925
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Inverse design of photonic structures with particle swarm optimization, objective-first algorithm and deep learning
Photonics is a term that refers to a group of emerging technologies that focus on the storage, transmission, and processing of data using light beams. Photonic devices are components used to create, manipulate, or perceive light. By increasing the functionality of photonic devices, more effective applications can be obtained in many areas of use such as light detection, telecommunications, information processing, photonic computing, lighting, metrology, spectroscopy, holography, medicine, biophotonics, and military technology. Therefore, it is important to examine the interaction of photons with micrometer and nanometer-scale structures. The design of the photonic environment is the first step to be handled in this direction. The traditional design methods suffer from a long design cycle and do not take full advantage of the design space. The lack of a strategy for broadband applications, the inability to overcome complex design problems, and the design of structures in restricted parameter space, limit the performance of devices designed with traditional methods. The inverse design method is proposed to overcome these problems. It is a method based on the question of whether it is possible to design a photonic device whose electromagnetic response is predetermined. Inverse design methods are used to determine the material distributions required for the structure to provide the desired electromagnetic response. In other words, the best structure that gives the predetermined electromagnetic response is generated. In inverse design, a large parameter space is scanned with various optimization algorithms and high-performance devices can be obtained. Convenient optimization methods should be selected for near-optimum designs according to the design requirements of the device and the defined problems. In this thesis, the inverse design of various structures with Particle Swarm Optimization, Objective-first Algorithm, and Artificial Neural Networks is presented. In this context, these methods are given in detail, in the second part of the thesis. In the third part of the thesis, anti-reflective coatings, optical beam splitters, and broadband achromatic lens designs are optimized with the specified methods. The figure of merits for the designed structures are given in detail and compared with the structures in the literature. Besides, using PLA material, a low refractive index lens structure is fabricated with 3D printing and tested at microwave frequencies. The experimental results are agreed with the numerical results. The limits of the used algorithms are founded and expanded.
İnsansız hava aracı (İHA) ve insansız su aracı (İSA) baz istasyonlarının kara ve su altı ağlarda maksimum kapsama sağlayacak şekilde yerleşimi
Son yıllarda insansız araçlarda meydana gelen teknolojik gelişmeler sayesinde insansız araçlar telekomünikasyon, sualtı araştırmaları ve savunma gibi birçok alanda spesifik uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Bu uygulamalarda cihazlar (sensör, mobil cihaz, veri depolama merkezi vb.) arası veri iletiminde meydana gelebilecek kayıpların minimum seviyede tutulması amaçlanmıştır. Bunun için hareket kabiliyeti yüksek olan insansız araçların baz istasyonu olarak kullanılması alternatif bir çözüm olmuştur. Bu çalışmada hem kara hem de deniz ağlarının iyileştirilmesi kapsamında maksimum sayıda kullanıcıyı veya sualtı algılayıcıyı kapsayacak şekilde İnsansız Hava Aracı Baz İstasyonu (İHABİ) ve İnsansız Su Aracı Baz İstasyonu (İSABİ) yerleşimi incelenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında, birden fazla İHABİ yerleşim problemi için makine öğreniminde kullanılan metotlar önerilmiştir ve gerekli olan veri setinin oluşturulması için çoklu İHABİ yerleşim optimizasyon modeli oluşturulmuştur. Makine öğrenimi yaklaşımında sırasıyla; Evrişimsel Sinir Ağları (CNN), Artçıl Sinir Ağları (ResNet),Derin Sinir Ağları (DNN) ve K-Means algoritması kullanılmıştır. Makine öğrenimi yaklaşımında kullanılan yöntemler, Karma Tamsayılı Doğrusal Olmayan Programlama (KTDOP) optimizasyon modeli ile kapsanan kullanıcı sayısı bakımından kıyaslanmıştır. ResNet modelinin diğer makine öğrenimi modellerine göre üstün bir sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, tek İSABİ yerleşimi için amaç fonksiyonu maksimum sayıda sualtı algılayıcı kapsanması olan KTDOP optimizasyon modeli oluşturulmuştur. Optimizasyon modeli sonuçları, farklı sayıda sualtı algılayıcı ve iletim gücü seviyeleri açısından Kıyaslama Konum Merkezi noktaları ile kıyaslanmıştır. Daha sonra birden fazla İSABİ kullanımı için optimizasyon modeli güncellenip, K-Means algoritması ile kapsanan sualtı algılayıcı sayısı bakımından kıyaslanmıştır.
Dört rotorlu bir insansız hava aracına field programmable gate array tabanlı irtifa kontrolcüsü tasarımı
Günümüz modern dünyasında, insansız hava araçları otonom hareket eden veya uzaktan bir insan tarafından kontrol edilebilen araçlar anlamına gelmektedir. İnsansız hava araçları farklı alanlarda kullanılmakta ve bu alanlara göre farklı tasarımları bulunmaktadır. İnsansız hava araçlarının başlıca kullanıldığı yerler; askeri amaçlı keşif, sınır gözetleme ve saldırıdır. Askeri amaçlar dışında İHA'lar; tarımda gözetleme ve ilaçlama faaliyetlerinde, taşımacılıkta, orman yangını tespiti ve söndürme çalışmalarında, doğal afet bölgelerinde arama faaliyetlerinde ve bölgeyi haritalamada kullanılmaktadır. İnsansız hava araçlarının otopilotlarında genel olarak mikroişlemciler tercih edilmektedir. Ancak yüksek hız gerektiren uygulamalarda Field Programmable Gate Array'ler (FPGA) işlemciler yerine tercih edilebilir. Bu işlemciler gelen sensör ve komuta kontrol verilerini okuyarak, gerekli olan karar mekanizmasını gerçeklerler. İnsansız hava araçları uçuş eksenleri için oransal, integral, diferansiyel kapalı çevrim kontrolcüleri bulundurmaktadır. Bu üç yapı kazanç olarak nitelendirilmektedir ve testler ile beraber değerleri ayarlanmalıdır. İnsansız hava araçlarından biri olan dört rotorlu insansız hava araçları dikey iniş – kalkış yapabilmeleri ve kapalı alanlarda da kullanılabilir olmaları sebebiyle farklı sektörler tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında bir Quadrotorun doğrusal olmayan matematiksel modeli oluşturulmuştur. İrtifa modeli Simulink üzerinde gerçeklenmiştir. Model üzerine PID kontrolcü eklenmiş ve simülasyonları yapılmıştır. Sonraki adımda irtifa kontrolcünün FPGA üzerinde gerçeklendiği adıma geçilmiştir. İrtifa kontrolcü FPGA üzerinde farklı yöntemler ve yazılımlar ile gerçeklenebilmektedir. İlk uygulamada FPGA tabanlı kontolcü, Xilinx FPGA tasarım blokları ile Xilinx System Generator üzerinde oluşturulmuştur. Farklı irtifa değerleri ile test edilmiştir ve referans takibi doğrulanmıştır. İkinci uygulamada ise HDL coder ile sentezlenebilir kodları üretmek için PID irtifa kontrolcü Matlab üzerinde gerçeklenmiştir. Referans takibi doğrulandıktan sonra sentezlenebilir VHDL kodları oluşturulmuştur. Üçüncü yöntemde, popülaritesi artmakta olan high level synthesis ile irtifa kontrolcü oluşturulmuş ve HLS üzerinde test edilmiştir. Dördüncü ve beşinci yöntemler FPGA üzerinde gerçeklenmiştir. Dördüncü yöntemde PID irtifa kontrolcü Xilinx FPGA üzerine yerleştirilen softcore işlemci "MicroBlaze" üzerinde gerçeklenmiştir. Beşinci uygulamada sayısal irtifa kontrolcü IP'si VHDL ile oluşturulmuş ve Zynq ile entegre edilerek testleri gerçekleştirilmiştir. İki yöntemde de referans takibi "Hardware in Loop" yöntemi ile Matlab Intrumentation Toolbox kullanılarak test edilmiştir. Test sistemine parametre belirsizliği ve gürültü eklenerek irtifa kontrolcüsünün işlevselliği doğrulanmıştır. Sonuç bülümünde ise FPGA tabanlı irtifa kontrolcü tasarımlarında kullanılan farklı yöntemlerin performans, kaynak kullanımı ve güç tüketimi yönünden karşılaştırması yapılmıştır.
802.11AC ortamında makine öğrenmesi yaklaşımları ile donanım tabanlı saldırı tespit sistemi ve 802.11S örgü ağlarına yönelik saldırı gerçeklemeleri
Kablosuz teknolojiler günümüzde ulaştığı yüksek veri hızlarıyla beraber kullanım alanlarını günlük hayattan endüstriyel ve askeri uygulamalara kadar genişletmiştir. Kablosuz teknolojilerin kullanımın artmasıyla beraber konumlandırıldıkları ağlarda siber saldırılara maruz kalma riskleri ve bu risklerin potansiyel etkisi gün geçtikçe artmaktadır. Potansiyel saldırı senaryolarına ve ilgili korunma yaklaşımlarına ışık tutmak amacıyla tez çalışmasının ilk bölümünde 802.11 Temel Servis Seti mimarisinde Makine Öğrenmesi yaklaşımları ile donanım üzerinde uçtan uca oluşturulan modüler yapıda bir Kablosuz Saldırı Tespit Sistemi gerçeklenmektedir. İkinci bölümde ise 802.11s Kablosuz Örgü Ağlarında tanımlı Sahte Kimlik Doğrulama, Yol Saptırma ve Karadelik saldırıları özelinde oluşturulmuş yazılım mimarisi kullanılarak saldırı gerçeklemeleri yapılmaktadır.
Gizli anahtar şifrelemesi kullanan sualtı akustik algılayıcı ağlarda kritik düğümlerin ağ yaşam süresine etkilerinin özgün bir eniyileme çerçevesi tasarlanarak irdelenmesi
Okyanuslar ve denizler dünya yüzeyinin yaklaşık yüzde yetmişini kaplamaktadır. Günümüzde sualtı yaşamı hala birçok bilinmezlik barındırmasıyla sayısız keşif imkanı sağlamaktadır. 20 yy. sonlarına doğru yarı iletken teknolojisinin ilerlemesi üretim maliyetlerinin büyük ölçüde azaltmıştır. Donanımların maliyetlerinin düşmesi algılayıcı ağların popülerliğini arttırmıştır. Fakat sualtındaki yüksek basınç, aşınma vb. zorlu koşullar nedeniyle bu tarz ortamlara uygun algılayıcıları tasarlamak zorlu ve maliyetli bir iştir. Buna ek olarak algılayıcıları bu bölgelere yerleştirmek ve bakımını yapmak kalifiye ve maliyetli işçilik gerektirmektedir. Sualtı Akustik Algılayıcı Ağlar (SAAA) genellikle zor ortamlara seyrek olarak dağıtılırlar. Bir kere dağıtıldıktan sonra algılayıcılara erişim kısıtlıdır. Algılayıcı düğümler arası gönderilen verilerin güvenliği veri paketlerinin şifrelenmesi ile sağlanır. Su altına dağıtılan algılayıcı düğümlerin sınırlı donanımları sebebiyle hafızaları kısıtlıdır. Hafıza kısıtı nedeniyle her düğümde gizli anahtar kümesinin sadece belirli bir kısmı bulunur. Güvenli bağlantının sağlanabilmesi için sadece iki düğüm birbirine veri gönderebilecek mesafede olması yetmez ayrıca aynı gizli anahtarı da bulundurması gerekir. Ana istasyon tüm gizli anahtarları barındırdığı için algılayıcı düğümler topladıkları verileri direkt olarak ana istasyona gönderebilirler. Buna ek olarak topladıkları verileri aynı gizli anahtarı paylaştığı yani güvenli bağlantı kurabildiği diğer algılayıcı düğümler üzerinden de ana istasyona gönderebilirler. Ağdaki düğümlerin hepsi güvenli bağlantı kuramadıkları için birbirleriyle haberleşemezler. Bu durum ana istasyona giden veri aktarım yollarının (diğer düğümler üzerinden) azalmasına sebep olur. Güvenli bağlantı kısıtından dolayı azalan veri aktarım yolları nedeniyle düğümler veri paketlerini aktarırken enerji olarak en verimli yolu kullanamazlar ve aktarım sırasında olması gerekenden daha fazla enerji harcarlar. Algılayıcı sensörlerin bataryaları limitli olması nedeniyle aktarım için harcadıkları enerji arttıkça ağın yaşam süresi kısalır. Azalan veri aktarım yolları ağı kritik düğüm saldırılarına daha açık hale getirir. Ağdaki en kritik düğümün etkisiz hale getirilmesi ağın yaşam süresini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bu çalışmada gizli anahtar şifrelemesi kullanan Sualtı Akustik Algılayıcı Ağlarda kritik düğümün ağ yaşam süresine etkileri doğrusal programlama (DP) modeli oluşturularak ağın büyüklüğü, anahtar paylaşma olasılıkları ve kritik düğüm sayısı gibi farklı parametrelerle incelenmiştir.
RF güç yükselticiler için sayısal kontrol tabanlı gan transistörlü zarf izleyici güç kaynağı tasarımı
Cep telefonları, kablosuz modemler, baz istasyonları ve daha birçok alanda kullanılan kablosuz haberleşme artan talep ve gelişen teknoloji ile birlikte oldukça önem kazanmıştır. Kablosuz haberleşmenin önemli bir bloğunu RF güç yükselticiler oluşturur. RF sistemlerde en çok güç tüketen birimlerin başında güç yükselteçleri gelir. Bu nedenle güç yükselteç tasarımında verim en önemli parametrelerden biridir. Klasik güç yükselteçleri verimli değildir. Güç yükselteçlerde verimliliği arttırmak için kullanılan gerilim modülasyon tekniklerinden biri de zarf izleme yöntemidir. Bu yöntemde güç yükseltecini besleyen güç kaynağı referans aldığı sinyale göre çıkış gerilimini yükseltip alçaltarak RF sistemin ihtiyacına göre çıkış gerilimi oluşturur. Bu çalışmada güç yükselteçlerde zarf izleyen anahtarlamalı güç kaynağı tasarımı anlatılmıştır. Bu güç kaynağı 9V-12V giriş geriliminde çalışan, 750 KHz anahtarlama frekansına sahip, 5 KHz'e kadar zarf izleyebilen, 1A çıkış akımı ve 5V çıkış gerilimi sağlayabilen bir tasarımdır. Bu güç kaynağı senkron alçaltan çevirici topolojiyle tasarlanmıştır. Bu çalışmada ayrıca esnek çözümler sunan sayısal kontrolcü tasarımına, yüksek hızlarda daha verimli çalışan GaN (Gallium Nitride) transistör kullanımına ve çeşitli analizlere yer verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Alçaltan çevirici, GaN transistör, Güç yükselteç, Sayısal kontrol, Zarf izleyici
İnsansız hava araçları için minimum gecikme koşulu altında optimum yol atama yöntemleri
Günümüzde bilgiye erişim oldukça önemli bir ihtiyaçtır. Kablosuz haberleşme sistemlerinin çeşitli uygulamaları bu ihtiyacı karşılayabilmektedir. Son zamanlarda akademideki ve sanayideki çalışmalarda önemli yeri olan İnsansız Hava Araçları (İHA), insanların hayatlarını birçok alanda kolaylaştırdığı gibi kablosuz haberleşme alanında da çeşitli uygulamalar ile bilgiye erişimi kolaylaştırmaktadır. Bu tez kapsamında, bilgiye erişimin zaman açısından kritik uygulamalar için sensör ağlarında İHA destekli bir sistem ile yapılması incelenmiştir. İHA ile veri toplama, birçok pratik uygulamaya sahip yeni bir teknolojidir. İHA'nın topladığı verinin olabildiğince hızlı bir şekilde kullanılacağı veri merkezine getirilmesi gerekmektedir. Yapılan akademik çalışmalarda İHA'nın topladığı veriyi veri merkezine getirmesindeki gecikme, problemlere bilgi yaşı (Age of Information, AoI) parametresi ile amaç veya kısıt olarak girmektedir. Bu çalışmada bilgi yaşı, hem haberleşme süresinin hem de uçuş süresinin etki ettiği bir performans metriği olarak kullanılmaktadır. Literatürde çok fazla bulunan İHA'nın sensörleri teker teker gezip veri toplama işlemini gerçekleştirmesi fikri yerine, bu çalışmada sensörler gruplar halinde ele alınmıştır. Gruplandırma fikrinin performansa etkisini görmek için bu çalışmada ikili sensör grupları üzerinde çalışılmıştır. Veri merkezinden yola çıkan İHA, gruplardaki sensörler arasında oluşan doğru parçaları üzerinde bir noktada havada durarak çoklu erişim kanalı ile veri toplayıp ardından veri merkezine geri dönmeyi amaçlamaktadır. İkili sensör gruplarının oluşması ile İHA, her sensörü ayrı ayrı ziyaret etmeyeceğinden gideceği yörüngede daha kısa yol izleyebilecek ve çoklu erişim kanalı haberleşmesiyle daha kısa haberleşme sürelerine ulaşabilecektir. Sensörlerde biriken en yüksek bilgi yaşı parametresini en aza indirmek için iki yörünge tasarım algoritması önerilmiştir. Her iki algoritmada da İHA, çoklu erişim kanalı aracılığıyla her gruptaki sensörlerle iletişim kurar. İlk algoritmada İHA, doğru parçası üzerinde haberleşme süresi optimal noktada havada durur ve veri toplama işlemini gerçekleştirir. İkinci algoritmada, yol uzunluğu optimal noktalarda havada durarak veri toplamaktadır. Algoritmalar, zaman paylaşımlı haberleşme senaryolarıyla ve tüm sensörlerin ayrı ayrı ziyaret edildiği durumla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, sensörler birbirinden çok uzak olmadığında ve paket uzunlukları uzun olduğunda çoklu erişim haberleşmesine göre yörünge tasarımının optimal olduğunu, paket uzunlukları kısa olduğunda yol uzunluğu optimal yörüngesinin daha iyi olduğunu ortaya koymaktadır.
