430
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Approximate spectral clustering ensemble methods for clustering of large data sets
Clustering as an unsupervised approach is used to group or extract the natural taxonomy (clusters) of any data or entities. Thanks to its unsupervised nature, it is popular in knowledge extraction from large datasets. Various methods of clustering have been proposed in different fields. Among them, spectral clustering (SC) is one of the most favored and successful algorithms. SC is a manifold learning method based on eigendecomposition of graph Laplacian matrix constructed from pairwise similarities of data samples. It has advantages such as, significant ability in extracting irregularly shaped clusters, nonparametric modality and easy implementation. Therefore SC is commonly used in various areas such as image processing, computer vision and information retrieval. Although the eigendecomposition stage produces more accurate results, it causes high computational and memory costs which make the direct use of SC infeasible for large datasets. To address this challenge, approximate spectral clustering (ASC), which applies spectral clustering on a reduced set of data points (data representatives) selected either by sampling or quantization (SOVQ), has been proposed. The ASC not only makes spectral clustering feasible for large datasets but also provides some useful information like local density distribution of data points around representatives and sub-manifolds information to measure the similarity between representatives. However, ASC requires selection of sampling/quantization (SOVQ) methods together with an optimal similarity definition. In this study (supported by TUBITAK career grant no 112E195) we use selective sampling as sampling method, k-means++ and neural gas as quantization methods to obtain the representatives, since these methods outperformed other approaches for ASC in recent works. To utilize all available information for accurate similarity definition, this study uses various similarity measures such as Euclidean distance, local density distribution, geodesic distance and their hybrid variants. Based on SOVQ method or similarity criteria, the resulting clusters may differ since each method utilizes a different information. In addition, randomness in SOVQ and SC may also produce different partitionings. Moreover, these methods have parameters which must be set optimally through experiments. To adress these challenges we propose ensemble methods which merge the advantages of all methods. In this study, we propose two ensemble algorithms for ASC. The first method is to use the traditional majority voting among all ASC partitionings. Alternatively the second approach is a two-level graph based ensemble depending on similarity matrix which is defined by the number of samples extracted in the same clusters among all partitionings. We use three artificial benchmark datasets with five datasets from the UCI machine-learning repository, six medical datasets consisting of several diseases, patients' data and brain tumor images, as well as four remote sensing images for performance evaluation. We applied the SOVQ based ASC with various similarity criteria on these datasets. Then we merged all individual results with our proposed ensemble methods to reach a consensus and optimal clustering. We evaluated the individual and ensemble results by accuracy, cluster validity indices (CVI) and adjusted rand index (ARI). Thanks to exploitation of all possible information types, ensemble of clustering results demonstrates considerable improvement on accuracy while removing the need of selection the optimum similarity criterion or related parameters.
Altına sermeli bilişsel radyo ağları için işbirlikli spektrum paylaşım protokolleri
Spektrum paylaşımlı bilişsel radyo ağlarında ikincil kullanıcıların (SU), birincil kullanıcının (PU) başarımını en az etkileyecek şekilde spektrumu kullanması önemlidir. Ancak bunu yaparken kendi başarımını da belli bir düzeyde tutması gerekmektedir. Bu tezde, otomatik yineleme isteme (ARQ) tabanlı PU'dan ve çift yönlü iletişim kurabilen SU'dan oluşan altına sermeli bilişsel radyo ağı için yeni iki farklı işbirlikli spektrum paylaşım protokolü önerilmiştir. Önerilen protokollerde SU bazı durumlarda kendi paketini iletmek için spektrumu kullanırken bazı durumlarda ise yalnızca PU'nun paketini iletmektedir. Böylece spektrumun paylaşımlı olarak kullanıldığı durumlarda kendi başarımını iyileştirirken, diğer durumlarda işbirliği yaparak spektrum paylaşımlı durumda PU'nun kötü etkilenen başarımını arttırmayı amaçlamaktadır. Bu tezde ilk olarak, telsiz iletişim ağları ve işbirlikli çeşitleme protokolleri ile ARQ protokolü anlatılmış ve bilişsel radyo ağ kavramı ve çeşitlerinden bahsedilmiştir. Sonrasında ele alınan ARQ tabanlı PU'dan ve iki yönlü iletişim kurabilen SU'dan oluşan altına sermeli bilişsel ağ modeli tanıtılmıştır. Sırasıyla çöz-ve-aktar (DF) tekniği ile kuvvetlendir-ve-aktar (AF) tekniği için önerilen spektrum paylaşım protokolleri açıklanmış ve her iki protokol için referans modeller oluşturulmuştur. PU'nun paketinin iletilebilmesi için farklı yineleme sayılarında bu protokoller incelenmiştir. Ele alınan protokollerde PU ve SU'nun servis kesilme olasılıkları kullanılarak verim analizleri yapılmış ve bilgisayar benzetimleriyle başarım değerlendirmeleri desteklenmiştir. Her iki teknik için de önerilen protokollerde yineleme sayısındaki artış PU'nun düşük SNR'lerde verimini az da olsa kötü etkilemesine rağmen yüksek SNR'lerde bir değişime neden olmamıştır. DF tekniği için önerilen protokolde PU'nun verimi AF için önerilen protokole göre düşük SNR değerlerinde daha iyi iken; SU'nun verimi sadece çok düşük SNR değerlerinde farklılık göstermiş; kalan değerlerde başarımının değişmediği gözlenmiştir. Ayrıca her iki protokolde de yüksek SNR değerlerinde PU'nun veriminden göz ardı edilebilecek bir kayıpla, SU'nun verimi aynı SNR değerlerinde belirli bir düzeyde sabit tutulmuştur. Her iki protokolün de birinde PU'nun başarımına öncelik veren diğerinde ise SU'nun başarımına öncelik veren farklı iki çalışmayla başarım karşılaştırılması yapılmıştır. Birincil kullanıcının başarımına öncelik veren çalışmaya göre önerilen protokollerde PU'nun başarımı düşük SNR'lerde daha iyi iken, yüksek SNR'lere gidildikçe biraz azalmıştır. Ancak yüksek SNR'lerde SU başarımı bu çalışmada sıfıra düşerken, önerilen protokollerin her ikisi için de belli bir değerde sabit kalmıştır. Önerilen protokollerde SU başarımı SU'nun başarımına öncelik veren çalışmaya göre yüksek SNR'lerde yaklaşık %50 kötüleşirken; aynı SNR değerlerinde PU başarımı bu çalışmaya kıyasla %70 daha iyileşmiştir.
Mikrodalga ile görüntülemede nitel yöntemler
Microwave imaging (MWI) emerges as a novel technology that aims to extract physical properties of inaccessible objects from the scattered electric field measurements. MWI covers a very wide range of applications which includes but not limited to nondestructive testing (NDT), subsurface imaging, through wall imaging, biological imaging. The most important factor that tends the scientists to imaging with microwaves is non-ionizing nature of MWI when interacted with biological tissues. Therefore, MWI can be regarded as a healthy alternative of current imaging technologies, which are mostly based on ionizing radiation. Inverse scattering theory provides a group of highly theoretical approaches, known as qualitative method. These methods are based on inverting an integral equation for each point over a reconstruction domain to determine only the shape and the position of unknown scatterers without requiring any a-priori information. Two well-known representatives of qualitative inverse scattering methods are (i) linear sampling method (LSM) and (ii) factorization method (FM). These two methods are in fact quite similar in formulation as well as performance. These qualitative approaches are also usable in the MWI, where the inverse problem can be casted into two integral equations. Traditional solution approaches for MWI are based on non-linear or linear optimization methods. These methods recasts the nonlinear scattering problem in form of a minimization problem. Additionally, they can utilize Born approximation to linearize the problem and then the cost function is minimized via one of the canonical optimization approaches such as conjugate gradient method, newton's method. In other words, these methods model the physical scattering mechanism to determine electrical properties of dielectric objects and attempts to minimize a cost functional by using a canonical minimization procedure. In contrast to these approaches, the qualitative inverse scattering methods uses linearity of the scattering problem or the duality principle to reach their final aim, which is obtaining the support of the scatterer. Thus, their modest goals and linear nature make these qualitative approaches easier to implement and more efficient in use of computational resources. In contrast to all these attractive features, both LSM and FM are rarely investigated from an engineering perspective due to their mathematical background. Hence, analyzing these methods from an engineering perspective and making these methods applicable in real world imaging scenarios is an important problem. In the first part of the thesis, we analyze the problem of imaging buried targets under a rough surface for a two dimensional transverse magnetic scattering scenario. In fact, imaging of buried targets under the rough ground is a challenging inverse scattering problem with many applications in engineering such as land mine detection and remote sensing of archaeological artefacts. Conventional technology that uses microwaves for subsurface sensing of the underground is ground penetrating radar (GPR) which generates radargrams that require further interpretation by experts. Also, various quantitative inverse scattering methods are existent in the literature to provide additional information on the morphological and electrical properties of buried obstacles. Furthermore, the surface roughness, which is a critical factor that determines the limits of subsurface imaging, are only considered in a very few studies. In this context, qualitative inverse scattering methods, which are almost exclusively used for reconstructing the shape of inaccessible targets from the scattered field measurements, are particularly interesting since such methods can image multiple objects without requiring a-priori knowledge. Thus, we present a qualitative imaging method for subsurface sensing under a rough surface. The method relies on FM, where the aim is to retrieve the shape of unknown dielectric objects embedded inside a dielectric body whose closed boundary and electrical parameters are known a priori. Results show the stability and accuracy of the proposed method under very realistic conditions. In the second part of this thesis, the problem of using the qualitative methods in the real world measurement scenario is addressed. In the real world applications imaging systems extensively incorporate vector network analyzers (VNAs) instead of implementing additional modules to perform microwave measurements. This is particularly driven by availability of high performance VNAs. While there are alternative ways of reconstructing an image in MWI, imaging methods are naturally formulated in terms of scattered electric field vectors whereas measured scattering parameters (S-parameters) are only auxiliary quantities. Consequently, an intermediate step is required for experimental setups where measured S-parameters are mapped into scattered electric field. This is mostly handled by comparing simulated electric fields against measured S-parameters. As a better alternative to the canonical calibration procedures, we develop novel qualitative microwave imaging algorithms, which uses the measured S-parameters directly. Obtained experimental results prove the accuracy and the stability of the presented method. In the third and last part of the thesis, we consider the problem of using qualitative imaging methods in real world concealed target imaging scenarios. Real world concealed target detection can have different applications ranging from medical imaging to subsurface sensing, as mentioned above. Main challenge for such inverse problems is that the solution procedures are expected to capture the electrical parameters (relative dielectric constant 𝜖𝑟, conductivity 𝜎) of whole medium, which includes the buried objects. Up to date, many quantitative techniques are developed to obtain the complete electrical parameter distribution of a medium. However, if we take a glance at these formulations, we can see that they involve a considerable computational burden. Being contradictory to quantitative techniques, qualitative inversion methods, which aim to recover only the shape of the scatterers, have relatively simple formulations and require lower computational resources. In contrast to such obvious advantages, qualitative inversion techniques are rarely employed in buried obstacle detection, since these methods have strong a priori knowledge requirements in their original form. In particular, to be able to detect the shape of an inclusion by means of these methods, we must supply these two a priori pieces of information: (i) the dielectric parameters of the surrounding medium and (ii) the scattered field when there is no buried object inside the surrounding medium. It is obvious that fulfilling such strong conditions altogether is of a serious issue in any imaging problem. To this end, we propose a strategy to overcome the a priori knowledge requirement on the dielectric parameters of the surrounding medium. Results, which are obtained from real experiments performed in an anechoic chamber, confirm the accuracy and the stability of the proposed formulations.
Microwave imaging of brain strokes
This thesis investigates feasibility of detection and continuous monitoring of hemorrhagic brain strokes in a realistic head phantom with microwave imaging. The head phantom is illuminated by 36 line sources and the scattering field data is calculated numerically with method of moments for each scenarios. Additive white Gaussian noise with minimum level 30 dB SNR is added for scenarios that are more realistic. Two different approaches are used for detection and continuous monitoring of blood region. In first approach, contrast source inversion method is used to reconstruct the blood region. Scattering fields' data that are obtained by a simulation on matlab platform at different frequencies from 500 MHz to 1.2 GHz is used for only input parameters for CSI method. No any other priory information is used. Moreover, results with either electrically different background mediums or free space are discussed in this approach. The numerical results show that it is possible to determine the square shape blooded area with size about 2.6cm x 2.6cm between the 800-1000 MHz frequency ranges in the dielectric-matching medium. In second approach, CSI method is used to reconstruction again except the input parameters scattering field data is replaced with differential data, which is the difference of two scattering fields' data. These scattering fields' data's are obtained in two different times. Hence, reconstruction contains of changes in multiple blood regions and provides information about the locations instead of all domain reconstruction. Here, aim is to determine the change of bleeding in sequential time frames. The numerical results show that it is possible to monitor the changes in the blood regions within the human brain, if optimal values of matching medium are chosen.
Mikrodalga görüntülemede seyreklik yaklaşımı yöntemlerinin uygulanması
Cisimlerin şekli, yeri ve dielektrik sabiti gibi özelliklerinin belirlenmesi elektromanyetik ters saçılma problemi olarak adlandırılır. Ters saçılma problemi optik, radar, akustik, sismik ve medikal görüntülemede büyük önem taşımaktadır. Ters saçılma problemi lineer olmayan ve kötü kurulmuş (ill-posed) bir problemdir. Born ve Rytov yaklaşıklı˘gı ters saçılma probleminin lineerleştirilmesinde kullanılan en yaygın iki yöntemdir. Ters saçılma problemi lineer hale getirildikten sonra da hala kötü kurulmuş bir problem olma özelli˘gini korumaktadır. Bu yüzden çözüm tek de˘gildir, bu durumun üstesinden gelmek için regularizasyon teknikleri sıkça kullanılmaktadır ve literatürde birçok teknik bulunmaktadır. Bu bitirme çalışmasında mikrodalga görüntüleme probleminin çözümü için seyreklik yaklaşımı yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemler temel olarak Born yaklaşıklı˘gı sonucu elde edilen lineer denklem sistemini çözmektedir. Tezin ilk kısmında ters saçılma problemi anlatılmış ve Born yaklaşıklığıyla bu problemin nasıl lineer hale getirildiği gösterilmiştir. Daha sonra Born İteratif Yöntemi (BİY) ele alınmıştır. Aynı zamanda Born iteratif yöntemi içerisinde, cisim fonksiyonunu bulmak için lineer ters problem çözümünde kullanılan Tikhonov regülarizasyonuna da değinilmiştir. Tezin ikinci kısmında ise lineer ters problem çözümü için son yıllarda önem kazanan seyreklik yaklaşımı incelenmiştir. Görüntülenecek cismin görüntülenen bölgeye göre oransal olarak küçük olması, ters saçılma probleminin seyreklik yaklaşımı ile ele alınabilmesine olanak sağlamaktadır. Bu doğrultuda literatürde seyreklik yaklaşımı çözümünde kullanılan NESTA, seyrek yaklaşıklıkta gradyen izdüşümü (Gradient Projection for Sparse Recovery - GPSR), iki adımlı iteratif kısaltarak eşikleme (TwoWay İterative Shrinkage Thresholding - TWIST), hızlandırılmış iteratif kısaltarak eşikleme (Fast İterative Shrinkage Thresholding - FISTA) ve l2 normu ile regülarize edilmiş uyarlamalı sert eşikleme(l2 Regularized İterative Method for Adaptive Thresholding - L2IMAT) yöntemleri incelenmiştir. Yöntemler incelenirken kullandıkları l1 veya l0 norm küçültmesine göre sınıflandırılmıştır. Bu yöntemler BİY içerisine entegre edilerek BİY ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmada gürültüye karşı dayanıklılık, cisim boyutu ve şekli, birden çok cisim için yakınlık durumu, görüntülenen cismin kenarlarının belirginliği ve sıkıştırılmış algılama özellikleri göz önünde bulundurulmuştur. Seyreklik yaklaşımı yöntemlerinin küçük cisimlerde yüksek çözünürlük verdiği ve gürültüye karşı daha dayanıklı olduğu sonuçlarla görülmüştür.
