22
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
New approaches to improve estimator performance for quadrotors
In order to use Kalman filter effectively, covariance matrices of process and measurement noise must be known a priori. Nevertheless, these values may not be known exactly which causes the filter to work under suboptimal and even in divergent conditions. In most cases, these parameters are guessed or tuned by trial and error approach both of which do not guarantee optimality and convergence. To ensure near - optimal conditions for the measurement noise, a bio-inspired artificial bee colony optimization algorithm based Kalman filter offline tuning scheme is introduced. In addition, an objective function is proposed to handle the convergence problem of the existing function. Mathematical proofs are derived for the convergence problem and also for proposed function to define its behavior on the search space. Simulation outputs are compared with genetic algorithm based Kalman filter for both objective functions. Since optimization of both process and measurement noise covariance matrices is a challenging task in literature, an evolutionary algorithm based Kalman filter is proposed to simultaneously estimate the process and measurement noise covariance matrices of the Kalman filter to improve the performance of the sub – optimal filter. A surrogate – assisted fitness function is also introduced to achieve multi – dimensional simultaneous optimization with finite time consideration. Results are compared with an optimal Kalman filter by means of absolute error, root mean square error, and mean absolute error. Efficacy of the proposed algorithms and functions are shown according to the performed simulations and numerical results of the Monte Carlo simulations.
Güneş enerjili insansız hava aracı tasarımı
İnsansız hava araçlarının kullanımları günden güne artmaktadır. Kullanım amaçlarına ve yapılması istenen görevlere göre tasarlanan İnsansız Hava Araçlarının (İHA) uçabilmesi için farklı enerji kaynaklarının kullanımı mümkündür. Genellikle elektrik enerjisi tercih edilse de güneş enerjili İHA'lar özellikle yenilenebilir enerjinin öneminin arttığı son günlerde gelişime açık bir konu haline gelmiştir. Tez kapsamında kavram geliştirme, ön tasarım, detay tasarım süreci izlenmiştir ve teorik olarak güneş panelli İHA tasarımı yapılmıştır. Teorik olarak tasarlanan İHA'nın Eskişehir'de uçurulacağı kabul edilerek, Eskişehir gün ışıması değerleri kullanılmıştır. Bataryanın gün ışığı varlığında dolması sayesinde gece de uçuş yapılması mümkün hale gelmiştir. İlerleyen süreçte üretim yapılmak istenirse bu çalışmadan yola çıkarak devam edilmesi mümkün hale getirilmiştir.
Visual object tracking by using deep neural networks
In this thesis, new methods have been proposed to track arbitrary objects. To this end, first, a novel lightweight two-stream deep learning-based tracker has been developed to obtain state-of-the-art results on different single object tracking benchmarks. In the proposed deep learning-based method, both spatial and temporal features are used and a ranking loss is employed. Using ranking loss term in the optimization function enforces the neural networks to learn to give higher scores to the candidate regions that better frame the target than the regions that frame the target object with less accuracy. The classifier scores received from spatial and temporal networks are fused. The experiments were conducted on eight different benchmarks. The proposed tracker achieves state-of-the-art results on most of the tested challenging tracking benchmarks. In addition to a deep learning-based tracker, a hybrid correlation filter-based tracker has been developed to detect and track UAVs. To detect the target UAV at the beginning of the tracking and in the case where the tracked UAV has been lost, the deep learning based YOLOv3 detector has been used. A kernelized correlation filter has been used to track detected target UAVs in real-time. Combining the detector and tracker provides high accuracy and real-time performance even on onboard computers. A new dataset called as UAV Tracking has been created to train the YOLOv3 detector and test the proposed method. The proposed method achieves state-of-the-art performances on created UAV Tracking dataset. Finally, the proposed method has been generalized for general tracking.
Dönerkanat tipinde bir insansız hava aracının arıza toleranslı kontrolü
Bu çalışmada dönerkanat tipinde bir insansız hava aracına arıza toleranslı kontrol tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Laboratuvar ortamında bir araya getirilen dört rotorlu İHA'nın hareket denklemleri motor dinamikleri de dahil edilerek çıkarılmıştır. Ortaya konan matematiksel model üzerinde oransal denetleyici, LQR denetleyici, kayma kipli denetleyici ve geri adımlamalı denetleyici olmak üzere dört farklı denetleyicinin arızasız ve arızalı durum benzetimleri yapılmıştır. Ek olarak arızalı durum için modifiyeli uyarlamalı kayma kipli denetleyici tasarlanmıştır. Tasarlanan tüm denetleyiciler için farklı motor arıza durumlarının benzetim sonuçları ortaya konulmuştur.