Zamansal çoklama yöntemiyle küçük boyutlarda cam elyaf polimer katkılı mandrel tabanlı fiber optik akustik algılayıcılarla dizin oluşturulması
Akustik basınç algılama için konvansiyonel yöntemlerde piezo elektrik tabanlı seramikler kullanılmaktadır. Fakat, düşük bütçe, küçük ebat, yüksek hassasiyet ve en önemlisi elektromanyetik girişimlerden etkilenmemesi sebebiyle fiber optik sistemler, akustik ölçümlerde kullanılmaya başlanılmıştır. Fiber optik tabanlı akustik sistemler, liman gözetleme, askeri gemilerde çekili dizin sonarı ve yan dizin sonarı gibi pek çok alanda konvansiyonel sonar çözümlerine alternatif oluşturmaktadır. Askeri alanlardaki başarısının yanısıra fiber optik sistemler deniz altında petrol/gaz arama çalışmaları ve sismik araştırmalarda da kullanılmaktadır. Fiber tabanlı akustik algılama için dünyada FBG (Fiber Bragg Grating) teknolojisi ve mandrel tabanlı girişim (interforemetrik) sistemler üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Yüksek hassasiyeti sebebiyle mandrel tabanlı Mach-Zehnder girişim sistemi bu tez kapsamında tercih edilmiştir. Bu yöndeki bir sistemde lazer ışığı fiber içerisinde iki kısma ayrılmaktadır. Lazer ışığının bir kısmı referans mandrele sarılı fibere giderken diğer kol ise üzerine gelen akustik basınca tepki veren sensör mandrel üzerine sarılı fibere gitmektedir. İki kol arasındaki faz farkı sensör mandrel üzerine gelen akustik dalga hakkında bilgi vermektedir. Tez kapsamında algılayıcı genel tasarımı yapılmış ve sensör kolu olarak kullanılan malzeme yapısı optimize edilmiştir. Farklı malzeme yapıları göz önünde bulundurularak sensör mandrel yapısı analiz edilmiştir. Akustik basınç algılama hassasiyeti ve dayanıklılık göz önünde bulundurularak cam elyaf katkılı polimer (GFRP) sensör mandrel malzemesi olarak tercih edilmiştir. Yapılan literatür araştırmaları sonucunda ulaşabildiğimiz bilgi dahilinde çam elyaf katkılı bir polimerle bu yönde bir çalışmaya rastlanılmamıştır. İlk defa detaylandırılan bu çalışmaların sonuçları umut vericidir. Bu yöndeki bir sistemde akustik bilginin çözümlenebilmesi için girişim düzeneğindeki sensör kolu ve referans kolu arasındaki faz farkı bilgisi elde edilmelidir. Akustik bilginin çözümlenmesinde çevresel etkilerden kaynaklı faz sönümlemesinin de önüne geçebilmek için faz kaynaklı taşıyıcı (PGC, Phase Generated Carrier) yöntemi tez kapsamında kullanılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda yaklaşık -150 dB re rad/µP hassasiyete sahip fiber optik akustik algılayıcılar elde edilmiştir. Algılama için en önemli paremetre olan gürültü seviyesi için hem modelleme yapılmış hem de gerçek veriler toplanmıştır. Çalışmalar sonucunda sistem gürültü seviyesinin 50 dB re µP a/√ Hz altında olduğu görülmüştür. Son olarak bu yöndeki bir sistemin en önemli avantajı algılayıcıların aynı hat üzerinden kolayca çoklanabilmesidir. Bu kapsamda farklı alternatifler üzerine araştırmalar yapılmıştır. En önemli çoklama teknikleri Frekans Bölmeli Çoklama (FDM, Frequency Division Multiplexing), Dalgaboyu Bölmeli Çoklama (WDM, Wavelength Division Multiplexing) ve Zaman Bölmeli Çoklama (TMD, Time Division Multiplexing)'dır. Diğer çoklama yöntemlerine göre ebatların ve maliyetlerin düşmesi dolayısıyla TDM yöntemi tercih edilmiş bu yöntem üzerine çalışmalar yapılmıştır.
Süperiletken kuantum girişim cihazları için analiz aracı
Süperiletken halkada Josephson eklemlerinin çeşitli varyasyonları ile tasarlanan DC SQUID ve DC Bi-SQUID'ler hassas manyetik alan sensörleri, yükselteçler gibi birçok uygulamada kullanılmaktadırlar. Ancak Josephson eklemlerinin doğrusal olmayan doğası gereği bu sistemlerin dış manyetik alana karşı tepkilerini analiz etmek zordur. Bu yüzden nümerik analiz yöntemleri bu tarz sistemlerin anlaşılabilmesinde büyük önem taşımaktadır. Günümüzde DC Bi-SQUID ve DC SQUID gibi süperiletken devreleri temsil edebileceğimiz açık kaynak kodlu modelleme ve simülasyon araçları mevcuttur. Bu araçlar sağlamış oldukları çıktıların güvenilirliği ile uzun yıllar kullanılmakta ve bu alanda kendilerini kanıtlamışlardır. Ancak mevcut araçların sahip oldukları yazılım mimarisinin karmaşıklığı sebebi ile bu araçların yeni yöntemlerle geliştirilmesi ve farklı analiz araçlarıyla birlikte çalıştırılması oldukça zordur. Bu yüzden, basit bir mimariye sahip PySQIF (Python Superconductor Quantum Interference Filters) şeklinde adlandırılan açık kaynak kodlu bir kütüphane geliştirdik. Geliştirmiş olduğumuz kütüphane DC SQUID ve DC Bi-SQUID' lerin dış manyetik alan altındaki potansiyel fark davranışını temsil edebilmektedir.
Makine öğrenmesi ile gelişmiş polarizasyon kestirim yöntemi
Günümüzde elektronik harp sistemlerinin önemi dramatik olarak artmaktadır. Elektronik Harp sistemlerinin unsurlarından olan elektronik destek sistemleri, elektromanyetik spektrumu pasif olarak kullanmaktadır. Yayılan sinyalleri analiz eden bu sistemler, düşman ve dost unsurların, yönlerini, konumlarını, kimliklerini, birlikler arası haberleşme içeriğini tespit edebilmektedir. Bu sayede, elektronik destek sistemleri istihbarat verilerinin çıkarılmasında büyük rol oynamaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, radar veya haberleşme sinyallerini analiz eden sistemler kabiliyetlerini genişletmektedir. Elektronik harp ve radar uygulamaları, keşif kabiliyetini artırmanın yanı sıra sinyal polarizasyon bilgilerini kullanarak hedef yön ve konum bulma performansını arttırmaya çalışmaktadır. Bu faktörler, sinyalin polarizasyon bilgisinin bahsedilen mevcut sistemlere dahil edilmesine yol açmıştır. Alıcının veya vericinin bulunduğu platformun konumuna veya yönüne bağlı olarak alıcı-verici arası polarizasyon uyumsuzluğu meydana gelebilmektedir. Hedef sinyallerin yüksek güçte alınabilmesi, başarılı bir yön bulma performansı veya elektronik harp sistemlerine karşı etkili bir karşı önlem alınabilmesi için alıcı ve vericideki polarizasyon uyumsuzluğunun önlenmesi gerekmektedir. Bu yüzden elektronik destek sistemlerinde, yayılan sinyalin polarizasyonunun tespiti, kimliklendirme, yön ve konum bulma sistemlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, gelen sinyalin polarizasyonunu derin öğrenme yoluyla kestiren bir yaklaşım önerilmiştir. Önerilen yaklaşımda, öncelikle klasik geliş açısı ve polarizasyon kestirimi gerçekleştiren algoritmalar gibi kovaryans matrisi hesaplanmaktadır. Hesaplanan kovaryans matrisinin gerçek, sanal ve faz değerlerinden algoritmanın giriş görüntüleri elde edilmiştir. Evrişimsel sinir ağları sayesinde giriş görüntülerinden öznitelikler çıkarılıp, tam bağlı katmanlar sayesinde polarizasyon kestirimi yapılmaktadır. Çalışmada doğrusal polarizasyon belli çözünürlüklerde ele alınmıştır. İlk sınıf yatay polarizasyon ve son sınıf dikey polarizasyon olmak üzere, doğrusal polarizasyon on farklı sınıfa ayrılmıştır. Gözetimli öğrenme modelini benimseyen ve evrişimsel sinir ağlarını ve tam bağlı katmanları içeren model, klasik algoritmalara göre daha hızlı sonuç vermiştir. Önerilen yaklaşım gerçek-zamanlı sistemlerde kullanılma potansiyelini ortaya koymuştur. Polarizasyon sınıfı kestirme performansı kapsamında, hatalı kestirimlerde dahi komşu sınıfları kestiren algoritma özellikle düşük SNR değerlerinde klasik MUSIC algoritmasına göre daha başarılı sonuçlar vermiştir. Ayrıca tez kapsamında, geliş açısı kestirimi için de hibrit bir algoritma önerilmiştir. Önerilen hibrit algoritma, öncelikle evrişimsel sinir ağı tabanlı bir algoritma ile polarizasyon kestirimi yapmaktadır. Sonrasında geliş açısı kestirimi için klasik Çoklu Sinyal Sınıflandırma (Multiple Signal Classification-MUSIC) algoritması kullanılmaktadır. Evrişimsel sinir ağları ile polarizasyon kestiriminin sonucunda, klasik MUSIC algoritması polarizasyon parametrelerini taramadan doğrudan sadece uzamsal açılarda arama yapacağından, geliş açısını daha hızlı kestirmiştir. Önerilen hibrit algoritma, düşük SNR değerlerinde, polarizasyonu daha başarılı kestirdiğinden, geliş açısı kestirimi kapsamında klasik MUSIC algoritmasına göre daha başarılı sonuçlar vermiştir.
Pekiştirmeli öğrenme yöntemleri ile iha baz istasyonu için veri iletim hızı tabanlı optimal güzergah belirlenmesi
Bu çalışmada, kullanıcılara verilen hizmeti artırmak için İnsansız Hava Aracı (İHA) üzerine bağlı baz istasyonu (Bİ) ile optimal güzergâh planlaması yapılmıştır. Çalışma iki parçada incelenmiştir: İlk çalışmada İHABİ, 3-boyutta hareket kabiliyeti ile farklı hizmet kalitesi gereksinimlerine sahip hareketsiz kullanıcılara hizmet etmektedir. Güzergâh planlaması yapılırken İHABİ'nin kapsama alanı ve İHABİ ile statik yer baz istasyonu arasındaki ana ağa iletim kapasitesi sınırlandırılmıştır. Bu kısıtlamalar altında amaç, İHABİ için pekiştirmeli öğrenme (ing. Reinforcement Learning, RL) kullanılarak uçuş sırasında kullanıcılara sağlanan toplam veri hızını en üst düzeye çıkaran bir güzergâh bulmaktır. Problemimizde Q-Öğrenme (ing. Q-Learning, QL) uygulaması ile İHABİ, istenilen amaca ulaşmak için doğru aksiyonları almayı öğrenmektedir. Farklı öğrenme parametreleri ile deneme yanılma süreçleri sonucunda uygun parametreler belirlenmiş ve RL modeli bu parametrelerle eğitilmiştir. Kısıtlamaların etkilerini analiz etmek için farklı iletişim senaryoları karşılaştırılmıştır. Bahsedilen kısıtların ve heterojen hizmet kalitesi taleplerinin etkilerine göre İHABİ'nin güzergâh tercihleri ve toplam iletim hızı değişimleri incelenmiştir. Öne çıkan üç sonuç, kapsama, ana ağa iletim ve heterojen hizmet kalitesinin etkilerini göstermiştir. İHABİ, kapsama alanı kısıtlaması arttıkça irtifasını artırma eğilimindedir. Ayrıca, ana ağa iletim kısıtlaması, İHABİ'nin yörüngesini statik yer baz istasyonuna yaklaştırmaya zorlamaktadır. Son olarak İHABİ, kullanıcıların farklı hizmet kalitesi gereksinimlerini mümkün olduğunca dikkate almaktadır. İHABİ, bu kısıtlamaları karşılamak için en uygun güzergâhı belirleyerek toplam iletim hızını maksimize etmektedir. Çalışmanın ikinci kısmında İHABİ, sabit yükseklikte harekete ederek hareketli kullanıcılara hizmet sağlamaktadır. Kullanıcılar belirli bir örüntüyü takip ederek hareketini gerçekleştirmektedir. Bu koşullar altında İHABİ için minimumun maksimizasyonu ve maksimizasyon problemleri ele alınarak, ilgili problem için İHABİ'ye uygun güzergâh aranmaktadır. Problemimizde değişen ağ topolojisi sebebiyle Derin Q-Öğrenmesi (ing. Deep Q-Learning, DQN) algoritmasından yararlanılmıştır. Simülasyon sonuçları, minimumun maksimizasyonu probleminde İHABİ'nin kullanıcılara olan mesafesini dengeleyerek adil bir hizmet sağlamaya çalıştığını, maksimizasyon probleminde ise İHABİ'nin kullanıcıların fazla olduğu yerlere uğrayarak toplam hizmet miktarını maksimize etmeye çalıştığını göstermektedir.
Polinom optimizasyonu ile bir nonlineer dinamik sistemsınıfı için nonlineer gözleyici tasarımı
Bu tezde, durum tahmin problemleri için Kareler Toplamı (SOS), Lineer Matriks Eşitsizlikler (LMI) ve Yarı Kesin Programlama (SDP) araçları kullanılarak polinom tipi terimlere sahip doğrusal olmayan dinamik sistemler için doğrusal olmayan gözlemci tasarım problemi incelenmiştir. İlk olarak, kararlılık analizi problemleri bu çalışmada sıklıkla kullanılan optimizasyon bağlamında ele alınmıştır. Bir Lyapunov fonksiyonu, analiz problemini LMI terimlerini, lineer eşitliklerini içeren ve MOSEK, PENLAB ve SEDUMI gibi koni çözücülerle çözülebilen bir optimizasyon problemi olarak formüle etmeye uygun bir şekilde parametreleştirilir. Mevcut araçlar, optimizasyon problemini bir koni çözücü tarafından çözülebilecek bir biçimde yapılandırmak için kullanılır. Bu formdaki problem, eşitsizliklerin dışbükeyliği ve lineer eşitlik kısıtlamaları nedeniyle bir dışbükey optimizasyon problemi olduğundan, bu problem güvenilir bir şekilde çözülebilir. Analiz problemini bir optimizasyon problemi olarak ifade etmek için kullanılan araçlar ile, aynı teknikler, girdi-durum kararlılığı (ISS) analiz problemi ifadesine uygulanır. ISS-Lyapunov fonksiyonuna uygulanan kısıtlamalar kullanılarak, bu analiz problemi de asimptotik kararlılık problemlerine benzer bir şekilde formüle edilebilir. ISS analiz problemi, gözlemcinin bir ISS-Lyapunov işlevine dayatılan kısıtlamalara benzer kısıtlamaları karşılaması gerektiğinden, gözlemci sentez problemi ile ISS analiz problemi arasında bir bağlantı olduğu için, bu çalışmayla ilgilidir. Gözlemci sentez problemi, bu yeni problemdeki bozucu sinyalin, durum tahmini terimleri olduğu, bozucu bastırımı isterleri ile doğrusal olmayan bir kontrol tasarım problemi olarak doğrudan formüle edilebilir. Bunu kullanarak, problem, çift doğrusal terimlere sahip bir optimizasyon problemi olarak ifade edilebilir. Bu optimizasyon probleminde bulunan yapı nedeniyle, optimizasyon problemi algoritmaları aracılığıyla türev alma kullanılarak, doğrusal olmayan bir gözlemcinin parametreleri optimize edilebilir. Bu işlemin ifade edilmesi ve uygulanması sistematiktir. Çalışmanın sonuçları verilmiş ve dışbükey optimizasyon algoritmaları kullanılarak kararlılık sertifikaları oluşturulmuştur.
