sections. In this thesis work, body of the aircraft is handled as an elliptic surface and cocpit part of the aircraft is handled as close to reality as possible. Scattering from elliptic surface is analysed with Fock scattering function and radiation is analysed with Geometrical Theory of Diffraction. RCS from cockpit part is closely modeled as in reality and investigated with SBR method. In this work, a code based on MATLAB is developed to compute the Radar Cross Section (RCS) of complex targets and developed code is compared to Physical Optics method. These comparisons enabled us to improve the code as possible as it is. 165

Görüntü algılama birimleri, sualtı ortamını görüntülemek amacıyla, insansız denizaltı araçlarının önemli bir gereksinimidir. Düşük güç tüketimi, yüksek işlem gücü, düşük maliyet ve yüksek güvenilirlik bu birimlerin sağlaması gereken temel özelliklerdir. Ayrıca, yüksek güçlü bir video sıkıştırma algoritması da, videonun depolanması ve iletilmesi için önemli bir faktördür.Bütün bu ihtiyaçlar, Texas Instruments firmasının güçlü bir işlemcisi olan TMS320DM365 yongasında karşılanmıştır. Zengin bağlantı arayüzleri, yüksek hızlı RAM bağlantı desteği, yüksek kapasiteli Flash bellek desteği ve Linux işletim sistemi desteği TMS320DM365 yongasını gömülü kameralar için en uygun çözüm haline getirmektedir.Bu tezde, insansız denizaltı araçları için gömülü bir kamera çözümü geliştirilmiştir. Çözüm, donanım tasarımı, yazılım geliştirme platformu, yazılım tasarımı ve örnek uygulamaları içermektedir. One of the important needs of autonomous underwater vehicles is a video unit for monitoring underwater environment. Low power consuption, high processing power, low cost, high reliability are basic needs of such a unit. Also a powerfull video compression algorithm is a must for storing and transfering of video.All these needs are combined in a powerfull microprocessor IC of Texas Instruments called TMS320DM365. Rich pheripherals, high speed external RAM support, high density external Flash memory support and Linux support package make this IC the best solution for embedded cameras.In this thesis, an embedded camera solution for autonomous underwater vehicles has been developed. The solution includes both hardware design, software development platform, software design and software examples. 66

Bu tezde, ışıntı modundaki sentetik açıklıklı radar (SAR) için, hedef yansıtıcılık yoğunluğu fonksiyonunun izdüşümünün kutupsal modellenmesini ve tomografik tekrar oluşturma yöntemlerini kullanan bir yüksek çözünürlük yöntemi geliştirilmiştir.Öncelikle arkaplan bilgisi olarak temel radar ve SAR prensipleri açıklanmış, radyo dalgaları ile hedef tespitinin ve mesafe belirlenmesinin elektromanyetik teorideki yeri Maxwell denklemlerinden başlayarak çözümlenmiştir. Modülasyonsuz kısa darbeler, frekans atlama ve modülasyonlu uzun darbeler kullanılarak yapılabilecek mesafe çözümleme yöntemleri açıklanmıştır.Mesafe çözümlemede, frekans bölgesindeki veriye bir matris demet yöntemi (MDY)'nin uygulanması ile tek bir görüntüleme açısı için süper çözünürlüğün elde edilmesi sağlanmıştır. Elde edilen yüksek çözünürlüklü mesafe görüntüsü, evrişimsel geri-izdüşüm (EGİ) algoritmasında etkin bir biçimde kullanılmıştır. Dolayısıyla, oluşturulan SAR görüntüsünün kalitesi de artmıştır. Buna, demet geri-izdüşüm yöntemi adı verilmiştir. Yöntem, geniş görüntüleme açılarına uygulamaya son derece uygundur. Ayrıca elde edilen görüntü ilave işaret işleme olmaksızın yakınlaştırılabilmektedir. Yöntemin nokta dağılım fonksiyonu çıkarılmış, gürültüye karşı dirençli olduğu ve çok düşük işaret-gürültü oranı (İGO) değerlerine kadar görüntü üretebildiği gösterilmiştir. Geliştirilen yöntemin performansı, yapay ve deneysel veriler kullanılarak test edilmiş, sonuçlar standart EGİ yöntemi ile karşılaştırılmıştır. In this thesis, a high resolution method for spotlight mode SAR imaging that utilizes parametric modeling of projected target reflectivity density function and tomographic reconstruction is presented.As a background information, radar and SAR principles are introduced. The place of target detection and ranging using radio waves within the electromagnetic theory is explained starting from Maxwell equations. The ranging methods that use unmodulated short pulses, frequency agility or modulated long pulses are formulated.Utilization of a forward-backward