Dr. Öğr. Üyesi Yakup Sabri Özkazanç danışmanlığındaki tezler
10 tez · Hacettepe University
Sentetik açıklıklı radar görüntülerinde interferometri ve radargrametri tekniklerinin füzyonu
Uydu teknolojisinin gelişmesiyle beraber aktif ve pasif uzaktan algılama teknikleri de hızla ilerlemektedir. Uydular üzerindeki optik sensörlerin yanına elektromanyetik görüntüleme yapabilen Sentetik Açıklıklı Radar (SAR) sensörlerinin de eklenmesiyle beraber gece veya gündüz fark etmeksizin, bulutlu hatta yağışlı hava koşullarında bile görüntüleme imkânı elde edilmiştir. Elde edilen uydu görüntüleri; sınır güvenliği, doğal felaket sonrası değerlendirme, fay hattı takibi, demiryolu ve doğalgaz güvenliği, askeri ve sivil amaçlı haritalama gibi pek çok amaçla kullanılmaktadır. Kendi sensörü yardımıyla kendi ışın kaynağını üretip aktif uzaktan algılama sistemi olarak çalışan SAR sistemi, optik görüntüleyicilerden farklı olarak içinde faz bilgisini de bulunduran kompleks görüntüler üretebilmektedir. Üretilen SAR görüntülerini kıymetlendirmek için SAR interferometri ve radargrametri gibi birçok teknik geliştirilmiştir. SAR görüntülerinin genlik bilgisinin yanı sıra faz bilgisini de kullanan yöntemlere SAR İnterferometri (InSAR) denilmektedir. SAR interferometri tekniğinin; Faz Uyumlu Değişiklik Tespiti (FUDT), Faz Uyumlu Arazi Sınıflandırma (FUAS), Deformasyon Analizi ve Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) oluşturma gibi birçok alanda uygulaması bulunmaktadır. Radargrametri ise radar görüntülerinden yükseklik bilgisi üretmeyi amaçlayan bir tekniktir. Radargrametri tekniği özetle, radar görüntülerinde fotogrametri tekniğinin uygulanması ve görüntüden geometrik bilginin çıkartılmasıdır. Bu sebeple Stereo SAR olarak da bilinmektedir. Radargrametri tekniğinde SAR interferometri tekniğinden farklı olarak görüntüdeki faz bilgisinden yararlanılmaz ve sadece genlik bilgisi kullanılır. Görüntülenen bölgedeki hedeflerin sensörlere olan uzaklık bilgisi farkından yararlanılır. Tez kapsamında genel olarak; SAR İnterferometri ve Radargrametri teknikleri ile Sayısal Yükseklik Modellerinin oluşturulması ve bu tekniklerin füzyonu analiz edilmiştir. SAR interferometri tekniğinde yapılan analiz; SAR görüntü çiftinin alınıp, 3 boyutlu yükseklik modeli oluşturana kadar yapılması gereken tüm algoritma adımlarının incelenmesini içermektedir. Adımlar incelenirken, kullanılan algoritmaların teorik arka planı detaylı olarak incelenmiş ve benzetim ortamında modellenmesi yapılmıştır. InSAR tekniği ile SYM oluşturma algoritması, yine InSAR tekniği ile Faz Uyumlu Değişiklik Tespiti algoritmasının tamamını kapsadığı için tez içerisinde bu uygulamaya da kısaca değinilmiştir. Faz Uyumlu Değişiklik Tespitinin çıktısı olan korelasyon haritası, InSAR ile SYM oluşturma uygulamasında iki farklı adımda geri bildirim mekanizması ve rehber harita olarak kullanılmıştır. Korelasyon haritasının yanı sıra, sözde korelasyon, faz türev varyansı ve genlik değişiklik tespiti gibi birçok alternatif versiyonları da modellenmiştir. Benzer senaryolar için hepsi ayrı ayrı denenerek kıyaslamalı analizler yapılmıştır. Tez çalışmalarında üzerinde en fazla durulan konu ise InSAR tekniği ile SYM oluşturma tekniğinin kalbi niteliğinde olan katlı faz açma adımıdır. Literatürde var olan birçok katlı faz açma algoritması analiz edilmiş ve yine birçoğu benzetim ortamında farklı dillerde kodlamalar yapılarak modellenmiştir. Bazı algoritmaların yavaş çalışması sebebiyle hızlandırma işlemleri