Aldatma saldırısı tespiti ve aldatmaya karşı önlem için kalman filtresi tasarımı
Küresel konumlama sistemleri (KKS) ölçümlerinin konumlama çözümlerinde kullanılmasının yaygınlaşması ve özellikle otonom araç navigasyonunun temelini oluşturmasıyla, bu sistemlerden alınan ölçüm doğruluklarının önemi artmıştır. Öte yandan, aldatma saldırıları ile KKS alıcılarının gerçekten farklı konumlama çözümü elde edip aldanmasının sağlanması üzerine uygulamalar da son yıllarda yaygınlaşmaya başlamıştır. Dolayısıyla, KKS alıcıları içerisinde, olası aldatma saldırılarına karşı tespit ve karşı tedbir algoritmalarının eklenmesi oldukça kritik önem taşımaktadır. Aldatma tespit ve aldatmaya karşı önlem için KKS alıcıları içerisinde geliştirilen pek çok farklı yöntem bulunmakta olup, bu yöntemler alıcı yapısının farklı kısımlarına kullanılmak üzere önerilmektedir. Bu çalışma kapsamında, günümüzde aktif olarak küresel konumlama hizmeti sunan GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou sistemleri ile konumlama çözümü üreten, hareketli bir araç üzerindeki KKS alıcısı içerisinde, aldatma tespiti ve aldatmaya karşı tedbir amacıyla kullanılmak üzere Kalman filtresi tasarımı sunulmaktadır. Önerilen bu filtre, KKS alıcısının farklı konumlama sistemlerinden aldığı sinyaller ile konumlama çözümü ürettikten sonra, nihai pozisyon çözümünü sunmadan hemen önceki navigasyon bloğunda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Çalışmaların ilk bölümünde tasarlanan algoritma, farklı KKS ölçümleri artıklık hesaplarının karşılaştırılması yöntemini esas alarak aldatma tespiti yapmakta, ardından aldatma olmayan sistem ölçümlerini kullanarak konumlama çözümü üretmeye devam etmektedir. Bu algoritmaya ek olarak, çalışmaların ikinci bölümünde, KKS alıcısının içerisine entegre edilecek bir ivmeölçer ile konumlama çözümleri üretilmesi modellenmiştir. Bu çözümlerle artıklık hesaplarının da KKS artıklıkları ile karşılaştırılması algoritmaya dahil edilmiştir. İvmeölçerin de sisteme entegre edilmesi ile olası aldatma senaryolarının sayısının arttırılması sağlanmıştır. Tasarlanan filtrenin başarımı Monte-Carlo simülasyonları ile test edilmiştir. Farklı aldatma yörüngeleri oluşturularak, bu yörüngelerde aldatma saldırılarının uygulanabileceği olası tüm senaryolar altında filtrenin performansı yüzde tespit başarımı ve tespit süresi cinsinden incelenmiştir. Oluşturulan aldatma yörüngeleri için, uygulanan aldatma senaryolarındaki baskın ve resesif olan KKS'lerin pozisyon doğrulukları ile tespit süreleri arasındaki ilişki açıklanmıştır. Son olarak, filtrenin aldatma tespiti yapmak için kullandığı eşik değerinin farklı seviyeler için test edilmesi ile alıcı çalışma karakteristiği eğrileri çizdirilmiş, bu eğrilerin altında kalan alanların hesaplanması ile filtrenin farklı aldatma yörüngelerindeki başarımları verilmiştir.
NOMA tabanlı çoklu erişimde kullanıcı çizelgeleme ve yol atama tekniklerinin geliştirilmesi
Kablosuz haberleşmede, ağlarda kullanıcı düğümlerin birbirlerine iletim yapabilmelerini, belirli sürede çok sayıda paketin iletilmesini sağlayacak yöntemlerin geliştirilmesi incelenmiştir. Dik Olmayan Çoklu Erişim (NOMA) ve Ardışık Girişim Çıkarımı (SIC) ağlarda kullanımına yeni bir makine öğrenmesi yöntemi olan Q-öğrenmenin dahil edilmesi ile kullanıcılar arasındaki iletişimin verimliliğinin analizi yapılmıştır. Sonuçlara göre, Q-öğrenmenin kullanıldığı yöntem en çok paket sayısını iletmeyi başarmıştır. Kablosuz ağlarda sistem çıktısı optimizasyonu için çizelgeleme ve çok-yollu yönlendirme çalışılmıştır. Literatürdeki çalışmalardan farklı olarak, modelimiz, iletici düğümlerin güç alanında Dikgen Olmayan Çoklu Erişim (Non-Orthogonal Multiple Access- NOMA) ile çoklama yapmakta ve de alıcılarda Ardışık Girişim Çıkarımı (Successive Interference Cancellation- SIC) kullanarak iletimlerin gerçekleşmesini sağlamaktadır. Düğümlerin iletim güçlerinin sabit olduğu varsayılmıştır. NOMA (bir iletici ve iki alıcı) ya da SIC (iki iletici ve bir alıcı) uygulayabilen üç düğümlü birleşik bağlara ek olarak tek bağlar (bir iletici ve bir alıcı) oluşturulmuştur. Bağlar, uçtan uca akış hızlarının ağırlıklı toplamının optimizasyonu için zamanda çakışmayacak şekilde çizelgelenmiştir. Başarımdaki gelişme, NOMA ve SIC eklenerek test edilmiştir. Sayısal sonuçlar, NOMA ve SIC ile ağırlıklı toplam hızda neredeyse eşit ve belirgin iyileşme (25-30%) olduğunu göstermektedir. Tüm akışların kaynağının aynı olduğu bir durum incelenmiştir. Bu durumda, NOMA'nın kullanılması 65-70% iyileşme sağlamış, SIC'nin kullanılması etkisiz olmuştur. Son olarak, Ardışık Girişim Çıkarımı (Successive Interference Cancellation- SIC) tabanlı dağıtık kablosuz tasarsız bir ağda birleşik optimal yönlendirme ve en kısa sürede çizelgeleme çalışılmıştır. En iyi çözüm, SIC kullanılan bir ağda, verilen bir akış hızında, çizelgeleme için gereken en az zaman dilimi sayısını bulmaktadır. SIC kullanan optimal çözümün performansı, girişimin gürültü olarak kullanıldığı durumla karşılaştırılmaktadır. Sonuçlara göre, SIC kullanan optimal çözüm, SIC kullanmayan optimal çözümün performansına kıyasla daha belirgin bir iyileşme göstermiştir.
İnsansız hava araçlarına monteli akıllı yüzey kullanan milimetrik dalga bandı haberleşmesinde çizelgeleme yöntemlerinin geliştirilmesi
Son yıllarda, veri hızı taleplerinin ve kullanıcı sayısının artmasıyla birlikte haberleşme alanındaki çalışmalar, beşinci nesil (5G) teknolojiler ve ötesine odaklanmıştır. Milimetrik dalga frekanslarında iletişim kurma, 5G ve daha gelişmiş teknolojiler için hedeflenen veri hızı ve kapasite sorunlarına çözümler sunabilecek tekniklerden biridir. Ayrıca, insansız hava araçlarının (İHA), doğal afetler ve kamu güvenliği gibi durumlarda iletişim amaçlı kullanımı yaygınlaşmaktadır. İHA'ların yüksek irtifalara çıkabilme ve kolayca konuşlandırılabilme yetenekleri sayesinde İHA'lar acil durumlarda kullanılabilmeleriyle öne çıkmaktadırlar. Bunun yanı sıra, beşinci nesil ve daha gelişmiş teknolojiler için yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin (RIS) kullanılması da önerilmektedir. RIS, sinyalin fazını ayarlayarak sinyali belirli bir noktaya yönlendirebilen pasif elemanlardan oluşur. İHA üzerine yerleştirilen bir RIS sayesinde, baz istasyonundan alınan sinyallerin gönderileceği yönler ayarlanabilir. İHA-RIS kombinasyonunun kullanılmasıyla, milimetrik dalga iletişimindeki çeşitli zorlukların üstesinden gelinebilir. Baz istasyonu için hibrit hüzme şekillendirme tekniği kullanılacaktır. Hibrit hüzme şekillendirme, analog hüzme şekillendirme için Ayrık Fourier Dönüşümü (Discrete Fourier Transform - DFT) kod çizelgesi tabanlı iletim hüzme şekillendirme yöntemi ve dijital hüzme şekillendirme için sıfır zorlamalı (Zero-Forcing - ZF) iletim hüzme oluşturma tekniğinin birlikte kullanılmasını içerir. Ayrıca, RIS elemanlarının faz kaymaları, DFT tabanlı kod kitapçığı optimizasyonu ve alternatif optimizasyon teknikleriyle eniyilenmiştir. Kullanıcıların adil bir şekilde planlanabilmesi için girişim duyarlı adil orantılı çizelgeleme algoritması geliştirilmiştir. RIS kullanımının performansa etkisi, adil çizelgeleme ve hibrit hüzmeleme yöntemlerinin performansları çeşitli karşılaştırmalarla incelenmiştir.
6G uygulamaları için terahertz dalgaboyu altı sınırlı dalga kılavuzlarının en iyilenmesi
6G ve ötesi uygulamalarının etkin bir şekilde kullanımı için terahertz frekans bandının büyük miktarda boş bant genişliğine sahip olması, düşük gecikmeyle saniyede terabit seviyesinde veri paylaşabilecek olması gibi özellikleriyle kullanılabilir hale getirilmesi önem arz etmektedir. Terahertz frekans bandının bu benzersiz özelliklerinden faydalanmak için terahertz entegre devrelerin geliştirilmesine ve bir terahertz entegre devrede aktif elemanların birbirine bağlantısını sağlayacak olan terahertz frekanslarında en iyi performansa sahip terahertz pasif devre elemanlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda, daha önce mikrodalga ve düşük terahertz frekanslarında iyi performans gösteren iki tarafında oluklara sahip olan ve dielektrik tabanın (substrat) üzerinde bulunan metalden oluşan, Yapay Yüzey Plasmon Polariton bazlı devreler gerçek terahertz frekansları için de iyi performans göstereceği ön görülmektedir. Bu tezde yapılan çalışmalar, gerçek terahertz frekanslarında Yapay Yüzey Plasmon Polariton olgusunu kullanarak dalga kılavuzu, faz kaydırıcı ve güç bölücü gibi pasif devre elemanlarının tasarımı, bu devrelerin en iyilenmesi ve devrelerin en iyilenmesi için evrensel bir yöntem geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu amaçla, öncelikle eş düzlemsel dalga kılavuzlarından Yapay Yüzey Plasmon Polariton devrelerine geçişi en az kayıpla sağlayacak geçiş devreleri 1 THz frekansında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Geçiş devrelerinin tasarımında empedans uyumlamasına ve mod çevrimine dikkat edilmiştir. Ardından, farklı fiziksel boyutlara sahip devrelerin ışınım, iletken ve dielektrik kayıp analizleri simülasyon programlarından yararlanılarak yapılmıştır. Bu kayıp analizleri devrelerin en iyilenmesi amacıyla kullanılmış ve 1 THz frekansında en iyi performansla çalışan Yapay Yüzey Plasmon Polariton devreleri elde edilmiştir. En iyilenen devreler için efektif dalga kılavuzuna, dolayısıyla da kılavuzlanmış dalga boyuna bağlı model geliştirilmiştir. Bu sayede diğer frekanslarda da en iyi performansla çalışan Yapay Yüzey Plasmon Polariton devrelerinin fiziksel boyutları tespit edilmiştir. Yapılan bu tasarımlar tek bir katmanla kolaylıkla üretilebilir olup üretim adımları bu doğrultuda optimize edilmiştir. Tasarımlar ölçüm için gerekli olan yapılar eklenerek optimize edilmiş üretim adımlarıyla gerçeklenmiştir. Üretilen yapıların ölçümü kalibrasyon uygulanarak tamamlanmış ve tasarımlar teyit edilmek üzere simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bu çalışmalara ek olarak 0.3 THz frekansında çalışan Yapay Yüzey Plasmon Polariton devreleri tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu yapılar ile 0.3 THz frekansında en iyi birim uzunluk başına kayıp (dB/mm) ve kayıp başına derece (°/dB) sonuçları elde edilmiştir.
Multirotor sistemlerde doğrusal ve doğrusal olmayan denetleyici tasarımı ile hata toleranslı sistemlerin incelenmesi
İnsansız Hava Araçlarının (İHA) kullanım alanı her geçen gün artmaktadır. Özellikle quadrotorlar güvenlik, trafik gözetimi, doğal risk yönetimi, çevresel keşif, tarım ve askeri gibi çok çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır. Ancak quadrotorlarda motor arızaları, sensör arızaları veya haberleşme arızaları oluşabilmekte ve hem araçlarda ciddi kazalara hem de çevrenin zarar görmesine neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, bir quadrotor için arıza veya bozucu dış etkenler durumunda güvenilirliğini ve kararlılığını artırmak için hataya, gürültüye dayanıklı bir kontrolör tasarımı geliştirmeyi amaçlamaktadır. Quadrotorun durum uzay denklemlerinin çıkarımı için serbest uzayda x,y,z koordinat sisteminden yola çıkarak hareket denklemleri çıkarılmıştır. Bu hareketlerde dört rotorlu sistemin yalpa, yunuslama, sapma ve irtifa hareketlerinin matematiksek denklemleri tanımlanmıştır. Tanımlanan denklemlerin Matlab Simulink'te tasarımları yapılarak sistem benzetimleri yapılmıştır. Sistemin kontrolü için doğrusal ve doğrusal olmayan denetleyici geliştirilmiştir. Ilk olarak geleneksel PID geribeslemeli kontrol sistemi önerilmiştir. Kendi belirlediğimiz kazanç katsayıları ile yapılan analizlerde denetleyici, kısıtlamalar altında belirli oranda hataları düzeltme ve giriş referans sinyalini takip etme yeteneğine sahiptir. Simulink PID bloğu ile kazanç katsayıları tekrar belirlenmiştir ve farklı referans sinyallere karşılık sistemin yalpa, yunuslama, sapma ve irtifa hareketlerinin çıktıları incelenmiştir. PID bloğu ile yapılan analizlerde daha iyi sonuçlar alınmış olsa da irtifa hareketi için kendi belirlediğimiz kazanç değerlerinde sistemin daha kararlı olduğu gözlemlenmiştir. Doğrusal olmayan denetleyici yöntemleri ile quadrotor gibi çok dinamikleri olan karmaşık sistemlerde uçuş güvenliği açısından daha kararlı çıktılar alınabilmektedir. Bu sebepten tez çalışmasında irtifa hareketi için bir geri adımlamalı denetleyici tasarımı yapılarak, sonuçlar geleneksel PID denetleyicili sistemin sonuçları ile kıyaslanmıştır. Doğrusal olmayan denetleyicili sistem referans sinyali takip etme ve bozucu etkilere karşı sistemin kararlılığını kontrol edebilmesi açısından daha gürbüz sonuçlar verdiği görülmüştür. PID denetleyici değerlerini ayarladığımızda daha iyi durum yanıtları elde edebiliriz ancak sistemin referans takibinin oturma süresi uzamıştır. Giriş sinyali farklı formlarda sisteme verilerek quadrotorun serbest uzaydaki hareketi gözlemlenmiş ve yorumlanmıştır. Literatüde diğer çalışmalardan farklı olarak, doğrusal olamayan çok giriş ve çok çıkışlara sahip olan sistem, giriş – çıkış ölçüm metodu ile doğrusal bir sistem gibi düşünülmüş ve irtifa hareketi transfer fonksiyonu çıkartılmıştır. Bu fonksiyondan Kalman Filtresi tasarımı yapılarak sonuçlar incelenmiştir. Nitekim, tasarlanan filtre ile sistemin durum tahmini sadece giriş ve çıkıştan alınan sinyaller ile yapılmış ve sistem çıkışında daha gürültüsüz bir sinyal alınmıştır. Sonuç olarak, doğrusal olmayan kontrol metodlarından biri olan geri adımlamalı kontrol ile doğrusal kontrol metodlarına kıyasla daha kararlı çıktılar alınmış ve sistem durumu filtre kullanılarak tahmin edilmiş ve sistem bozucularının etkisi en aza indirilmiştir.
Şebeke oluşturan eviricilerin modellenmesi ve farklı kontrolcü yaklaşımları altında analizi
Yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye entegrasyonu, çevresel endişeler ve teknolojideki ilerlemelerle birlikte son on yıllarda önemli bir büyüme göstermiştir. Fotovoltaik (PV) ve rüzgar tabanlı sistemler, şebekeye bağlanmak için eviricilere güvenen bu geçişte önemli oyunculardır. Bu tür kaynaklar, inverter tabanlı kaynaklar (IBR) olarak bilinir ve çevresel faydalar sağlamakla birlikte sistem ataleti, akım sınırlaması ve gerilim ile frekans kontrolü gibi teknik zorluklar da sunar. Bu zorlukların üstesinden gelmek, yenilenebilir enerjinin artan penetrasyonu karşısında modern güç sistemlerinin güvenilirliğini ve istikrarını sağlamak için kritik öneme sahiptir. Şebeke oluşturan (GFM) ve şebeke takip eden (GFL) kontrol metodolojileri, IBR'lerde bu zorlukları aşmak için kullanılan iki önemli yaklaşımdır. GFM inverterler, modern güç sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonunu kolaylaştıran ve şebeke istikrarını sağlayan temel bileşenler olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez, çeşitli kontrol yaklaşımları altında şebeke oluşturan eviricilerin modellenmesi ve analizi üzerine odaklanarak, bu sistemlerin geliştirilen kontrol yöntemleri ile performanslarını optimize etmeyi amaçlamaktadır. Mevcut çalışmalarda, şebeke oluşturan inverterlerin prensiplerine dair içgörüler sunularak, sistemin istikrarı ve güvenilirliğini sağlamak için doğru modelleme ve kontrol stratejilerinin önemi vurgulanmaktadır. Dönüştürücü topolojisi, kontrol algoritmaları ve şebeke dinamikleri gibi faktörler göz önünde bulundurularak farklı modelleme yaklaşımları değerlendirilmektedir. Gerilim kontrolü, frekans kontrolü ve droop kontrolü gibi kontrol yaklaşımları detaylı bir şekilde incelenmiş, bu yaklaşımların istikrar, geçici yanıt ve şebeke desteği üzerindeki etkilerine vurgu yapılmıştır. MATLAB-Simulink kullanılarak yapılan simülasyon çalışmaları, doğrusal kuadratik düzenleyici (LQR) gibi optimal kontrol stratejileri altında şebeke oluşturan inverterlerin performansını analiz etmek için gerçekleştirilmiştir; istikrar, frekans düzenlemesi ve şebeke senkronizasyonu gibi temel metrikler değerlendirilmiştir. Bu tez çalışması, GFM inverter tasarımı ve yenilenebilir enerji sistemlerindeki uygulamasının optimize edilmesi için değerli bir rehber niteliğinde olup şebeke güvenilirliğinin artırılmasına ve daha fazla yenilenebilir enerji entegrasyonuna zemin hazırlamaktadır.