Uçaklarda kullanım için serigrafi tekniği ile metal oksit karbondioksit algılayıcı fabrikasyonu
Havacılık tarihinin başından itibaren yangın, hava araçları için ciddi bir sorun olmuştur. Federal Havacılık İdaresi ve Avrupa Havacılık Emniyeti Ajansının yayınlamış oldukları FAR Part 25 ve EASA CS-25 hava aracı üretim sertifikalandırma standartlarında, uçaklarda bulunan B, C ve E tipi kargo bölmelerinde yangın algılayıcıları gerekli kılınmıştır. Günümüzde hizmet veren yolcu uçaklarında bu görevi yalnızca duman algılayıcıları üstlenmektedir. Yapılan araştırmalarda, uçaklarda kullanılan duman algılayıcılarının vermiş oldukları yüksek oranda yanlış ikazlar sonucu, onlarca uçağın planlanan uçuşlarında değişikliklere gittiği ve bunun maddi olarak kayıplarla sonuçlandığı gözlemlenmiştir. Bu tez kapsamında, gaz algılayıcı üretim tekniği olarak serigrafi tekniği kullanılmış olup, üretilen numunelerde metal oksit olarak titanyum oksit ve kalay oksit kullanılmıştır. Üretilen numunelerin gaz algılayıcı özelliği belirlenmiş olan gazlar altında incelenmiş olup, yapılan ölçümlerde tepki sürelerinin 50-65 saniye aralığında olduğu gözlemlenmiştir. Gözlemlenen bu değer ticari uçaklarda kullanılabilecek yangın algılayıcısı gereksinimi olan, yangının başlamasından itibaren 60 saniye içerisinde tepki göstermesi gerekliliğini karşıladığı gözlemlenmiş olup algılama güvenilirliğini artırmak ve alarm süresini azaltmak için günümüz yolcu uçaklarında kullanılan duman algılayıcıları ile birlikte eş zamanlı olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır
Otomatik bağımlı izleme sistemi (ADS-B) alıcı yer istasyonu tasarımı
Hızla gelişen teknoloji ile birlikte günümüz modern yaşamında artık insanlar, zamanla yarışmakta ve hızlı olanı tercih etmektedir. Bir yıl öncesine kadar hava trafiğinin yoğunluğu üstel bir hızla artmakta iken, tüm dünyayı saran COVID-19 salgını sebebiyle hareketliliğin azalmasının da bir sonucu olarak dünya genelinde uçuş seferleri de önemli ölçüde azalmıştır. Bununla birlikte içinde bulunduğumuz bu salgın sürecinin sonunda hava trafiğinin yoğunluğunun kaldığı yerden artarak devam edeceğini öngörmek çok zor değildir. Hava trafiğinin artmasıyla beraber hava sahasının daha fazla uçak tarafından kullanılması ihtiyacı doğmuştur. Ancak, radarların gelecekteki hava trafiğinin takibi konusunda yetersiz kalacağının öngörülmesiyle yeni bir sistemin geliştirilmesine karar verilmiştir. Bu doğrultuda hava trafiğinin hem hava trafik kontrolörleri tarafından, hem de seyir esnasında pilotlar tarafından takip edilmesine, hava taşımacılığının daha emniyetli olmasına, hava sahasının daha fazla uçak tarafından kullanılmasına imkân sağlayan ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) sistemi ortaya çıkmıştır. Bu tez çalışmasında sadece ADS-B mesajlarından sağlanan veriler kullanılarak hava trafiğinin emniyeti açısından risk barındıran uçakların hava trafik kontrolörüne uyarı şeklinde bildirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışmada hem ADS-B mesajlarının üretilmesi için özgün bir simülasyon ortamı, hem de özgün bir ADS-B mesaj çözümleyici yazılım geliştirilmiştir.
Bir insansız hava aracı için dinamik ortamlarda yol planlaması
İnsansız Hava Araçları (İHA) birçok otonom uygulamayı gerçekleştirecek geniş bir potansiyele sahiptir. Otonom uygulamalar düşünüldüğünde, hava aracının bir noktadan başka bir noktaya giderken en temel gerekliliklerinden biri kesinlikle güvenilir bir engelden sakınma mekanizmasıdır. Bu tez çalışmasında, dört motorlu bir insansız hava aracı modeli için, bir başlangıç noktasından hedef noktasına, statik ve dinamik engellerin bulunduğu bir ortamda yol planı yapılmıştır. Engel tespitinde lazer mesafe algılayıcı kullanılmıştır. Engelden sakınma ve yol planı oluştururken, hava aracının hem hedefe en kısa yoldan hem de statik ve dinamik engellerden sakınarak ulaşmasını sağlamak amacı ile, ortam bilgisinin mevcut olduğu global bir yol planlama yöntemi olan A* ve sadece sensör verisine göre kısıtlı bir bölgede çalışabilen VFH+ algoritması birlikte kullanılmıştır. Tez kapsamında incelenen problem için, donanım ve yazılım araçlarının bir araya getirilmesinde kolaylık sağlayan Robot İşletim Sistemi (Robot Operating System-ROS) kullanılmıştır. Algoritmanın testleri, ROS ile entegre çalışabilen Gazebo simülatöründe gerçekleştirilmiştir. MATLAB'te yazılan algoritma kodları ROS Toolbox vasıtası ile Gazebo ortamındaki hava aracında test edilmiştir. Farklı statik ve dinamik ortamlarda algoritmanın işleyişi değerlendirilmiştir. ROS platformunda yer alan, yer robotlarının navigasyonu için oluşturulmuş algoritmalar (Navigasyon Yığınları) ile kıyaslandığında, önerilen yöntemin yol planının uygulama hızı açısından başarımının yüksek olduğu görülmüştür.