uygulanmış, bazıları da birden fazla dilde kodlanarak daha hızlı sonuç verir hale getirilmiştir. Bunların sonucunda modellenen tüm algoritmaların süre ve hata analizleri yapılmıştır. SYM üretirken yapılan hataların ana sebebi olan yanlış faz açma işleminin düzeltilmesi için alternatif çözümler üretilmiştir. Ayrıca tez kapsamında SAR görüntülerinden bölgeye ait SYM oluşturmanın bir diğer yolu olan Radargrametri tekniği de incelenmiştir. SAR interferometri tekniğindekine benzer şekilde Radargrametride tekniğinde de algoritma adımları tek tek teorik olarak incelenmiş ve benzetim ortamında modellenmiştir. Teknikler birbirlerinden farklı geometride toplanmış SAR görüntülerine ihtiyaç duysalar da her iki tekniğe de aynı bölgeye ait istenen geometrideki SAR görüntüleri beslenirse yine aynı bölgeye ait iki farklı SYM üretilmiş olacaktır. Tekniklerin doğası gereği SYM oluştururlarken belli özel durumlarda daha fazla hata oluşmaktadır. Ancak tekniklerin çıktısı olan SYM'ler füzyon işlemine tabi tutularak daha yüksek doğruluk oranına sahip yeni bir SYM elde edilebilecektir. Füzyon, tekniklerin çıktısı olan SYM'lerin belirli bir prosedür izlenerek birleştirilmesi şeklinde yapılabilir. Tez kapsamında bu işleme statik füzyon denilmiştir ve birçok statik füzyon alternatifi denenmiş, sonuçları karşılaştırılmıştır. Ancak her iki tekniğin çıktısında da benzer bölgede yapılan hatalar için statik füzyon çıktısı olan SYM'de doğru sonuç almak imkansızdır. Bunun yerine teknikler eş zamanlı olarak birlikte çalıştırılıp, tekniklerden birisinin çıktısı diğer tekniğe girdi olarak beslendiği yeni bir füzyon algoritması önerilmiştir. Tez kapsamında bu algoritmaya da dinamik füzyon adı verilmiştir. Tekniklere ait algoritmaların hem teorik hem de benzetim detaylarının anlatıldığı kısımlarda algoritma adımının karakteristiğine uygun farklı uydulara ait gerçek SAR görüntüleri kullanılmıştır. Ayrıca teknikleri ve süre analizlerini daha iyi kıyaslayabilmek için SAR interferometri ve Radargrametri tekniklerine beslenebilecek şekilde sentetik veriler de üretilmiştir. Tez kapsamında yapılan tüm benzetim çalışmaları bir kullanıcı arayüzü üzerinden kontrol edilebilir olarak geliştirilmiştir.
Anten tabanlı girişim bastırma yöntemleri
Elektromanyetik dalga haberleşmesinin kullanıldığı ilk günden beri elektromanyetik girişim problemleri görülmektedir. Elektromanyetik girişim sonucunda girişime uğrayan sistemin performansının düşmesi, hedef sinyalin alınamaması, hedef sinyalin başka sinyaller ile karışarak hatalı bilgiye veya bilgi kaybına yol açması, bu etkiler ile de girişime maruz kalan sistemin kullanılamaz/çalışamaz duruma gelmesi gibi istenmeyen durumlar ortaya çıkabilir. Bu girişim problemleri, dış elektromanyetik dalga kaynaklarından kaynaklanabildiği gibi, sistemin alma alt sisteminin kendi gönderme alt sisteminden etkilenmesi ile de ortaya çıkabilir. Bu çalışmada, elektromanyetik girişim problemleri irdelenmiş ve üç tür girişim problemi için girişim bastırma yöntemleri önerilmiştir. İstenen sinyal yönünün bilindiği uydu haberleşme sistemlerinde elektromanyetik girişim bastırma için, hedef sinyal yönünü girdi olarak işleyebilen ve hedef sinyal yönünde maksimum kazanç ve tespit edilen girişim sinyali yönünde maksimum bastırma sağlamayı amaçlayan MVDR algoritmasının kullanılabilirliği ele alınmıştır. Girişim sinyalinin sistemin kendi alt sistemlerinden kaynaklandığı elektromanyetik dahili/öz-girişimin bastırılması için, girişim sinyalinin yönünü girdi olarak işleyebilen