Darbant ve genişbant sanal iyonosonda için sinyal işleme teknikleri

Uzak mesafelerle haberlesme yapmak için sıklıkla kullanılan bantlardan biri Kısa Dalga (KD) bandıdır. KD bandı frekans aralıgındaki (3-30 MHz) radyo dalgalarının, atmosferin tabakalarından biri olan iyonosfer tabakasından yansıyarak yeryüzüne ulasması neticesinde, binlerce km uzaklıktaki iki nokta arasında iletisim gerçeklestirilebilmektedir. Bu sebeple, zamana, konuma, günes aktiviteleri vb. etkilere bağlı olarak degisken özelliklere sahip olan iyonosfer tabakasının iyi karakterize edilmesi önemlidir. Bu amaçla iyonosonda adı verilen cihazlar kullanılmaktadır. İyonosondalar, KD bandında çalısan bir tür radar olarak değerlendirilebilmektedir. İyonosferik katmanların kritik frekansları ve yansıma yükseklikleri arasındaki iliski kullanılarak, iyonosondalar tarafından oluşturulan sinyaller, iyonosfer tabakasına gönderilerek, alınan ve gönderilen sinyal arasındaki zaman farkı üzerinden iyonosferik katman yüksekliklerini hesaplanmaktadır. İyonosonda istasyonlarının kurulumu maliyetlidir ve işletilmeleri belirli bir uzmanlık gerektirmektedir. Bu nedenle, dünya üzerinde belirli bölgelerde yoğunlasmıs, sınırlı sayıda istasyon bulunmaktadır. Dolayısıyla, ölçüm sonucu alınamayan noktalar bulunmaktadır. Bu eksikliği gidermek adına, uydularla gerçekleştirilen tomografik ölçüm yöntemleri ve yer ölçüm noktaları arası aradeğerleme yaklasımları ile ölçüm alınamayan noktalar için veri olusturulmaktadır. Tez çalısmaları kapsamında, bu problem iyonosonda operasyonu açısından ele alınmıs ve iyonosonda operasyonunda gerçeklesen asamalar benzetim ortamına aktarılmıştır. Bu amaçla, 3B ısın izleme yöntemi, ITS kanal modeli ve IRI-Plas iyon yoğunlugu kestirim araçları bir araya getirilerek entegre bir sekilde kullanılmıstır. IRI-Plas ile olusturulan iyon yoğunlugu profilleri, TEİ, hmF2, foF2 verileri ile beslenerek iyileştirilmis ve oluşturulan iyonosonda benzetim altyapısı, iyonosferik fırtınalı ve sakin günler için gerçek iyonosonda ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuçta, olusturulan benzetim altyapısı, gerçek ölçümlere yakın hmF2 ve foF2 değerleri ile beslenebildiği sürece, hem fırtınalı hem de sakin günlerde, iyonogram şekli, katman yükseklikleri ve en büyük kullanılabilir frekans degerleri anlamında, iyonosonda ölçüm sonuçları ile benzer sonuçların alınabildigi görülmüstür. İyonosondalarla ilgili bir diğer problem, 100 - 600 W mertebelerinde çıkıs güçlerine sahip olmaları ve anlık dar bir bantgenisliginde çalıştıklarından, sonuç olusturmak için belirli bir frekans bandını taramalarıdır. Yüksek çıkıs gücü ile frekans bandının taranması, halihazırda kalabalık bir spektruma sahip olan KD bandı için istenmeyen bir durum olusturmaktadır. Tez çalısmaları kapsamında, genişbant (1 MHz bantgenişliği) dalgaşekilleri, ITS kanal modeli ve zaman frekans analiz yöntemleri kullanılarak, iyonosonda çıktısı olan iyonogram verisinin düsük çıkıs gücüyle (20 W) üretilebilecegi gösterilmistir. Bu amaçla, faz kodlu dalgaşekillerinden Barker, PN, Golay, frekans modülasyonlu dalgaşekillerinden Doğrusal Frekans Modülasyonu (DFM), Costas kodlu ve Doğrusal Olmayan Frekans Modülasyonu (DOFM) dalgasekilleri belirsizlik fonksiyonları ve iyonogram çıktıları üzerinden karşılaştırılmıştır. İstenilen uzunlukta üretilebilmeleri, taradıkları frekans bandı içerisinde düz bir spektrum görüntüsüne sahip olmaları ve frekans değişimlerine olan dayanıklılıkları nedeniyle DFM dalgasekillerinin kullanılmasına karar verilmistir. Zaman frekans analiz yöntemleri içinse, Wigner-Ville Dagılımı (WVD), Kısa Süreli Fourier Dönüsümü (KSFD) ve YenidenAtama yöntemleri incelenmiş, yüksek çözünürlük, sinyal ayırt edicilik ve çapraz terim olusturmamaları nedeniyle Yeniden Atama yöntemi tercih edilmistir. Yapılan çalısmalarda, mevcut durumda kullanılan darbant iyonosonda yöntemi ve önerilen genisbant ölçüm yöntemi benzetim ortamında farklı SNR degerlerinde karsılastırılmıs, düsük SNR seviyelerinde genişbant ölçüm yönteminin daha yüksek başarıma sahip oldugu görülmüştür. Ayrıca her iki yöntem iyonogram olusturma süreleri açısından karşılaştırılmış, önerilen genişbant ölçüm yöntemi ile 20 - 70 ms sürede sonuç üretilebildiği gösterilmiştir. Sonuç olarak, genişbant ölçüm yöntemi kullanılarak düşük çıkıs gücüyle diger KD bandı kullanıcılarına girişim yaratmadan, yüksek hızlarda sonuç üretilebileceği görülmüstür. Kısa sürelerde alınan iyonogram sonuçlarının, özellikle hızlı degisimlerin gerçeklestigi iyonosferik fırtınalı günlerde kullanılabileceği degerlendirilmiştir.