Fuzzy Bayesian based bowtie risk assessment of an unstabilized approach: A method for airline flight operations
Risk is inevitable part of life. As in all areas of life, risk management is of great importance in aviation. Matrices are one of the most frequently used methods in safety risk management in aviation. In this method, risks are classified according to probability and severity. In this sense, matrix risk assessment process has a static and discrete structure. However, operations in aviation consist of dynamic components. Outputs of dynamic components change over time. Dynamic and continuous system risk assessment in aviation can contribute to the risk assessment process and improve overall performance of safety risk management. In this study, a dynamic risk assessment system design based on fuzzy logic and Bayesian network is combined with the bowtie method to analyze unstabilized approaches in flight operations. This approach forms a network structure with conditional probabilities and can be used with both quantitative and/or qualitative data. Each event in the system is connected to each other with conditional probabilities. Any change in probability of each basic event will update overall probability of the analysis. Hence, autonomous, and dynamic risk assessment process that produces fast results can be achieved.
Yapay sinir ağlarına dayalı uçak algılayıcı arızası tespiti ve sistemin yeniden yapılandırılması
Bu çalışmanın amacını, uçaklar için önem arz eden hava veri sisteminin bileşenleri olan hücum açısı, hız ve irtifa algılayıcılarında oluşabilecek bir arızanın yanlış alarm durumu olmayacak şekilde ve herhangi ek bir algılayıcı ölçümüne gerek kalmadan zamanında tespiti ve yeniden yapılandırılması oluşturmaktadır. Literatürde modern uçaklar için kullanılan arıza tespit ve yeniden yapılandırma sistemleri uçaklar üzerindeki asıl/yedekli algılayıcıların çoğunluğunun doğruluğuna dayanan çoğunluk oylama yöntemi ve ağırlıklı ortalama gibi yöntemleri kullanmaktadır. Donanım fazlalığına dayanan bu yöntemlerin kullanımı yerine tasarlanan analitik fazlalığa dayalı sistem ile ağırlık ve yakılan yakıttan tasarruf sağlanabilirken, hava aracı daha uzun mesafe yol alabilir ve bu sayede CO2 emisyonu ve gürültünün azaltılmasıyla hava aracı daha çevre dostu uçuşlar gerçekleştirebilir. Ayrıca yedekli algılayıcıların çıkartılmasıyla hava aracının hava yolu şirketine ürettiği satın alma maliyeti ve ilgili parçaların daha az olmasıyla bakım maliyetleri de azaltılabilir. İlgili sistemin tasarımı için yerel bir havayolundan alınan gerçek uçuş verileri kullanılmıştır. Hücum açısı, hız ve irtifa algılayıcılarıyla alakalı verilerin seçimi için korelasyon analizi kullanılmıştır. Arızanın tespiti ve yeniden yapılandırılmasında makine öğrenmesine dayalı yöntemler kullanılmıştır. İlgili işlemler için MATLAB programı kullanılmıştır. Hücum açısı, hız ve irtifa algılayıcılarında oluşabilecek arıza durumları modellenmiştir ve tüm uçuş fazlarında karşılaşılabilecek farklı arıza senaryoları incelenmiştir. Arıza tespiti 0-2 sn aralığında yanlış alarm olmadan gerçekleştirilmiştir. Arıza yeniden yapılandırılırken sistem çıktısının tahmin edilen algılayıcı verilerine göre seyretmesi sağlanmıştır.
Uçak itkisinin fadec sistemi için performans modellerinin oluşturulması ve optimizasyonu
Bu tez kapsamında; havacılık ve savunma sanayiinde kullanılan bir turboprop motorun farklı RPM değerleri için motor performans modelleri geliştirilmiştir. Söz konusu modeller tek girdi tek çıktılı (SISO) ve çok girdili tek çıktılı (MISO) olacak şekilde 2 farklı popülasyon temelli metasezgisel algoritma ile modellenmiştir. Modelde literatürde sürekli sistemlerde birçok alanda iyi bir modelleme algoritması olarak kabul gören Genetik Algoritma ile bu alanda nispeten daha az uygulanmış olan ve havacılık modellerinde daha geniş araştırma alanına sahip olan Yapay Arı Kolonisi Algoritması kullanılmıştır. Sistemde çıktı Tork (N.m) olarak belirlenip girdi değerleri RPM ve hava akışı olarak alınmıştır. Bununla birlikte, çoklu hata tanımları yapılarak ve elde edilen sonuçlar yer deneylerinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılarak modelin geçerliliği ve güvenilirliği literatürde sıklıkla kullanılan hata metrikleri türlerinden tanımlanmış olup kullanılan algoritmaların birbirlerine oranla yeterliliği maksimum iterasyon sayısı ve CPU işlem süresi türlerinden indeksler ile karşılaştırılmıştır. Son olarak elde edilen sonuçlar literatürdeki çalışmalar ile karşılaştırılmış ve sonuçlar Tam Donanımlı Bağımsız Dijital Motor Kontrol Ünitesi (FADEC) sistemine uyarlanmıştır.