ve hedef sinyal yönünde maksimum kazanç ve tespit edilen girişim sinyali yönünde maksimum bastırma sağlamayı amaçlayan LCMV algoritmasının kullanılabilirliği ele alınmıştır. İstenen sinyalin belirli ve tek bir yönden gelmediği uydu navigasyon sistemlerinde dış kaynaklı elektromanyetik girişimin bastırılması için, hedef sinyal yönü bilgisinin olmadığı durumda, tespit edilen girişim sinyali yönünde maksimum bastırma sağlamayı amaçlayan PI algoritmasının kullanılabilirliği ele alınmıştır. Bu 3 girişim problemi ve girişim bastırma yöntemleri için benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik Girişim, Karıştırma, Elektromanyetik Girişim Giderme, Elektromanyetik Girişim Bastırma, Karıştırma Bastırma, MVDR Algoritması, LCMV Algoritması, PI Algoritması
Manyetosferik ULF sinyallerinin sezimi ve çözümlemesi
Bu tez çalışmasının temelinde, ultra düşük frekanslı sinyallerin sezimi ve çözümlemesi bulunmaktadır. Yerküre yüzeyinde ve çevresinde bulunan bu sinyaller yerküre iç yapısı ve kabuğunun hareketleri sonucunda, deprem anında ve Güneş rüzgârlarının yerküreye etkisi sonucunda oluşmakta ve yeryüzünden tespit edilebilmektedir. Tezin amacı bu durumlar arasında olması düşünülen ilişkiyi göstermektir. Manyetosferik ULF sinyallerinin algılanması ve kayıt edilmesi için elektronik bir yapı geliştirilmiştir. Gereken ölçümler yapılmış ve bu ölçümler kullanılabilir hale getirilmiştir. Bu verilere ek olarak yurtdışında benzer ölçümler yapan kurumlardan, aynı zaman anındaki veriler araştırılmıştır. Kaydedilen ve temin edilen ULF sinyalleri özilinti yöntemleri ve güç spektrum yöntemleri ile analiz edilmiştir. ULF – Pc6 bandında tespit edilen bazı periyodik sinyallerin, yerkürenin serbest titreşim periyotları ile örtüştüğü gösterilmiştir. Bunlara ek olarak ULF bandında tespit edilen uzun periyotlu salınımların da bazı gelgit periyotları ile örtüştüğü gösterilmiştir. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda sahip oldukları benzer ilişkiler ortaya çıkarılmıştır. Tez içerisinde belirtilen frekanstaki sinyallerin, çok düşük fiyatlı bir donanım ile yeryüzünden sinyal işleme yöntemleri sonucunda tespit edilebildiği gösterilmiştir.
GNSS Tabanlı Yönelim Belirleme Sisteminin Tasarımı Ve Geliştirilmesi
Bu çalışma kapsamında, GNSS sistemi kullanılarak yönelim belirleme konusu ele alınmıştır. Yönelim kavramı bir hava aracının duruşunu ifade etmek üzere koordinat sistemleri ve koordinat sistemleri arasındaki dönüşümlerle birlikte tanımlanmıştır. Yönelim bulmak için konum çıktılarını kullandığımız GNSS alıcıları hakkında gerekli bilgiler verilmiş ve sistemin çalışma prensiplerinden söz edilmiştir. GNSS sistemlerinden en yaygın kullanılanı olan ABD menşeili NAVSTAR GPS hakkında ayrıntılı bilgilere yer verilmiştir. Konum ve taşıyıcı faz kullanılarak yönelim belirleyen çeşitli yöntemler ortaya konularak yöntemler arasında karşılaştırmalarda bulunulmuştur. Saha çalışmaları kapsamında farklı büyüklükteki platformlar için referans olarak kullanılabilecek konum ölçümleri yapılmıĢtır. Konum ölçümleri almak üzere U blox Neo M8T alıcısı ve Raspbery Pi Model 3B vasıtasıyla C dilinde yazılmış bir arayüzle birlikte kullanılmıştır. Konum ölçümleri kullanılarak farklı referans hatları için yönelim sonuçları hesaplanmış ve yönelim çıktılarının hataları değerlendirilmiştir. Yönelim algoritmaları MATLAB ortamında modellenmiştir. GNSS sistemleri kullanarak yönelimi belirlemek için tipik hataların mertebesi hakkında referans değerler ortaya çıkarılmıştır.