total least squares band-pass matrix pencil method allows super resolution to be achieved in range for a single imaging angle. The obtained high resolution range data is applied very efficiently to the convolutional back-projection algorithm. Hence, the quality of the image reconstructed is also improved. The new method is called Pencil Back-projection. This method is appropriate for wide-angle data collection scenarios. Image can be zoomed with no additional signal processing. The point spread function of the method is formulated. It is shown that the method is very resistant to noise and can generate images down to very low SNR values. The performance of the developed method is tested using simulated and experimental data and the results are compared to the standart convolutional back-projection. 99

Bu tezde, elektromanyetik girişim sonucu elektronik cihazlar veya sistemler üzerinde meydana gelebilecek sorunları önlemek maksadıyla başvurulan elektromanyetik girişimi önleme tekniklerinden ekranlama ile ilgili araştırmalar yapılmış, var olan ekranlama teorisi incelenmiş, bazı ekranlama malzemelerinin ekranlama etkinliği (SE) ölçülerek elde edilen veriler, teorik hesaplamalarla elde edilen veriler ile karşılaştırılmıştır. Deneysel ölçümler teoride belirtilen esaslar çerçevesinde geliştirilen deney düzeneğinde yapılmıştır.Bu tez; giriş, kaynak özetleri, materyal ve yöntem, araştırma bulguları ve tartışma, sonuç, kaynaklar olmak üzere altı ana bölümden oluşmaktadır.Teorik açıklamaların yapıldığı ilk üç bölüm, ekranlamanın kavranmasına, açıklıkların ekranlamadaki etkinliğinin anlaşılmasına ve ekranlama malzemelerinin değerlendirilmesine kılavuzluk etmiştir. Ölçümlerin yapıldığı dördüncü bölümde ise, bir ekranlama peteğinin ölçümlenen ekranlama etkinliği değerleri teorik hesaplamalarla elde edilen değerlerle karşılaştırılmış ve doğrulanmış, bazı kumaş örneklerinin ekranlama etkinlikleri ölçülerek, bu malzemeler ile ilgili düşünceler ortaya konmuştur. In this thesis, the problems that may occur on electronic devices and systems related to electromagnetic interference have been studied. Moreover, existing shielding theory is described and shielding effectiveness (SE) of some shielding materials are measured and these measurements are compared with the results obtained with theoretical calculations. Experimental measurements are carried out with a developed of experimental mechanism within the framework of the principles in the theory.This thesis consists of six main sections. These are introduction, abstracts of sources, materials and methods, indications of research and discussion, conclusion.The first three chapters include the theoretical explanations which guide to understand shielding, effects of apertures in shielding and to evaluate shielding materials. In the fourth section, some of the SE measurement test methods are described and SE of a honeycomb sample is measured and this measurement is compared and verified with the results obtained with theoretical calculations. Moreover, SE of some shielding textile products are measured and opinions about these materials are described in this section. 76

Bu tezde, pasif konum belirme problemi üzerine çalışılmıştır. Bu probleme Varış Zamanları Farkları (VZF) kullanılarak gürbüz ve özyinelemeli çözümler getirilmiştir. VZF ölçümleri hareketli sensorlar tarafından yapılmaktadır. Sensorların hareketli olması nedeniyle sensor sayısı yapay olarak artmaktadır.Konum kestirimi yapan bir yöntem eski ölçüm bilgisini ihmal etmeden, yeni ölçümleri kullanabilme yeteneğine sahip olmalıdır. Bu gerek, yeni ölçümler alındıkça konum kestirimini özyinelemeli bir şekilde güncelleyerek sağlanabilir. Kalman Süzgeci ve türevleri gibi uygun bir özyinelemli süzgeç yardımıyla bu işlem gerçekleştirilebilir. Özyinelemeli yöntemler iki ana grup altında toplanabilir: (a) Birinci gruptaki yöntemler VZF ölçümlerini doğrudan işleyebilme yeteneğine sahiptirler. (b) İkinci gruptaki yöntemler ise VZF ölçümlerini doğrudan işlemek yerine, önceden yapılmış konum kestirimlerini düzeltirler. Bu bağlamda, her iki grup için de yöntemler verilmiştir.Pratikte, birbirinden konumsal olarak ayrı olmak ya da dar bir dönen huzmeye sahip bir radar sensorların aynı darbeyi almalarını engelleyebilir. Böyle bir durumda, sensorlar ortak VZF ölçümü oluşturamayıp, konum kestirimini gerçekleştiremezler. Ek