Elektrikli uçaklar için lityum tabanlı batarya yönetim sistemi modellemesi ve tasarımı
Havacılık endüstrisinin mevcut zorlukları arasında enerji ihtiyaçları ve çevre kirliliği konuları önemli bir yer almaktadır. Dünyada enerji ve çevre sorunlarının çözümü için son yıllarda atılan adımlardan biri lityum türevli bataryaların kullanılmasıdır. Bu çözüm doğrultusunda, otomotiv ve havacılık sektörlerinde kullanılmaya başlanan bataryaların tek başına yeterli olmadığı gözlenmiştir. Bunun nedeni bataryaların hatalı kullanımı veya zorlu koşullarda çalışmaktan kaynaklanan hasarlar alması olarak verilmiştir. Bu sorunların kontrol altına alınması için batarya yönetim sistemine (BYS) ihtiyaç duyulduğu anlaşılmıştır. Bir BYS'nin görevi lityum batarya paketinin ve batarya hücrelerinin gerilimini, sıcaklığını, akımını, şarj durumunu (SoC), sağlık durumunu (SoH) ölçmesi ve kontrol etmesi olarak tanımlanmaktadır. Bu değerlerin haberleşme yöntemi ile kullanıcı ara yüzüne iletilmesi ve kayıtların tutulması gerekmektedir. Bu amaçlar doğrultusunda, elektrikli uçaklar için iki farklı özelliğe sahip Lityum İyon (Li-Ion) ve Lityum Demir Fosfat (LFP) bataryaları kullanarak ayrı portlar üzerinden çalıştırabilen ve kontrol edebilen hibrid BYS modellenmiştir. Yeni yaklaşımla BYS tasarımı için Altium programı kullanılmış ve hücre ölçümleri için LTC6804 mikroişlemci seçilmiştir.
Uçaklar için yakıt piline dayalı elektriksel taksilemenin performans ve çevresel analizleri
Havaalanı yer operasyonlarının çevre üzerinde büyük etkisi vardır. Uçakların ana motorlarını devre dışı bırakarak taksi hareketlerini gerçekleştirmeleri için çeşitli yenilikçi çözümler önerilmiştir. Bu çözümler çevre açısından faydalı olsa da, havalimanlarında aktif olarak kullanılan ve kullanılması planlanan, uçak üzerinde bulunan yerleşik ve harici elektrikli taksi çözümleri tamamen karbonsuz değildir. Mevcut çözümlerin dezavantajları, taksi hareketi için gerekli enerjinin karşılanması için harici bir yakıt hücreli hibrit güç ünitesi kullanılarak ve böylece uçağa ek ağırlık getirmeden giderilebilir. Sistemin ihtiyaç duyduğu güç ve enerjiyi ortaya çıkarmak için bu tezde beş farklı uçak tipi ele alınmıştır. Uçakların taksi yapmak için fiziksel gereksinimlerini belirlemek için, farklı pist eğimi, karşı rüzgâr ve maksimum hızlarda dört farklı periyottan oluşan toplam 900 saniyelik taksi-çıkış hareketi incelenmiştir. Havalimanlarında yolcu taşımak için sıklıkla kullanılan, dar gövdeli, Airbus A320-200 tipi uçak için belirlenen fiziksel gereksinimlere göre, önerilen yakıt hücreli harici güç ünitesi sisteminin kavramsal tasarımı oluşturulmuş ve her bir periyot için sistemin fiziksel verileri Matlab Simulink ortamı kullanılarak elde edilmiştir. Simülasyon sonucunda sistemin saniyede maksimum 2,23 gram hidrojen tükettiği görülmektedir. Ayrıca taksi-çıkış hareketi sırasında 578,34 kg CO2 salındığı hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar önerilen sistemin kullanılması durumunda yılda yaklaşık 14,6 milyon ton CO2 emisyonunun önlenebileceğini de göstermektedir.
Yeni nesil CNAV-2 seyrüsefer mesajının iyileştirilmesi ve modernizasyonu: CNAV-2M
Küresel Uydu Seyrüsefer Sistemleri (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) günümüzde yapay zeka, otonom kara araçları, acil durumlarda konum tespiti, insansız hava araçları ve özellikle havacılık gibi hayati öneme sahip uygulama alanlarında kritik rol oynamaktadır. Uydudan gönderilen seyrüsefer mesaj bitlerinde meydana gelen hatalar, genellikle gürültü, zayıflama, kanal sönümlemesi, parazit, fiziksel kusurlar kanaldan kaynaklı olarak uydudan alıcıya iletim sırasında meydana gelmektedir. Bu durumu en aza indirmek ve gelen seyrüsefer mesajının güvenirliliğini artırarak daha doğru çözümlenmesini sağlamak için birçok haberleşme sisteminde olduğu gibi GNSS sistemlerinde de herhangi bir yeniden iletim talebi olmaksızın gürültülü kanallar üzerinde meydana gelen bu hataları düzeltme yeteneğine sahip İleri Hata Düzeltme (Forward Error Correction) mekanizmasından faydalanılır. Geçmişten günümüze kadar gelinen süreç içerisinde GNSS'te hataları düzeltmek ve veri bütünlüğünü kontrol etmek için Hamming, Bose–Chaudhuri–Hocquenghem (BCH), Konvolüsyonel ve Düşük Yoğunluklu Eşlik Kontrolü (Low Density Parity Check, LDPC) kodları olmak üzere dört yöntem tercih edilmiştir. Bahsedilen bu dört yönteme ilave olarak Turbo ve özellikle son yıllarda oldukça popüler olan Polar kodlama ve gelişmiş versiyonları literatürde yoğun ilgi görmektedir. Yarı-Döngüsel Düşük Yoğunluklu