Elektronik harp destek sistemlerinde anten tarama tipi sınıflandırması
Bu çalışmada, farklı öznitelik çıkarma yöntemleriyle elde edilen öznitelik vektörleri gözetimli ve gözetimsiz öğrenme yöntemlerinde kullanılarak Elektronik Harp Destek Sistemlerinde kullanılan anten tarama tipileri belirlenmiştir. Ayrıştırılmış radar darbelerinin genlik örüntüleri önerdiğimiz modelleri besler ve ilgili tarama tipi otomatik olarak elde edilir. Gözetimli ve gözetimsiz öğrenme modellerine girdi sağlayan öznitelik vektörü farklı yöntemler kullanılarak oluşturulmuştur. Yapay veri setleri üzerinde yapılan deneyler önerilen Uzun-Kısa Süreli Bellek tabanlı Otomatik Kodlayıcı ile öznitelik çıkarma tekniğinin ele alınan problem için en iyi sonuçları verdiğini göstermektedir.
Güdümlü ve güdümsüz topçu mühimmatlarının vuruş performans değerlendirmesi
Bu tez kapsamında güdümlü ve güdümsüz topçu mermilerinin vuruş performansı değerlendirmesi yapılmıştır. Güdümsüz ve güdümlü mühimmat yörünge modelleri oluşturulmuştur. Topçu sistemlerine etki edebilecek hatalar belirlenmiş ve modellenmiştir. Bu hatalar yörünge modellerinin kullanıldığı atışlara mühimmat parametresi ve atış koşulu olarak eklenmiştir. Monte Carlo benzetimleri ile güdümsüz ve güdümlü modellere etki eden belirsizlikler neticesinde mühimmat dağılımları elde edilmiştir. Güdümlü ve güdümsüz mühimmatların çarpma noktası dağılımları CEP değeri üzerinden değerlendirilmiştir.
Veri madenciliği teknikleri kullanılarak gen regülasyonunun incelenmesi
Bu tez kapsamında, birbirinden farklı genlere ait promoter bölgelerinin içerisinde bulunan nükleotit dizilimlerinin incelenmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda Homo Sapiens, Drosophila Melanogaster ve Saccharomyces Cerevisiae canlı türlerine ait genetik öğeler kullanılmıştır. Tez kapsamında güdülen temel amaç, gen promoter bölgeleri içerisindeki nükleotit bölgeleri ile genlerin fonksiyonalitesi ve sınıfları arasındaki ilişkileri, çeşitli veri madenciliği tekniklerini kullanarak incelemektir. Bu temel amaç göz önünde bulundurulduğunda yapılan incelemelerin üç temel başlık altında toplanabileceği değerlendirilmektedir. Bu temel inceleme konuları, genlerin promoter bölgesi karmaşıklığının incelenmesi, genlerin promoter bölgesi sekansına bağlı olarak sınıflandırılması ve gen promoter bölgesindeki nükleotit dizilimi ile ilgili genler tarafından üretilen protein içerisindeki amino asit sekansı arasında ilişki kurma çalışmaları olarak sıralanabilir. Tez kapsamında gerçekleştirilen incelemelerin tümünde ortak kullanılan veri, genlere ait promoter bölgelerindeki nükleotit dizilimleridir. Bu sebeple, incelemelerin ilk adımında genlere ait promoter bölgelerindeki nükleotit diziliminin karmaşıklığının incelenmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamda temel olarak nükleotit dizilimlerinin frekans uzayındaki dönüşümleri üzerinden inceleme yapan metotlar ve entropi incelemesi gerçekleştirilmiştir. Kullanılan yöntemler ile promoter bölgelerinin karmaşıklık düzeyinin yüksek olduğu görülmüştür. Tez kapsamında kullanılan metodolojiler açısından Homo Sapiens, Drosophila Melanogaster ve Saccharomyces Cerevisiae canlılarının promoter bölgelerinin karmaşıklığı birbiriyle karşılaştırıldığında ise en az karmaşıklık düzeyinin Homo Sapiens canlısında olduğu fakat diğer canlılar için tespit edilen karmaşıklık düzeyinin, Homo Sapiens canlısı için tespit edilen karmaşıklık