Müşterek radar ve haberleşme sistemleri
Son yıllarda kablosuz haberleşme alanındaki hem askeri hem de sivil ürünlerin çeşitlenmesiyle birlikte frekans spektrumu yoğunlaşmıştır. Bu durum, haberleşme ağı sağlayıcılarını diğer kullanım konseptlerine atanmış frekans bantlarının değerlendirilmesine yönlendirmiştir. Radar bandı, geniş spektrumu ve ortak kullanıma uygun yapısı ile öne çıkmaktadır. Günümüzde 10 GHz ve altındaki radar bantlarının 5G yeni radyo (NR), Uzun Vadeli Evrim (LTE) ve Kablosuz Bağlantı Güvenliği (Wi-Fi) gibi sistemlerle ortak kullanımı yaygın hale gelmiş olup, gelecekte 6G sistemleri için milimetre dalga bantlarının radar sistemleriyle paylaşımı gündemdedir. Ancak, bu ortak kullanım frekans spektrumu yoğunluğunu azaltmak için uygun bir çözüm gibi görünse de enterferans yönetimi gibi teknik zorlukları da beraberinde getirmektedir. Entegre algılama ve haberleşme (ISAC) sistemleri, radar ve haberleşme işlevlerini birleştirerek aynı RF sinyali üzerinden hem algılama hem de haberleşme yapılmasını mümkün kılan yeni bir konsept olarak öne çıkmaktadır. ISAC, hücresel ağlardan insansız hava aracı (İHA) ağlarına, Wi-Fi ağlarından askeri haberleşme sistemlerine kadar geniş bir uygulama alanı sunmaktadır. Bu tez çalışmada ISAC konsepti için hem algılama hem de haberleşme işlevlerine uygun dalga biçimleri incelenmiştir. Bu kapsamda darbe içi cıvıltı, ikili faz ve Zadoff-Chu modülasyonlu, radar dalga biçimleri kullanılarak hem algılama hem de haberleşme fonksiyonlarını uygulamak üzere analizler gerçekleştirilmiştir. Radar alıcısında menzil ve hız tahmini performansı artırmak amacıyla yeni bir teknik önerilmiş, radar sinyali haberleşme sembolleri içerdiğinde ve içermediğinde performans analizleri yapılmıştır. Ayrıca, haberleşme alıcısında sembol hata oranı değerlendirilmiştir. Ardından, ISAC konseptinin uygulandığı bir kullanım durumu olarak hava savunma ağ yapısı ele alınmıştır. Modern hava tehditleri, yüksek hız, üstün manevra kabiliyeti, gelişmiş aviyonik ekipmanlar, bireysel ve koordineli elektronik harp kabiliyetleri ve düşük radar kesit alanı gibi hava savunma sistemlerinin tespit ve angajman kabiliyetlerini sınırlayan özelliklere sahiptir. Bu teknolojik gelişmeler, hava savunma sistemlerinde daha geniş kapsama alanı, müşterek operasyonlar, gelişmiş algılayıcı sistemleri, sensör füzyonu, elektronik harp tekniklerine karşı koruma ve bölgesel hava savunma sistemlerinin merkezi komuta kontrol sistemleriyle etkin haberleşme gibi yeteneklerin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu durum, tehditlerin evrilen kabiliyetleriyle birlikte savunulan bölgeler için tehlike alanlarının genişlemesini ve dolayısıyla hava savunma sistemlerinin menzilinin artırılmasını zorunlu kılmıştır. Bu kapsamda, bir hava savunma sistemi için korunan bölgeyi tarayan radarların sayısının artırılması ve bu radarların kaynakları etkin bir şekilde kullanmasını sağlayacak bir strateji planlaması gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında darbe içi cıvıltı modülasyonu kullanılarak oluşturulan ISAC dalga biçimi kullanan bir müşterek radar ve haberleşme ağ yapısında kaynak tahsisi problemi ele alınmıştır.
Zaman alanı terahertz fiber üstü radyo uygulamaları için yonga üstü fotonik bileşenlerin ileri tasarım yöntemleri ile geliştirilmesi
Terahertz (THz) bandı, elektromanyetik spektrumda mikrodalga ve optik frekans bantları arasında yer almakta olup, tipik olarak 0.1 ila 10 THz arasındaki frekansları kapsamaktadır. Özellikle 100 GHz'in üzerindeki THz frekanslarında elde edilen geniş bant genişlikleri, geleceğin kablosuz haberleşme sistemleri için büyük bir ilgi odağı haline gelmiştir. Bu bantlar, terabitler seviyesinde veri iletim hızları sunarak, milimetre dalga tabanlı kablosuz sistemlerden yaklaşık yüz kat daha yüksek aktarım hızlarına ulaşılmasını mümkün kılmaktadır. Ancak, THz frekanslarının sunduğu avantajlardan tam anlamıyla yararlanabilmek için, geniş çalışma bant genişliğine ve yüksek güç seviyelerine sahip yüksek performanslı terahertz kaynakları ve algılayıcıların geliştirilmesi önemli bir araştırma problemi olarak varlığını sürdürmektedir. THz dalgalarının üretilmesinde fotoiletim yöntemi, doğrusal olmayan optik süreçlere kıyasla çok daha yüksek güç verimliliği sunmakta olup, teorik olarak %100 verime ulaşma potansiyeline sahiptir. Ancak, bu yöntemin etkin bir şekilde kullanılabilmesi için, üretilen THz sinyallerinin faz, genlik, uzak alan profili ve hüzme yönlendirme açısı gibi temel parametrelerinin yüksek verimlilik ve hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu kontrolün, ultrakısa optik darbelerin fotoiletken antenlerin aktif bölgelerine ulaşmadan önce, optik darbeleri ilgili işlemleri yerine getirecek şekilde uyaran yonga üstü fotonik mimari sayesinde en yüksek performans ve ölçeklenebilirlikle sağlanabileceği öngörülmektedir. Bu doğrultuda, terahertz sinyal yayılımında kritik bir rol oynayan ultrakısa optik darbelerin (özellikle 100 femtosaniye altı) çok kanallı fotonik mimari içerisinde bozulmadan ilerleyebilmesi ve farklı kanallar arasında gecikme süresi üzerinde hassas ayarlamalar yapılabilmesi, fotonik entegre devrelerin zaman alanında yüksek hassasiyet ile tasarlanmasını zorunlu kılmaktadır. Bu kapsamda, yonga üstü optik bağdaştırıcılar, zaman alanı gecikme hatları, güç bölücüler, yansıtıcılar, optik kıvrımlar (bends), geçiş bölgeleri, mod dönüştürücüler ve ışık yönlendiriciler gibi kilit bileşenlerin ultrakısa darbelerin spektral ve zamansal bütünlüğünü koruyacak şekilde optimize edilmesi, yeni optimizasyon yöntemlerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, terahertz zaman-alanı hüzme yönlendirmeli fotoiletken anten dizisi için fotonik mimari bileşenleri belirlenerek hibrit terahertz-fotonik mimarisi oluşturulmuş; bu bileşenlerin ultrahızlı darbeler odaklı tasarımı, farklı malzeme platformlarında ve terahertz fotoiletken antenleri ile hibrit olarak üretimi, ayrıca hem zaman alanı hem de frekans alanı karakterizasyonu konuları incelenmiştir. Tezin ilk bölümünde terahertz entegre fotonik sistemlere genel bir giriş yapıldıktan sonra ikinci kısımda yüksek dispersiyon profiline sahip fotonik dalga kılavuzlarında ultrahızlı darbe yayılımı ve zaman alanı dinamikleri ele alınmıştır. Bu kapsamda, ultra hızlı darbelerle gerçek zamanlı gecikme hatları ve hüzme yönlendirme uygulamalarının verimli bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için, gecikme hatlarının yapısal parametrelerinin yüksek tepe gücü, gelişmiş zamansal çözünürlük ve uzatılmış darbe depolama süresi gibi kritik performans metrikleri üzerindeki etkileri incelenmiş ve uygulamaya özel optimum tasarımlar elde edilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde, hüzme yönlendirme uygulamalarında kullanılacak dispersif fotonik dalga kılavuzlarının, çok kanallı fotonik mimarilerde daha ölçeklenebilir şekilde çalışmasını sağlamak amacıyla, kristal kafes yapıları ve grup indis profilleriyle uyumlu optik güç bölücüler, grup indis geçiş bölgeleri, optik kıvrımlar ve yansıtıcıların tasarımı ele alınmıştır. Bu bileşenlerin düşük kayıplı, geniş bantlı ve Bloch mod profillerini koruyacak şekilde optimize edilmesi için ileri tasarım yöntemleri kullanılarak en uygun topolojiler elde edilmiştir. Ayrıca, benzer ileri tasarım yaklaşımları, özellikle silisyum nitrür tabanlı gerçek zamanlı gecikme hatlarında karşılaşılan sorunların çözümüne yönelik olarak da gösterilmiştir. Tezin dördüncü bölümünde, silikon ve silikon nitrür tabanlı fotonik mimarilerin sırasıyla 100 ve 150 nm seviyesinde hassasiyetle üretim adımları detaylandırılmış ve bu yapıların terahertz fotoiletken antenlerle hibrit entegrasyonu ele alınmıştır. Ardından, frekans ve zaman alanı ölçüm süreçleri kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. İlk olarak, önceki bölümlerde ifade edilen fotonik bileşenlerin frekans alanı karakterizasyonu nasıl gerçekleştirildiği ve ölçüm verilerinin analizine yönelik metodolojiler açıklanmıştır. Daha sonra, zaman alanı ölçümleri, geleneksel sürekli dalga (CW) fotonik ölçümlerinden elde edilen verilerle Sonlu Darbe Tepkisi (FIR) modeli kullanılarak, tasarlanan yapıların ultrahızlı darbeler altındaki performansının deneysel olarak nasıl doğrulandığı ifade edilmiştir. Önerilen yöntemler ve tasarımlar, yalnızca terahertz dalga formu üretimi ile sınırlı kalmayıp, fotonik nöromorfik hesaplama, fotonik sinir ağları, fotonik LiDAR ve kuantum fotonik gibi birçok ileri teknoloji alanında da önemli bir potansiyel sunmaktadır.
Yonga üstü uygulamalar için tümleşik fotonik ızgara bağdaştırıcıların tasarımı ve eniyilenmesi
Tümleşik fotonik, optik bileşenlerin tek bir çip üzerinde bütünleştirilmesine olanak tanıyan devrim niteliğinde bir teknoloji olarak öne çıkmaktadır. Bu ilerleme, telekomünikasyon, biyomedikal algılama, kuantum bilişim ve hassas ölçüm sistemleri gibi birçok alanda önemli gelişmelere katkı sağlamıştır. Geleneksel elektronik devrelerden farklı olarak, tümleşik fotonik ışığı bilgi taşıma ve işleme amacıyla kullanarak geniş bant genişliği, ultra yüksek veri aktarım hızı ve düşük güç tüketimi gibi avantajlar sunmaktadır. Ancak, tümleşik fotonik sistemlerde karşılaşılan en büyük zorluklardan biri, optik fiberler ile çip üzerindeki dalga kılavuzları arasında ışığın verimli bir şekilde bağdaştırılmasıdır. Optik iletişim ve algılama uygulamalarında kullanılan standart optik fiberlerin çekirdek çapı yaklaşık 10 μm iken, çip üzerindeki fotonik dalga kılavuzları genellikle 1 μm'den daha küçük boyutlara sahiptir. İki arayüz arasındaki bu önemli boyut farkı, bağdaştırma kayıplarına ve mod uyumsuzluklarına neden olarak tümleşik fotonik cihazların verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Bu sorunu çözmek amacıyla çeşitli bağdaştırıcı teknikleri geliştirilmiş olup, en yaygın kullanılan yöntemler ızgara bağdaştırıcılar (grating coupler) ve kenar bağdaştırıcılardır (edge coupler). Izgara bağdaştırıcılar, gelen ışığı kırınım temelli bir yapı aracılığıyla dalga kılavuzuna yönlendirerek dikey bağdaştırma mekanizması sağlar. Bu yöntem, hizalama toleranslarının daha esnek olması, yonga (wafer) seviyesinde test edilebilmesi ve kompakt bir tasarıma sahip olması gibi avantajlar sunarak yüksek yoğunluklu tümleşik fotonik sistemler için cazip bir seçenek haline gelmektedir. Kenar bağdaştırıcıların bağdaştırma verimlilikleri daha yüksek olmasına rağmen, yüksek hassasiyet gerektiren üretim süreçleri ve yonga üstüne ışığı hizalamadaki hassasiyetin önemi gibi zorluklar nedeniyle uygulamada daha karmaşık hale gelmektedir. Tümleşik fotonik platformlarında en yaygın kullanılan malzemeler silisyum (Si) ve silisyum nitrür (SiN)'dür. Yüksek kırılma indisi kontrastına sahip silisyum fotoniği, güçlü optik alan hapsi sağlarken, CMOS (Bütünleyici Metal Oksit Yarı İletken) üretim süreçleri ile tam uyumluluğu sayesinde büyük ölçekli entegrasyon için uygun bir platform sunar. SiN ise düşük yayılım kayıpları ve geniş spektral çalışma aralığı sayesinde özellikle doğrusal olmayan optik uygulamalar ve kuantum bilişim için avantaj sağlamaktadır. Literatürdeki çalışmalar çoğunlukla tek bir malzemeye odaklanırken, bu tezde hem Si hem de SiN kullanılarak 1550 nm dalga boyu için optimize edilmiş ızgara bağdaştırıcı tasarımları önerilmektedir. Bu çalışma, ızgara periyodu, aşındırma derinliği ve bağdaştırma açısı gibi yapısal parametreleri optimize ederek bağdaştırma verimliliğini artırmayı ve kompakt bir tasarım sağlamayı hedeflemektedir. Önerilen tasarımlar, fiberden çip üzerine ışık bağdaştırma sürecinin performansını iyileştirerek tümleşik fotonik teknolojilerinin daha geniş bir uygulama alanına yayılmasına katkıda bulunacaktır.
GNSS için almaç bağımsız bütünlük izleme tabanlı en küçük kareler , genişletilmiş kalman filtresi ve kokusuz kalman filtresi yaklaşımlarının kıyaslanması
Küresel Seyrüsefer Uydu Sistemi (İng. Global Navigation Satellite System - GNSS) konumlandırma doğruluğu ve bu sisteme olan güven başta hayat-kritik uygulamalar olmak üzere havacılık ve savunma endüstrisi gibi sektörlerde büyük bir öneme sahiptir. Konum doğruluğunu artırmak ve sisteme olan güveni iyileştirmek için kullanılan farklı yöntemlerden birisi de Almaç Bağımsız Bütünlük İzleme (İng. Receiver Autonomous Integrity Monitoring - RAIM) yöntemidir. Bu yöntem ile hata tespiti ve bütünlüğün sağlanması dışarıdan herhangi bir kaynağa bağlı kalmadan gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışma kapsamında En Küçük Kareler (İng. Least Square - LS), Genişletilmiş Kalman Filtresi (İng. Extended Kalman Filter - EKF) ve Kokusuz Kalman Filtresi (Unscented Kalman Filter - UKF) yöntemlerine dayanan 3 farklı RAIM algoritması durağan ve hareketli senaryolar kapsamında farklı hata modellerine maruz bırakılarak kıyaslanmış ve performans analizleri yapılmıştır. Gerçek veriler ve simülatör tabanlı veriler kullanılarak bu kıyaslamanın yapılması çalışmanın GNSS ve bütünlük izleme literatürüne olan kayda değer katkısıdır. Çalışma sonucunda LS RAIM yönteminin hem hata tespit dışlama hem de korunma seviyeleri hesaplarındaki başarımı diğer yöntemlere göre öne çıkmaktadır.