Temperature to digital converter design and measurement
Temperature to digital converter is designed and taped-out using AMS035HB4 process. The dimension of the IC core is 1024um X 600um while full chip with esd and pad rings occupying 1024um X 1395um. The simulation results show that 12 bits temperature to digital conversion is achieved with 0.25C resolution while measurement verifies 10 bits temperature to digital conversion with 1 C resolution.
Comparisons of sige active downconversion mixers and a high performance sige active mixer design for s-band applications
In wireless systems, frequency conversion is widely utilized to transmit and receive low frequency signals. These conversions are fulfilled by mixer circuits which are driven by a large local oscillator signal and an input signal. A mixer multiplies these signals and output of the circuit includes two frequency components as sum and difference of frequencies of input signals. In downconversion applications, frequency differences of input signals are acquired at the output of the circuit and frequency of the signal is reduced. SiGe transistors provide high performance especially in non-portable applications because they have higher fT, lower noise and may fed by higher supply voltage in order to obtain high performance, compared to MOS transistors in the same process corner. S-Band applications such as basestations, radars, wireless modems etc. also need to high performance mixer; therefore, there are several commercial mixer products in order to implement frequency conversion for these applications. In this thesis, Chapter 1 gives general information about thesis. SiGe transistors, BiCMOS process and general RF performance metrics in mixer design such as conversion gain, IIP3, noise figure etc. are explained Chapter 2. Chapter 3 is related to active mixer design considerations. LO amplification circuit, and IF amplifier are utilized in the design of the mixers in order to obtain higher performance. In Chapter 4, firstly, these peripheral circuits used in mixer comparisons are described in detail. After this, Gilbert Cell, Micromixer, Caprio's Quad Based Mixer and Gilbert Cell Class AB mixer topologies are presented. Topology informations, hand analyzes, circuit elements, performance metrics, input matching, performance trade-offs of the circuits are examined in detail. At the end of the chapter, all mixers are compared according to determined performance metrics. Furthermore, figure of merit of the mixers in entire S-Band are given to easily understand performance of the mixers. In Chapter 5, Gilbert Cell Class AB Mixer is chosen, designed and laid out. The mixer which is described in previous chapter is reconfigured according to bondwire inductors and pad capacitances. Moreover, another high performance IF amplifier is designed. The whole mixer circuit is designed for 2 – 3 GHz RF frequency differently from comparison sections due to wireless applications. After design information, schematic and parasitic extraction results of the circuit are presented. Finally, future works and possible enhancements in the circuit are discussed. In Chapter 6, all study is summarized.
GPS VE GLONASS uygulamaları için RF alıcı ön kat tasarımı
GNSS (Global Navigation Satellite System) küresel konumlandırma sistemlerine verilen ortak isimdir. Amerika Birleşik Devletleri'nin sistemi olan GPS (Global Positioning System), Rusya Federasyonu'nun sistemi olan GLONASS (Global Navigation Satellite System) ve Avrupa Birliği'nin geliştirdiği sistem olan GALILEO birer GNSS sistemidir. Bu küresel konumlandırma sistemlerinden GPS ve GLONASS daha eski ve daha yaygın olarak kullanılan konumlandırma sistemlerindendir. Günümüzde birçok ülke, askeri ve milli çıkarları için kendi sistemlerini geliştirme çabasındadır. Çin, bu çıkarlar doğrultusunda kendi sistemi olan BeiDou sistemini işletime almıştır ve ek uydularını geliştirme aşamasındadır. Benzer şekilde Hindistan, IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) sistemini başlatmıştır ve geliştirme aşamasındadır. Bunun en büyük amacı, olası bir ihtiyaç halinde kontrolleri kendi ellerinde olan milli bir konumlandırma sistemi ihtiyacıdır. Konumlandırma sistemlerinin her durumda çalışabilmesi, konum ve zaman doğruluğunun artırılması gibi sebeplerden dolayı günümüzdeki sistemlerde GPS ve GLONASS alıcıları birlikte bulunmaktadır. Tek bir sistemden alınan veri yerine özellikle askeri sistemlerde birden fazla ülkenin konum belirleme sisteminin verisini kullanabilecek alıcılar giderek yaygınlaşmaktadır. Bu gereksinim, farklı konumlandırma sistemleri ile uyumlu şekilde çalışan alıcı yapılarının geliştirilmesi ihtiyacı doğurmuştur. Radyo frekans elektroniği devreleri yapısı gereği tasarım, üretim, montaj ve test yöntemlerine kadar her aşaması tecrübe ve dikkat gerektiren devrelerdir. Bu sebeple her tasarım aşaması titizlikle yürütülmüştür. Devre elemanı olarak kullanılacak aktif ve pasif elemanlar titizlikle araştırılmıştır. Elde edilen veriler bilgisayar destekli radyo frekans benzetim ortamına aktarılmış ve gerekli benzetimler yapılarak devre elemanları incelenmiştir. Benzetimlerde hesaplamalarda kullanılan ideal devre elemanları yerine, sistemde kullanılması planlanan elektronik devre elemanlarının özellikleri kullanılmıştır. Böylece daha doğru ve kesin sonuçların alınması sağlanmıştır. Diğer radyo vericilerin yeteri kadar bastırılamayan bant dışı intermodülasyon ürünlerinin tasarlanan alıcı ön katın bandı içine düşmesi, çok düşük güçteki konumlandırma işaretlerinin gücünden fazla olabilir ve alıcı katındaki aktif devrelerin çalışmasını doğrudan etkileyebilir. Alıcı sistemleri bu etkilerden korunmak için sistem girişinde küçük boyutu ve kullanım kolaylığı sebebiyle yüksek seçici ve düşük kayıplı YAD (Yüzey Akustik Dalga) süzgeçler sıklıkla kullanılır. Girişte kullanılan bu süzgecin araya girme kaybı, sistemin toplam gürültü sayısı üzerinde doğrudan etkilidir. Bu sebeple alıcı başarımını düşük gürültülü kuvvetlendiriciden (LNA) sonra doğrudan etkileyen kilit elemanlardan biridir. Sistemde kullanılan düşük gürültülü kuvvetlendiricinin performansı, alıcının performansını doğrudan etkilemektedir ve sistemin en kritik elemanı LNA elemanıdır. Çalışma kapsamında günümüzde kullanılmakta olan GPS ve GLONASS sistemlerinin her ikisi ile de uyumlu, GPS ve GLONASS bandı seçiciliği yüksek, hem aktif hem de pasif anten ile çalışabilecek RF alıcı ön kat tasarımları (iki farklı sistem) yapılmış ve devreler gerçekleştirilmiştir. Sistem çıkışında GPS bandı ve GLONASS bandı yüksek bastırmalı bant ayırıcı yapısı ile ayrılmaktadır. İlk yapı olarak tasarlanan ön kat devresi (Sistem-1) tasarımında dışarıdan gelebilecek ve bozucu etkiye sebep olabilecek diğer radyo işaretlerinin yalıtılarak devrenin başarımının arttırılması hedeflenmiştir. Bu nedenle devrenin işaret girişinde keskin karakteristiğe sahip düşük kayıplı bir süzgeç kullanılmıştır. Girişte süzgeç kullanılması toplam gürültü sayısını arttırsa da istenmeyen işaretleri bastırdığı için devre açısından önemlidir. İkinci yapı olarak tasarlanan ön kat devresi (Sistem-2) tasarımının temel farkı işaret girişinde yüksek seçiciliğe sahip bir süzgeç kullanılmaması sonucu ilk sisteme göre daha düşük gürültü sayısına sahip olmasıdır. Çok düşük gürültüye sahip kuvvetlendiriciler ile alıcının dinamik aralığı arttırılabilmektedir. Ancak YAD süzgeçlerin kayıplarının çok düşük olmaması sistemin toplam gürültü sayısının yükselmesine sebep olmaktadır. Bu durum Sistem-2'nin Sistem-1'e göre dışarıdan gelebilecek bozucu etkilere daha açık olmasına sebep olsa da daha düşük toplam gürültü sayısı vermesi sebebiyle algılanabilecek işaret gücü seviyesini düşürerek alıcı dinamik aralığını arttırmaktadır. Bozucu işaretlerin zayıf olduğu ortamlarda veya fiziksel tasarımdan dolayı bant seçici özelliğe sahip Sistem-2 kullanıma uygun yapıdadır. Sistemlerde kullanılmak üzere seçilen bütün devre elemanları sistemin amacına uygun olacak şekilde seçilmiştir. Devre elemanlarının seçilmesinde elektriksel özelliklerin yanında çalışma sıcaklığı, temin kolaylığı ve maliyet gibi konulara da dikkat edilmiştir. İlk olarak devre elemanlarının elektriksel özellikleri bilgisayar destekli tasarım ortamına aktarılmış, sistem seviyesindeki tasarımların ardından istenilen değerleri sağlayacak şekilde bütün alt sistem bileşeni olan devreler tek tek tasarlanmıştır. Sistem benzetimleri ve devre tasarımları "NI AWR Microwave Office" ve "NI AWR Visual System Simulation" araçları ile yapılmıştır. Tasarımları tamamlanan devrelerin serimleri hazırlanmış ve üretilmiştir. Devre kartı olarak RF4 tercih edilmiştir. Devreleri dış ortamdan yalıtmak için alüminyum kutu tasarımı yapılmıştır Montajlanan devrelerin ölçümleri yapılmış ve tasarım hedeflerinin sağlandığı görülmüştür. Bu tez çalışması NETAŞ firmasının teknik istekleri göz önünde tutularak T.C. Bilim, Sanay ve Teknoloji Bakanlığı tarafından 0781.STZ.2014 numaralı SANTEZ projesi olarak desteklenmiştir.
El hareketlerinin elektromyogram sinyalleri ve yardımcı sensör verileri ile sınıflandırılması
EL HAREKETLERİNİN ELEKTROMYOGRAM SİNYALLERİ VE YARDIMCI SENSÖR VERİLERİ İLE SINIFLANDIRILMASI ÖZET İnsan eli, günlük hayatta uyguladığımız geniş çeşitlilikteki fonksiyonel hareketleri sahip olduğu karmaşık hiyerarşik kontrol ve sensör yapısıyla gerçekleştirmektedir. Doğal elin kaybedilmesi, kas-sinir rahatsızlıklarına bağlı olarak fonksiyonunun kısmen ya da tamamen yitirilmesi, insan hayat kalitesinde yadsınamaz bir kayıp meydana getirmektedir. Uzun yıllardır bu olumsuz durumu yaşayan kişilerin doğal el fonksiyonlarını iyileştirme veya yeniden kazandırma amacıyla kontrol mühendisliği, biyomedikal mühendisliği, tıp bilimleri vb. gibi farklı disiplinlerden elde edilen bilgilerin ışığında çalışmalar yürütülmektedir. Bu çalışmalar, el fonksiyonunu kısmen kaybeden kişiler için harekete yardımcı dış iskelet destek sistemleri ve uzvunu kaybeden kişiler için hareket komutunu mevcut sağlıklı uzuvdan ya da mevcut sinirlerden sağlayarak hareketi gerçekleştiren protezler üzerine yoğunlaşmıştır. Doğal elin fonksiyonelliğine ulaşmayı amaçlayan bu sistemler genel olarak Myoelektrik Kontrol Sistemleri (MKS) olarak adlandırılmaktadır. Bu sistemler, insan vücudu üzerinden algıladığı sinyalleri hareket niyetinin tanınmasında kullanmakta ve tanımlanan bu hareketleri kontrol komutuna dönüştürerek hareketin gerçekleştirilmesini amaçlamaktadır. MKS; kontrol girişi olarak kas aktivitesi sırasındaki sinir iletimi sonucu meydana gelen Aksiyon Potansiyelleri gerilimlerinin deri üzerinden, deri altından ya da kas dokusu içerisinden algılanmasıyla elde edilen Elektromyogram (EMG) sinyallerini kullanmaktadır. Farklı el hareketleri uygulanırken meydana gelen kas aktivitesi sırasında alınan EMG sinyalleri, hareket tipinin tanımlanmasında en yüksek belirleyiciliğe sahip biyoelektrik sinyaldir. EMG temelli MKS çalışmaları 1940'lı yıllarda başlamıştır ve günümüzde halen devam etmektedir. Kaydedilen önemli gelişmelere rağmen; klinik çalışmalarla üretilen sistemlerin insan doğal elinde bulunan yüksek hareket serbestlik noktası sayısını yakalayamaması, kullanıcıya etkileşime girdiği nesne ile ilgili geri besleme sensör sinyalini sağlayamaması ve bu yönüyle 'doğal' el hissinden uzak kalması, günlük hayatta uygulanan geniş aralıktaki fonksiyonel el hareketlerini gerçekleştirememesi bu sistemlerin kullanıcılar tarafından benimsenmesini oldukça güçleştirmekte ve ticari üretiminin önündeki en büyük engelleri teşkil etmektedir. Günümüz mekatronik ve sensör sistemleri teknolojilerinin entegre edilmesi ile bahsedilen problemlerin önemli bir kısmının giderilebileceği öngörülmektedir. Hareket niyetinin vücuttan alınan doğal sinyaller yardımıyla doğru bir şekilde tanınması ise problem olarak kalmaya devam etmektedir. Danışmanlı öğrenme teknikleri hareket niyetinin tanınmasında sıklıkla başvurulan yöntemlerdir. Bu yöntemler esas alınarak oluşturulan kontrol şemasında; hareket sırasında aktif olan kas grupları üzerinden alınan EMG sinyalleri kullanılarak hareketi tanımlayıcı özellikler çıkarılmakta ve bu özellikler karakterize ettiği hareket sınıfı ile birlikte özellik vektörünü oluşturmaktadır. EMG sinyalleri üzerinden çıkarılan özellikler; zaman sahası (TD) özellikleri, frekans sahası (FD) özellikleri ve zaman-frekans sahası (TFD) özellikleri olmak üzere 3 kısımda ele alınmaktadır. TD özellikleri; işlemsel karmaşıklık içermeyen, uzun hesaplama süresi ve dönüşüm gerektirmeyen, EMG'nin genlik değerleri ile elde edilen özelliklerdir. FD özellikleri; sinyalin spektral güç yoğunluğu kestirimi üzerinden elde edilen özellikleri içermektedir . TFD özellikleri; sinyali sabit pencere uzunluğu ya da frekans içeriğine göre değişken pencere uzunluklarıyla ele alarak fiziksel oluşum hakkında daha kapsamlı bilgi sağlayan ve bu yönüyle rasgele davranışa sahip biyoelektrik sinyallerin doğasına daha uygun özellikleri sağlayan zaman-frekans dönüşümleriyle elde edilmektedir. Hareketi temsil eden doğru özelliklerin seçimi sınıflandırma başarısı üzerindeki en belirleyici aşamadır. Her bir gözleme ait özellikleri ve karakterize ettikleri hareket sınıflarını içeren özellik vektörleri birleştirilerek özellik matrisi oluşturulmaktadır. Özellik matrisi ile farklı öğrenici algoritmaları eğitilmekte ve sınıflandırıcı modelleri üretilmektedir. Hareket sınıfları belirtilmeden sınıflandırıcıya sunulan test verisi üzerinden elde edilen sınıflandırma doğruluğu oranı ile sınıflandırma modellerinin başarısı ölçülmektedir. Sınıflandırma doğruluğunun artırılması amacıyla farklı sınıflandırma algoritmalarının geliştirilmesi ve çoklu sınıflandırıcı sistemlerinin kullanılması, hareketleri temsil eden yeni özelliklerin tanımlanması ve uygun özellik alt setlerinin oluşturulması, işlemsel zamanı ve karmaşıklığı azaltmak amacıyla sinyalin bilgi içeriğini büyük oranda koruyarak boyutunu azaltan algoritmaların üretilmesi ya da mevcut algoritmalardan amaca uygun seçimlerin yapılması, hareket sırasında alınmış yardımcı sensör verilerinden elde edilen özelliklerin kullanılması önerilmektedir. Bu tez çalışmasında; günlük hayatta sıklıkla kullanılan fonksiyonel 50 hareket uygulaması sırasında ampute ve sağlıklı bireyler üzerinden eşzamanlı olarak elde edilen EMG, ivme ölçer, eğim ölçer ve gerinim ölçer sinyallerini bulunduran NinaPro veri tabanı kullanılmaktadır. Literatürde kabul edilebilir sınıflandırma başarısı ile en fazla hareketin sınıflandırıldığı çalışmalar referans olarak kabul edilerek; veri tabanında bulunan yardımcı sensör verilerinin, özellikleri sınıflandırma başarısına yaptıkları katkıya göre ağırlıklandıran Relieff algoritmasının, mevcut çalışmalardan farklı özellik kombinasyonlarını içeren özellik alt setlerinin sınıflandırma doğruluğuna etkileri incelenmektedir. Çalışma sonucunda ReliefF algoritması kullanılarak, sınıflandırmaya yaptığı katkı önceden belirlenen eşik değerin altında kalan özelliklerin özellik matrisinden çıkarılması ile elde edilen yeni özellik matrisinin sınıflandırma doğruluğunda dikkate değer artış sağladığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte; fiziksel oluşumu daha kapsamlı şekilde temsil eden zaman-frekans özelliklerinin sadece zaman ya da sadece frekans sahası temelli özelliklere göre daha yüksek sınıflandırma başarısı sağladığı ifade edilmiştir. Çalışmanın en önemli çıktısı olarak; kademeli olarak eklenen yeni yardımcı sensör verilerinin doğru özellik seçimleriyle sınıflandırma doğruluğunu artırdığı (4 sensör verisi ve QSVM sınıflandırıcı ile 25 hareket için %97.3 sınıflandırma doğruluğu) ispatlanmıştır.
