ANKARA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ. DARBE SIKIġTIRMA RADARLARINA KARġI AKTĠF ALDATMA TEKNĠKLERĠNĠN MODELLENMESĠ

Transkript

1 ANKARA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ DARBE SIKIġTIRMA RADARLARINA KARġI AKTĠF ALDATMA TEKNĠKLERĠNĠN MODELLENMESĠ Mahmut SERĠN ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI ANKARA 2010 Her hakkı saklıdır

2 TEZ ONAYI Mahmut SERİN tarafından hazırlanan DARBE SIKIġTIRMA RADARLARINA KARġI AKTĠF ALDATMA TEKNĠKLERĠNĠN MODELLENMESĠ adlı tez çalışması 24 / 02 / 2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı nda YÜKSEK LĠSANS TEZĠ olarak kabul edilmiştir. Danışman : Yrd. Doç. Dr. İsa NAVRUZ Jüri Üyeleri: Başkan : Yrd. Doç. Dr. Yakup ÖZKAZANÇ Hacettepe Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği A.B.D. Üye : Yrd. Doç. Dr. Murat Hüsnü SAZLI Ankara Üniversitesi Elektronik Mühendisliği A.B.D. Üye : Yrd. Doç. Dr. İsa NAVRUZ Ankara Üniversitesi Elektronik Mühendisliği A.B.D. Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof. Dr. Orhan ATAKOL Enstitü Müdürü

3 ÖZET Yüksek Lisans Tezi DARBE SIKIŞTIRMA RADARLARINA KARŞI AKTİF ALDATMA TEKNİKLERİNİN MODELLENMESİ Mahmut SERİN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. İsa NAVRUZ Bu çalışmada, darbe sıkıştırma radarlarına karşı kullanılan elektronik taarruz tekniklerinin analizi ve karşılaştırması yapılmıştır. Darbe sıkıştırma radarı dalga formu olarak doğrusal frekans modülasyonu ve faz kodlu darbeleri kullanılmıştır. Darbe sıkıştırma radarlarına karşı kullanılan elektronik taarruz teknikleri olan lekeli tayf, parçalama/birleştirme tayf, yarı kod tekrarlayıcı ve cıvıltı kapısının çalınmasının analizi yapılmıştır. Doğrusal frekans modülasyonuna karşı kullanılan lekeli tayf ve faz kodlu radarlara karşı kullanılan yarı kod tekrarlayıcı elektronik taarruz tekniklerinin darbe sıkıştırma filtresi çıkışındaki etkileri karşılaştırılmıştır. Darbe sıkıştırma filtresinde kullanılan ağırlıklandırma fonksiyonun lekeli ve parçalama/birleştirme tayf tekniklerine etkisi incelenmiştir. Cıvıltı kapısının çalınması menzil aldatma tekniğinin matematiksel modeli verilmiş ve benzetim ile matematiksel model doğrulanmıştır. ġubat 2010, 87 sayfa Anahtar Kelimeler: Darbe sıkıştırma, elektronik taarruz, elektronik harp, radar, lekeli tayf, parçalama/birleştirme tayf, aldatma karıştırması. i

4 ABSTRACT Master Thesis MODELING OF ACTIVE DECEPTION TECHNIQUES AGAINST PULSE COMPRESSION RADARS Mahmut SERİN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electronics Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. İsa NAVRUZ In this work, electronic attack techniques used against pulse compression radars have been analysed and compared. Linear frequency modulation and phase coded pulses has been used as pulse compression radar waveforms. Electronic attack techniques used against pulse compression radars such as smeared spectrum, chopping/interleaving spectrum, half code repeater and chirp gate stealing has been analysed. Linear frequency modulation used against smeared spectrum and phase coded radars used against half code repeater electronic attacks techniques compared for radar pulse compression filter output effects. Weighting functions used in pulse compression filters are investigated effects against smeared spectrum and chopping/interleaving spectrum techniques. Mathematical model of chirp gate stealing as a range deception technique is presented. Then, this mathematical model has been verified via simulations. February 2010, 87 pages Key Words: Pulse compression, electronic attack, electronic warfare, radar, smeared spectrum, chopping/interleaving spectrum, deception jamming. ii