olarak, ortamda VZF ölçümü yapan birden fazla sensor grubu olabilir. Bir konum kestirim yöntemi farklı sensor gruplarından alınan ölçümleri aynı anda işleyebilmelidir. Burada, aynı darbeyi alabilen sensorlar, bir sensor grubunu oluşturmaktadırlar. Bu çalışmada, yukarıda anlatılan gereklere de çözümler getirilmiştir.Verilen yöntemlerin performansları benzetim çalışmaları ile karşılaştırılmıştır. En iyi performansa sahip yöntem Kalman Süzgeci tabanlıdır ve VZF ölçümleri doğrudan işleyerek hareketli bir vericinin izini kestirebilmektedir. In this thesis, the passive localization problem is studied. Robust and recursive solutions are presented by the use of Time Difference of Arrival (TDOA). The TDOA measurements are assumed to be gathered by moving sensors which makes the number of the sensors increase synthetically.First of all, a location estimator should be capable of processing the new measurements without omitting the past data. This task can be accomplished by updating the estimate recursively whenever new measurements are available. Convenient forms of the recursive filters, such as the Kalman filter, the Extended Kalman filter etc., can be applied. Recursive filter can be divided to two major groups: (a) The first type of recursive estimators process the TDOA measurements directly, and (b) the second type of the recursive estimators is the post processing estimators which process the TDOA indirectly, instead they fuse or smooth available location estimates. In this sense, recursive passive localization methods are presented for both types.In practice, issues like being spatially distant from each other and/or a radar with a rotating narrow beam may prevent the sensors to receive the same pulse. In such a case, the sensors can not construct common TDOA measurements which means that they can not accomplish the location estimation procedure. Additionally, there may be more than one sensor group making TDOA measurements. An estimator should be capable of fusing the measurements from different sensor groups. A sensor group consists of sensors which are able to receive the same pulse. In this work, solutions of these tasks are also given.Performances of the presented methods are compared by simulation studies. The method having the best performance, which is based on the Kalman Filter, is also capable of estimating the track of a moving emitter by directly processing the TDOA measurements. 131

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009, Bu çalışmada, MEMS atalet duyargaları ile eylemsizliğe dayalı seyrüsefer dizgeleri geliştirilmiş, duyarga hatalarından kaynaklanan ve zamanla hızla büyüyen pozisyon ve doğrultu hatalarını azaltmak için Kalman filtresi ve duyarga sıfırları için kayan ortalamalı kayıklık pencereleri kullanılmıştır. Belirlenen eşik değerin altındaki küçük atalet değerleri için algoritmanın çalışması yapılandırılmış ve bazı sezgisel algoritmalar ile desteklenmiştir. Bulunan sonuçlar birbiri ile karşılaştırılıp iteratif ve yardımsız çalışan seyrüsefer dizgesine göre daha az hatalı çalışan bir seyrüsefer dizgesi yapılmıştır. Sonuç olarak, geliştirilen cihazın küresel olarak seyrüsefer yapmak için yeterli güvenilirlikten uzak olduğu görülmüş, yalnızca seyrüseferin niteliği, çevresel koşullar vb. dış etkenlere bağlı olarak algoritmanın güncellenmesi ile yerel seyrüseferler için uygun olabileceği veya yardımcı duyargalar ile paralel çalışarak daha başarılı sonuç verebileceği görülmüştür., In this study, an un-aided Inertial Navigation System is developed. In order to reduce sensor errors which yield position and attitude errors that increase rapidly with respect to time, Kalman filter and moving average zero offset frames are used. For small inertial values under defined threshold limit, navigation algorithm is updated and supported with some heuristic algorithms. Each method’s simulation results are compared and it is observed that updated algorithms produce more accurate navigation data than un-aided iterative navigation algorithm. As a result, it is seen that the developed device’s navigation data is not reliable enough for global navigation. Instead, can be used in local navigations where the navigation algorithms are updated with respect to external factors like navigation characteristics, environmental circumstances etc. or aided with other navigation sensors., Yüksek Lisans, M.Sc.