Kuantum ve klasik yaklaşımlarlajosephson parametrik kuvvetlendirici geliştirilmesi
Bu çalışmada parametrik yükseltici ve dolanık foton kaynağı rejimi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada hamiltonyen modelini kullanan giriş çıkış kuramı ile standart devre modeli benzetimi arasındaki tutarlılık incelenmiştir. Zaman ve Frekans bazında yapılan E&M analizleri, maske çizimleri ve yonga görüntüleri sunulmuştur. Üretilen cihazların ölçümlerinde kazanç, gürültü sıcaklığı, bant genişliği ve iki mod kuantum korelasyonları gibi parametreler incelenmiştir. Deneysel bulgular ile beklentiler karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Parametrik yükseltici, Dolanıklık, Kriyojenik ölçüm, Tasarım, Benzetim
Transformer tabanlı derin öğrenme modelinin memekanseri görüntülemesinde kullanımı
Bu tez çalışmasında, meme kanserinin mikrodalga görüntüleme yöntemiyle tespiti amacıyla geliştirilen Transformer tabanlı KD-MWINet isimli derin öğrenme modelinin mimarisi ve performansı analiz edilmiştir. KD-MWINet, kompleks değerli saçılan elektrik alan (Es) matrislerini işleyerek tümör bölgelerinin tahmin edilmesini amaçlayan encoder–decoder tabanlı bir sinir ağı mimarisi sunmaktadır. Çalışmada kullanılan veri seti, 1–8 GHz frekans aralığında 1001 frekans noktasında ve 72 anten konumunda oluşturulan tamamen sayısal simülasyon verilerinden meydana gelmiştir. Toplam 10.000 senaryoda tümör sayısı, konumu ve yarıçapı rastgele belirlenmiş, giriş verileri reel ve imajiner bileşenleriyle ayrı kanallara ayrılarak modele sunulmuştur. Çıkışta 64×64 çözünürlüklü tümör tahmin haritaları elde edilmiştir. Eğitim süreci boyunca Adam optimizasyon algoritması ve cosine annealing öğrenme oranı planlayıcısı kullanılmış, model RTX 4090 GPU üzerinde 500 epoch boyunca eğitilmiştir. Değerlendirmede Dice, SSIM, PSNR, IoU, Precision ve Recall gibi metrikler kullanılmıştır. Sonuçlar, geliştirilen yapının doğruluk ve genelleme açısından güçlü bir performans sergilediğini, küçük tümörlerin segmentasyonunda literatürdeki benzer yöntemlerle rekabet edebilir seviyeye ulaştığını göstermiştir. Çalışma, mikrodalga görüntülemede kompleks değerli verilerle çalışan derin öğrenme mimarilerinin etkinliğini ortaya koyarak, bu alanın klinik uygulamalarına yönelik önemli bir adım sunmaktadır.
İnsansız hava araçlarının kablosuz şarjı için katlanabilir bobin tasarımı
Bu tez çalışmasında, insansız hava araçları (İHA) kablosuz şarjı için iki farklı bobin tasarımı yapılmıştır. İHA'lar uzun süreli çalışması gereken uygulamalarda, batarya kapasitesinin düşük olması nedeniyle bataryalarının bir insan tarafından sürekli olarak değiştirilmesi gerekmektedir. Kablosuz güç aktarımı (KGA) ile bu sorun ortadan kalkmaktadır. Kablosuz şarj kullanılarak güvenilir, etkili ve otonom bir çözüm sunulabilmektedir. İHA'ların yakın mesafeden kablosuz şarjı için en uygun teknik endüktif güç aktarım (EGA) tekniğidir. Bu tezde, İHA'ların kablosuz olarak şarj edilmesi için sabit düzlemsel ve katlanabilir DDD bobin tasarımları olarak iki farklı bobin tasarımı yapılmıştır. DDD bobin tasarımında EGA, İHA bacakları ve şarj istasyonu üzerine yerleştirilen alıcı ve verici bobinler ile sağlanmaktadır. Alıcı bobinler, İHA üzerinde dengesizlik ve ağırlık yaratmamak için İHA'nın her iki ayağına hafif ve dengeli bir şekilde yerleştirilmektedir. Tasarım iki adet dikey alıcı bobinden ve yere yerleştirilen 3 adet yatay verici bobinden oluşmaktadır. Katlanabilir bobin tasarımında farklı olarak iki hareketli kenar sargısı ve sabit bir orta sargısı olan üç dikdörtgen düzlemsel spiral bobin yer almaktadır. Vericinin katlanır sargıları, iniş sırasında İHA'nın hizalanmama toleransı en düşük olan eksenini de hizalamayı sağlamaktadır ve böylelikle manyetik kuplajı arttırmaktadır. İHA'nın katlanabilir kablosuz şarj sistemi, 138,1 kHz frekansında 100 W çıkış gücü için tasarlanmıştır. Katlanabilir bobin tasarımının deneysel ölçümlerinde, hizalanmış durumda %97,66 verimliliğe kadar ulaşılmıştır. İki tasarımında ayrı ayrı düşey eksendeki yanlış hizalama toleransları incelenmiştir. Katlanır tasarım ile 10 cm'ye kadar dikey yanlış hizalanması için %85,48'in üzerinde verimlilik elde edilmiştir. Ayrıca tasarımların manyetik akı yoğunluğu dağılımı incelenerek manyetik saçılım analiz edilmiştir.
Sıvıların tespiti için mikrodalga sensör tasarımı
Sıvılar, insan yaşamını doğrudan veya dolaylı olarak etkileyen önemli maddelerdir ve çeşitli sektörlerde farklı amaçlarla kullanılmaktadır. Gıda sektöründe sıvıların insan sağlığı üzerindeki kritik etkileri bulunurken, makine endüstrisinde sürtünmeyi azaltan yağlar, makine parçalarının korunmasına ve verimliliğin artmasına olanak tanımaktadır. Özellikle otomotiv alanında, motor yağları motorun etkin çalışması için hayati önem taşımaktadır. Motor yağlarının, motor içindeki aksanların sürtünmeyi azaltan kimyasal özelliği, motor kullanıldıkça azalmaktadır. Bu nedenle motor yağları belirli zamanlarda değiştirilmesi gerekmektedir. Bu tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmaların ilkinde motor yağ ömrü ve seviyesini belirlemek için anten tabanlı bir sensör tasarımı önerilmektedir. Bu çalışmada 2.40 GHz 'de çalışan "Asimetrik Eş-Düzlemsel Şerit Beslemeli Mikroşerit Sensör Anten" tasarlanmıştır. Anten tabanlı sensör ile 0 km ve 10.000 km kullanılmış motor yağı örnekleri üzerinde ölçümler gerçekleştirilmiştir. Önerilen sensör anten motor yağ içerisine 60 mm daldırılarak yapılan ölçümlerde, temiz motor yağı ile 10.000 km kullanılmış motor yağı arasında 3.01 dB'lik bir fark gözlemlenmiştir. Ayrıca farklı uzunluk seviyelerinde yapılan ölçümlerde, sensörün rezonans frekansı 2.34-1.86 GHz arasında değişim göstermiştir. Böylece, önerilen sensör sayesinde hem motor yağı seviyesi hem de motor yağ ömrü tespitine yönelik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Gıda alanında en çok kullanılan sıvılardan olan süt, insan sağlığı için önemli bir besin kaynağıdır; ancak süt ürünlerinde tağşiş ve sahtecilik, ciddi ekonomik kayıplara ve sağlık sorunlarına yol açabilmektedir. Bu nedenle, sütün saflığının ve içeriğini belirlemek amacıyla süt analiz çalışmaları yapılmaktadır. Süt yağ oranının belirlenmesi, süt ve süt ürünlerin besin değerinin belirlenmesine yardımcı olurken, tağşiş analizi ise sahte veya düşük kaliteli süt bileşenlerin tespitine olanak tanımaktadır. Bu tez kapsamında yapılan bir diğer çalışma ise "Süt Yağ Oranı Tespiti ve Tağşiş Analizi" başlıklı çalışmadır. Bu çalışma kapsamında 4.96 GHz' de çalışan TEE-LC (Tamamlayıcı Eliptik Elektrik-LC) Rezonatör Yapılı İletim Hattı Tabanlı Mikrodalga Sensör tasarımı önerilmektedir. Önerilen iletim hattı tabanlı sensör ile homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş 8 farklı yağ oranına sahip iv sütlerin ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Homojenize edilmiş sütler ile yapılan ölçümlerde sensörün rezonans frekansı, süt yağ oranı artışıyla 2.04 GHz' den 2.47 GHz'e değişmiştir. Homojenize edilmemiş sütler ile yapılan ölçümlerde ise sensörün rezonans frekansı süt yağ oranı artışıyla 2.045 GHz' den 2.345 GHz'e değişmiştir. Önerilen sensörün sıvı içerik analizin performansının belirlenmesi için yapılan hassasiyet analizinde, iletim hattı tabanlı sensörün homojenize sütlerin yağ oranlarını algılama hassasiyetinin ortalaması %1.065 iken homojenize olmayan sütleri algılama hassasiyetinin ortalaması %1.284 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma kapsamında iletim hattı tabanlı sensöre kıyasla hassasiyeti artırılmış hem süt yağ oranı tespiti hem de tağşiş analizi yapabilen 7.02 GHz' de çalışan "TEE-LC Rezonatör Yapılı Dal Hatlı Kuplör Tabanlı Mikrodalga Sensör" tasarımı önerilmiştir. Süt yağ oranı tespiti için homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş farklı yağ oranlarına sahip sütler hassasiyeti artırılmış sensör ile ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Homojenize edilmemiş sütler ile yapılan ölçümlerde sensörün rezonans frekansı, süt yağ oranı artışıyla 2.23 GHz' den 2.40 GHz'e değişmiştir. Homojenize edilmiş sütler ile yapılan ölçümlerde ise sensörün rezonans frekansı süt yağ oranı artışıyla 2.18 GHz' den 2.325 GHz'e değişmiştir Süt tağşiş analizi için ise homojenize edilmiş ve homojenize edilmemiş sütlerin içerisine %10 artışlarla su eklenerek önerilen sensör ile ölçümler gerçekleştirilmiştir. Manda sütü içerisine belirtilen oranlarda su eklenmesiyle sensörün çalışma frekansı, 2.40 GHz' den 2.105 GHz'e değişmektedir. Ayrıca manda ve keçi sütlerinin içerisindeki jersey sütünün tağşişini belirleyebilmek için önerilen sensör ile jersey sütü tağşişli manda ve keçi sütlerinin ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerde manda sütü içerisine %10 oranlarla eklenen jersey sütü sensörün çalışma frekansını 2.40 GHz' den 2.32 GHz'e değiştirmiştir. Önerilen sensörün sıvı içerik analizinin performansının belirlenmesi için yapılan hassasiyet analizinde, dal hatlı kuplör tabanlı sensörün homojenize sütlerin yağ oranlarını algılama hassasiyetinin ortalaması %1.35 iken homojenize olmayan sütleri algılama hassasiyetinin ortalaması %1.553 olarak hesaplanmıştır. Tez kapsamında, süt yağ oranı ve tağşiş analizi için saha çalışmalarında kullanılabilecek yeni bir ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem, TEE-LC Rezonatör Yapılı Mikrodalga sensör, gerilim kontrollü RF osilatör ve güç dedektöründen oluşmaktadır. Gerilim kontrollü RF osilatör, belirlenen bir frekansta sensöre sinyal gönderirken, güç dedektörü bu sinyali DC sinyaline dönüştürmektedir. Bu sayede, DC gerilim değerlerindeki değişimlerle süt yağ oranı ve tağşiş analizi yapılabilmektedir. Manda sütü üzerine eklenen su oranlarının ölçümlerinde, DC çıkış değerleri 1.55 volttan 1.18 volt seviyelerine düşmüştür. Önerilen sistem, literatürdeki benzer çalışmalara göre daha iyi bir performans sergilediği ve saha problemlerinde önemli bir çözüm sunabileceği düşünülmektedir.
Organik atık temelli süperkapasitör tasarımı ve elektrokimyasal performansının değerlendirilmesi
Enerji depolama amacıyla kullanılan bataryalara ve geleneksel kondansatörlere nazaran bazı avantajlara sahip olan süper kapasitörler üzerine son zamanlarda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle yüksek karbon içerikleri, gözenekli yapıları, iyi elektronik iletkenlikleri ve yüksek kararlılıkları nedeniyle biyokütle öncüleri, süper kapasitör elektrot üretiminde en çok kullanılan malzemelerdir. Bu çalışmada, yayla muzu kabuğu (YMK), karbonizasyon ve farklı aktivasyon yöntemleri kullanılarak ilk kez aktif karbona dönüştürülmüş ve bu malzemeler kullanılarak üç süperkapasitör hücresi hazırlanmıştır. Elde edilen elektrot malzemelerinin yüzey karakterizasyonları, enerji dağılımlı X-ışını (EDX) ile taramalı elektron mikroskobu (SEM), Brunauer-Emmett Teller (BET) ve X-ışını kırınım (XRD) analiz yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. En iyi spesifik kapasitans değeri, YMK-saf elektrot için elde edildi ve 1 A/g akım yoğunluğunda 70.82 F g-1 idi. Elektrotların döngüsel voltametri eğrileri mükemmel bir şekilde elde edildi ve ideal süperkapasitör eğrilerine son derece benzer bulundu. YMK-saf elektrot, 618,86 W kg-1 güç yoğunluğunda 6,78 Wh kg-1 maksimum enerji yoğunluğuna sahiptir ve iyi bir stabilite sergilemiştir. Hazırlanan elektrotlar için elektrot malzemeleri ile elektrolit arasındaki iyon alışverişi iyi düzeyde ve elektrotların eşdeğer seri direnç değerlerinin düşük olması enerji iletiminde olumlu bir avantaj sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında; bu çalışmada üretilen elektrotların ucuz, çevre dostu, verimli, yüksek kapasiteli ve kararlı olması, onları enerji depolama alanında geleneksel yöntemlere mükemmel bir alternatif haline getireceği düşünülmektedir.
Derin öğrenme yöntemleri ile el bilek grafisinden kemik yaşının tahmini
Yaş tespiti medikal alanda, çocukluk çağında, büyüme ve gelişmenin takibinde, çocuklarda büyümeyi ve gelişmeyi etkileyen çeşitli hastalık durumlarında, adli tıpta, yaşa göre cezai sorumluluk durumlarında, evlilik, askere alınma, rekabetçi sporlarda ve işe başlama durumlarında, mültecilerde, çocuk erişkin ayrımında bulunmak gibi birçok farklı konuda istenebilmektedir. Bu tez çalışması ile pediatrik kemik yaşı tahmini için radyologların iş akışını hızlandıracak, sol el bilek grafilerinden derin öğrenme teknolojisi kullanılarak bilgisayar temelli bir karar destek sistemi geliştirilmiştir. Bu çalışmada kullanılan veri setleri Kütahya ilinden temin edilen görüntülerden ve literatürde public olarak dağıtılan RSNA veri setinden oluşmaktadır. Veri seti Kütahya sağlık bilimleri üniversitesi rektörlüğün'den etik kurul izni ile alınmıştır. Çalışmada 18 yaş üstü ve 18 yaş altı şeklinde iki farklı senaryo için denemeler gerçekleştirilmiştir. 18 yaş altı için yapılan çalışmada derin öğrenme metotlarından IncepitonV3, MobileNetV2, EfficientNetB4 ve modifiye edilmiş IncepitonV3 modellerinin performansları karşılaştırılmıştır. 18 yaş altı sonuçlara bakıldığında veri setimiz üzerinde modifiye edilmiş IncepitonV3 transfer derin öğrenme yöntemi ile MAE=4,3, RMSE=5,76, R2=0,99 olarak bulunmuştur. Önerilen InceptionV3 transfer öğrenme modeli ile public olarak dağıtılan veri seti üzerinde MAE=5.75, RMSE=7.42 ve R2=0.96 olarak tespit edilmiş olup literatürde bu veri seti üzerinde yapılan çalışmalar arasında ki en iyi sonuçlardan biri elde edilmiştir. Bu çalışma ile modellerin cinsiyetlere ve yaş gruplarına göre farklılıkları ölçülmüştür. Ayrıca bu çalışma Türkiye'den toplanan el bilek grafi veri seti ile yapılan ilk derin öğrenme çalışmalarından biridir. Bu çalışma el bilek grafilerinden kemik yaşı tespitinde kullanılmak üzere yeni bir veri seti oluşturulmuş olup, yeni bir model tavsiye edilmiştir. Bu çalışmada yapılan diğer bir çalışma ise 18 yaş üstündeki bireylerin el bilek görüntülerinden kemik yaşının tespitine yönelik olarak yapılmıştır. Literatürde 18 yaş üstündeki bireylerin sol el bilek grafilerinden erişkin bireylerde yaş tespitinin derin öğrenme yöntemleri ile yapıldığına dair herhangi bir araştırmaya rastlanmamıştır. Bu çalışma ile 18 yaş üzeri bireylerde yaş tespiti derin öğrenme yöntemleri (DenseNet201, InceptionV3, ResNet50V2) ile yapılmıştır. Tarafımızca oluşturulan veri setinin kullanılması ile erkeklerde MAE=1,666, RMSE=2,665, R2=97,32 ve kadınlarda MAE=2,044, RMSE=3,069, R2=96,84 performans sonuçları gözlenmiştir. Bu çalışmada kullanılan yöntem ve bulunan sonuçlar bu alanda yapılan ilk çalışmadır. Bu sonuçlar ışığında bu çalışmada kullanılan metot bize derin öğrenme metotlarının 18 yaş üstü bireylerde kemik yaşı tespitinde yardımcı bir araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir
EKG sinyalleri kullanılarak kişi tespiti
Son zamanlarda, kişilerin biyometrik bilgilerine dayalı olarak tanınması için güvenilir sistemler oluşturmak için çok sayıda araştırma yapılmıştır. Kişi Tanıma (PI) sistemleri, farklı yöntemler kullanan araştırmacılar arasında popüler hale gelmiştir. Elektrokardiyogram (EKG) sinyallerinin benzersiz avantajları göz önüne alındığında, kişi tanımlama çalışmaları için araştırmacıların ilgisini çeken önemli bir araştırma alanı olmuştur. EKG verilerinin taklit edilmesi veya kopyalanması zor olduğundan, bu veriler kişi tanımlama gibi biyometrik çalışmalarda diğer verilere göre daha avantajlı hale gelmektedir. Bu çalışmada, tek boyutlu sinyallerden güçlü bir öznitelik seti elde edebilmeyi sağlayan Bir Boyutlu Çok Katmanlı Eş Oluşum Matrisleri (1D-MLGLCM) yöntemi geliştirilmiştir ve bu yöntem EKG sinyallerine dayalı olarak bireyleri tanımak için uygulanmıştır. Deneylerde kullanılan veri seti, yaşları 13 ile 75 arasında değişen 90 deneğin EKG verilerini içermektedir. Öncelikle EKG sinyalleri kişi tanımlama sistemi için 32 farklı aralıklarla normalize edilmiştir. Elde edilen bu çok katlı sinyallerin her birine, eş oluşum matrisleri elde edebilmek için Bir Boyutlu Eş Oluşum Matrisleri (1D-GLCM) yöntemi uygulanmıştır. Daha sonra, Rastsal Orman (RF), Destek Vektör Makinesi (SVM), Naive Bayes (NB), Bayes Net (BN) ve K-en Yakın Komşu (KNN) gibi sınıflandırma algoritmalarına girdi olarak verilmesi için bu matrislerin Haralick öznitelikleri elde edilmiştir. Önerilen yöntem, SVM kullanılarak %93,414 başarı oranına ulaşmıştır. Sonuç olarak çalışma, önerilen yöntemin kişi tanımlama problemlerinde EKG sinyallerini kullanarak çok etkili sonuçlar elde ettiğini kanıtlamaktadır.