seviyesine yakın olduğu görülmüştür. Tez kapsamındaki ikinci temel inceleme konusu, Homo Sapiens, Drosophila Melanogaster ve Saccharomyces Cerevisiae canlılarının sahip olduğu genlere ait promoter bölgelerindeki nükleotit dizilimleri incelenerek promoter bölgelerinin ait olduğu genlerin sınıflandırılması üzerinedir. Gerçekleştirilen sınıflandırma çalışmaları sonucunda, Homo Sapiens canlısına ait protein kodlama yeteneği bulunan ve protein kodlama yeteneği bulunmayan genlerin sadece promoter bölgeleri içerisindeki nükleotit dizilimleri incelenerek yüksek bir başarım ile sınıflandırılabildiği gözlenmiştir. Bu incelemede kullanılan gen promoter bölgeleri, gen başlangıç nükleotitinden 50 nükleotit önceki ve gen başlangıç nükleotitinden 50 nükleotit sonraki nükleotitler arasında kalan bölgelerdir. Fakat aynı metotlar kullanılarak Drosophila Melanogaster ve Saccharomyces Cerevisiae canlıları incelendiğinde, bu canlılar için Homo Sapiens kadar yüksek başarıma ulaşılamadığı tespit edilmiştir. Tez kapsamındaki üçüncü ve son temel inceleme konusu ise ilgili canlı türlerinin sahip olduğu genlere ait promoter bölgelerindeki nükleotit dizilimi ile ilgili genler tarafından kodlanan proteinler arasındaki ilişkinin incelenmesi üzerinedir. Bahse konu inceleme çalışmalarında Homo Sapiens, Drosophila Melanogaster ve Saccharomyces Cerevisiae canlı türleri için birbirinden bağımsız sonuçların incelenmesinin yanında, bu canlı türleri için elde edilen sonuçların birbiriyle karşılaştırılması da yapılmıştır. Bu inceleme faaliyetlerinin sonucunda, promoter bölgelerindeki nükleotit dizilimi ile ilgili genler tarafından üretilen proteini oluşturan amino asit sekansı arasında birebir eşleme çalışmasının başarımının her üç canlı türü için de düşük olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte, birebir eşleştirme çalışması yerine belirli bir promoter bölgesine karşılık gelen protein sekansının içerisinde bulunması öngörülen bir protein seti sunma çalışmasının tatmin edici düzeyde bir başarım seviyesine sahip olduğu görülmüştür. Bu anlamda, promoter bölgesinin nükleotit sekansı ile karşılık gelen genler tarafından üretilen amino asit sekansı arasındaki en güçlü ilişki Homo Sapiens için bulunmaktadır. Bu sıralamada Saccharomyces Cerevisiae ikinci, Drosophila Melanogaster ise üçüncü sırada yer almaktadır.
Görsel navigasyon için bilgisayarlı görme yöntemleri
Bu tez çalışması kapsamında sadece kamera görüntüleri kullanılarak kameranın ya da kameranın takılı olduğu platformun öz hareketinin kestirimi konusu ele alınmıştır. Kameraların çalışma prensipleri incelenmiş ve 3-boyutlu uzayın 2- boyutlu görüntü bilgisi ile ilişkisi tanımlanmıştır. Cismin 3-boyutlu uzayda hareketinin ifade edilebilmesi için katı cisim hareketi konusunda bilgilere yer verilmiştir. Hareket kestirimi için çeşitli öznitelik tespit ve eşleştirme yöntemleri incelenmiş, tek kameralı ve stereo kameralı durumlarda hareket kestirim teknikleri araştırılmıştır. Benzetim çalışmalarında açık ve geniş alan görüntüleri içeren KITTI veri kümesindeki görüntü kayıtları MATLAB ortamında işlenerek navigasyon bilgisi elde edilmiştir. Birbirini takip eden görüntüler arasındaki ilişkiler kullanılarak aracın hareket yörüngesi belirlenmiştir. Farklı öznitelik tespit yöntemlerinin sonuçlara etkisi incelenmiştir. Elde edilen navigasyon bilgisi, veri kümesindeki GPS/INS sistemi ile elde edilen navigasyon bilgisi ile karşılaştırılmıştır.