GaAs pHEMT class-E power amplifier design
A basic single-stage power amplifier circuit includes an active device, input matching circuit to match with source impedance, and an output matching circuit to match with load impedance. In a power apmlifier design, there are important parameters to be considered. These parameters include selection of active device, technology of active device, class of operaiton, intput and output matching network structure design, biasing, range of frequency, operation parameters such as required output power, gain, Power Added Efficiency (PAE), Input and Ouput Insertion Loss, S-parameters, etc. All these parameters shall be considered in the design and reaching design goals will end up in a successful design. Nowadays with improvements in designing wireless communiction systems with specific applications such as hand-hold wireless devices, space telecommunication subsystems, etc. it is important to have highly reliable, efficient, small-sized systems, given the limited input power source (generally battery), attaining desirable output power level and gain. The aim of this thesis is designing Class-E and Inverse-Class-E power amplifier with low voltge consumption in UHF band with application in small satellites. One of the main properties of this design is being supplied with only 5V which will result in elimintating a DC-DC down-converter in the next stage of a system. To reach this aim, class-E structure has been selected in order to have maximum possible PAE and high gain with the available input power, and other design specifications which will be discussed and mentioned in details in the text. Besides, Inverse-Class-E structure and a novel mix of Class-E and Inverse-Class-E has also been designed and tested to compare the function of each structure. Suitable transistor (available in market) and active device technology has been selected, different input and output matching networks have been designed and examined, biasing network has been designed carefully, and satisfying results for the given design goals has been achieved. Advanced Design System 2015.01 (ADS) is the software used for the design and circuits prepared and tested in RF Electronics Laboratory of Istanbul Technical University. The challenges of this project was designing Class-E and Inverse-Class-E power amplifier, while having output matching circuit, maintaining design simplicity with low voltage which resulted in very limited choices in using lumped elements. Furthermore, using lumped passive elements transformation into transmission lines is not feasible in UHF band as the lines will be very long and it makes the implementations almost impossible. Therefore, transmission lines were used only between lumped passive elements to make connections. On the other hand, using lumped passive elements resulted in having a very lossy system, that for instance, a design with PAE=59% turned to PAE=44% after implementing real passive element models and transmission lines. The main point in designing Class-E and Inverse-Class-E power amplifier is selecting the right biasing point which is almost considered as deep class-AB biasing point and the main affecting part of system is the output matching network. Thus, different output matching networks have been designed and examined and the result is, the simpler the circuit becomes, the higher efficiency can be obtained. Simplicity and using least passive elements were key factors in this design due to using lossy passive element models and the frequency domain. In this project, GaAs technology has been selected and ATF-511P8 is the active device, from Avago Technologies manufacturer. Process of input and output matching network designs has been presented in appendix .Three designes for Class-E, Inverse-Class-E and mixture of Class-E and Inverse-Class-E has been designed, fabricated and tested. Results indicated the importance of keeping simplicity of design, while satisfying design goals. On the other hand, superiority of functionality for Class-E power amplifier has been proved by having higher PAE than the other two designs. Novelty of this project is using a mixture of Class-E and Inverse-Class-E power amplifier which has been designed and tested for the first time. 1mm thickness standart RF4 substrate is preferred due to durable structure and low cost. According to our previous cube-satellite experiences, it is suitable for low-Earth-orbit (LEO) conditions. Very few references was found about Inverse-Class-E which shows how implementation of this structure is hard, and not ideally practical. Thus, part of the thesis concentrates on desiging and implementation of this structure. Furthermore, a mixture of Class-E and Inverse-Class-E including series inductance, shunt capacitance and parallel-tuned circuit in the output matching network has been designed, manufactured and tested for the first time. This will give an insight to a new structure for power amplifiers and can be further improved for future works. Simulated PAEs of Class-E, mixed strucure and Inverse-Class-E designs are 50%, 43% and 37% respectively. Measuremed gain, PAE and output power are slightly different than simulated values. In simulations, higher output power and gain but lower PAE was achieved while in measurements it was vice versa. It is impartant to mention that the mixed design was manufactured for two values of inductors 49nH and 56nH and each of them was measured separately. Measurement PAEs are 35% for Class-E, 40% for Inverse-Class-E, 57% for Mixed Design with 47nH and 37% for Mixed Design with 56nH. All results are presented in detailed at last chapter. Desinged GaAs amplifiers are suitable for cube-satellite UHF band transmitters due to small size and low voltage stable operation. In a standard cube-satellite, they can be used without an additional DC-DC convertor.
Moving object tracking by regularization via sparsity in wide area aerial video
Recently, the field of object tracking is drawing increasingly more attraction of numerous researchers around the world. Object tracking is the process of estimating location of an object or multiple objects over a video sequence elapsing for an amount of time. The task of object tracking accompanied with some challenging problems such as occlusion, illumination change, high motion, pose and scale variations becomes even more challenging when wide area aerial video sequences are the case. This is because the target object shot at a long distance by an aerial vehicle is represented with a few pixels. The increasing need and demand for video surveillance using wide area aerial video sequences, for instance for traffic monitoring, security and surveillance or environmental analysis necessitates dealing with these problems. In the context of this thesis, the problem of object tracking in wide area aerial video is handled by developing a method that utilizes a target update scheme. The proposed model is based on regularization via sparsity-based conditional density propagation. The regularization task is carried out through sparse representation of the possible target candidates and approximating the best target candidate with minimal reconstruction error recursively with respect of the philosophy of conditional density propagation, particle filtering. The target candidates are propagated through the frames via estimated affine transformation parameters that constitute the state vector. The use of the particle filtering via sparse target representations already exists in the literature. In these methods, the approximation of the best target candidate is achieved by representation of each target candidate in the linear span of a fixed or slowly-updating target template set plus a trivial template set and selecting the target candidate with the smallest reconstruction error as the tracking result after deriving the template coefficients through l1 minimization. The process is recursively repeated in the upcoming frames. Our major contribution to this system is the integration of a monitoring system that allows the tracker to automatically perceive anomalies thus update the observation model. Specifically, this is achieved by monitoring the tracking dependent on the model parameters that include minimum reconstruction error after approximation of the target candidates in the current frame, the magnitude of domination of the coefficients of trivial templates over the coefficients of target templates approximated through l1 minimization and the number of particles used in l1 minimization. Subsequent to the approximation via l1 minimization in the current frame, if an anomaly implying divergence from the target object is not detected, the tracking task keeps on moving using the current target template set without an interruption. Whenever an anomaly is reported by the tracker, a detection of target object is expected to be received from the object detector, which is a deep learning network in our model. In our work, because of its excellent object localization capability, Faster R-CNN is employed as the object detector. Once an object detection information is received, a new target template set is generated and the tracking task is resumed with the updated target template set. Unlike the existing models which continuously track, the capability of quiting tracking avoids the tracker from diverging that increase the robustness to occlusion where the target object extrudes from scene. Also, the update of the target template set upon a detection information from the detector makes the tracker more robust to high motion, because the target template set is refreshed with a more recent appearance of the target object. In order to avoid false alarms, the fulfillment of target update on time is vital. In order to achieve this, the proposed monitoring system is designed to be stimulated by analyzing the model parameters retrospectively over time. The experiments are performed using the datasets VIVID and UAV123 which include wide area aerial videos. Commonly used evaluation metrics including success rate, precision rate and center location error are used to report the object tracking performance. Numerical results demonstrate that the proposed target tracking scheme integrated with the object detector based on faster R-CNN significantly improves the accuracy, compared to the baseline l1 tracker and other state-of-the-art trackers.
The effects of DC bias lines on terahertz photomixer antennas
Photomixer antenna is an essential part of photomixer design. The development on photomixer antennas has still being received considerable attention. DC bias lines are being used in photomixer design to provide required DC voltage to photomixer antenna in order to collect the electron-hole pairs that is excited by a laser beam focused on semiconductor substrate. This research investigates the effects of the DC bias lines on several types of antennas for terahertz photomixers and proposes a method, namely resistively loaded lines (RLL), to compensate the effects of the DC bias lines. The RLL is formed by placing lumped resistances periodically on the DC bias line in order to cease the leakage current virtually, which cause a significant amount of distortion on the antenna performance. In order to achieve a proper simulations of bias line effects on photomixer antennas, a parametric investigation is carried on electromagnetic simulator HFSS to obtain an optimized simulation technique. The simulation results of the dipole, folded dipole, log-periodic, and spiral antennas show that RLL almost removes the effects of the bias lines and improves the radiation pattern notably compared to that of the commonly used bias line types, such as coplanar stripline and photonic bandgap type bias lines.
An eg-ldpc based 2-dimensional error correction code for mitigating multibit upsets of sram memories
As SRAM memory chips manufactured with small feature size, low noise margins and low voltage level, MBUs (Multi Bit Upset) become the dominant contributor of the overall soft error rate. Therefore, Single Event Correcting–Double Event Detecting (SEC-DED) codes, such as Hamming codes, would be unable to mitigate the soft errors alone. Other conventional memory protection methods such as bit-interleaving in combination with SEC-DED codes and Triple Modular Redundancy (TMR) are not feasible either, as scaling up these techniques to cover large-scale MBUs will incur excessive increase in area, latency and power consumption of SRAM memories. One promising solution to mitigate MBUs with large widths is to construct two dimensional (2-D) ECC structures, which can provide scalable multi-bit error protection against large clusters of soft errors. Compared to conventional schemes with similar error coverage, 2-D ECC architectures offer significantly smaller latency, resource usage and power consumption figures. Recently, Euclidean Geometry Low Density Parity Check (EG-LDPC) codes are proposed to overcome effects of MBUs in memories. EG-LDPC codes have better multiple error correcting capabilities than conventional codes and they have low complexity and low delay decoders. Therefore, they are very suitable for fault tolerant memory applications. In this thesis, a 2-D error correction code architecture based on EG-LDPC and single parity check (SPC) code is proposed as a solution to MBU problem of SRAM memories. The proposed architecture uses (15, 7, 5) EG-LDPC as row encoding and SPC code for column encoding. In order to minimize decoding complexity and taking advantage of detection capability of 2D structure, a standard array decoder is utilized. The investigated architecture is compared with previously proposed Matrix code method. The proposed architecture is able provide over 95% error correction coverage up to 4 errors and a significant 100% error detection up to 12 bit errors. In terms of MTTFs, the proposed approach achieves 63% improvement over Matrix codes at fault rates of 10-4 and 10-5. Matrix codes and the proposed architecture are implemented using Xilinx XC6SLX16 FPGA (Field Programmable Gate Array) and comparison results in term of implementation complexity are provided.
Design and implementation of flexible model based adaptive control algorithm for real time systems
This thesis proposes a flexible adaptive model based control algorithm for real time systems. The algorithm consists of a base controller and adaptation mechanisms. Parameters of base controller are updated with a flexible adaptation mechanism which tracks error of a plant and model output. The reference model is defined for a specific interval of the plant response and parameters of the reference model are updated for predefined interval trough identifications of plant input and output. In order to minimize the output error between model and the plant, Lyapunov based adaptation rules are designed. In addition, a fuzzy algorithm provides relation between the Lyapunov rules and base controller parameters. The proposed control algorithm does not need prior information of the dynamic system and has a flexible adaptation mechanism. Therefore, the algorithm can be easily implemented to different dynamic systems with minor modification. The algorithm is implemented for three different real time plants and experimental results are compared with base controller. Proportional–Integral-Derivative (PID) controller is used as base controller. The adaptive control algorithm needs simultaneous multi-processing for implementation, therefore some part of algorithm are run on a microcontroller and the others are run on a computer which has operation system. The experimental results show that the proposed algorithm tracks the system output in an acceptable error margin.