Nanopartikül katkılı faz değiştiren malzemenin fotovoltaik paneller üzerindeki etkisi
Bu çalışmada, Siirt iklim şartlarında altında fotovoltaik (PV) panellerin soğutularak çıkış parametrelerinin iyileştirilmesi araştırılmıştır. PV panel yüzey sıcaklığını azaltabilmek için Faz Değiştiren Malzeme (FDM) kullanılmış ve FDM'nin ısı iletim katsayısını artırmak için de farklı oranlarda nanopartikül (alüminyum oksit-Al2O3) ilave edilmiştir. FDM'li ve nanopartikül katkılı FDM'li soğutma sistemleri, PV panellerin çıkış parametrelerine pozitif etki ettiği gözlemlenmiştir. Deneylere başlamadan önce tüm PV paneller aynı güneş ışınımı ve çevre şartlarında test edilmiş ve birbirine çok yakın çıkış güçlerine sahip üç eş PV panel seçilmiştir. PV paneller arasındaki maksimum çıkış gücü farkı 0,05 W olarak ölçülmüştür. PV panelin dış çerçeve ölçülerinde alüminyum levha kesilerek PV panelin arka kısmı tamamen kapatılmıştır. Sızdırmazlık sağlamak için PV panel çerçevesi ile alüminyum levha, poliüretan mastik (çelik silikon) ile yapıştırılmıştır. Bu işlem sonunda PV panelin arkasında 1,5 cm derinliğinde FDM'nin eklenebileceği bir depo oluşturulmuştur. Eritilmiş FDM'nin içine ağırlık-hacimce (%w/v) % 0,05, % 0,1 ve % 0,15 oranlarında nanopartikül eklenmiştir. Nanopartikül katkılı FDM'lerin ısı iletim katsayıları ölçülmüş ve % 0,05 için 0,2 W∙m-1∙K-1, % 0,1 için 0,21 W∙m-1∙K-1, % 0,15 için ise 0,22 W∙m-1∙K-1 bulunmuştur. Deneylerde, referans PV panel, FDM'li PV panel, % 0,05 nanopartikül katkılı FDM'li PV panel, % 0,1 nanopartikül katkılı FDM'li PV panel ve %0,15 nanopartikül katkılı FDM'li PV panel olmak üzere 5 farklı sistem bulunmaktadır. Bu 5 farklı PV sistem kendi içinde 3'erli grup yapılarak en iyi soğutma sağlayan ve çıkış parametrelerini iyileştiren sistem araştırılmıştır. Deneyler sonucunda soğutma yapılan panellerin hücre sıcaklığının, soğutma yapılmayan referans PV panele göre daha düşük olduğu görülmüştür. Bu durum elektriksel verime pozitif etki yaparak verim artışını sağlamıştır. Soğutulan panellerden en verimli olanı %0,15 nanopartikül katkılı FDM'li PV panel olup, verimi %12,70 olarak hesaplanmıştır.
Süperkapasitör için meşe mazısı temelli ve mikrodalga destekli aktif karbondan elektrot üretimi
Dünya genelinde artan nüfus ve teknolojik gelişmeler enerjiye olan ihtiyacı her geçen gün artırmaktadır. Enerji talebinin artmasıyla birlikte üretilen enerjiyi depolamak ve sonradan kullanmak büyük önem arz etmektedir. Süper kapasitörler, enerji depolama sistemlerinde yükleri hızlı bir şekilde depolayıp transfer ettikleri için son zamanlarda ilgi odağı olmuştur. Bu tez çalışmasında, meşe mazısından üretilen mikrodalga destekli aktif karbonlar kullanılarak süperkapasitörler için iyi özelliklere sahip olan yeni bir elektrot malzemesi üretilmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında, meşe mazısı biyokütlesi karbonizasyon ve baz aktivasyonu yoluyla aktif karbona dönüştürülmüş; ikinci aşamada, elde edilen aktif karbonlar farklı sürelerde ve farklı güç değerlerinde mikrodalga enerjisine tabi tutulmuş; üçüncü aşamada ise elde edilen numuneler kullanılarak hedeflenen elektrotlar üretilmiştir. Üretilen süperkapasitör elektrotlarının elektrokimyasal performansları oda sıcaklığında galvanostatik şarj-deşarj (GCD), Döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri kullanılarak test edilmiş olup elektrotların kapasitesi ve kararlılıkları hesaplanmıştır. Üretilen bu elektrotlar kullanılarak toplamda dört farklı süperkapasitör hücresi geliştirilmiştir. Döngüsel voltametri eğrileri incelendiğinde, geliştirilen süperkapasitör hücrelerinin ideal kapasitif davranışı gösteren simetrik dikdörtgensel şekiller oluşturduğu görülmüştür. En iyi spesifik kapasitans değeri, 20 dk boyunca 500 W gücünde mikrodalga enerjisine tabi tutularak üretilen MAQ-4 numunesinin elektrotlarından (1 A/g akım yoğunluğunda 283,9 F/g) elde edilmiştir. 6 M KOH elektrolitinde 4 A/g akım yoğunluğunda 100 GCD döngüsünden sonra MAQ-1, MAQ-2, MAQ-3 ve MAQ-4 elektrotlarının kapasitans tutma oranları sırasıyla %94,4, %99,7, %92,6 ve %94,4 olarak hesaplanmıştır. Alınan sonuçlar, meşe mazısı biyokütlesinden üretilen aktif karbonlara mikrodalga enerjisinin uygulanmasıyla elde edilen elektrotların iletkenliği, kapasitesi, üstün döngüsel kararlılığı, çevre dostu olmaları ve düşük maliyetli olmaları nedeniyle gelecekte enerji depolama teknolojisi için önemli bir alternatif olabileceğini göstermiştir.
Yapay femur kemiğinin mekanik analizi ve malzemesinin çoklu kriter karar analizi ile seçilmesi
Femur kemiği, vücuttaki en büyük ve en güçlü kemiktir. Kalça ve diz eklemleri arasında yer alan femur kemiği, vücudun ağırlığını taşır ve hareket etmeyi sağlar. Femur kemiği, çeşitli hastalıklar veya yaralanmalar nedeniyle hasar görebilir. Bu durumda, femur kemiğinin yerine yapay bir femur kemiği, yani femoral implant yerleştirilebilir. Femoral implant, metal, seramik veya plastik gibi malzemelerden yapılabilir. Femoral implant malzemesinin seçimi, hastanın ihtiyaçlarına, implantın dayanıklılığına ve cerrahi sonrası komplikasyon riskine göre yapılmalıdır. Bu tezin amacı, femur kemiği için uygun malzemenin belirlenmesi amacıyla çok kriterli karar analizi ve sonlu elemanlar analizi yöntemlerinin entegrasyonunu ele almaktır. Çok kriterli karar analizi, farklı malzemelerin performansını değerlendirmek için bir dizi kriter kullanır. Sonlu elemanlar analizi, femur kemiği ve implantın mekanik davranışını simüle etmek için bir bilgisayar modeli kullanır. Bu iki yöntem birlikte kullanılarak, femur kemiği için en uygun malzemenin seçilmesine yardımcı olabilir. Çalışma, Ti-6Al-7Nb ve Ti-6Al-4V titanyum alaşımlarının femoral implant malzemesi olarak kullanılmasının potansiyel avantajlarına ışık tutmuştur. Bu alaşımlar, yüksek mukavemet, korozyon direnci, biyouyumluluk ve kemik ile iyi uyum sağlama gibi özelliklere sahiptir. Çalışmanın sonuçları, yapay femur malzemelerinin geliştirilmesinde ve ortopedik implantların dayanıklılığına yönelik faktörlerin belirlenmesinde önemli bir kaynak olabilir. Çalışmanın sınırlamaları arasında belirli malzemelerin özel olarak kullanılması ve femur kemiği malzemesine kıyasla önerilen malzemelerin ağırlığı yer almaktadır. Gelecekteki araştırmalar, farklı femur modellerini araştırarak ve implant tasarımını optimize etmek için potansiyel olarak çeşitli malzemeleri birleştirerek bu ağırlık faktörünü kapsamlı bir şekilde ele almalıdır. Ayrıca, çeşitli cerrahi senaryoların incelikli bir şekilde incelenmesi, femoral implant malzemesi seçimine ilişkin anlayışımızı geliştirerek gerçek dünya uygulamaları için daha kesin bilgiler sunabilir.
Eklemeli imalat ile üretim sürecinin optimizasyonu için makine öğrenmesi odaklı yaklaşım
Eklemeli imalat veya 3B baskı teknolojisi, yapay zeka sistemleriyle entegre edilerek imalat süresi ve maliyetini azaltmaktadır. Ancak, bu teknolojinin bazı eksiklikleri bulunmaktadır. Bu tez, yapay zeka yöntemleri kullanarak, 3B üretim sürecinin optimize edilmiş parametrelerini tahmin eden yeni bir makine öğrenmesi (MÖ) platformu önermektedir. Bu platform, ürün geometrisinden bağımsız olarak zaman ve maliyet tasarrufu sağlamayı hedeflemektedir. Ayrıca, mekanik özellikleri yüksek ürünlerin elde edilmesini mümkün kılmaktadır. Veri seti, eriyik yığma modellemesi (EYM) tabanlı bir yazıcının dilimleme programı kullanılarak oluşturulmuştur. 80 model üzerinden gerçekleştirilen deneylerde, katman kalınlığı, baskı hızı, doluluk oranı ve baskı sıcaklığı gibi giriş parametreleri kullanılmış ve baskı süresi, malzeme tüketimi ve filament uzunluğu gibi çıkış parametreleri ölçülmüştür. 81 kombinasyon ile toplam 6480 veri oluşturulmuştur. Verilerin %75'i eğitim, %25'i test için ayrılmıştır. Üretim sürecini tahmin etmek için Gauss Süreç Regresyon (GSR), Rastgele Orman Regresyon (ROR), Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Doğrusal Regresyon (DR) olmak üzere dört farklı MÖ algoritması kullanılmıştır. MATLAB yazılımı ile eğitilen modeller, R-kare (R2), ortalama mutlak hata (MAE: Mean Absolute Error), kök ortalama kare hatası (RMSE: Root Mean Square Error) ve ortalama kare hata (MSE: Mean Square Error) performans kriterlerine göre değerlendirilmiştir. En başarılı model, baskı süresi, malzeme tüketimi ve filament uzunluğu parametrelerinde en yüksek doğruluk gösteren ROR olmuştur. Bu çalışma, 3B baskı teknolojisinde önemli ilerlemeler sağlayarak, geleneksel süreçlerin belirleyici parametrelerini hızlı ve doğru bir şekilde tahmin etmemizi mümkün kılmaktadır. Önerilen yöntem, basılan nesnenin şekli, boyutu ve malzemesi dikkate alınmaksızın otomatik olarak çalışabilmektedir.
Batman DEDAŞ binası için çatı tipi şebekeye bağlı fotovoltaik sistemin modellemesi ve simülasyonu
Klasik enerji kaynaklarının sınırlılığı ve çevresel etkilerinin artışı, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda, güneş enerjisi sürdürülebilir ve çevre dostu bir alternatif olarak öne çıkmakta, fotovoltaik (PV) sistemler ise bu enerjinin etkin bir şekilde dönüştürülmesini sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, Batman Dicle Elektrik Dağıtım A.Ş. (DEDAŞ) binası için çatı tipi, şebekeye bağlı bir PV sistemin modellenmesi ve simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, güneş enerjisinden faydalanarak enerji maliyetlerini azaltmak ve çevresel sürdürülebilirliği desteklemektir. Modelleme sürecinde Pvsyst ve PV*SOL yazılımları kullanılmış, sistemin performansı farklı gölgeleme senaryoları altında simüle edilmiştir. Analiz sonuçları, gölgeleme faktörlerinin PV sistemlerin enerji üretim performansı üzerindeki kritik etkilerini ortaya koymuştur. Özellikle kış aylarında düşük güneş açıları nedeniyle enerji üretiminde belirgin kayıplar yaşandığı, Aralık ayında bu kayıpların %28'e kadar ulaştığı tespit edilmiştir. Yaz aylarında ise güneş ışınlarının daha dik açılarla gelmesi sayesinde gölgeleme etkisinin azaldığı ve Haziran ayında enerji kaybının %4 seviyesine düştüğü belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında, modellemesi yapılan bina için gerçekleştirilen hesaplamalar sonucunda, PVsyst yazılımının daha etkin bir yöntem olduğu ortaya konmuştur. Batman gibi yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip bölgeler için geliştirilen bu tasarımın amortisman süresi 3,2 yıl olarak belirlenmiştir. Ayrıca, sistemin yıllık CO₂ emisyon azaltımı 51,720 kg olarak hesaplanmıştır. Tasarlanan PV sisteminin yerel enerji üretimini artırarak hem ekonomik hem de çevresel açıdan önemli katkılar sağlayabileceği görülmüştür. Elde edilen bulgular, güneş enerjisi projelerinin tasarım, uygulama ve optimizasyon süreçlerine yönelik yol gösterici nitelikte olup, yenilenebilir enerji kullanımının yaygınlaştırılmasına katkı sunmaktadır.
Ultra-kısa dönem fotovoltaik güç tahmininde istatistiksel ve makine öğrenmesi tabanlı yöntemlerin karşılaştırılması
Yenilenebilir enerji kaynaklarının artan payı, elektrik şebekelerinde arz-talep dengesinin sağlanmasını giderek karmaşık hale getirmektedir. Özellikle güneş enerjisi gibi hava koşullarına bağlı kaynaklar, ani üretim dalgalanmalarına yol açarak şebekede gerilim ve frekans dengesizlikleri oluşturmakta ve enerji kesintisi riskini artırmaktadır. Bu durum, daha fazla yedek rezerv güç bulundurulmasını ve bunların daha sık devreye alınmasını gerektirmekte; dolayısıyla hem işletme maliyetlerini yükseltmekte hem de enerji sürekliliğini tehdit etmektedir. Bu üretim dalgalanmaları elektrik piyasa mekanizmaları üzerinde de belirgin etkiler yaratmaktadır. Türkiye'deki EPİAŞ tarafından işletilen elektrik borsalarında gün içi ve gün öncesi ticaret süreçleri, üretimdeki ani değişimlerden doğrudan etkilenmekte; bu da enerji fiyatlarında dalgalanmalara ve piyasa katılımcıları için risklerin artmasına neden olmaktadır. Çok kısa dönemli PV (fotovoltaik) üretim tahmini, gelecek birkaç dakikadan bir saat sonrasındaki zaman dilimine kadar güneş enerjisi santralinden şebekeye verilecek elektrik gücünün tahmin edilmesidir. Bu öngörüler şebeke işletmecilerinin daha etkin kararlar alabilmesini, yedek güç kaynaklarını daha verimli kullanabilmesini ve enerji arzını kesintisiz sürdürebilmesini sağlar. Böylece şebeke daha güvenilir, verimli ve sürdürülebilir şekilde çalışırken karbon emisyonları düşürülerek çevreye katkı sağlanır. Bu çalışmada, Türkiye'nin Balıkesir ilinde yer alan 2,8 MW gücündeki bir güneş enerji santralinden toplanan bir yıllık veriler kullanılarak 5 dakika ileriye yönelik güç tahmini yapılmıştır. Girdi olarak 5 dakika önceki güç, güneş ışınımı, panel sıcaklığı, ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı ve saat bilgileri alınmış; çıktı olarak ise 5 dakika sonraki güç öngörülmüştür. Tahmin için Regresyon, Yapay Sinir Ağları (YSA), Uzun Kısa Vadeli Bellek (LSTM) ve Gradyan Artırmalı Regresyon Ağaçları (GBRT) yöntemleri uygulanmıştır. Ayrıca referans yöntem olarak Persistence yöntemi karşılaştırma amacıyla kullanılmıştır. Veriler iki farklı strateji ile modellenmiştir: tüm yıl verisiyle oluşturulan model (Model-1) ve her ay için ayrı ayrı oluşturulan modeller (Model-2). Yapılan testler sonucunda, en iyi performansı GBRT Model-2 gösterirken (R²: 0.9833, MAPE: %5.43), onu YSA Model-1 takip etmiştir (R²: 0.9810, MAPE: %6.67). Buna karşılık, en düşük performans LSTM Model-2'den gelmiştir (R²: 0.8875, MAPE: %16.79). Referans model olan Persistence Model 1 (R²: 0.93, MAPE: %8.52) ile karşılaştırıldığında, GBRT ve YSA gibi makine öğrenmesi modellerinin tahmin doğruluğunu önemli ölçüde artırdığı, ancak LSTM modellerinin beklentileri karşılamakta zorlandığı gözlemlenmiştir. Aylık verilerle eğitilen Model-2 yaklaşımının mevsimsel performans analizi, bu modelin yaz aylarında daha iyi sonuçlar verdiğini, buna karşılık kış aylarında performansının düştüğünü göstermiştir. Sonuç olarak, 5 dakikalık çözünürlükte kısa dönemli PV güç tahmini için makine öğrenmesi yöntemlerine dayalı veri odaklı yaklaşımlar, sistem güvenilirliği ve ekonomik verimliliği artırarak yenilenebilir enerjinin entegrasyonunu kolaylaştırmaktadır. Bu öngörüler, şebeke işletiminin kısa vadeli planlama ve dengeleme kararlarında güvenilir biçimde kullanılabilir.