Ataletsel sensör parametrelerinin navigasyon başarımına etkilerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında ataletsel sensörlerin sahip olduğu rastlantısal hataların konum hesaplama algoritmalarında ne kadarlık bir hata bütçesine sahip olduğunun anlaşılmasına yönelik bir yöntem sunulmaya çalışılmıştır. Mevcut literatürde navigasyon algoritmalarının hatalarının belirlenebilmesi için Monte-Carlo veya Kovaryans Analizi gibi yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında doğrudan doğrusal sensör modeli üzerinden bir yöntem önerilmektedir. Ataletsel bir sensör verisinin üzerinde bulunan sadece rastgele hatalar, yani gürültü bileşeni konum hesabında ne kadarlık bir sapmaya neden olur sorusuna cevap aranmıştır. Bu amaçla çalışmanın öncelikli odağı bir ataletsel sensörün hareket olmayan durum için doğrusal bir modelinin çıkarılması olmuştur. Rastlantısal olmayan diğer hataların etkisinin ayırt edilebilmesi için hareket olmayan durum ve veri ortalamasının sıfır olması modelleme işlemi için ilk adım olmuştur. Sabit pozisyondaki sensör verisi ve benzetim ortamında oluşturulan beyaz gürültü verisi kullanılarak Kanonik Korelasyon Analizi ile her sensör için doğrusal bir model elde edilmiştir. Elde edilen model kullanılarak en temel şekilde bir konum hesaplama işlemi gerçekleştirilmiş ve olası hata değerleri hesaplanarak sensör performansı için bir analiz ortaya konulmuştur. Çalışmanın önemi ataletsel sensörlerin performansını önemli ölçüde belirleyen gürültü karakteristiklerine göre neden olacakları konum hatalarının anlaşılmasını sağlıyor olmasıdır.
Ataletsel sensör parametrelerinin navigasyon başarımına etkilerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında ataletsel sensörlerin sahip olduğu rastlantısal hataların konum hesaplama algoritmalarında ne kadarlık bir hata bütçesine sahip olduğunun anlaşılmasına yönelik bir yöntem sunulmaya çalışılmıştır. Mevcut literatürde navigasyon algoritmalarının hatalarının belirlenebilmesi için Monte-Carlo veya Kovaryans Analizi gibi yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında doğrudan doğrusal sensör modeli üzerinden bir yöntem önerilmektedir. Ataletsel bir sensör verisinin üzerinde bulunan sadece rastgele hatalar, yani gürültü bileşeni konum hesabında ne kadarlık bir sapmaya neden olur sorusuna cevap aranmıştır. Bu amaçla çalışmanın öncelikli odağı bir ataletsel sensörün hareket olmayan durum için doğrusal bir modelinin çıkarılması olmuştur. Rastlantısal olmayan diğer hataların etkisinin ayırt edilebilmesi için hareket olmayan durum ve veri ortalamasının sıfır olması modelleme işlemi için ilk adım olmuştur. Sabit pozisyondaki sensör verisi ve benzetim ortamında oluşturulan beyaz gürültü verisi kullanılarak Kanonik Korelasyon Analizi ile her sensör için doğrusal bir model elde edilmiştir. Elde edilen model kullanılarak en temel şekilde bir konum hesaplama işlemi gerçekleştirilmiş ve olası hata değerleri hesaplanarak sensör performansı için bir analiz ortaya konulmuştur. Çalışmanın önemi ataletsel sensörlerin performansını önemli ölçüde belirleyen gürültü karakteristiklerine göre neden olacakları konum hatalarının anlaşılmasını sağlıyor olmasıdır.