A new approach for counting and sizing the objects: Image weight signal
Image analysis is general name of technique or techniques whose input is an image, and also output is a processed image and various quantitative parameters belong to the image. Medical image analysis is one of the most important branches of the image analysis. This field offers support and guidance to radiology specialists on the diagnosis, treatment plan and the follow-up phases of the treatments, based on the results that it produces with image analysis techniques. Among processing works of the medical images, it is the majority that ones aim to separate the specific regions from others in the image. However in the medical image analysis, one of the most difficult duties is the extraction of features and quantitative parameters about those specific regions from the image. As the reason of this difficulty, it may be given that the regions of interest and desired feature extraction have different size and shapes, therefore analysis techniques need the preliminary definitions about the regions. Because of this difficulty, analysis techniques are insufficient on obtaining quantitative parameters belong to decomposed regions in the medical image. The main aim of this study is to develop an analysis technique (Image Weight Signal (IWS)) that calculate the number and area information of the regions or objects of interest. In addition to developed analysis technique, its applications on the medical lung CT images are aimed. Image analysis techniques are developed and applied with a paradigm known as computer-aided diagnosis (CAD) to simplify radiologic definitions. In the scope of this thesis, CAD application framework that will make it possible to measure the number and area information of the diseased regions in the medical images has been formed. This CAD application designed in Matlab GUI allows to practise with putting medical image processing and analysis methods into a sequence, supports radiology specialists on the diagnosis, treatment planning and follow-up with the help of produced information and offers the user convenience for making it possible to be used by not only engineers, but also field professionals.
Modeling and analysis of modular multilevel converter based static synchronous compensator
This thesis is concentrated on the modeling and analysis of the modular multilevel converter based on static synchronous compensator (MMC-STATCOM). In order to obtain the most suitable switching method for MMC-STATCOM, Scalar PWM methods such as level-shifted carrier based PWM methods and phase-shifted carrier based PWM method are compared considering equivalent switching count in a phase leg without any control structures. Moreover, Nearest Level Control method is also implemented to the MMC and that of performance analysis is discussed. Taking into account overall control parts of the MMC; active and reactive power control, DC-link voltage control, output current control and also submodule capacitor voltage balancing methods are concerned. Finally, submodule capacitor voltage balancing methods such as; sort and selection method related to direct modulation and Phase-shifted PWM based control method are implemented to the MMC-STATCOM and also compared to each other considering static mode and dynamic mode of the MMC-STATCOM having both inductive and capacitive mode ranges.
Advanced driver assistant system: A simulation of pedestrian tracking and detection system
ADVANCED DRIVER ASSISTANT SYSTEM: A Simulation of Pedestrian Tracking and Detection System ABSTRACT In this research, I introduce general automotive electronic systems, automotive safety systems and advanced driver assistant systems. Additionally, pedestrian tracking and detection system, is one of the ADAS systems, are simulated. The main reason why I got interested in this study is automotive industry`s showing progress more with the development of electronic systems. One of my objective is to make extensive literature research in this thesis. In this regard, this research will show the development of automotive technology from the beginning of the 21st century. This research will be helpful reference point for the field not only in terms of understanding the automotive electronic industry but also in terms of facilitating to understand the future developments of the automotive industry. In this study, the automotive electronic systems are evaluated briefly by the researcher. The main purpose of this thesis is to introduce architecture of electronic systems and use of them in present. Desire to make safer vehicles and to build safer roads aiming to reduce the number of casualties caused by the traffic accidents, and the legislative arrangements prepared by the leading countries are the incentives for the demand of Automotive Electronics. There are many factors that have influence on designing a vehicle, creating the controlling system and the well functioning of whole system in an automotive. For instance; many types of algorithm can be used in the controlling systems of the automotive. Hovewer, these systems do not accept any failure, because of that algorithm used in the systems must be error-free algorithm. Because, in case of any error, the risk of the fatal accident increases. In this study, risky and riskless automotive electronic systems were examined. And it is targeted to show how these systems work and what their technological infrastructures are. Keywords: Automotive electronics, safety system, braking system, ADAS, sensor and actuator, pedestrian tracking and detection system.
Performance comparison of image matching algorithm using fpga and gpu
As the internet and technology developing very rapidly, the need for fast data processing is becoming more apparent. Even though the software computation capacity of computers are increasing day by day, their performance in large database operations becomes increasingly inadequate. For this reason, Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) and Graphics Processing Units (GPUs) with parallel processing capability are frequently used to accelerate the intensive data processing operations. The most effective method for identifying fingerprint images is the template matching. This method is used to match small parts of the image that match the template image or any other data in the entire image. In this thesis, it is attempted to find the existing image within the database by using normalized cross-correlation (NCC) method. Computers that are used today are inadequate for large database operations, even though their computation capacity to process software is high. For this reason, Field Programmable Gate Arrays (FPGA) and Graphics Processing Unit (GPU) with parallel processing capability are frequently used to implement intensive operations. Image database, used in matching, is constructed with 80 different fingerprint images that have 256x256 size, grayscale format and *.bmp extensions. When using the Verilog programming language to program the FPGA, the CUDA programming language was used to program the GPU. In the written codes, image pixel values are read in order and the correlation values between each compared pairs are calculated by storing them in the memory of the used devices. The processing speed of FPGA and GPU implementations are compared in terms of their speed to calculate correlation values. Calculation of correlation values with the FPGA is 23 times faster than GPU implementation. Keywords: Image Matching, Normalized Cross-correlation, FPGA, GPU.
Investigation and optimization of some tactical data link technologies
Tactical Data Link Systems (TDLSs) provide a tactical information exchange between air, ground and naval units near real time in the battlefield area. Combat platforms have many different TDL capabilities such as Link-11, Link-16, Link-22, VMF and JREAP. Every TDL has different characteristics. The main problem is to decide which TDL is more effective in terms of transmission of data to another platform. In this thesis, a detailed literature survey about TDL systems has been carried out. This knowledge is presented in Chapter 1. The optimization theory is briefly mentioned in Chapter 2. In Chapter 3, an optimization is made with regard to the transmission of data in the operational area. And finally, the conclusion is presented in Chapter 4. Key Words: Tactical Data Links (TDLs), Link-11, Link-16, Link-22, Variable Message Format (VMF), Joint Range Extension Application Protocol (JREAP), Optimization of TDL.
Laparoskopik cerrahi simülasyonlarında öğrenme düzeyinin elektroensefalografi sinyal analizi ile değerlendirilmesi
Laparoskopik cerrahi işlemler açık cerrahi yöntemlerinden ayrı ve üstün bir psikomotor beceri gerektirmektedirler. Beceri düzeyinin niceliksel belirlenmesi zor olmakla birlikte, yeni yeti öğrenimin ölçülmesinde elektroansefalografi (EEG) kullanımı laparoskopik cerrahi simülasyon kullanıcılarının kalıcı performansının belirlenmesi için yansız bir ölçüt oluşturma potansiyeline sahiptir. Bu amaç doğrultusunda, bu çalışmada laparoskopik cerrahi simülasyon eğitimi sırasında toplanan EEG verilerinin spektral ve istatistiksel değerlendirilmesi yapılmıştır. Etik kurulu onaylı protokol çerçevesinde daha önce laparoskopik cerrahi simülasyon cihazı kullanımı için deneyim sahibi olmayan 10 erkek (baskın sağ el, 22+2,43 yaş) üniversite öğrencisi yazılı onamla deneye katılmışlardır. Bir haftalık arayla 2 ayrı tarihte laparoskopik cerrahi simülasyon eğitim modülü olan peg transferi işlemi yaptırılmıştır. İşlem peg transferinin her birinde 4 adet pegi yuvalarına yerleştirme olarak 3 kez gerçekleştirilmiştir. EEG verileri NPX Lab programı ile spektral analizleri yapılmıştır. SPSS programlarıyla da sonuçlar değerlendirilmiştir. İstatistiksel olarak göreceli güçlerin iki zaman noktasındaki değişimine anatomik yerleşkelerde bakıldığında T3-T5 kanalında alfa ve teta bantlarında, T5-O1 ve P4-O2 kanallarında alfa bandında anlamlı artışların olduğu görülmüştür. Alfa bandındaki artış rahatlama ve gevşeme durumunun olduğu, teta bandındaki artış ise yaratıcılık, duygusal bağlantı, sezgi ve gevşeme durumunun gerçekleştiği anlamına gelmektedir. T3-T5 bölgesindeki değişim deneklerin önceki deneyi hatırladıklarını, daha sakin olduklarını, T5-O1 bölgesindeki değişim deneklerin işlemi daha rahat kavradıklarını, P4-O2 bölgesindeki değişim ise sol ellerini de daha aktif kullandıklarını ve mekânsal hafızalarını kullandıklarını göstermektedir. Analiz sonuçlarında, deneklerin ikinci çalışmada yüksek el –göz koordinasyonu ve konsantrasyon gerektiren işlemi daha sakin bir şekilde yaptıkları, sol ellerini daha aktif kullandıkları ve işlemi hatırladıkları görülmektedir. Bu çalışmada laparoskopik cerrahi simülasyon eğitim metotlarının oluşturulmasına yönelik daha etkin niceliksel ölçütlerin saptanabilmesi için özgün ve ilk adımdır.
Geniş çalışma bölgeli transistörlerin tek bir çok katmanlı algılayıcı ile modellenmesi
Bu çalışma kapsamında yapay sinir ağları kullanılarak çok geniş bir DC besleme aralığına sahip bir mikrodalga transistorunun kara kutu modeli yapılarak transistöre ait saçılma parametrelerinin tahminin yapılması hedeflenmiştir. Bu amaca yönelik BFP181 transistörüne ait üretici firmanın sağladığı ölçülmüş saçılma parametreleri kullanılmıştır. Kara kutu modelinin tahmin performansının artırılması amacı ile geniş aralığa ait DC besleme değerlerini eğitim ve test aşamalarında birçok alt bölgelere ayırarak artırmayı başardık. Ayrıca yapının hız ve verimlilik analizi için birçok farklı gizli katman nöron ve iki farklı eğitim algoritması olan Levenberg Marquardt ve Bayesian regression yöntemleri ile bir inceleme yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında önerilen yöntem ile çok geniş bir DC besleme aralığına sahip bir mikrodalga transistorunun, geri beslemeli yapay sinir ağları ile modellenmesinin başarılabileceği görülmüştür.
Çoklu nesneli analitik regülarizasyon metodu geliştirilerek çok geniş bantlı yansıtıcı anten tasarımı
Günümüz iletişim sistemlerinde, çok geniş bantlı ve kısa süreli darbe sinyallerinin sivil ve askeri haberleşme sistemlerinde kullanımları giderek artmaktadır. Bu tip işaretlerin bilgi kaybı ve sinyal deformasyonu olmaksızın uzun mesafelere iletiminde sistemde kullanılan antenin performansı oldukça önemlidir. Bu çalışmada, çok geniş frekans bandında yüksek kazanç ve verime sahip tekli ve çiftli yansıtıcı anten tasarımları yapılmıştır. Ayrıca, bu yansıtıcı antenleri beslemek için çeşitli besleyici yapıları da tasarlanmıştır. Böylece farklı frekans bantlarında çalışabilen, farklı boyut ve hacimlerde yansıtıcı anten yapıları oluşturulmuştur. Tasarlanan elektriksel olarak büyük yapıda olan antenlerin çok geniş bantta (ÇGB) ön analizleri için Analitik Regülarizasyon Metodu (ARM) ile yeni bir nümerik yaklaşım geliştirilmiştir. Bu bağlamda, elektriksel olarak büyük ve birden fazla parça içeren antenlerin analizlerini yapmak amacıyla çok sayıda cisimlerden saçılmalar için 2 boyutlu Analitik Regülarizasyon Metodu geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem yansıtıcı anten yapılarının ÇGB analizleri için uygundur. 3 boyutlu benzetim programlarının uzun süreli işlemleri yerine, geliştirilen 2 boyutlu nümerik analiz ile elektriksel olarak büyük olan çift yansıtıcılı antenlerin ÇGB analizleri daha hızlı ve daha az hafıza ile yüksek doğruluklu olarak yapılabilecektir. Tekli yansıtıcı yapısı olarak, Vivaldi ve ridged horn yapılarının birleşiminden oluşturulan TEM ridged horn anten (TEM-RHA) tarafından beslenen 0.4 GHz den 15 GHz'ye kadar çalışan 90 cm çapında ofset yanıstıcı anten tasarımı yapılmıştır. Yüksek kazançlı bu anten 35:1 band genişliği oranı ile darbe ışıması için uygun bir yapıdadır. Ayrıca, ridged horn ve TEM-RHA beslemeli 60 cm çapında onset yansıtıcı antenler daha üst frekans bantları için tasarlanmıştır. Onset yansıtıcı anten yapısı % 61 değerlerine varan oldukça başarılı bir verimlilik performansına sahiptir. Daha sonra, çok geniş bantlı uygulamalar için eksenel olarak yer değiştirmiş eliptik (EYE) alt yansıtıcıya sahip yenilikçi bir anahtarlanabilir çift yansıtıcılı anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan yüksek kazanca ve verime sahip çift yansıtıcılı antenin opsiyonel kullanılabilen iki çeşit beslemesi vardır. Bunlardan ilki K-Vivaldi antendir ve 33:1 oranında çalışma bantı genişliğine sahip olup 0.6 GHz'den 20 GHz'ye kadar çalışmaktadır ve impuls ışımasına uygundur. Bu beslemenin performansının arttırılması için kısmi dielektrik yüklemesi yapılmıştır. Kullanılan diğer besleme yapısı ise, çift ridged horn antendir. Tasarlanan çift yansıtıcı geometrisi ridged hornla beslendiğinde 1.6 GHz'den 20 GHz'ye kadar çalışmaktadır. Bu durumda bant genişliği 12:1 değerine düşmektedir, ancak antenin kazancı ve verimliliği önemli ölçüde artmaktadır. Kullanıcının gereksinimlerine göre bu iki beslemeden biri seçilebilmektedir. Tasarlanan çift yansıtıcılı anten yapısının, tekli yansıtıcı tasarımlarıyla karşılaştırıldığında hacim açısından önemli bir üstünlüğü vardır. EYE çift yansıtıcılı antenler 2 boyutlu çoklu nesneli ARM ile geliştirilmiş ve 3 boyutlu benzetim programı kullanılarak daha iyi ışıma performası için parametrik olarak optimize edilmişlerdir. Tasarlanan antenler üretilmiş ve ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler ile benzetim sonuçları kıyaslandığında sonuçların birbirleriyle tutarlı oldukları gözlemlenmektedir.