Yapay zeka yöntemleriyle süs bitkilerinde görülen yaprak hastalıklarının tespiti
Bu tez çalışmasında, gül yaprağı hastalıklarının görüntü işleme ve derin öğrenme yöntemleriyle sınıflandırılmasına yönelik özgün ve hafif bir evrişimsel sinir ağı (ESA) mimarisi geliştirilmiştir. Çalışmada, PlantVillage tabanlı RoseNet veri seti kullanılarak altı farklı gül hastalığı sınıfı üzerinde sınıflandırma gerçekleştirilmiş ve model girişinde RGB, HSV ve YCrCb renk uzaylarının füzyonundan oluşan 9-kanallı görüntüler kullanılmıştır. Önerilen mimaride, kanal dikkatini güçlendirmek amacıyla Sıkıştırma ve Uyarım (SU) ve Evrişimsel Blok Dikkat Modulü (EBDM) blokları ardışık olarak entegre edilmiştir. Eğitim sürecinde Z-puan normalizasyonu, etiket yumuşatma, sınıf ağırlık ve çeşitli erken durdurma mekanizmaları uygulanmıştır. Modelin doğruluk, Kesinlik, Duyarlılık ve F1-score gibi performans metrikleri %93'ün üzerinde başarı sağlamış; ayrıca düşük parametre sayısı ve kısa çıkarım süresi ile kaynak dostu bir yapı sunmuştur. Elde edilen sonuçlar, literatürdeki güncel yaklaşımlarla karşılaştırıldığında hem doğruluk hem de verimlilik açısından rekabetçi bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır. Geliştirilen modelin, mobil tarım uygulamaları ve erken hastalık tespit sistemlerine entegre edilebilecek düzeyde pratik ve açıklanabilir olduğu değerlendirilmiştir.
Frekans dağıtıcı malzemeyle kaplanmış cisimlerin radar kesit alanının zamanda sonlu farklar yöntemi ile hesaplanması
Tez kapsamında, rastgele geometriye sahip üç boyutlu karmaşık hedeflerin Radar Kesit Alanını (RKA) Zamanda Sonlu Farklar yöntemiyle hesaplayan MATLAB tabanlı bir yazılım aracı geliştirilmiştir. Bu yazılım "Radar Cross Section Prediction Tool" ismi içerisinden harfler seçilerek "RaPTo" olarak adlandırılmıştır. Geliştirilen yazılım hem iletken hedefleri hem de üzerinde izotropik (yön bağımsız) ve frekans dağıtıcı malzeme ile kaplanmış hedefleri modelleyebilmektedir. Hem grafiksel sonuç hem de görsel simülasyonlar elde edilmesine olanak sağlayan RaPTo yazılımı ile, RKA analizi ve özellikle RKA azaltımı gibi uygulamalar için bir yazılım altyapısının literatüre kazandırılması hedeflenmiştir. RaPTo herhangi bir bilgisayar destekli grafik tasarım (CAD) programıyla üçgen yüzeyler kullanılarak modellenmiş .stl dosya uzantılı hedef ağ yapısını, ışın izleme algoritması kullanarak üç boyutlu kübik elemanlara dönüştürmektedir. Kübik elemanları kullanarak probleme ait monostatik ve bistatik RKA değerlerini hesaplama kabiliyetine sahiptir. Yazılım içerisinde frekans dağıtıcı malzeme özelliklerini temsil eden üç farklı model (Debye, Lorentz ve Drude modelleri) tanımlanabilmektedir. Ayrıca problemdeki hedefin malzeme özellikleri tümüyle iletken, tümüyle frekans dağıtıcı malzeme ya da iletken üzerine istenilen kalınlıkta frekans dağıtıcı malzeme ile kaplı şekilde tanımlanabilmektedir. Kullanıcı tarafından berlirlenen operasyon frekansı ve düzlem dalganın küresel koordinatları kullanılarak RKA hesaplanmaktadır. Yazılımın verdiği sonuçların gerçek RKA verilerine yakınlığının test edilmesi için, öncelikle kanonik bir cisim olan iletken küre kullanılmıştır. RaPTo ile elde edilen küreye ait bistatik RKA verileri, hem analitik sonuçlarla hem de ticari bir yazılım olan CST Studio'nun Zaman Alanı (Time Domain) çözücüsü kullanılarak elde edilen bistatik RKA sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra frekans dağıtıcı malzeme ile kaplanmış küreye ait Lorentz, Debye ve Drude modellerinin RaPTo ile elde edilen bistatik RKA sonuçları CST ile karşılaştırılmıştır. Son olarak ise, RKA azaltılmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda hem küp, küre ve levha gibi kanonik geometriler hem de F-117 Nighthawk ve F-16 Fighting Falcon gibi karmaşık geometriler üzerinde kaplanmış frekans dağıtıcı malzemenin RKA azaltımı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kaplama kalınlığının ve malzemeye ait çarpışma frekansının RKA üzerindeki etkisi analiz edilmiş ve sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.
Geniş bant aralıklı silisyum karbür tabanlı mosfet alt-modül tasarımı
Geniş bant aralığına sahip yarıiletkenlerden olan silisyum karbür (SiC) tabanlı anahtarların silisyum (Si) tabanlı anahtarlara göre yüksek sıcaklıklarda çalışabilme, yüksek termal iletkenlik, yüksek bozulma gerilimi gibi birçok avantajı bulunmaktadır. Bu üstün özellikleriyle daha verimli, hacim ve ağırlık açısından da daha küçük sistemler elde edilmektedir. Bu avantajları sayesinde elektrikli araçlar, şarj istasyonları, yenilenebilir enerji ve raylı araç uygulamaları gibi birçok alanda silisyum karbür bileşiğinin kullanımı artarak devam etmektedir. SiC tabanlı anahtarların yonga bağlama, tel bağlama gibi paketleme çalışmaları sonucu SiC MOSFET modül oluşturulmaktadır. Paketleme teknolojisi de anahtarın çalışma sıcaklığını, frekansını, güç kayıplarını ve elektromanyetik bağışıklılığını belirlediği için silisyum karbürden tam performans alınabilmesi için paketleme teknolojisinin geliştirilmesi önemlidir. Tez çalışması kapsamında modül paketleme yapısına uygun alt modül tasarımı ve simülasyon faaliyetleri tamamlanmıştır. Devamında da kullanıma hazır ticari SiC MOSFET ve SiC diyot yongaları temin edilip üretimi gerçekleştirilmiştir. Alt modül üretimi sırasında çift tarafı bakır kaplı Al2O3 seramik alt katmanın bakır yolları lazer kazıma cihazıyla oluşturulup yonga bağlama işlemleri yapılmıştır. Yonga ile dış arayüz arasındaki elektriksel bağlantılarında 1mil altın tel kullanılarak tel bağlama işlemi gerçekleştirilip izolasyon (kapsülleme) malzemesinin uygulanmasıyla alt modülün çalışma gerilimi yükseltilmiştir. Elde edilen alt modülün akım-gerilim karakteristiklerinin çıkarılmasının yanında kaçak akım testi, Rds(on) direncinin ölçülmesi gibi testlerle tasarım doğrulamaları gerçekleştirilmiştir. Ardından çift darbe test devresi ile üretilen alt modülün farklı kapı sürme dirençleriyle 600V ve 800V gerilimler altında testler yapılmıştır. Test verileri kullanılarak anahtarlama süreleri ve anahtarlama kayıpları hesaplanıp grafikler oluşturulmuştur. Testler sonucunda 20 Ω kapı sürme direncinde toplam iletime girme süresi (ton) 132ns, toplam iletimden çıkma süresi (toff) 90ns, 800V/20A altındaki iletime giriş kaybı (Eon) 636.3μJ ve iletimden çıkış kaybı (Eoff) 304.1μJ; 5 Ω kapı sürme direncinde toplam iletime girme süresi (ton) 54ns, toplam iletimden çıkma süresi (toff) 59ns, 800V/20A altındaki iletime giriş kaybı (Eon) 197.8μJ ve iletimden çıkış kaybı (Eoff) 190.8μJ olarak hesaplanmıştır. Alt modülden alınan ölçüm sonuçlarıyla aynı SiC MOSFET yongayı kullanan fakat ayrık paket yapısıyla üretilmiş C3M0075120J anahtarın veri sayfasındaki değerlerle karşılaştırılmıştır.
Hava platformundan RF kaynak konumlandırma
Elektromanyetik spektrum üzerinde hâkimiyet kurma, muhasım unsurların spektrum kullanımını kısıtlama ve dost unsurların spektrumu etkin şekilde kullanmasını sağlamayı amaçlayan elektronik harp konsepti zamanla daha çok önem kazanmaktadır. Elektronik harp konsepti içerisinde yer alan RF elektronik destek sistemleri; RF unsurların tespiti, parametrelerinin belirlenmesi, konumlandırılması vb. amaçlar için kullanılan kritik sistemler olarak görülmektedir. RF kaynakların konumlarının tespit edilmesi ile muhasım unsurların elektronik harp düzenleri belirlenebilmektedir ve gerek stratejik gerekse taktik sahada operasyonel üstünlük sağlanabilmektedir. Sağladığı üstünlüğün yanı sıra pasif bir sistem üzerinden konum tespitinin zorlukları bulunmaktadır. Temelde karşılaştırmalı veriler üzerinden konum belirleme işlemi yapılmaktadır. Karşılaştırılacak verilerin tek veya çok sayıda platformdan elde edilmesi konum belirleme yaklaşımını şekillendirmektedir. Hava platformları özelinde değerlendirildiğinde birden çok platformun eş zamanlı görev yapmasının maliyetli olduğu bilinmektedir ve konum belirleme çalışmalarında tek platform üzerinden konum tespitinin mümkün olduğu yaklaşımlar tercih edilebilmektedir. Tek platform üzerinden konum belirleme yaklaşımları arasında kerteriz hatlarının kullanımı sıklıkla görülmektedir. Son yıllarda, kerteriz hatlarını temel alan yaklaşımlar haricinde doğrudan konum belirleme yöntemleri de incelenmektedir. Tez çalışması kapsamında, doğrudan konum belirleme yapılabilmesine yönelik altyapısı bulunan Doppler frekansı değişim oranı ve faz farkı değişim oranı temelli konum belirleme yöntemleri incelenmiştir. Belirtilen her iki yöntem, elektronik destek sistemini barındıran platformun dinamikleri ve alınan sinyalin parametreleri üzerinden karşılaştırmalı olarak çalışmaktadır. Karşılaştırma işlemi, ölçümlenen parametrelerin zamansal değişimleri üzerinden yürütülmektedir. Elde edilen değişim bilgileri ve platforma ait değişkenler ortak noktada birleştirildiğinde RF yayın kaynağının yönü ve mesafesi tespit edilebilmektedir. Tespit edilen yön ve mesafe bilgilerinin kullanımı ile yayın kaynağının bölgesel konumu doğrudan elde edilebilmektedir.
FPGA tabanlı hata tespit ve sınıflandırma sistemi tasarımı
Veriye dayalı bakım, durum izleme teknolojisini kullanarak elektromekanik sistemlerin sağlık durumlarına ilişkin çıkarımlar yapmak ve bakım planları üretmek olarak nitelendirilir. Durum izleme elektromekanik sistemler üzerinden toplanan fiziksel verileri, yerine göre regresyon ve sınıflandırma modelleri ile kullanarak, sistemlerin hata tespiti, hata sınıflandırması ve kalan faydalı ömür analizini gerçekleştirme işlemidir. Bu doğrultuda literatürdeki veri edinimi, sinyal işleme, makine öğrenmesi konularından yararlanılır. Veriye dayalı bakım üretim, otomotiv, demiryolu taşımacılığı, büyük iş makineleri, inşaat, tüketici elektroniği endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak veriye dayalı bakım yaklaşımının Savunma Sanayii alanındaki kullanımı kısıtlıdır. Bu tez çalışması kapsamında gerçek bir Savunma Sanayii ürününden, farklı sağlık durumlarında titreşim ve akım verileri toplanmıştır. Toplanan veriler öznitelik çıkarımında ve farklı makine öğrenmesi modelleri geliştirmede kullanılmıştır. Destek Vektör Makinesi (İng. SVM), Karar Ağaçları (İng. DT), K-En Yakın Komşu (İng. KNN), Rastgele Orman (İng. RF) ve Doğrusal Regresyon (İng. LR) modellerinin farklı özniteliklerle başarımları incelenmiştir. En başarılı sonucu veren SVM modeli FPGA içerisinde gerçekleştirilmiş ve FPGA tasarımının başarımı test edilmiştir. Tez çalışması sonucunda, bir veriye dayalı bakım çalışması gerçekleştirilmiş ve gerçek bir askeri mekanik sistem üzerinde uygulanmıştır.
Çok taşıyıcılı çok kullanıcılı MIMO sistemlerin kanal kestirim hatası ve güç yükselteci etkisi altındaki performansı
Çok giriş çok çıkışlı (MIMO) mimari, kablosuz iletişim sistemlerinin verimini artıran önemli bir teknolojidir. Bu durum MIMO yapıları beşinci nesil (5G) ağlar dahil olmak üzere çeşitli iletişim standartlarının temel bir unsuru haline getirmektedir. Gelecek nesil sistemler için de öneminin artması beklenenen MIMO teknolojisinin analizleri genellikle kusursuz donanımlar ve hatasız kanal kestirimi gibi idealleştirilmiş varsayımlara dayanır. Ancak, gerçekçi sonuçlar için bu unsurların yol açacağı etkilerin hesaba katılması gerekir. Bu tez, kablosuz iletişimde çok kullanıcılı MIMO (MU-MIMO) sistemlerin performansının, kanal kestirim hatası ve güç yükselteci etkilerine odaklanarak derinlemesine bir analizini sunmaktadır. Araştırma, dik frekans bölmeli çoklu erişim (OFDM)'ye potansiyel bir alternatif olan ve hücresel olmayan iletişim sistemleri için de aday olan çok taşıyıcılı süzgeç kümesi (FBMC) yöntemi ile başlamaktadır. FBMC kullanan MU-MIMO sistemlerin aşağı bağlantı performansı üzerindeki güç yükselteci etkisi incelenmektedir. Çalışmada MU-MIMO-FBMC sistemler için sinyal bozulma, girişim ve gürültü oranı (SDINR) ve ergodik ulaşılabilir hız için analitik ifadeler elde edilmektedir. Sayısal sonuçlar sadece analitik bulguları desteklemekle kalmamakta, aynı zamanda doğrusal olmayan bölgede çalışan güç yükselteçlerine sahip MU-MIMO sistemlerde FBMC ve OFDM yöntemlerinin karşılaştırmalı bir analizini sunmaktadır. Ayrıca tez, OFDM yöntemi kullanılan MU-MIMO sistemlerin performansını, doğrusal olmayan bölgede çalışan güç yükselteçleri ve kanal kestirim hatasının birleşik etkisini gözeterek değerlendiren bir analize yer vermektedir. Azami oranlı iletim (MRT) ve sıfır zorlama (ZF) ön kodlama yöntemleri için kapalı formda SDINR ile ergodik ulaşılabilir hız için analitik ifadelerin elde edilmesini içermektedir. Analitik bulgular, sayısal sonuçlarla desteklenmektedir.