Eşlik Kontrolü (Quasi-Cyclic Low Density Parity Check, QC-LDPC), Turbo, Polar ve Döngüsel Artıklık Denetimi Destekli Polar (Cyclic Redundancy Check Polar, CRC-Polar) kodlama gibi yöntemlerin GNSS mesaj yapısına uygulanması durumunda sergileyeceği performansı karşılaştıran ve özellikle işbirliği ve uyumluluk programı çerçevesinde yakın gelecekte GPS, GLONASS, Galileo ve BeiDou olmak üzere bütün uydu seyrüsefer sistemleri tarafından ortak yayınlanacak yeni nesil CNAV-2 mesajında kullanımı üzerine herhangi bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu kapsamda, yedi kıyaslama ölçütü ışığında ortam gürültüsüne bağlı olarak yeni nesil CNAV-2 mesaj yapısı için özellikle yenilikçi haberleşme sistemlerinde kullanılan doğruluğu ve gürültüye karşı dayanıklılığı yüksek Konvolüsyonel, Turbo, LDPC, QC-LDPC, Polar ve CRC-Polar gibi çeşitli kanal kodlama yöntemlerinin sergileyecekleri performansı detaylı ve bütünsel olarak incelenerek modernize edilmiş yeni bir CNAV-2 mesaj yapısı önerilmiştir. Matrix Laboratory (MATLAB) ortamında geliştirilen simülasyon modeline dayalı olarak Konvolüsyonel, Turbo, LDPC, QC-LDPC, Polar ve CRC-Polar yöntemleri CNAV-2 mesaj yapısına uygulanmış ve her bir yöntemin sergilediği performans kıyaslama ölçütüne bağlı olarak mevcut durumlar referans alınarak değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler ışığında, mesaj yapısı değiştirilmeden mevcut kanal kodlama yöntemleri yerine CRC-Polar yapısının kullanılması ile gürültüye karşı daha dayanıklı ve daha iyi performans sergileyen yeni bir CNAV-2 mesajı önerilmiştir. CRC-Polar yönteminin uygulanması sonucunda alt-çerçeve 1 için 10^−3 BER oranında 0.9 dB, 10^−2 BER oranında alt-çerçeve 2 ile alt-çerçeve 3 için 0.72 dB ve 1.63 dB' lik bir kazanç sağlanmaktadır. Çalışmanın bir adım ötesinde elde edilen bu iyileştirme sonucunda CRC-Polar yönteminde kullanılan eşlik bitlerinin sayısı azaltılarak 1800 bit uzunluğunda ve 18 saniye süreye sahip CNAV-2 mesajı ile aynı BER performansı sergileyen ancak daha düşük mesaj uzunluğu ve daha düşük süreye sahip CNAV-2M olarak isimlendirilen modernize edilmiş yeni bir yapı önerilmiştir. Bu doğrultuda, yapılan kapsamlı analiz sonrası CNAV-2M mesajının uzunluğu 1500 bit ve süresi de 15 saniyeye düşürülmüştür. Bu durum, mesaj uzunluğunda sağlanan 300 −bitlik azalma ve 3 saniye sürenin kısaltılmasına, dolayısı ile yaklaşık %16.6 oranında bir tasarruf edildiği anlamına gelmektedir. Böyle bir durumda, CNAV-2M mesajını iletmek için 12 yerine 10 epok zamanı yeterli olmaktadır. CNAV-2 mesajının bütün uydu sistemleri tarafından ortak yayınlanacak olması dolayısı ile bu çalışmadan elde edilen sonuçların, mevcut uyduya dayalı konum belirleme sistemlerin modernizasyon çalışmalarına önemli katkılar sunacağı ve özellikle Türkiye gibi yerli ve milli hedefler doğrultusunda gelecekte kendi bölgesel uyduya dayalı seyrüsefer sistemini kullanmayı hedefleyen ülkelerin uydu sistemlerini geliştirme noktasında kritik bir rol oynayacağı düşünülmektedir.
Uzak kule kontrol merkezi yer seçimi ve Türkiye uygulaması
Dünya üzerinde artan nüfusa bağlı olarak hava taşımacılığına olan talep artmakta ve hava trafiği de her geçen gün yoğunlaşmaktadır. Uçuş sayısı bakımından Eurocontrol (The European Organisation for the Safety of Air Navigation) verilerine göre 2017- 2018 yılları arasında % 3.8'lik artış ile bugüne kadarki en yüksek değer olan 11.011.434 uçuşa ulaşılmıştır. Türkiye de dünya genelinde hava taşımacılığının hızlı büyüme gösterdiği ülkeler arasındadır. 58 sivil, 18 askeri havaalanı ile hava sahası sınırları içerisinde 2009 ile 2019 yılları arasında ticari uçuş sayısında %93'lük bir artış olduğu gözlemlenmiştir. Hava trafiğindeki yoğunluğa bağlı olarak hava trafik kontrol kulelerinin hizmet seviyesi her geçen gün artış göstermekte ve bu hizmetler de yeni bakım maliyetleri oluşturmaktadır. Bu maliyetlerin karşılanması yolcu ve uçuş sayısı fazla olan havaalanları açısından sorun oluşturmazken, uçuş ve yolcu sayısı az olan havaalanları açısından problem oluşturabilmektedir. Uçuş sayısı az olan havaalanlarının kapatılmasını engellemek ve kârlılık oranlarını artırmak amacıyla uzak kule merkezi kavramı ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada uçuş sayısı düşük olan havaalanlarının uzaktan kontrolünü sağlayacak kule merkezlerinin en iyi yer seçimini belirlemek amacıyla, Ana Dağıtım Üssü Yer Seçim Problemleri temel alınarak matematiksel bir model geliştirilmesi amaçlanmış ve model GAMS yazılımı ile kodlanarak CPLEX çözücüsü ile çözdürülmüştür.