Diferensiyel evrim algoritması ile mikrodalga anten tasarımı
Bu tez çalışmasnda, Mikroşerit Yansıtıcı Dizi Anten (MYDA) yapıları incelenmiştir. Bu yapılar geleneksel parabolik antenler gibi performansa sahip olurken, daha basit, hafif, hem elektromanyetik hem de mekanik açıdan daha kullanışlıdırlar. Bu yapılara ait yüksek performanslı tasarımlar, yapıdaki her bir mikroşerit elemanın ayrı ayrı bir şekilde yansıma değerleri hesaplanması ile elde edilir. Yüksek performanslı bir MYDA tasarımındaki en büyük engel, yüksek doğruluğa sahip, hızlı ve optimizasyona uygun bir birim elemanı tasarımının oluşturulmasıdır. 3B Simülatör programları ile bir MYDA optimizasyonunu yapmak son derece düşük verimli bir işlemdir. Nedeni ise, her bir benzetim evresinin uzun sürmesidir. Bu çalışmada, yapay zekâ algoritmaları kullanılarak bir mikroşerit birim elemanının geometrik ve malzeme parametrelerine bağlı frekans bandı boyunca, yansıma açısının karakterizasyonunun yapacak hızlı, doğruluğu yüksek bir araç tasarlanması amaçlanmıştır. Burada, X bant uygulamaları için Omega şeklindeki modelinin 3B simülatör programında elde edilen veriler ile çok katmanlı algılayıcı modeli oluşturulmuştur. Bu sayede, birim elemanın yansıma açısı, elemanın geometrik yapısı, malzeme parametrelerine bağlı frekans düzlemi boyunca sürekli bir fonksiyon olarak elde edilerek MYDA tasarımı ve optimizasyonu için hızlı, doğruluğu yüksek bir model elde edilmiştir.
Mikrodenetleyici tabanlı, endüstriyel otomatik araç diyagnostik ve izleme sistemi
Karayolu taşıtlarının sayısının artması ve bu araçlarda kullanılan elektronik sistemlerin gelişmesi otomotiv alanında farklı standartlarının oluşması ve taşıtların uzaktan izlenmesi ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada ele alınan konu günümüzde yaygın biçimde kullanılmaya başlanan ve araçların "bağlanabilirliği" olarak bilinen kavramın teknik alt yapısının ortaya konması ve uygulanmasıdır. Araçların "bağlanabilirliği" kavramı ve sunduğu imkanlar hem taşıtların hem de sürücülerin uzaktan izlenmesi, denetlenmesi, kontrol edilmesi, sürücüye ait sürüş ve araca ait performans ve emisyon değerlerinin analiz edilebilmesi gibi amaçlar için kullanılmaya başlanmıştır. Tez metninin 1. bölümünde "bağlanabilirlik" kavramından ve daha önce tasarlanmış olan uzaktan bağlantı ve izleme sistemleri ele alınmıştır. Bulunan birçok örnekten birkaçı seçilerek özellikleri, avantajları, dezavantajları ile karşılaştırma yapılmıştır Tez metninin 2. bölümünde araç diyagnostik (OBD) standardından ve protokollerden bahsedilmiştir. Tez metninin 3. bölümünde araçlarda kullanılan CAN haberleşme ağı yapısı ve detayları verilmiştir. Tez metninin 4. bölümünde tasarlanan mikrodenetleyici tabanlı, endüstriyel otomatik araç diyagnostik ve izleme sisteminin donanımı ile ilgili tüm detaylar açıklanmıştır. Sistemin blok diyagramı, sistemde kullanılan entegre devreler, sistemin devre şeması, sistem prototipinin tamamlanmış halinin resimleri eklenmiştir. Tez metninin 5. bölümünde tasarlanan mikrodenetleyici tabanlı, endüstriyel otomatik araç diyagnostik ve izleme sisteminin yazılımı, kod örneklerine yer verilerek açıklanmıştır. Donanımların çalışması için gerekli olan kodun akış diyagramı verilmiştir. Tez çalışmasının 6. bölümünde ise tez çalışması ile elde edilen sonuçlardan, web tarafındaki çıktılardan ve kazanımlardan bahsedilmiştir. Bu çalışmanın eksikliklerinden, geliştirilebilecek yönlerinden, performans verilerinden, maliyetinden bahsedilmiştir. Mikrodenetleyici tabanlı, endüstriyel otomatik araç diyagnostik ve izleme sistemi ile gerçeklenmek istenen kullanımı kolay, ucuz, fonksiyonel, standarda uygun tüm araçlarda çalışabilecek bir araç izleme sistemi tasarlamaktır. Tasarlanmış olan sistem ile ilk etapta, uluslararası standart olarak araç üretici firmaların vermekle yükümlü oldukları verilerin alınabilmesi amaçlanmıştır. Sistem iki ayrı haberleşme hattına bağlanabilecek yapıda hazırlanmıştır. Araç üreticisine ait özel verilerin bilinmesi halinde araca ait tüm bilgiler okunabilir.
Bir fırçasız doğru akım motoru için sensörsüz konum algılama yöntemi belirlenmesi ve gerçeklenmesi
Fırçasız DC/AC motor kullanılan uygulamalar günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır. Özel elektronik devreler ile kontrol edilen bu motorlar, yarı iletken teknolojilerindeki ilerlemeler ile daha özelleşmiş uygulama alanları edinmeye devam etmektedir. Dahası, yarı iletken eleman fiyatlarının ve özelliklerinin üreticiler tarafından kabul edilebilir seviyelere gelmesi ile bu motorların kullanım oranları artmıştır. Birim sürede daha çok işlem yapma kabiliyetli ve daha büyük hafıza yapılarına sahip işlemcilerin geliştirilmesiyle motor kontrol uygulamalarının daha az sayıda elemanla yapılabilmesinin önü açılmıştır. Sensörsüz motor kontrolü, evirici katındaki kayıpların azaltılması, tek ya da üç şönt direnç ile kontrol, motor kontrolde programlanabilir kazanç yükselticilerinin kullanılması, akademinin olduğu kadar endüstrideki üreticilerin de ilgisini çekmektedir. Akademik çalışmalar ve alınan patentler buna örnek gösterilebilir. Ayrıca; enerji verimliliği, çevre duyarlılığı konuları önem kazanmış ve yasal düzenlemelerle gündelik hayata girmiştir. Böylelikle; endüstri, otomotiv, medikal, beyaz eşya, vb. alanlarında fırçasız AC/DC motor kontrol uygulamaları sıkça görülmektedir. Bu tez çalışmasında, bir BLAC/BLDC motorun dört anahtarlı evirici topolojisi kullanılarak sensörsüz konum algılanmasına yönelik araştırma, analiz, tasarım, deneysel ve benzetim çalışmaları anlatılmaktadır. Literatür araştırmaları, BLDC motorun sensörsüz konum algılaması ve dört anahtarlı evirici topolojisi ile yapılan çalışmaları konu edinmiştir. BLDC motorun yapıtaşları ve motor kontroldeki yapısal blokları açıklanmış ve sensörsüz konum algılama metotları, dört anahtarlı evirici topolojisinin sensörsüz konum algılamadaki kuramsal temellendirilmesi anlatılmıştır. Evirici donanım ve yazılım tasarımındaki önemli bloklara yer verilmiştir. Tasarımı yapılan elektronik devre ile dört anahtarlı evirici topolojisi kullanılarak, BLDC motorlarda kullanılan altı adımlı sürüş (trapezoidal) yöntemi ile sensörsüz konum algılaması gerçekleştirilmiştir. Konum algılama yöntemi motorun kapalı çevrim hız kontrolünde kullanılarak doğrulanmıştır. Deney ve benzetim sonuçlarına yer verilmiştir. Anahtar Kelimeler: BLDC, BLAC, motor, sensörsüz kontrol, konum algılama, dört anahtar, evirici, altı adımlı kontrol, trapezoidal kontrol
Milimetre dalga radyolink tasarımı
İnsanoğlunun yarattığı veri trafiği akıllı telefonların hayatımıza girmesi ve kullanımının artması nedeni ile gün geçtikçe artmaktadır. Cisco firmasının hesaplamalarında 1,2 zetabyte olan IP trafiğinin 2021 yılına kadar 3,3 zetabyte olacağı öngörülmektedir. 5G teknolojisinin hayatımıza girmeye başlaması ve yüksek kapasiteli veri transfer ihtiyacının artması ile birlikte yüksek veri iletim hızlarına ihtiyaç duyulacaktır. Milimetre dalga frekansında çalışan radyolinkler yüksek bant genişliği ve veri iletim hızları nedeni ile bu kullanım alanı için oldukça uygundur. Artan veri trafiğinin ihtiyaç duyduğu altyapıyı karşılamak adına kullanılması planlanan küçük hücresel (small cell) istasyonlarda verinin bir noktadan başka bir noktaya iletimi için milimetre radyolinklerin kullanılması düşünülmektedir. Alternatif olarak kullanımı düşünülebilecek olan fiber kablonun kurulum maliyeti yüksek ve altyapının kurulumu için bölgede kazı vs çalışmalarının yapılması gerekmektedir. Milimetre dalga radyolinklerde böyle bir ihtiyacın olmamasının yanı sıra kurulum maliyeti de fiber altyapıya göre oldukça ucuzdur. Milimetre radyolinkler mesafe olarak %99.99 hizmet verebilme oranları içerisinde 60 GHz için 1 km, 80 GHz için 3 km'ye kadar hizmet verebilmektedirler. 60 GHz ve 80 GHz frekanslarında atmosferik kayıpların çok fazla olmasından dolayı link uzunluğu 7/13/23 GHz gibi frekanslarda kullanılan radyolinklere göre daha kısadır. Fakat taşıyabileceği veri mevcut bant genişlikleri ve modülasyon tiplerine göre 10 Gbps'ye kadar çıkabilmektedir. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen RF ön katman ile DC den 2 GHz'ye kadar olan sinyaller 60 GHz milimetre radyolink frekansına çıkartılmıştır. Kablosuz haberleşme uygulamalarında kullanılabilecek olan bu yapı ile temel bant sinyalleri milimetre dalga frekanslarına çıkartılarak küçük hücresel ve diğer hücrelerde veri trafiği bir noktadan başka bir noktaya yüksek kapasiteli olarak taşınabilecektir. Tez kapsamında ayrıca farklı üretim teknolojilerinin karşılaştırılması, PCB tasarımları, PCB'den dalga kılavuzuna çıkmak için gerekli tasarım teknikleri ve dalga kılavuzu çeşitleri incelenerek tasarıma etkileri incelenmiştir.
Milimetre dalga frekanslarında entegre anten tasarımı ve yüzey kaplamasının anten performansına etkisi
Milimetre dalga uygulamalarının popülerliği son zamanlarda artmaktadır. Bu artışın ana nedenlerinden biri geniş frekans bandı sağlamasıdır. Bu sayede yüksek hızlarda veri aktarımı yapılabilmektedir. Artan veri trafiğini yönlendirmek/yönetebilmek için yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyaca milimetre dalga bandında çalışan uygulamalar çözüm bulmaktadır. İnsanoğlunun yarattığı veri trafiği arttıkça milimetre dalga frekans bantlarında haberleşmenin önemi de gün geçtikçe artmaktadır. Milimetre dalga frekanslarındaki çalışmalar araç radar sistemleri, V2X uygulamaları, kablosuz haberleşme, vb. birçok uygulamada kullanılmaktadır. Milimetre dalga frekanslarında çalışmanın çeşitli avantajları bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak kısa sürelerde yüksek veri aktarım kapasitesi, tasarlanan analog ön katman, anten ve diğer pasif yapıların dalga boyunun kısa olmasından dolayı küçük olması verilebilir. Avantajları yanında dezavantajları da bulunmaktadır. Bu dezavantajlardan en önemlisi milimetre dalga frekanslarının atmosferik kayıplarının yüksek olmasıdır. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen düzlemsel diferansiyel üstel yontulmuş yarıklı anten ve balun ile milimetre dalga frekanslarında çalışabilen, entegre devreler ile uyumlu kablosuz haberleşme uygulamalarında kullanılabilecek bu iki yapının kullanımı amaçlanmıştır. Bunun yanında yüksek frekanslarda PCB üzerinde tasarlanan devre ve antenlerdeki bakırın oksitlenmemesi ve sinyalde kayıpların oluşmaması adına seçilebilecek verimli yüzey sonlandırıcı malzemeler (surface finish) incelenmiş, performansları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Milimetre Dalga, Düzlemsel Diferansiyel Üstel Yontulmuş Yarıklı Anten, Balun, Yüzey Sonlandırıcı Malzeme, Yüksek Veri Hızı
Automated insulin pump design based on probabilistic prediction algorithm
Insulin is a hormone secreted by the pancreas that regulates blood sugar in the body. Diabetes mellitus, also known as diabetes, occurs when the pancreas can not produce sufficient insulin for the body. Diabetes is a chronic disease and patients at advanced stages need to inject insulin externally at certain doses during the day. Artificial pancreas designs are aimed to measure these glucose levels and to control these levels by applying insulin to the required amount. Nowadays the systems consist of continuous glucose monitoring systems and automated insulin pumps. In this thesis, an automated insulin pump system is designed. In the system implemented, insulin injection is made to the patient at certain intervals during the day and records of injections made are kept. Thus, the patient's insulin intake is automatically monitored and patient follow-up is facilitated. The intelligent insulin pump realized is able to make injections by predicting and calculating insulin doses solely with the meal information given by the patient using a probabilistic prediction algorithm. In this system there is no need for patient to make blood glucose measurements for the bolus doses. Depending on the predicted and calculated insulin doses, insulin injection with the pump will be performed. In addition to this bolus dose, an injection of the basal insulin dose will also be performed during the day periodically according to the weight information of the patient.
Geniş çalışma bölgeli bir mikrodalga transistörünün destek vektör regresyon makinesi ile modellenmesi
Makine öğrenme uygulamaları son yıllarda yoğun olarak çalışılmakta olan bir araştırma konusudur. Yapılan çalışmalar istatistiksel öğrenme teorisine dayanan Destek Vektör Makineleri (DVM) gibi güçlü sınıflandırma algoritmalarının geliştirilmesini ve oldukça farklı alanlarda başarı ile kullanımını mümkün kılmıştır ve Destek Vektör Makineleri'nin nin birçok uygulamada klasik sınıflandırma algoritmalarına göre daha gürbüz bir algoritma olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışmasının amacı DVM' nin mikrodalga teori ve tekniğine uygulamak ve bu amaç doğrultusunda geniş çalışma bölgeli bir mikrodalga transistörünün analizini DVRM ile gerçekleştirmektir. Mikrodalga transistörünün analizinde DVM' nin regresyon yapabilme yeteneğinden ve seyreklik özelliğinden yararlanılmıştır. Modelin regresyonu için, makinemiz eğitim ve test işlemlerine tabi tutularak yüksek doğruluk oranlarına sahip modeller elde edilmiştir.