5 TEŞEKKÜR Çalışmamın her aşamasında önerileri ile beni yönlendiren, çalışmam boyunca yaşadığım tüm zor durumlarda manevi destek veren ve ihtiyaç duyduğumda her an yanımda olarak bana bilimsel danışmanlık veren Sayın Yrd. Doç. Dr. İsa NAVRUZ (Ankara Üniversitesi) ve Yrd. Doç. Dr. Asım Egemen YILMAZ a (Ankara Üniversitesi) teşekkürü bir borç bilirim. Tez çalışmam boyunca desteklerini esirgemeyen; Kardeşim Tuğba SERİN, Annem Sultan SERİN ve Babam Medeni SERİN e teşekkürlerimi sunarım. Mahmut SERİN Ankara, Şubat 2010 iii

6 İÇİNDEKİLER ÖZET i ABSTRACT ii TEġEKKÜR iii SĠMGELER DĠZĠNĠ vi ġekġller DĠZĠNĠ vii ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ix 1. GĠRĠġ KURAMSAL TEMELLER Radar temelleri Radar çalıģma prensibi Radar menzil ölçümü Radar hız ölçümü Radar menzil denklemi Darbe sıkıģtırma radarları GiriĢ Doğrusal frekans modülasyonu (LFM) darbe sıkıģtırma Doğrusal frekans modülasyonu dalga formu LFM menzil doppler belirsizlik problemi Doğrusal frekans modülasyonu zaman bölgesi ağırlıklandırma Doğrusal olmayan frekans modülasyonu Faz kodlu radarlar Ġkili faz kodlu radarlar Dörtlü faz kodlu radarlar Elektronik harp temelleri Elektronik destek (ES) Radar elektronik taarruz (EA) Radar elektronik korunma (EP) MATERYAL VE YÖNTEM KarıĢtırıcı / Sinyal Oranı (JSR) Sabit çıkıģ güçlü aldatma karıģtırma sistemi JSR çıkartımı Sabit kazançlı aldatma karıģtırma sistemi JSR çıkartımı Ön kenar menzil takibi Menzil aldatma karıģtırma Menzil kapısının dıģarı çekilmesi Cıvıltı kapısının çalınması Sabit hızlı cıvıltı kapısının çalınması tekniği modeli Menzil sahte hedefler Lekeli tayf elektronik taarruz tekniği Parçalama/birleĢtirme elektronik taarruz tayf tekniği Yarı kod tekrarlayıcı BULGULAR VE TARTIġMA Sabit hızlı cıvıltı kapısının çalınması tekniğinin MATLAB benzetimi Sabit hızlı cıvıltı kapısının çalınması tekniğinin JSR değerleri Sabit hızlı cıvıltı kapısının çalınması tekniğinin MATLAB benzetimi JSR değerleri iv

7 4.2 Lekeli tayf tekniği ve yarı kod tekrarlayıcı karģılaģtırma Lekeli ve parçalama/birleģtirme tayf tekniklerine ağırlıklandırma filtresinin etkisi Ağırlıklandırma filtresinin lekeli tayf tekniğine etkisi Ağırlıklandırma filtresinin parçalama/birleģtirme tayf tekniğine etkisi Lekeli ve parçalama/birleģtirme tayf tekniklerinin NLFM dalga formuna etkisi Lekeli ve parçalama/birleģtirme tayf tekniklerinin JSR ihtiyacı SONUÇ KAYNAKLAR EKLER EK 1 TAYLOR NLFM katsayıları EK 2 MATLAB kodu ÖZGEÇMĠġ v