Uçuşa elverişliliğin zaman serilerinde kisa vadeli kestirimiçin modellenmesi
Havacılık alanında meteorolojik hâdiseler oldukça önem arz eden fenomenlerdir. Meteorolojik hâdiseler neticesinde havacılık faaliyetleri zaman zaman aksamaktadır. Envanter ya da insan faktörleri gibi ikame edilememeleri ve kontrol altına alınamamaları yönüyle öncelikle göz önünde bulundurulmalıdırlar. Bu çalışmada, uçuş eğitim organizasyonları için meteorolojik hâdiselerin önemi Eskişehir Teknik Üniversitesi Pilotaj Bölümü (ESTÜ-P) örneği üzerinde incelenmektedir. Havacılık otoriteleri tarafından belirlenen düzenlemelerin öngördüğü resmi ölçütler ve eğitmen pilot tecrübelerine dayanan gayri resmi ölçütlerle on iki seneyi kapsayan meydan rutin hava raporlarından (METAR, Meteorological Aerodrome Reports) elde edilmiş uçuşa elverişlilik zaman serilerinde ayrıştırma ve derin öğrenme yöntemleri ile izleyen güne ilişkin tahmin modeli önerilmektedir. Ayrıca planlama faaliyetlerine katkı sağlaması ve uçuş eğitim organizasyonlarını inceleyen araştırmacılara kaynak oluşturması maksadıyla 2009–2020 arasını kapsayan istatistikî uçuşa elverişlilik sonuçları ortaya konulmuştur.
Havayolu yer operasyonları için fonksiyonel rezonans analizi metodu ve bulanık mantığa dayalı bir emniyet yönetim sistemi geliştirilmesi
Yer operasyonlarında binlerce küçük değişkenlik meydana geldiğinden, bu değişkenlerin ne kadar risk oluşturacağını hesaplamak zordur. Bu çalışma, fonksiyonel rezonans analiz yöntemi ve bulanık mantık kullanarak yer operasyon süreçlerinin analizinden beslenen bir risk değerlendirme modeli önermektedir. Yer operasyonundaki değişkenlikleri tespit etmek için fonksiyonel rezonans analizi yöntemi kullanılmaktadır. FRAM (Functional Resonance Analysis Method) analizi kullanılarak prosedürlerde tarif edilen süreç adımlarının ne kadar risk taşıdığı ortaya konmuştur. Risk skoru, havayolunun veri tabanından elde edilen olasılık değeri ile uzman grubun şiddet değerlendirmesinin bulanık mantıkta birleştirilmesiyle hesaplanmıştır. Havayolu veri tabanındaki olayların süreç bazlı risk değerlendirme modeline aktarılması ile risk seviyesi dinamik olarak takip edilebilmektedir. İstenmeyen risk oluşmadan önce fonksiyon değişkenliklerini tespit etmek için kullanılan FRAM analizi, risk değerlendirmesine proaktif bir yaklaşım getirmiştir. Süreç bazlı risk değerlendirme modeli, yüksek risk düzeyine sahip fonksiyonun risk düzeyinin düşürülmesi için izlenecek yeni emniyet parametresi göstergelerinin oluşturulmasına olanak sağlar. Önerilen yaklaşımın havacılıktaki diğer operasyonel alanlar için de kullanılması hedeflenmiştir.
Derin öğrenme algoritmaları kullanılarak haberleşme ve seyrüsefer sistemleri ile jammer sinyallerinin sınıflandırılması
Günümüzde gelişen teknolojiyle birlikte sayıları her geçen gün artan ve pek çok alanda farklı amaçlarla kullanılan çok sayıda sinyal yayıcı cihaz bulunmaktadır. Bu cihazlar, faydalı olabilecekleri gibi bazen kasıtlı siyal karıştırma ve yanıltma gibi amaçlarla da kullanılabilmekte ve hava taşımacılığı gibi yüksek maliyetli sektörlere zarar verebilmektedir. Bu çalışmada belirli bir bölge içerisinde yer istasyonlarından toplanan çok sayıda RF sinyal verisinin kısa bir süre içerisinde sınıflandırılarak yayın yapan vericilerin kimliklendirilmesi için bir model geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda geliştirilen sınıflandırma modeli ile insan iş yükü ve maliyetini en aza indirgeyecek analitik bir yaklaşım ortaya konulması hedeflenmiştir. Önerilen yaklaşımda GSM, radar, telsiz ve jammer sinyallerinin band genişliği, dalga boyu, güç ve genlik değerleri dikkate alınarak sınıflandırma işlemi üç farklı derin öğrenme mimarisi (AlexNet, ResNet, UNet) ile K-Ortalama ve K-En Yakın Komşuluk algoritmaları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sınıflandırma işlemi sonrasında kullanılan ağların işlem süresi ve doğruluk oranları karşılaştırılmıştır. Geliştirilen sınıflandırma modeli, gerçek verilerden oluşturulan örneklenmiş veri kümeleri ile çalıştırıldığında, yüksek başarı oranı elde edilmiştir.