Hareket edebilen elektronik ve genel amaçlı sibernetik el ve kol sistemi
Hastalıklar, trafik kazaları, doğum kusurları ve askeri yaralanmalar gibi çeşitli nedenlerden dolayı ampute sayısı önemli derecede artmaktadır. Vücudun eksik bölümünü değiştiren yapay protez cihazları, bu tür özürlü insanlar için normal fiziksel aktivite elde etmede son derece yararlı olabilir. Gereksinimler özürlü insanların hem estetik hem de fonksiyonel ihtiyaçlarını içerir. Bu gereklilikler listesi, kullanılabilirlik ve ekonomik olma durumları da göz önüne alınırsa daha da uzar. Genellikle bu gereklilik listesinden bir kısmına odaklanan tasarım çözümleri literatürde ve ticari olarak bulunmaktadır. Bu tez kapsamında da daha geniş bir gereklilikler listesine çözüm oluşturan optimum bir sibernetik el sistemi tasarımı yapılmaya çalışılmıştır. Önerilen tasarım, sabit proksimal interfalangeal (PIP), distal interfalangeal (DIP) eklemler ve uyumlu metakarpofalangeal (MP) eklemi olan 5 parmaktan oluşmaktadır. Tasarlanan protez el, kullanıcının sinir sinyalleri ve kas aktivitesine göre istediği el fonksiyonunun gerçekleştirilmesini sağlar. Bu işlem için kablosuz bir 8 kanallı elektromyogram algılayıcısı kullanılır. Elektromyogramdan elde edilen veriler tasarlanan yapay sinir ağı ile sınıflandırılarak belirlenen el hareketi komutları algılanmış olur. Bu komutların mekanik sistemdeki el hareketine dönüşebilmesi için gerekli olan elektronik gömülü sistem tasarımı ve yazılımları gerçekleştirilmişltir. Protez el ile yapılan çeşitli deneysel çalışmalar sonucunda, sistemin işlevsel (tutuş şekilleri-grasp types) ve görünüşe dayalı pozlamaların (el işareti-posture) önemli bir bölümünü gerçekleştirebildiği ve sinirsel arayüzün pek çok görev için protezin kontrolünde başarılı olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, önerilen sistemin fiziksel olarak özürlülerin insana benzer hareketi taklit etme ve günlük görevleri yerine getirme konusunda potansiyelini göstermiştir.
Anten ve toplayıcı sistemlerde metamateryallerin kullanılması
Kablosuz haberleşme ve mobil iletişim sistemlerinde sıklıkla kullanılan mikroşerit yama antenlerin yönlendirici kazancını artırmak için kullanılan en klasik yöntem dizi anten tasarlamaktır. Fakat bu yöntemin temel iki dezavantajı; elemanlar arası kuplaj ve her elemanı ayrı besleme problemidir. Bu tez çalışması, Ku Bandında (12 GHz) mikroşerit yama antenin yönlendirici kazancını iyileştirmek için ayrı bir üsttaş metamateryal (MM) lens katmanı kullanmayı önermektedir. Bunun için öncelikle Ku-Bandında çalışan bir mikroşerit yama anten tasarlandı. Daha sonra lens olarak kullanılacak metamateryallerin birim hücre yapıları Ku bantta metamateryal karakteristiği gösterecek şekilde tasarlandı ve ölçeklendirildi. Ayrıca birim hücre metamateryal yapılardaki endüktif ve kapasitif etkiye sebebiyet veren geometrik ayrıntıların iletim bandına etkisi incelendi. Birim hücre yapıların ortam parametrelerinin her ikisininde (є,μ) Ku bantta negatif olduğunu doğrulamak için Robust metodu kullanılarak MATLAB'da eğrileri çizdirildi. Daha sonra elde edilen bu birim hücre metamateryal yapıları periyodik lens katmanına dönüştürmek için dielektrik katmanda en uygun dağılım kombinasyonu, referans antene optimum uzaklığı ve gelen dalga ile yapacağı en uygun açı değerleri tespit edildi ve her beş farklı metamateryal lens bu değerlere göre kullanıldı. Simülasyon ve tasarımlar CST'de, üretim ve laboratuvar ölçümleri ise Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme bölümü RF ve Mikrodalga Laboratuvarında gerçekleştirildi. Ölçüm sonuçlarının bilgisayar simülasyonlarıyla yakın olduğu ve her iki durumda da referans anten yönlendirici kazancında iyileştirme olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, anten yönlendirici kazancındaki artım ile paralel olarak HPBW'de de azalma olduğu tespit edilmiştir. Son olarak 29.75 GHz Ka band verici frekansında çalışan bir parabolik reflektör anten tasarlandı ve beslemesi için bir ofset horn anten kullanılarak simülasyonu yapıldı ve yönlendirici kazanç ışıma örüntüsü çizdirildi. Daha sonra aynı frekans bölgesinde DNG özelliği gösterecek şekilde omega yapıda bir MM lens katmanı tasarlanarak horn antenin iç kısmında kullanıldı ve uzak alan ışıma örüntüsü tekrar çizdirildi. Simülasyon sonuçlarına göre MM lens kullanınca besleme horn antenin yönlendirici kazancında +3.7 dB'lik bir artış ve HPBW'de ise 4.3° bir daralma gözlemlendi.
Computer based modelling of radio frequency energy harvesting circuits
This work involves developing a system that includes radio frequency (RF) energy that is to be transferred from a specific source at a long distance or that contains high efficiency microwave electronics and antenna equipment for use in a variety of low-power electronic applications, such as by turning the radio frequency (RF) energy available in the environment. It will provide ease of operation in low-power sensor networks, RFID tags, integrated electronics and communication circuits, remote monitoring and control systems, mobile devices, intelligent fields, intelligent energy management, security and defense systems with electromagnetic energy that can be turned and used DC power. In recent years, it has been developed two modules in this project which aimed to be a product of international scale by catching increasingly important RF energy harvesting technology in the world: Rectifier circuit which converts RF energy to DC energy received by RF energy collector antenna. The RF energy harvester unit will independently utilize radio frequencies such as Wi-fi or GSM available in the environment, as well as from the RF power transmitter unit, which will be identified for wireless energy transfer and designed in the ISM band. At the end of the project, a system that can be powered by wireless RF energy and can operate independently from the batteries will be designed. With this system, low-power sensors and similar systems can be operated without requiring an external power source.
Çoklu-biyometrik verilerle görüntü damgalama
Internet kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte bilgi güvenliği her geçen gün daha önemli bir hale gelmektedir. Çünkü bilgiler kolaylıkla kopyalanabilir, çalınabilir ve taklit edilip kötü amaçlarla kullanılabilir. Özellikle kişisel bilgilerin güvenliğini sağlamak için birçok önlem alınmaktadır. Bunlardan en çok bilineni kişisel parolalardır. Ancak bu parolaların çalınma ihtimali de bulunmaktadır. Bu nedenle bilgiye erişim için yetkili kişilerin biyometrik özellikleri de kullanılabilir. Çünkü biyometrik veri kişiye özeldir ve taklit edilemez. Bir yerine birden çok biyometrik verinin bir arada kullanılması güvenliği daha da arttırmaktadır. Ancak bu biyometrik verilerin de bir veri merkezinde depolanması gerekmektedir. Biyometrik verilerin olduğu gibi değil de farklı veriler içine gizlenerek depolanması ekstra bir güvenlik katmanı sağlayacaktır. Bu nedenlerle; kişilere ait biyometrik verilerin taşıyıcı bir görüntü içerisine damga olarak yerleştirilmesi düşünülmüştür. Bu tezde avuç içi, iris ve kulak verileri damga olarak kullanılmıştır. Damgaları geri elde etmek için kullanılacak yöntem sadece yetkili kişi tarafından bilinmektedir ve yetkisiz kişilerin bu damgaları rastgele yöntemlerle çıkarması mümkün değildir. Kötü amaçlı kişiler bu verilere erişmeye çalışırken damgalanmış resme farklı tipte saldırılar yaparlar. Sistemlerin özelliğine göre bazı durumlarda saldırı sonucunda damga verilerinin tamamen kaybolması (kırılgan damgalama) istenirken, bazı durumlarda damgaların saldırılara karşı dayanıklı olması (güçlü damgalama) istenmektedir. Bu tezde farklı yöntemler (tekil değer ayrışımı, sonlu ridgelet dönüşümü, contourlet dönüşümü) kullanılarak güçlü damgalama ve yarı kırılgan damgalama için uygun yöntemler ve bu yöntemler sırasında kullanılacak olan ölçek faktörlerinin belirlenmesi sağlanmıştır. Ölçek faktörlerinin belirlenmesinde iteratif ve analitik optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemler spiral optimizasyon, parçacık sürü optimizasyonu ve polinomsal yaklaşımdır. Anahtar Kelimeler: Çoklu biyometrik damgalama, tekil değer ayrışımı, sonlu ridgelet dönüşümü, contourlet dönüşümü, optimizasyon
Uydulararası optik haberleşmede performans analizi
Uydu haberleşme sistemleri, askeri uygulamaların yanı sıra telekomünikasyon, uzaktan algılama, navigasyon ve bilimsel uygulamalarda önemli bir rol oynamaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte bu uygulamalarda kullanılan veri miktarının artışına bağlı olarak daha yüksek veri hızlarında haberleşmeye ihtiyaç duyulmaktadır. RF (Radyo frekans) haberleşme sistemleri sahip oldukları teknolojinin getirdiği sınırlamalar nedeniyle bu ihtiyacı karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle yaklaşık 2000 yılından itibaren daha yüksek veri hızlarında haberleşme imkânı sağlayan optik haberleşme sistemleri üzerinde araştırma, geliştirme, test ve deneme çalışmaları hız kazanmıştır. Optik haberleşme sistemleri, RF haberleşme sistemlerine göre daha yüksek veri hızının yanında daha küçük boyutlarda, hafif ve daha az güce ihtiyaç duyan haberleşme terminallerine sahiptir ve ayrıca minimum sinyal zayıflaması, minimum gecikme ve frekans spektrumunun daha verimli kullanılmasını sağlarlar. Bu çalışmada, uydulararası optik haberleşmenin verici ve alıcı sistemlerinde kullanılan haberleşme elemanları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Kablosuz optik haberleşme kanal parametreleri belirlenmiş ve bu parametrelere göre uydulararası optik haberleşme sistemi tasarlanmıştır. LEO, MEO ve GEO uydu takımyıldızları tasarlanarak aynı ve farklı yörüngelerde bulunan uydular arasındaki senaryoların benzetimi OptiSystem 7 programı ile yapılmıştır. Farklı verici güçleri, optik anten açıklıkları ve farklı uydulararası bağlantı mesafeleri için haberleşme sistemlerinin performansları analiz edilmiştir. Bu analizler ile optik haberleşme sistemleri için ulaşılabilecek maksimum veri hızları belirlenmiştir. Benzetim ve teorik hesaplamalar tamamen uyumludur.
Bal arısı çiftleşme optimizasyonu ile anten tasarımı
Bu tez çalışması kapsamında, bilgisayar destekli anten tasarımları ve bu tasarımların sezgisel algoritmalar ile optimizasyonu ele alınmıştır. Çalışma kapsamında öncelikle MATLAB ortamında tasarlanmış olan anten yapılarının moment metodu ile saçılma ve ışıma karakteristiklerinin analizleri incelenmiş olup, ISM frekans bandında olan 2,4 GHz'te çalışabilen Helis, Bowtie Rounded, Bowtie Triangular antenler, anten tasarım optimizasyonu problemi için hem tasarım maliyetinin azlığı hem de farklı çeşitlerin bir kıyaslaması yapılma olanağı dolayısı ile seçilmiştir. Daha sonra son zamanlarda kullanılan yaygın sezgisel optimizasyon algoritmalarından olan Bal Arısı Çiftleşme Optimizasyonu (BAÇO) Algoritması, seçilen antenlerin çok boyutlu çok amaçlı optimizasyon tasarımı için uygulanmıştır. Elde edilen sonuçların 3B simülasyon programları tarafından da doğrulanması sağlanmıştır.
Çoklu-biyometrik yöntemlerle kimlik doğrulama
Biyometrik özelliklerin kullanıldığı sistemler numara kullanan şifreleme sistemlerine göre daha güvenlidir. Kişilerin kullandıkları şifreler çalınabilirler fakat biyometrik özellikler kullanan kişinin bir parçası oldukları için böyle bir ihtimal bulunmamaktadır. Bunun yanında biyometrik özellikle %100 güvenli değillerdir. Kötü niyetli kişiler biyometrik karakteristiğe sahip kişileri zor kullanarak bu biyometrilerini kullanabilirler. Günümüzde yapılan tekil biyometrik kimliklendirme çalışmalarında alınan sonuçların; başarı oranı, süre ve hata açısından yeterli performanslara ulaşmamış olmasının nedenleri arasında performansı yüksek olan iris gibi biyometrik parametrelerin elde edilmesinin ve kişilerin bu biyometrik özellikleri vermesinin kabul edilme zorlukları bulunmaktadır. Bunun yanında güvenli tanıma konusunda yapay biyometrilerle kandırma gibi problemler ortaya çıkmaktadır. Tekil-biyometrinin diğer dezavantajı ise kişiden alınan bilgi; şartlardan dolayı okunamadığında tanıma başarısızlıkla sonuçlanmaktadır. Bu çalışma ile birlikte çoklu biyometri kullanarak kişilerin biyometrilerinin herhangi bir tanesi elde edilirken sorunla karşılaşılsa bile diğer biyometrileri sayesinde sistem başarılı olarak çalışmaktadır. Bu çalışmada ile bu sorunlara çözüm bulunmaya çalışılmış ve daha güvenli bir biyometrik sistem olarak çoklu-biyometri için kulak yüz ve termal yüz, çoklu-algoritma için çok katmanlı algılayıcı, destek vektör makineleri, karar ağacı ve olasılıksal sinir ağları ve çoklu-örnek olarak çoklu bir biyometrik sistem önerilmiştir. Yüz ve termal yüz görüntüleri "USTC NVIE Spontaneous Database" veritabanından, kulak görüntüleri ise "IIT Delhi Ear Image Database" veritabanından alınmıştır. xii Her biyometri için üç farklı öznitelik çıkartma yöntemi ve dört farklı sınıflandırma algoritması (çok katmanlı perceptron, karar ağacı, destek vektör makineleri ve istatistiksel sinir ağları) kullanılarak kimliklendirme çalışması yapılmıştır. Bu yöntemlerle beraber iki farklı birleştirme yöntemi(eşleştirme skoru seviyesi birleştirme ve öznitelik seviyesi birleştirme) kullanılmıştır. Alınan sonuçlara göre kişilerin tekil biyometrilerinden alınan sonuçlara göre çoklu biyometri ve birleştirme işlemi sonucunda alınan sonuçlar (FAR,FRR ve doğruluk oranı) daha başarılı olmuştur.