Radarda tespit edilmenin önemli bir parametresi olan Radar Kesit Alanı (RKA) büyüklüğünün hesaplanması, dalgaboyuna göre çok büyük cisimlerin etkiyen düzlemsel dalgayı nasıl ve ne kadar saçtığı problemidir. Yüksek frekansta RKA değerinin hesaplanmasında Seken Işın Yöntemi, SIY, (shooting and bouncing ray, SBR) kullanılmaktadır. Ayrıca karmaşık modellerin RKA değerinden başka, Ters Yapay Açıklıklı Radar, TYAR, (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) görüntüleri de elde edilebilir. TYAR, hareketli hedefleri menzil ve çapraz ? menzil bölgesinde görüntüleyen bir sinyal işleme tekniğidir. Yine radar uygulamalarında RKA değerini oluşturan noktalar seti olarak tanımlanabilen saçılma merkezleride önemli bir konudur. Karmaşık yapıların saçılma merkezi modeli, TYAR görüntülerinden CLEAN algoritması kullanılarak elde edilebilir. Ayrıca platformun üzerinden, nereden saçılmanın olduğunu biliyorsak, bu bölgelere mükemmel elektromanyetik (EM) emiciler yerleştirerek, platform saçılmasını azaltabiliriz.Bu çalışmada, büyük ve karmaşık hedeflerden EM saçılmalar hesaplanıp cisimlerin 2 boyutlu (2-B) ve 3 boyutlu (3-B) TYAR görüntüleri elde edilmiştir. Bu hesaplanmalar yapılırken SIY tekniğini kullanan Fiziksel Optik (PO) bazlı Yüksek Frekans Saçılma Kodu kullanılmıştır. Ayrıca SM analizi yardımıyla hedefin görüntüsü daha kısa zamanda yeniden oluşturulmuştur. Yine SM analizi yardımıyla, veri sıkıştırması sağlanmış ve hedefin RKA değerinin azaltımı gerçekleştirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Ters Yapay Açıklıklı Radar, Radar Kesit Alanı, Seken Işın Yöntemi Radar Cross Section (RCS) is an important parameter of identifying large objects with respect to wavelength. RCS provides the information of how much of the energy that a target captures and reflects back. Shooting and Bouncing Ray Technique is used to analyze the RCS value of the object at high frequencies. Also, Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) image can be constructed using the 2-D or 3-D RCS of a target. ISAR is an image processing technique that images the moving targets in range and cross range domains. Scattering centers are known to be discrete set of scattering points that add major contribution to the RCS value at radar applications. Scattering center model of complex target can be obtained from the ISAR image by using famous CLEAN extraction algorithm. If the major scattering centers of a platform are known, the RCS of this platform can be reduced by putting electromagnetic absorbers around these scattering centers.In this thesis, 2-D and 3-D ISAR images are obtained by analyzing EM scattering of large and complex targets. For simulation, High Frequency Scattering Simulator that applies Shooting and Bouncing Ray (SBR) technique is used. Images of various targets are reconstructed in real by using scattering centers analysis. Also with this technique, RCS of a target is reduced and also provides various advantageous features such as data compression.Key words: Inverse Synthetic Aperture Radar, Radar Cross Section, Shooting andBouncing Ray (SBR) 128