Fundus görüntülerinin diyabetik retinopati değerlendirmesine yönelik olarak bölütlenmesi
En yaygın hastalıklardan biri olan diyabet çeşitli komplikasyonlara yol açmaktadır. Bunlardan biri olan diyabetik retinopati yetişkinlerde kalıcı körlüğün birinci sebebidir. Bu hastalığın düzenli taranması hem hastaların daha az görü kaybını sağlamaktadır hem de erken teşhis sayesinde sağlık sistemine olan maliyeti düşürmektedir. Verimli bir halk sağlığı tarama sistemi oluşturulabilmesi için doktorların üzerine düşen iş yükünün azaltılması gerekmektedir. Diyabetik retinopati kontrollerin otomatize edilmesi son yıllarda bu nedenle revaçta olan bir konudur. Diyabetik retinopatinin tespitini sağlayan bir sistemin örtülü ya da açık bir şekilde hastalığa dair bulguları öğrenmesi gerekmektedir. Bu tez kapsamında hastalığın sınıflandırılması için gereken lezyonların doğrudan segmentasyonu üzerine çalışılmıştır. Bunun için dört önemli lezyon türü olan mikroanevrizma, hemoraji, eksudat ve yumuşak eksudat için oluşturulmuş IDRiD veri kümesi kullanılmıştır. Bu çalışmada veri kümesinin sınırlı sayıda görüntüden ve lezyondan oluşmasının yol açtığı sorunların üzerine gidilmiştir. Bu amaçla veri kümesi odaklı aşağıdaki yöntemler geliştirilmiştir: -Retina lezyonlarının belirgin olmasını sağlayan ön işleme yöntemi -Sağlıklı görüntülere lezyon eklenmesiyle veri artırımı yöntemi -Üç aşamalı aktarmalı öğretim yöntemi Bu yöntemlerin de yardımıyla çeşitli parametreler ve diğer yöntemlerin kombinasyonları taranarak literatürdeki en yüksek ikinci performans değeri yakalanmıştır. Listelenen yöntemlerin pozitif etkileri test edilerek sunulmuştur. segmentasyon, diyabetik retinopati, veri artırma, derin öğrenme, yapay zeka, görüntü işleme, gürültü giderme
Uyarlamalı denetim yöntemlerinin sıvı yakıtlı roketlerde itki vektör denetim sistemlerine uygulanması
İtki Vektör Sistemleri, savaş uçakları, uzay araçları veya roket sistemlerinde motorlar tarafından üretilen itme kuvvetinin açısını veya açısal hızını kontrol etmek için kullanılır. Belirli denetim yöntemleriyle İtki Vektör Sistemlerine hareket yeteneği sağlama süreci İtki Vektör Denetimi olarak adlandırılır. Bu denetim sistemleri, çevresel koşullardan kaynaklanan bozucuların ve sistem parametrelerindeki değişikliklerin etkisi altında dahi etkili bir başarım sergilemelidir. Bu tez, Dolaylı ve Doğrudan Özayarlamalı Model Dayanaklı Denetim ve Oransal Tümlevsel Denetim yaklaşımlarının İtki Vektör Sistemlerinin denetiminde kullanılması ile elde edilen sonuçları içermektedir. Bu denetim yaklaşımları iki farklı yapıda kullanılmıştır. Bunlardan ilki, bir iç hız döngüsü ve bir dış pozisyon döngüsüne sahip olan ardışık denetim yapısı, diğeri ise tek döngülü pozisyon denetim yapısıdır. Her iki yaklaşım da hem benzetim hem de uygulama çalışmaları aracılığıyla detaylı bir biçimde incelenmiştir. Benzetimler esnasında sistem bir dizi bozucuya maruz bırakılarak yöntemlerin bozucu bastırma başarımları da karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada elde edilen gerçek zamanlı uygulama sonuçları Dolaylı ve Doğrudan Özayarlamalı Model Dayanaklı Denetim ile Dolaylı Oransal Tümlevsel Denetim yöntemlerinin tatmin edici başarım gösterdiğini ortaya koymuştur. Doğrudan Özayarlamalı Oransal Tümlevsel Denetim yöntemi ise, benzetim çalışmalarında sergilediği yüksek denetim başarımına rağmen gerçek zamanlı olarak başarılı bir şekilde uygulanamamıştır. Tüm uygulama sonuçları dikkate alındığında Dolaylı Özayarlamalı Model Dayanaklı Denetim yaklaşımı hem ardışık hem de tek döngülü denetim yapısında en iyi sonucu vermiştir.
Resource management of space, frequency and power in 5G networks using machine learning
With the onset of the 5th generation of wireless communications, new requirements have formed for various types of users. The New Radio systems are required to serve users of diverse needs such as personal mobile devices, autonomous driving vehicles, industrial machines, dark factories and household appliances. The demand on data rate, reliability and traffic volume have increased immensely. To accommodate the much higher user traffic and data rates, new frequency ranges have been introduced. The higher frequencies have made it essential to use beamforming as a way to increase the Quality of Service by improving signal integrity at the User Equipment, making beam management an important point to optimize. To allocate the available resources of a 5G network, Radio Resource Management is conducted, allocating power and frequency resources, handling user associations and handovers etc. The management of beams, power and resource blocks can be formulized as an optimization problem, where we aim to maximize the CQI of each user, as an indicator of quality of the downlink connection. In this thesis, we investigate the use of reinforcement learning to allocate space, power and frequency resources jointly. We aim to achieve better performance with a Deep Q-Network than classical optimization methods or an exhaustive search in the resource space.
Alçak gerilim da sistem tasarımı ve 400 VDA düzenleyici gerçekleştirilmesi
Bu çalışmada, bir Alçak Gerilim Doğru Akım (DA) sistem tasarımı ve DA Düzenleyici gerçekleştirilmesi anlatılmaktadır. Ön çalışma olarak DA mikro şebeke başarımının incelenmesi adına benzetim çalışması yapılmış ve gerekli ölçümler alınarak analizler gerçekleştirilmiştir. Alçak Gerilim DA gerilim değeri 400 VDA olarak belirlenmiştir. Sistemde yer alan her fotovoltaik panel DA Düzenleyici ile 400 VDA çıkış geriliminde çalışabilmektedir. DA Düzenleyici, paralel yapıda iki çapraz çevirgeç kullanarak ortak bara değeri olan 400 VDA gerilim ve değişken akım üretmektedir. Sistem tasarımında, ortak baradan doğrudan güç çekilmesinin test edilebilmesi için örnek yükler eklenmiştir. Şebeke ve Alçak Gerilim DA sistemi arasındaki güç akışının sağlanması için DA-AA tam köprü evirgeç tasarlanmıştır. DA-AA evirgeç, çift yönlü, gerçek ve reaktif güç denetimini sağlayabilecek şekilde bağlaşımı kesme denetim yapısı kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarlanan DA-DA çapraz çevirgeç 220 W ve 400 VDA değerlerine sahip olacak şekilde gerçeklenmiş ve test edilmiştir.
Soğurucu frekans seçici yüzey tasarımı
Tez çalışması kapsamında 11 GHz merkezli geniş iletim bantlı, düşük frekans bölgesinde geniş soğurma bandına sahip soğurucu frekans seçici yüzey tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan soğurucu frekans seçici yüzey çift polarizasyonda çalışma özelliğine sahiptir. Soğurucu frekans seçici yüzeyin birim eleman rezonatörleri, geniş iletim bandı ve çift polarizasyonda çalışma özellikleri düşünülerek, alternatif yapıların analizleri sonucunda kararlaştırılmıştır. Soğurucu yüzey rezonatörü için özgün sekizgen mikroşerit rezonatör yapısı önerilmiştir; bant geçiren yüzey için üç katlı sekizgen yama-yarık-yama rezonatör yapısı önerilmiştir. Literatürdeki soğurucu frekans seçici yüzey tasarım çalışmalarında birim eleman rezonatörlerin sentezi ardışık tahmin, analiz ve güncelleme işlemleri sonucunda gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, literatürdeki sentez sürecine alternatif olarak, soğurucu yüzey rezonatörü sentezi genetik algoritma ile gerçekleştirilmektedir. Tasarlanan genetik algoritma, sentezlenen rezonatörün hedeflenen frekans tepkisi performansını sağladığını ve üretimi gerçeklenebilir geometri oluşturulduğunu kontrol etmektedir. Alternatif genetik algoritma metotları ve farklı frekans tepkisi performans hedefleri denenerek algoritmanın sentez performansı ve önerilen rezonatörün farklı frekans tepkisi hedeflerini sağlama kabiliyeti test edilmiştir. Genetik algoritma sentezi ile tasarlanan soğurucu frekans seçici yüzeyin frekans tepkisi elektromanyetik analizi, dikey ve yatay polarizasyonda çalışma durumları ile yüzeye dik ve açılı geliş durumları için gerçekleştirilmiştir. Dik geliş açısı için soğurucu yüzey ve bant geçiren yüzeylerde oluşan yüzey akımı ve elektrik alan dağılımı elektromanyetik analiz ile incelenmiştir. Tasarlanan soğurucu frekans seçici yüzeyin elektromanyetik analiz frekans tepkisinin 1-dB iletim bandı 9.63 GHz ve 13.10 GHz aralığındadır; 1-dB bant genişliği 3.47 GHz'dir, bant genişliğinin merkez frekansa oranı %32'dir. 3-dB iletim bandı 9.02 GHz ve 13.45 GHz aralığındadır; 3-dB bant genişliği 4.43 GHz'dir, bant genişliğinin merkez frekansa oranı %40'tır. Analiz sonucu bant içindeki en düşük iletim kaybı değeri 0.66 dB'dir. Tasarlanan soğurucu frekans seçici yüzeyin üretimi 1x2 birimlik yüzeyler ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen soğurucu frekans seçici yüzeyin frekans tepkisi ölçümü WR-90 dalga kılavuzu içerisinde, X-bant spektrumunda gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen ölçüm sonucunda 1-dB iletim bandı 9.38 GHz ve 12.55 GHz aralığındadır; 1-dB bant genişliği 3.17 GHz'dir, bant genişliğinin merkez frekansa oranı %29'dur. 3-dB iletim bandı 9.14 GHz ve 12.88 GHz aralığındadır; 3-dB bant genişliği 3.74 GHz'dir, bant genişliğinin merkez frekansa oranı %34'tür. Ölçüm sonucu bant içindeki en düşük iletim kaybı değeri 0.65 dB'dir.
Açık-kapalı forma sahip tem hücre tasarımı ve düzlem malzemelerin ekranlama etkinliklerinin ölçümü
Hızla gelişmekte olan teknoloji ile birlikte askeri ve sivil uygulamalarda kullanılan elektronik cihazların gereken performansta ve aynı zamanda dışarıdan gelen elektromanyetik girişimlere olabildiğince az maruz kalarak çalışma gereksinimi, elektromanyetik uyumluluk açısından önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Elektromanyetik uyumluluğun elektronik dünyasında bu kadar önemli olması, beraberinde elektromanyetik girişimlere karşı da yeterli ve gerekli önemleri alma konusunu gündeme getirmiştir. Ekranlama; elektromanyetik girişimleri engellemek için kullanılan bir yöntemdir. Ekranlama etkinliği ölçümlerinde ekran malzemesinin büyüklüğü ve şekli ile birlikte zaman ve malzeme maliyeti, çalışma frekans bandı, kullanım kolaylığı gibi parametrelerin dikkate alınması gerekir. Bu çalışma kapsamında ilk olarak iletim yoluyla ekranlama etkinliği yöntemini benimseyen tek bir TEM hücresinin eş iki parça halinde kullanılması ile ortaya çıkan ayrık TEM (TEM-t) hücrelerinin alt ve üst toprak plakalarının açısal değişimlerinin ölçüm hassasiyetine olan etkisi incelenmiş; devamında ise TEM hücresinin bir iletim hattının canlı ucunu temsil eden merkez plakasının (septum) boyutsal farklıklarının ölçüm doğruluğuna olan etkisi üzerinde durulmuştur. Tüm bu denemelerde CST Microwave Studio programı kullanılmış, farklı boyutsal özelliklere sahip bu yapıların aynı koşullar altında ekranlama etkinlikleri incelenmiştir. Bir sonraki aşamada ise yapılan simülasyon sonucu elde edilen optimum boyutsal özellikli yapının üç boyutlu yazıcı kullanılarak üretimi sağlanmıştır. Üç boyutlu baskı için PLA malzemesi kullanılarak plastik türevi TEM hücre örnekleri oluşturulmuş, elde edilen örnekler farklı iletken yapılar kullanılarak kaplanmıştır. Kaplanan nihai ürünün yansıma ve iletim karakteristiği Vektör Ağ Analizörü vasıtasıyla ölçülmüş, teorik ve pratik sonuçlar birbiri ile kıyaslanmıştır. Bir sonraki aşamada TEM hücresi düzlemsel olarak ikiye ayrılarak (TEM-t) ara bölgeye yerleştirilen düzlemsel malzemelerin iletim hattına olan etkisi incelenmiştir. Üç farklı yöntem için simülasyon çalışılıp; ilkinde septum hariç tutularak hücrenin yarısına kadar yükleme yapılmış, ikincide septum hariç tutularak tam yükleme yapılmış, sonuncusunda ise septumu da katarak yükleme yapılarak sonuçlar incelenmiştir. En uygun yöntem belirlenerek elde edilen düşük maliyetli ve yüksek performanslı TEM-t hücresinin malzeme yüklü iken gösterdiği performans, yani S-parametrelerindeki değişim incelenmiştir. Bu yöntem sayesinde S-parametrelerinde gözlemlenen değişim referans alınarak ekran malzemesi olarak kullanılacak düzlemsel yapıların seçimi kolaylıkla yapılabilmektedir.
Uçaklarda yaklaşma ve iniş sistemlerinin karşılaştırmalı incelenmesi
Bu tez kapsamında geçmişten günümüze gelişmekte olan yaklaşma ve iniş sistemlerinden ILS, MLS ve GLS detayları ile tanıtılarak birbirlerine göre avantajlı ve dezavantajlı oldukları durumlar değerlendirilmiştir. Ayrıca, üç yaklaşma ve iniş sisteminin çalışma prensibine uygun şekilde üretilen verileri kullanarak otomatik iniş yapabilen algoritmalar geliştirilmiş ve bu algoritmalar için örnek senaryoların simülasyonları yapılarak sistemlerin çalışma prensipleri detaylı şekilde açıklanmıştır.
Gömülü dalga kılavuzu yapısında çoklu bant geçiren filtre tasarımı
Mikrodalga Filtreler, RF/Mikrodalga sistemlerde sıklıkla kullanılan ve sadece istenilen frekanslardaki elektromanyetik sinyallerin iletilmesini sağlayan elemanlardır. Frekans tepkisine göre (alçak geçiren, yüksek geçiren, bant geçiren, bant durduran) ve farklı yapısal özellikleriyle (mikroşerit, toplu elemanlı, kavite, seramik ve dalga kılavuzu yapıdaki filtreler vb.) çeşitli filtre tasarımları mevcuttur. Gömülü dalga kılavuzu yapısındaki filtreler de RF/Mikrodalga sistemlerde sıklıkla kullanılan, iki yüzeyi iletken metal ile kaplanmış taban malzemeye yerleştirilmiş iletken delikler kullanmak suretiyle gerçeklenen filtre yapısıdır. Gömülü dalga kılavuzu yapısındaki filtreler, içerisi dielektrik malzeme ile doldurulmuş metalik dalga kılavuzu yapısındaki filtrelere benzetilebilir. Bununla birlikte gömülü dalga kılavuzu yapısındaki filtreler; üretim kolaylığı, boyut ve ağırlık açısından, metalik dalga kılavuzu yapısındaki filtrelere göre avantajlıdır. Ayrıca frekans tepkisi bakımından metalik dalga kılavuzu filtrelere benziyor olması tercih sebebidir. Gelişen teknoloji sebebiyle gün geçtikçe daha hızlı haberleşme sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. 5G/6G sistemleri ve "nesnelerin interneti" gibi uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilmek için daha hızlı iletişim yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda, çoklu bant yapılarının kullanıldığı kablosuz iletişim sistemlerine olan gereksinim de artmaktadır. Çoklu bant geçiren filtreler ise bu doğrultuda tasarlanan ve geliştirilen filtrelerdir. Bu tezde gömülü dalga kılavuzu yapısında K frekans bandında çalışan çoklu bant geçiren filtre tasarımları amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda tek bant geçiren kanal filtrelerinin tasarımı gerçeklenmiştir. Kanal filtrelerinin üç boyutlu elektromanyetik benzetim programlarında simülasyonları yapılarak frekans tepkileri incelenmiş ve gerekli iyileştirmeler/optimizasyonlar yapılmıştır. Sonraki aşamalarda, kanal filtrelerinin birbirleriyle olan entegrasyonu sağlanarak çoklu bant geçiren filtre tasarımı gerçeklenmiştir. Bu doğrultuda, öncelikle iki çıkışlı çoklayıcı (çiftleyici) tasarımı gerçeklenmiş ve frekans tepkisi incelenmiştir. İlaveten, gömülü dalga kılavuzu yapısındaki güç bölücü topolojileri kullanılarak, üç çıkışlı çoklayıcı yapısı tasarlanmıştır. Elektromanyetik simülasyonlar ve optimizasyonlardan sonra gömülü dalga kılavuzu yapısında çoklu bant geçiren filtrelerin üretimi yapılmış ve ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir.
Küresel konumlandırma sistemi (KKS) aldatma yöntemlerinin ve karşı tedbirlerin karşılaştırılması
Küresel Konumlandırma Sistemi (Global Positioning System, GPS), dünya genelinde kritik öneme sahip bir teknoloji olup, konum belirleme, navigasyon ve zamanlama gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Ancak, GPS sinyallerinin düşük güçlü yapısı nedeniyle, bu sinyallerin karıştırılması veya aldatılması mümkündür. Bu tezde, GPS aldatma saldırıları ve bu saldırılara karşı geliştirilen karşı tedbir yöntemleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Çalışmada, yeniden oynatma ve sahtecilik gibi aldatma stratejileri ile bu stratejilere karşı geliştirilen çeşitli karşı tedbir teknikleri deneysel olarak test edilmiştir. Yazılım Tabanlı Radyo (Software Defined Radio, SDR) kullanılarak gerçekleştirilen deneyler sonucunda, çeşitli GPS alıcılarının aldatılabilirliği gösterilmiş ve etkin karşı tedbir stratejileri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, GPS aldatma saldırılarına karşı hangi tekniklerin en etkili olduğunu ortaya koymakta ve gelecekteki çalışmalar için önemli bilgiler sunmaktadır.