X bant frekans seçici yüzeyle radom tasarımı
Frekans seçici yüzeyler (FSY) bir dielektrik tabaka üzerine basılan metal yamalar ya da açıklık elemanlarından oluşan iki boyutlu sonsuz periyodik dizilerdir. FSY'ler gelen elektromanyetik dalganın frekansına bağlı olarak, iletim ya da yansıma karakteristikleri arzu edilen şekilde tasarlanabilen yapılardır. Bu sayede istenen frekansları geçiren ya da durduran elektromanyetik filtre olarak çalışırlar. FSY'lerin iletim ve yansıma karakteristikleri kullanılan dielektrik tabakanın bağıl dielektrik sabitine, tabakanın kalınlığına, metal yamaların ve açıklıkların geometrik özeliklerine, birim hücre boyutuna, dalganın geliş açısına ve polarizasyonuna bağlı olarak değişmektedir. FSY'ler, radar kesit alanı (RKA) azaltma, elektromanyetik girişim azaltma, milimetre ve terahertz dalga işlemleri, anten reflektörleri, yarı-optik filtreler, polarizörler ve anahtarlar dahil olmak üzere elektromanyetik spektrumda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Mikrodalga frekanslarında yansıtıcı, radom, soğurucu ve elektromanyetik kalkanlama gibi birçok uygulamada yer almaktadırlar. Frekans seçici yüzeyler (FSY) radomlarda antenin kullanıldığı bant dışında anten kaynaklı radar kesit alanının (RKA) düşürülmesi amacı ile kullanılmaktadır. Burun tipi radomlarda yüzey eğimli olduğundan FSY uygulamaları düzlemsel uygulamalara göre zorluk içermektedir. FSY'lerin başka bir özel uygulaması radomlardır. Radom, bir antenin ışıma karakteristikleri üzerindeki bozulmaya sebep olabilecek dış etkilerden anteni korur. Eğimli FSY'lerle oluşturulan bir radom, bir çalışma frekansı aralığında elektromanyetik dalgaların iletimine izin veren diğer frekanslarda yansıtan bir band geçiren filtre gibi davranır. Antenlerin RKA'sını geniş bir frekans aralığında kontrol etmek genellikle zor veya imkansızdır. Anteni çalışmasını engelleyen bir tehdit radarından korumak için kaplama yapmak yerine yerine, çalışma frekansı aralığında saydam olan, ancak tehdit radar frekanslarında ışın geçirmez olan bir FSY radom ile kaplamak daha akıllıca bir yaklaşımdır. FSY'lerin koruyucu bir radom olarak kullanımı, antenin çalışma frekans aralığının dışındaki RKA'da önemli bir azalmaya yol açmasına rağmen, polarizasyon saflığı azalması, yan lob seviyesi artışı, iletim kayıpları, empedans eşleştirme özelliklerinde bozulma, ana hüzmenin eğilmesi ve istenmeyen güçlü elektromanyetik girişim gibi antenin elektriksel performansınını etkileyen sorunlara neden olabilir. Bu nedenle, FSY'leri kullanarak doğru radom tasarımı ve üretimi önemlidir. Bu çalışmada, minyatürize, X bandında çalışan bant-geçiren filtre karakteristiği gösteren yeni bir hibrit FSY radom tasarlanması hedeflenmiştir. Bu tasarımı gerçekleştirmek için özellikle son yıllarda antenlerde sıklıkla kullanılan frekans seçici yüzeylerden yararlanılmıştır. Tasarımda, X bandında bant geçiren filtre karakteristiği gösteren 3 katmanlı birim hücre oluşturulmuştur. Bu hücrenin rezonans frekansları ve iletim özellikleri detaylı olarak incelenmiş, hücreye ait boyutların rezonans frekansına etkisi gözlenmiştir. Ayrıca dalganın geliş açısının iletim ve yansıma karakteristiklerine olan etkisi izlenmiştir. Daha sonra birim hücrenin periyodik olarak dizilmesi ile istenilen frekansta amaca uygun S21 iletim katsayısı ve S11 yansıma katsayısı değerlerini sağlayan frekans seçici yüzey tasarlanıp üretimi yapılmıştır. Bununla birlikte bilgisayar ortamında frekans seçici yüzey içi boş yarım küre formuna dönüştürülerek radom görünümü alması sağlanmıştır. Son olarak uygun ışıma karakteristiklerini sağlayan horn ve Vivaldi anten tasarımı yapılmış ve oluşturulan radom bu antenlerin ağız açıklıklarına yerleştirerek antenlerin ışıma karakteristiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tasarım, analiz ve optimizasyon çalışmaları için CST Microwave Studio ve HFSS programları kullanılmıştır. Ayrıca bazı simülasyon sonuçlarının çizimi için MATLAB programından da faydalanılmıştır.
Görsel uyaranlara karşı aktif beyin bölgelerindeki elektriksel aktivitenin incelenmesi
İnsan Bilgisayar Etkileşimi, özellikle insan gereksinimlerini karşılamak üzere, bilgi ve iletişim teknolojileri temelli mevcut sistemlerin daha kullanışlı hale getirilmesini ve değişen taleplere karşılık daha elverişli sistemler geliştirilmesini kapsayan multidisipliner bir çalışma alanıdır. Bilgisayar bilimi, kognitif bilimler ve insan faktörleri mühendisliği, İnsan Bilgisayar Etkileşimi'nin temelini oluşturan inceleme alanlarıdır. Görüldüğü üzere temelinde insanı, diğer adıyla kullanıcıyı ve kullanıcı beklentilerini hedef alan İnsan Bilgisayar Etkileşimi'nin en karmaşık parçası yeniden insan olarak karşımıza çıkar. İnsan Bilgisayar Etkileşimi, bilgisayar etkileşimli uygulama ve sistemlerin hayatın her alanında merkezcil bir rol üstlenmesi ile giderek önemli hale gelmektedir. Kullanıcı bazlı sistemlerin ve uygulamaların giderek yaygınlaşması, akademik yönden insana ait bilişsel ve zihinsel süreçlerin iyi seviyede anlaşılması gerektiğini göstermiştir. Bu alanda yapılan bilimsel çalışmaların önceliği ve önemi, mevcut sistemlere ve uygulamalara sağlayacağı katkı yönüyle daha belirgin hale gelmektedir. Görsel algılama, algı araştırmalarının büyük çoğunluğunu oluşturarak, hakkında en çok bilgi sahibi olunan algı türüdür. Görsel algılamanın zihinsel olarak nasıl meydana geldiği, bilgilerin bellek sistemlerinde nasıl işlendiği, insanın zihinsel kısıtlarının neler olduğu gibi sorulara yanıt olarak, bilimsel çalışmalar çok önemli bulgular ortaya koymaktadır. Ancak bu bulgular birçok değişkene bağlı çıktılar olduğundan birçok bilinmeyeni de beraberinde getirmiştir. Bu yüzden çözülmeyi bekleyen birçok yönüyle görsel algılama bilimsel çalışmaların ilgi odağı olmaya devam etmektedir. Görsel algılama kapsamında, yüzlerin algılanması ve tanınması zorlu ve karmaşık görsel süreçler barındırır. İnsan yüzü, ruh hali, yaş cinsiyet gibi bilgileri de yansıtan, herkesin aşina olduğu, çok boyutlu bir örüntüdür. Görsel algılama süreçlerinin incelenmesinde kullanılan insan yüzü içeren örüntüler, aynı zamanda biyolojik olarak en dikkat çeken görsel uyaranlardır. İnsan beyninin, insan yüzü içeren uyaranlara karşı belirli süreçler içinde seçici tepkiler verdiği Elektroensefalografi (EEG) kullanılan çalışmalar dahilinde gözlenmiştir. İnsan yüzünün algılanması ve tanınması sadece bilişsel sinirbilim alanında değil, bilgisayar görüsü, biyometrik çalışmalar gibi birçok araştırmaya konu olmuştur. Ancak halen daha insanların yüz tanıma konusundaki başarı oranını ve hassasiyetini bilgisayar sistemleri üzerinde yakalayabilmek, ulaşılması beklenen en üst seviyedir. İnsan Bilgisayar Etkileşimi kapsamında geliştirilen Beyin Bilgisayar Arayüzleri, kullanıcının zihinsel faaliyetleri ile bunların fizyolojik dışavurumlarını, beynin elektriksel aktivitesi sayesinde eşzamanlı kullanabilmektedir. Zihinsel süreçlerin ve beynin işleyişi hakkındaki bilgilerin detaylandırılması, Beyin Bilgisayar Arayüzleri'nin gelişimine katkı sağlayacaktır. Bu tez çalışmasında, birbirinden farklı kategorilere ait imgeler (objeler, çiçekler, hayvanlar vs.) ile birlikte insan yüzü içeren imgeler görsel uyaran olarak kullanılmıştır. İnsan yüzü içeren imgeler farklı uyaran kategorilerine dahil edilerek, parametrelere göre aşamalı adımlar içeren bir deney şablonu hazırlanmıştır. Bu sayede farklı uyaran sunumları içerisinde yer alan görsel uyaranlara karşı değişen ilişkili beyin yanıtları ve beyin bölgeleri incelenmiştir. Sinyal ve kaynak bazlı bu değişimlerin farklı parametreler (bellek sistemleri, yakınlık, cinsiyet vs.) temelinde incelendiği tez çalışmamız, yüz tanıma ve algılama alanında kullanılan yöntemlere bütünsel bir yaklaşım sunmaktadır.
Elektrikli araçlar için batarya yönetim sistemi tasarımı
Günümüzde elektrikli araçların kullanım alanı giderek artmaktadır. Bu artışa paralel olarak elektrikli araç teknolojileri günden güne gelişmektedir. Elektrikli araçların en önemli bileşenlerinden biri enerji depolama sistemleridir. Enerji depolama birimi olarak çoğunlukla lityum iyon bataryalar kullanılmaktadır. Elektrikli araçlarda bataryanın performansı, aracın performansını ve kullanıcı deneyimini doğrudan etkilemektedir. Bu sebeple lityum iyon batarya teknolojileri, üzerinde kapsamlı araştırmalar ve çalışmalar yapılan bir alandır. Bataryaların en önemli bileşenlerinden birisi batarya yönetim sistemi adı verilen elektronik konrol birimi ve bu birim üzerinde koşan algoritmalardır. Bataryayı güvenli ve verimli bir şekilde kullanmanın yolu başarılı bir batarya yönetim sistemi kullanmaktır. Bu amaç için batarya yönetim sistemlerinin onlarca önemli görevi hatasız bir şekilde yerine getirmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında elektrikli araçların bataryasında kullanılmaya uygun batarya yönetim sistemi özellikleri belirlenmiş ve bu doğrultuda özgün bir batarya yönetim sistemi donanımı geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem modüler topolojiye uygun şekilde bir adet ana(master) ve bir adet uydu(slave) elektronik birimden oluşmaktadır. Geliştirilen batarya yönetim sistemi donanımının tasarım adımları ve maliyet analizi tez kapsamında sunulmuştur. Geliştirilen batarya yönetim sistemi donanımı üretilerek bataryayı güvenli ve verimli bir şekilde çalıştırabilmesi için yerine getirmesi gereken önemli görevler, 12 adet lityum iyon hücreden oluşan gerçek bir test bataryası üzerinde test edilmiş, donanımın performansı değerlendirilmiştir ve test sonuçları verilmiştir.
Environmental sound database design and implementation
This thesis proposes "An Environmental Sound Database Design and Implementation" for environmental sound recognition. Environmental sound recognition has become a hot topic in recent years. Environmental sound recognition can be used in security systems, in robot navigation, in internet search engines and more. It is necessary to establish a database which comprises the sounds to be recognized in advance to be able to recognize the environmental sounds. Sound database development is the first stage of all environmental sound recognition tasks. In this study, a database based relational database system is designed.. The sound databases designed and used so far are all constructed on the directory and file system of the operating system. For the first time, a sound database system was constructed using relational database and SQL (Structured Query Language) was used. After database design, the example sounds was loaded, a GUI (Graphical User Interface) as a desktop application and a web interface for accessing over internet was designed.
Realization of ultrawideband linear microwave low noise amplifier
During the last decade, stimulated by unprecedented growth in the wireless communication application, outstanding progress has been made in the development of low-cost solutions for front-end RF and microwave systems. This growing demand has further forced microwave amplifiers to widen their bandwidth. Widening bandwidth has become a pressing issue for microwave circuit designers. Today, broadband and ultra-wideband amplifiers are one of most researched topics of microwave engineering.In this study, I aimed to design an ultra-wideband low noise amplifier utilizing in-hand technology. I had to take in to consideration to what I could reach, and that, inevitably, had a huge impact on my design and realization process. In the paper I firstly focused on theoretical background of microwave amplifier design. Then, I had demonstrated that PSO can be successfully employed for a design of matching circuit for ultra-wideband applications. In this work I had extensively utilized PSO code developed by Asst. Prof. Dr. Salih DEMİREL and Prof. Dr. Filiz GÜNEŞ.
Computation of electromagnetic fields scattered by cylindrical targets buried in a medium with a periodic surface
Electromagnetic scattering from a two dimensional, cylindrical, and dielectric object of arbitrary cross-section buried in a lossy dielectric half-space having a periodically rough surface is investigated by a new numerical method. The method is outlined for TMz (horizontally) polarized incident wave.The basis of the new solution technique is that if a target is close to the surface, the electromagnetic fields will be nearly identical to that without the target, except within the region of finite extent near the target. Thus, the current on the surface will be affected only in a finite portion of the surface near the target. The electric field integral equations (EFIEs) for the equivalent currents on the target and the perturbation equivalent currents (the difference currents with target present and with target absent) on the surface are obtained by using this approach and solved by the Method of Moment (MoM) in frequency domain. Then, inverse Fourier transform is utilized to get the time domain signals. The short-pulse scattering results is used to investigate the effects of multipath.
Uzun vadeli evrim performans analizi
Mobile networks have triggered advances and changes in telecommunications world over the last two decades. In addition to the voice communication, the data usage has grown day by day. The recent increase of the data usage in mobile networks and appearance of new applications such as online gaming, mobile TV, streaming contents have greatly motivated the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) to work on the Long Term Evolution (LTE). 3GPP LTE is the evolution of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) which will make possible to deliver high quality multimedia services according to the users' expectations. LTE offers many significant improvements over previous technologies such as UMTS and High-speed packet access (HSPA). Higher downlink and uplink speeds, lower latency and simpler network architecture are among the new and important features that are provided in LTE. In this thesis, the simulations for the performance analysis of LTE are presented. The effects of different parameters and other factors are investigated. The performance analysis results are shown in terms of Block Error Ratio (BLER) and Throughput versus Signal-to-Noise Ratio (SNR).