Elektrikli hava aracı itki sistemleri için yapay zeka destekli akıllı algılama
Günümüzde hava araçlarının geleneksellikten uzaklaşarak alternatif yakıtlara yöneliyor olması, bu hava araçlarında kullanılan elektrikli itki sistemlerinin de artmasına ve araştırmacıların da bu konu üzerine yönelmesine neden olmuştur. Çalışmada, İnsansız Hava Araçlarında (İHA) tabanlı metodolojilerin daha büyük, daha karmaşık sistemlere de uyarlanabileceği ve uygulanabileceği göz önüne alınarak, İHA'lar ile elektrikli hava araçları arasında köprü görevi görmek amaçlanmıştır. Bu doğrultuda yapılan çalışmalar ile ileri diagnostik tekniklerinin elektrikli uçak sistemlerinde uygulanabilmesine yönelik yapay zeka tabanlı bir yaklaşım sunulmuştur. Bu bağlamda, Model Tabanlı Sistem Mühendisliği (MBSE) ve Sistem Modelleme Dili (SysML) kullanılarak açık kaynaklı olacak şekilde kapsamlı bir İHA mimarisi geliştirilmiştir. Referans mimaride bulunan alt sistemlerden itki sistemi esas alınarak pervane hasarlarının algılanması için makine öğrenmesi ile bir akustik diyagnostik çalışması yapılmıştır. Sonrasında pervane hasarlarının titreşim verileri ile teşhis edilmesine yönelinmiş ve yapay sinir ağı kullanılarak titreşime bağlı diagnostik çalışma gerçekleştirilmiştir. Son adımda ise akustik ve titreşim verilerinin birlikte değerlendirildiği topluluk öğrenmesi metodolojisi kullanılarak model doğruluğunun arttırılması hedeflenmiş ve bir akıllı algılama methodu geliştirilmiştir. Çalışma, ileri tip diagnostik yöntemlerin elektrik uçak itki sistemlerine entegre edilmesi ile daha verimli, güvenilir ve emniyetli elektrikli uçakların geliştirilmesine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
İHA'ların hava sahasına entegrasyonu ve Türkiye uygulamaları
Bu çalışmada öncelikle İnsansız Hava Araçları ile ilgili araştırma yapılarak genel bir bilgi verilmiş olup, İHA'ların kısa tarihçesi ve Türkiye'de İHA çalışmalarının tarihi konuları kısaca sunulmuştur. Tarih bilgisinin ardından İHA'ları ve hava sahasına entegrasyonu konularını incelemek üzere İHA tanımı, sınıfları, kullanım amaçları, avantaj ve dezavantajları üzerinde durulararak, İHA'ların kullanıldıkları görev alanları, önbilgi olarak belirtilmiştir. İHA'ların görev yaptıkları alanlardan başlıcaları zirai amaçlar, yerleşim alanlarının haritalandırılması, doğal yaşamın izlenmesi ve ekolojik gözlemler, trafik gözlemleri, jeolojik araştırmalar ana başlıkları altında toplanmıştır. İHA'lar ve bu teknolojileri oluşturan bölümlerin ardından ülkemizde İHA alanında çalışma yapan kurumlar ve Ülkemiz açısından önemli gelişmeler hakkında genel bilgiler sunulmuştur. Bu tezde ayrıca, Türkiye'nin bundan sonraki süreçte İHA çalışmaları ve İHA'ların hava sahamıza entegrasyonu bağlamında yapması gerekenler sıralanarak Ülkemiz için çıkarımlarda bulunulmuştur. Bununla birlikte, İHA'ların havacılık sistemi içerisinde varlığının artırılması sürecinde ortaya çıkması muhtemel sorun ve zorluklardan bahsedilerek yapılabileceklerden bahsedilmiştir.