Bulanık görüntülerin yapay sinir ağları ile onarılması
Görüntü işleme sistemleri günümüzde birçok farklı uygulamada kullanılmaktadır. Örneğin bazı nedenlerle üzerine gürültü eklenmiş, bulanıklaştırılmış ve kontrast ayarı bozulmuş olan görüntülerin görsel açıdan fark edilememesi sebebiyle insan algısının görme konforunu arttıracak görüntüyü iyileştirme teknikleri giderek yaygınlaşmaktadır. Bulanık ve gürültülü resimlerdeki bozucu etkinin fark edilmesi ve ortadan kaldırılması amacıyla bu tezde yapay sinir ağı tabanlı bir yöntem geliştirilmiştir. Öncelikle resmin kalitesini belirleyebilmek için orijinal ve bozulmuş halini karşılaştırıp çeşitli istatistiksel ifadelerden oluşan bir veritabanı oluşturulmuştur. Bu veri tabanının içerdiği kodlanmış görüntüler yapay sinir ağına öğretilip, yapılan simülasyonlarla yapay sinir ağı sayesinde resmin orijinal veya bozulmuş olduğuna ya da veritabanı dışında veya içinde olduğuna karar verilmiştir. İnsan gözünün algılayamadığı derecede bozulan resmin giriş olarak verildiği yapay sinir ağı bu resmin orijinalini tanımlamıştır. Bu tezde önerilen sistemle, öğrenmiş yapay sinir ağı orijinal resimleri ve birçok farklı oranda uygulanmış gaussian, çarpımsal ve bulanıklık içeren bozucu etkileri öğrenmiştir. Sonuç olarak yapay sinir ağı, yapılan eğitme simülasyonlarından sonra veritabanı içindeki öğretilmemiş örneklerdeki bozulmayı göz önüne alarak resmin orijinaline ulaşmıştır.Anahtar Kelimeler: Görüntü Onarma, Bulanıklık, Resim gürültüsü, Yapay Sinir Ağı
Zaman-frekans dağılımları ve kesirli Fourier dönüşümü ile yeni haberleşme ve uyarlanır sistem tasarımları
Bu tez çalışmasının ilk kısmında yapılan çalışma ile zaman-frekans analiz yöntemleri geliştirilmiş, ikinci kısmında ise yeni haberleşme sistemleri ile kesirli Fourier bölgesinde gerçeklenen uyarlanır filtreleme modelleri tasarlanmış ve literatüre özgün katkılarda bulunulmuştur.İşaretlerin zaman-frekans gösterim yöntemlerinden kısa-süreli Fourier dönüşümü, Wigner dağılımı, belirsizlik fonksiyonu, kesirli Fourier dönüşümü tanıtan ve zaman-bant genişliği çarpımına dair ön bilgilere yer veren Bölüm 2'nin ardından, özgün tez çalışmalarını içeren birinci kısımda, zaman-frekans gösterim yöntemlerinden biri olan ayrık evrimsel dönüşüm (AED) tekniği ile genelleştirilmiş zaman-bant genişliği çarpımı-yönünden optimum kısa süreli Fourier dönüşümü (GTBP-optimum-KSFD) arasındaki ilişki incelenmiş ve AED'nin analiz penceresinin işarete göre uyarlanır bir şekilde seçilmesi sağlanarak gösterim iyileştirilmiştir.Tezin ikinci kısmı zaman-frekans algoritmalarının kullanımı ile sistem modeli geliştirimi üzerinedir. Bu kapsamda iki özgün haberleşme sistem modeli önerilmiş ve kesirli Fourier bölgesinde uyarlanır filtreleme bir aktif gürültü problemi uygulaması üstünde literatürde ilk kez ele alınmıştır.Haberleşme sistemlerinde izgenin verimli kullanımı oldukça önemlidir. Tez kapsamında geliştirilen haberleşme sistemlerinde, izgesel kullanım veriminin artırılması amacıyla zaman-frekans algoritmaları kullanılmıştır. Önerilen birinci çalışmada, Hermite-Gauss işaretlerinin veri ile ağırlıklandırılmış bir birleşimi ile toroidal bir dalga formu üretilmiş ve bu dalga formu kullanılarak izgesel verimliliği yüksek bir haberleşme sistemi elde edilmiştir. Zaman bant genişliği çarpımı, izgesel verimlilikte bir ölçüt olarak kullanılmıştır.Telsiz kanallarda haberleşme çok yollu sönümleme, gölgeleme, Doppler frekans kayması gibi birçok bozucu etki altında gerçekleşmektedir. Bu bozucu etkiler nedeniyle alıcı, kanaldan gelen veriyi doğru bir şekilde çözememekte ve dolayısıyla telsiz haberleşme sisteminin kalitesi düşmektedir. Bu durum kanal kestirimini oldukça önemli hale getirmektedir. Kanal kestirimi çoğunlukla veri gönderiminden önce pilot işaret gönderilerek yapılmaktadır, ancak pilot işaret kullanımı sistemin izgesel verimliliğini düşürmektedir. Bu tez kapsamında izgesel verimliliği düşürmeden kanal kestirimi yapabilen bir haberleşme sistemi önerilmiştir. Çörp işaretlerin taşıyıcı olarak kullanıldığı çok taşıyıcılı haberleşme sistemi veriyi zaman-frekans bölgesinde dikdörtgen alanlar yerine dairesel bir alanda iletmektedir. Sistemde demodülasyon işlemi kesirli Fourier dönüşümü kullanılarak gerçeklenmiştir. Kesirli Fourier dönüşümünün iki önemli özelliği kullanılarak, çörp-tipi taşıyıcılar hem veri taşımakta hem de pilot işlevi görmektedir. Bu sayede izgesel verimliliği yüksek bir haberleşme sistemi elde edilmiştir.Son bölümde, çoğunlukla zaman ya da Fourier bölgelerinde gerçeklenen uyarlamalı filtreler için yeni bir dönüşüm bölgesi olarak kesirli Fourier bölgesi önerilmektedir. Önerilen sistemin başarımı, aktif gürültü problemi ele alınarak incelenmiş ve ortamdaki mekanik sistemlerin gürültüsünün akustik bastırımı benzetimlerle gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Ayrık evrimsel dönüşüm (AED), belirsizlik fonksiyonu (AF), kısa süreli Fourier dönüşümü (KSFD), çok taşıyıcılı haberleşme sistemleri, çörp işaretler, Hermite-Gauss işaretler, kesirli Fourier dönüşümü (KFD), toroidal kafes, uyarlamalı filtreler, Wigner dağılımı (WD), zaman-bant genişliği çarpımı.
Metaheuristic algorithms in analog integrated circuit design
Development in the technology increases demand to high efficiency and more precise analog integrated circuits. Nowadays analog integrated circuit design is generally managed by optimization tools. Thus, usage of optimization tools in order to have high precision from analog integrated circuits has gained more importance than they were in the past. Developing reliable automatic tools in analog IC design is very important because of the optimization contradictions. This thesis presents the benefits of evolutionary and multi-objective algorithms which are metaheuristic algorithms on a two stage operational amplifier design using Harmony Search Algorithm (HSA) and Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). HSA is a new kind of algorithm which was inspired from the musicians those are looking for a perfect state of harmony that produces the best sound. NSGA-II is one of the most efficient algorithms using elitist approach which sorts the population in different fronts using the non-domination order relation. Synthesis of the opamp is realized with these algorithms. There are several contradictions in the opamp design. For instance, in order to decrease the power dissipation, the tail current should be decreased. However reducing the current causes a decrease in slew rate and gain bandwidth product. Thus, optimization is required to find an optimum point. This optimization problem was solved using Harmony Search and Non-dominated Sorting Genetic Algorithms in order to obtain the optimum transistor sizes and optimum values of other circuit parameters which satisfy all the constraints.
Evolutionary algorithm based electronic circuit design automation
Together with the increase in electronic circuit complexity, the design and optimization processes have to be automated with high accuracy. Generally, optimization is a very difficult and time consuming task including many conflicting criteria and a wide range of design parameters. Therefore, fast and accurate evolutionary methods are being utilized for accommodating required functionalities and performance specifications in electronic circuit design automation area. Harmony Search and Differential Evolution algorithms are utilized for fast and optimal design of analog discrete and integrated circuit design having a fixed topology for a particular process technology. Simulation results indicate that these algorithms are very efficient methods for optimal component selection and sizing task in electronic circuit design automation. Since once programmed, no human intervention is required, the proposed method yields completely automated sizing of optimal circuits by means of both discrete and integrated design concepts.
Uzak bilgisayar kontrollü robot kol
Endüstriyel üretim tesislerinde sıkça rastlanan robot işçileri ve robot kol mekanizmaları pek çok ağır ve tehlikeli işi en verimli şekilde yerine getirmektedir. Özellikle otomotiv endüstrisinde yoğun şekilde kullanılmalarının yanında tamamen robot işçilerden oluşmuş fabrikalar da mevcut durumdadır. Bunun yanısıra internet erişim ağının genişlemesi de uzak bağlantı sorunlarının ve zorluklarının önüne geçmiştir. Bu amaçla projede robot kolların uzaktan kontrol edilmesinin gerekli görüldüğü endüstriyel, bilimsel ya da eğlence amaçlı sistemler simüle edilmiştir.Gerçekleştirilen Uzak Bilgisayar Kontrollü Robot Kol projesinde, tasarlanan robot kolun 4 eklemli iskelet yapısı 7 ayrı servo motor tarafından kontrol edilmektedir. Mikrodenetleyici üzerinden PWM sinyalleri ile yönlendirilen bu servo motorlar, Delphi programlama dili ile hazırlanan Uzak Bilgisayar Kontrollü Robot Kol (RCRA) arayüz programı ile bilgisayar üzerinden klavye ve mouse aracılığıyla kontrol edilmektedir. Klavye ve mouse ile bilgisayar üzerinden eşzamanlı kontrolün yanı sıra iki farklı demo hareketi ile önceden tanımlanan bu iki farklı görevin komutlarının robot kol tarafından sırasıyla yapılması sağlanmıştır.Bilgisayar üzerinden kontrolde uzak bağlantıyı da desteklemesi için seri-Ethernet dönüştürücü kullanıldığından dolayı internet ve yerel ağ üzerinden robot kola istenilen komutları göndermek mümkün olmaktadır. Bu sayede robot kola internet olan herhangi bir yerden erişim ve kontrol de sağlanmaktadır. Erişim güvenliği açısından arayüz programına şifre koruması dahil edilmiştir. Bu sayede yetkisiz kullanıcıların robot kola erişimi de engellenmiş olmaktadır.Projede, robot kolun motorlarını sürmek ve arayüz aygıtları ile bağlantı kurmak için mikrodenetleyici olarak Renesas R8C/25 ailesinden R5F21256SNFP mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Bu mikrodenetleyiciye ilişkin donanım yapısı ve özellikleri hakkında bilgi verilmiş ve C dilinde hazırlanmış mikrodenetleyici program kodu da eklenmiştir. Ayrıca Delphi programlama dilinde hazırlanan arayüz programının, menü ve sayfa işlevleri ile programa ait yazılım kodu da verilmiştir. Mekanik kısımda ise robot kolun hareketini sağlamak amacıyla Hitec marka servo motorlar kullanılmıştır. Servo motorların sürme ve çalışma prensiplerine de ayrıca değinilmiştir.
Mikroşerit yansıtıcı dizi antenler
Baskılı devre teknolojisi ile bir dielektrik tabaka üzerinde oluşturulan yansıtıcı dizi (YD) antenleri, bir parabolik yansıtıcı ile bir düzlemsel faz dizi antenin üstünlüklerinin birleştirildiği özel anten yapılarıdır [1-6].Bu tür antenler, parabolik yansıtıcılarda olduğu gibi, temel bir besleme ve yansıtma yüzeyi kullanırken; aynı zamanda faz dizileri gibi, bir düzlem üzerine yerleştirilmiş çok sayıda mikroşerit yama ya da açıklık yüzey elemanlarından oluşmaktadır. Her bir anten elemanı gelen dalgaya, reaktif bir yüzey gibi davranıp, uygun bir faz kaydırması ile tam yansıtarak, ışımanın talep edilen bir (?0,?0) doğrultusunda maksimum olmasını sağlarlar. Bu şekilde faz dağılımı işleminin çok sayıda eleman ile gerçekleştirilmesi sonucu, YD anten huzme paterni şekillendirme ve tarama işlevlerinde geniş bir esnekliğe sahiptir. Bir diğer önemli husus da, parabolik yansıtıcı antenler eğri yüzeyleri nedeniyle özellikle milimetrik dalga frekanslarında ?pürüzsüz? imal edilmeleri zor, hantal yapılardır. Ayrıca, geniş açıda huzme tarama yeteneğinden de yoksundurlar. Düzlemsel aktif faz dizilerinde ise, elektronik huzme tarama sistemleri çok sayıda kuvvetlendirici ve faz kaydırma modülü içermesi nedeniyle son derece karmaşıktır ve maliyeti de yüksektir. Oysa YD antenlerinde, ?huzme şekillendirme olanakları?, birim eleman geometrisi ve dizilimi optimizasyonu ile düşük bir maliyet ile elde edilebilir.Bir YD tasarımında temel olarak iki ana problem vardır: Huzme şekillendirme ve band genişliği. Birbirine karşıt olabilen bu iki tasarım talebini karşılayabilmek için elimizdeki temel araç birim hücre tasarımıdır ve mikroşerit YD lerde birkaç serbestlik derecesine sahip karmaşık, modern yama konfigürasyonlarının kullanılmasına ihtiyaç vardır. Aynı zamanda birim hücre optimum parametreleri ve kalibrasyon karakteristiği tayini, ?doğru? ve ?hızlı? bir ?Birim Hücre Modeli?nin oluşturulmasını gerektirir. Optimum faz karakteristiğinde amaçlanan, en az 3600 lik değişim aralığı ve eleman geometrisi parametrelerine göre gradyantının küçük olmasıdır. Böylece anten yapısının üretim hatalarına göre duyarlılığı azaltılacak ve çalışma bandı genişletilecektir. Birim hücre optimum parametreleri ve kalibrasyon karakteristiği, eleman fazının rezonans frekansı cıvarında geometri ve dielektrik tabaka parametrelerinin fonksiyon yaklaşıklığını oluşturan yapay zeka modeli kullanılarak optimizasyon ile elde edilir ve daha sonra dizi tasarımında yapılır. Burada, model eğitim ve test verisi, kanonik bir yaklaşım olan, sonsuz adet özdeş elemandan oluşan periyodik ?sonsuz dizi? yaklaşımı ile elde edilir [3-12]. Sonsuz dizi yaklaşımı yan duvarları mükemmel magnetik, tabanları mükemmel elektrik olan eşdeğer ?Matematiksel dalga kılavuzu? simulatörünü birim hücre ile sonlandırarak ve dikey polarize edilmiş TEM dalga düşürülmesi durumunda ticari HFSS veya CST paket programları ile analiz edilerek uygulanır ve bu TE ya da TM dalgaları için de 400 ye kadar iyi bir yaklaşıklık sayılabilir [6].Bu tazin temel hedefi, anten teknolojisinde bir devrim sayılabilecek mikroşerit yama YD anteni ülkemizdeki anten mühendisliği dünyasına tanıtmak, tasarımı ve analizlerini modern bilgisayar modelleme ve optimizasyon teknikleri ile analiz etmektir. Sonuç olarak, tesbit edilen belli bir konfigürasyonun mikroşerit yama yansıtıcı dizisi için ön tasarım çalışmaları yapılacaktır. Daha sonra, tasarlanan dizi antenlerin ?3-boyutlu Tam Dalga Elektromanyetik? simulatörü ile benzetimi yapılarak ışıma paternleri hesaplanacak ve analiz edilecektir.Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik Dalga Saçılması, Yansıtıcı Dizi Tasarımı, MikroĢerit Yama Anten, IĢıma Paterni ġekillendirme, Huzme Tarama, Optimizasyon, Yapay Sinir Ağları.
Honey bee mating algorithm applied to design low noise microstrip amplifier
In recent years, evolutionary and meta-heuristic algorithms have been extensively used as search and optimization tools in various problem domains, including science, commerce, and engineering. Ease of use, broad applicability and global perspective may be considered as the primary reason for their success. The honey-bee mating process has been considered as a typical swarm-based approach to optimization, in which the search algorithm is inspired by the process of honey-bee mating in real life. In this work, the honey-bee mating (HBMO) algorithm is presented [1] as a new meta-heuristic optimization tool to determine design target space for a microwave amplifier subject to the potential performance of the employed transistor and design of the matching circuit for a wide-band(or ultra wide-band) Front End Low Noise Amplifier.Key words: Honey Bee Mating, Low Noise Amplifier, Microstrip, Optimization, Feasible Design Space