Döner kanatlı insansız hava araçlarının hareketli platforma otonom iniş sistemi tasarımı
İnsansız Hava Araçları (İHA), teknoloji ve mühendislik alanlarında büyük bir dönüşüm gerçekleştirmiş ve çeşitli sivil, askeri ve endüstriyel uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Özellikle keşif, gözlem, kargo taşımacılığı ve arama-kurtarma operasyonlarında etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak, İHA'ların etkin kullanımını artırmak ve daha zorlu görevleri yerine getirebilmeleri için, otonom iniş ve kalkış kabiliyetlerinin geliştirilmesi büyük bir önem taşımaktadır. Bu çalışmada, İHA'ların hareketli bir platforma otonom olarak iniş yapabilmesi için geliştirilen sistem, konum bilgileri, Kalman filtresi ve görüntüye dayalı nesne tespiti yöntemleri ile desteklenmiştir. Bu tez çalışmasında, İHA'nın hareketli bir platforma otonom iniş yapabilmesi için benzetim ortamında geliştirilen sistem, İHA'nın kendi konum bilgilerinin yanı sıra hareketli platformun konum, hız ve yönelim verilerinden de faydalanmaktadır. İniş pistinin tespiti için özel olarak eğitilmiş YOLO V8 nesne tespit modeli ile pistin konum bilgileri elde edilmiş ve bu sayede yüksek hassasiyetli iniş gerçekleştirilmiştir. Sistemin performansını ölçmek ve geliştirmek amacıyla dört yenilikçi senaryo oluşturularak, İHA'nın değişken irtifa ve bölgelerde yapılan çeşitli ölçümler sonucunda hareketli platforma başarılı bir şekilde otonom iniş yapabildiğini göstermektedir. Benzetimlerde, değişken hız ve yöne sahip yan rüzgâr ve sis nedeni ile kısıtlı görüş etkileri de incelenerek sistemin performansı test edilmiştir. Ayrıca, birden fazla iniş pistinin bulunduğu senaryoda, İHA başlangıç anında kendine en yakın olan kara aracını başarıyla iniş hedefi olarak seçmiştir. Hareketli platform tarafından sağlanan GPS konumu, iniş sisteminin etkinlik alanını genişletmektedir. Platformun GPS konumu ve İHA üzerindeki Atalet Ölçüm Ünitesinden alınan yönelme açısıyla entegre edilen Kalman filtresi kullanılarak platformun hareket yönünde bir buluşma noktası belirlenmekte ve bu sayede daha verimli bir yörünge elde edilmektedir. Literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla hedefe daha kısa bir rota üzerinden ulaşılabilmesi ve irtifa değişikliklerini içeren yeni bir yaklaşma ve iniş yörüngesi geliştirilmesi çalışmanın özgünlüğü olarak ortaya çıkmaktadır. Geliştirilen sistem, çeşitli İHA ve kara aracı platformlarıyla entegrasyon imkânı sunarak farklı görev gereksinimlerine uygun çözümler sunabilmektedir.
Kapalı kanat yapısına sahip kuyruk üstü dikey iniş kalkışlı özgün iha tasarım ve performans analizi
Havadan ağır araçların uçuşuyla başlayan havacılık tarihi, zaman içinde birçok yenilikçi gelişmeye sahne olmuştur. Bu gelişmelerin birçoğu, sınırları zorlayan denemeler ve başarısızlıkların dahi bilgi birikimi sağlaması sayesinde gerçekleşmiştir. Bu bağlamda, tarih boyunca zaman zaman gündeme gelmiş olan kapalı kanat konfigürasyonu ile kuyruk üstü dikey iniş kalkış konseptlerinin birleştirilmesi üzerine bu çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, kapalı kanat yapısının potansiyel verimliliği ve geleceğin hava araçları arasında yer alma potansiyelini ele almakta; ayrıca bu yapının kuyruk üstü dikey iniş kalkış yeteneği ile bir araya getirildiği özgün bir insansız hava aracı (İHA) tasarımı sunmaktadır. Geçmişte teknolojik sınırlamalar bu tür tasarımların gerçekleştirilmesini engellemiş olsa da günümüzde özellikle katmanlı üretim tekniklerindeki gelişmeler sayesinde karmaşık yapıların üretimi mümkün hâle gelmiştir. Bu doğrultuda, katmanlı üretime uygun, dört rotorlu, kuyruk üstü dikey iniş kalkış yapabilen çok yönlü bir İHA'nın kavramsal ve detaylı tasarımı yapılmış, fonksiyonel bir prototipi üretilmiştir. Tasarım süreci boyunca elde edilen veriler değerlendirilmiş, performans analizleri ve uçuş testleri gerçekleştirilmiştir. Analizler ve testler sonucunda ise birtakım önemli bulgular elde edilmiştir.
Uçak bakım süreçlerinde SCADA ile kestirimci bakım analizi
Bu çalışmada, uçak bakım süreçlerinde SCADA sistemleri ile kestirimci bakım yöntemlerinin entegrasyonu detaylı şekilde incelenmiştir. Havacılık sektöründe değişen koşullar ve uçuş güvenliği gereklilikleri, bakım faaliyetlerinin daha verimli şekilde yönetilmesini zorunlu kılmakta ve geleneksel bakım yaklaşımları yerine arıza oluşmadan önce tespit ve müdahale imkânı sunan kestirimci bakım yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Tez kapsamında öncelikle uçak bakım süreçlerine dair yapısal yaklaşımlar açıklanmış; sonra SCADA sistemlerinin yapısı ve havacılıktaki uygulama alanları incelenmiştir. Uçak sistemlerinden toplanan gerçek zamanlı verilerin SCADA ile yapay zekâ ve makine öğrenmesi algoritmaları kullanılarak analiz edildiği bir model önerilmiştir. Bu modelle bakım kararlarının otomatikleştirilebildiği, insan hatasının azaltılabildiği ve bakım maliyetlerinin optimize edilebildiği ortaya konmuştur. Çalışmada ayrıca kestirimci bakım tekniklerinden çeşitli yöntemler detaylandırılmış; bu yöntemlerin SCADA sistemleriyle nasıl entegre edilebileceği açıklanmıştır. Yapay zekâ tabanlı karar destek sistemlerinin uçuşa elverişlilik süreçlerine katkısı teorik çerçevede modellenmiş, uluslararası otoritelerce belirlenen bakım regülasyonlarıyla uyumlu öneriler geliştirilmiştir. Bu tez, havacılık bakım süreçlerinde kestirimci yaklaşımları bütüncül olarak ele alarak, bakım yönetimi adına akademik bir katkı sağlamayı hedeflemektedir