8 SİMGELER DİZİNİ ACF ATC CGS DC DRFM EA ES EP EW ECM ECCM ESM LFM NLFM JSR ISL PRI PSL RCS RGS RGPO RGPI RFT SAR SS TWS TWTA Auto Correlation Function Oto İlinti Fonksiyonu Air Traffic Control Hava Trafik Kontrolü Chirp Gate Stealing Cıvıltı Kapısının Çalınması Direct Current Doğru Akım Digital Radio Frequency Memory Sayısal Radyo Frekans Hafızası Electronic Attack Elektronik Taarruz Electronic Support Elektronik Destek Electronic Protection Elektronik Korunma Electronic Warfare Eletronik Harp Electronic Counter Measures Elektronik Karşı Tedbirler Electronic Counter Counter Measures Elektronik Karşı Karşı Tedbirler Electronic Support Measures Elektronik Destek Tedbirleri Linear Frequency Modulation Doğrusal Frekans Modülasyonu Non Linear Frequency Modulation Doğrusal Olmayan Frekans Modülasyonu Jamming to Signal Ratio Karıştırıcı / Sinyal Oranı Integrated Sidelobe Level Tümleştirilmiş Yan Kulak Seviyesi Pulse Repetition Interval Darbe Tekrarlama Aralığı Peak Sidelobe Level Tepe yan kulak düzeyi Radar Cross Section - Radar Kesit Alanı Range Gate Stealing Menzil Kapısının Çalınması Range Gate Pull Off Menzil Kapısının Dışarı Çekilmesi Range Gate Pull In Menzil Kapısının İçeri Çekilmesi Range False Target Menzil Sahte Hedefi Synthetic Aperture Radar Sentetik Açıklık Radarı Spread Spectrum Yayılı İzge Track While Scan Tarama Yaparken İzleme Travelling Wave Tube Amplifier Yürüyen Dalga Tüp Yükselteci vi

9 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Temel radar blok diyagramı... 4 Şekil 2.2 Radar menzil hesabı... 6 Şekil 2.3 Doppler etkisi gösterimi... 7 Şekil 2.4 Radara göre hedefin radyal hızı... 8 Şekil 2.5 Doppler frekans ölçümü geometrisinin gösterimi... 8 Şekil 2.6 Temel darbe sıkıştırma radarı blok diyagramı Şekil 2.7 LFM darbe sıkıştırma süreci Şekil 2.8 LFM menzil-doppler belirsizliği Şekil 2.9 Darbe sıkıştırma radarı sıkıştırma filtresi Şekil 2.10 Dikdörtgen ve Hamming ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı. 17 Şekil 2.11 Dikdörtgen ve Hanning ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı Şekil 2.12 Dikdörtgen ve Blackman ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı. 18 Şekil 2.13 Simetrik ve simetrik olmayan doğrusal olmayan frekans modülasyonu.. 19 Şekil 2.14 Simetrik olmayan NLFM uyumlu filtre çıkışı Şekil bit uzunluğunda Barker faz kodlu sinyal Şekil bit uzunluğunda Barker kodu uyumlu filtre çıkışı Şekil 2.17 Dörtlü faz kod üreteci Şekil 2.18 Taylor dörtlü faz kodu (Barker13) Şekil 2.19 Taylor dörtlü faz kodunun oto ilinti fonksiyonu Şekil 2.20 Elektronik harbin yapısı Şekil 2.21 Elektronik destek sistemi blok diyagramı Şekil 2.22 Aldatma karıştırıcı blok diyagramı Şekil 3.1 JSR almaç gösterimi Şekil 3.2 Sabit çıkış güçlü sistem (RCS = 100m 2 ) Şekil 3.3 Sabit çıkış güçlü sistem (RCS = 1000m 2 ) Şekil 3.4 Antenler arası polarizasyon kaybı değerleri Şekil 3.5 Sabit kazançlı sistem (RCS = 100m 2 ) Şekil 3.6 Sabit kazançlı sistem (RCS = 1000m 2 ) Şekil 3.7 Radar almacında ön kenar menzil takibi Şekil 3.8 Ön kenar menzil takibi blok diyagramı Şekil 3.9 Ön kenar menzil takibi türev alıcı devre çıkışları Şekil 3.10 Menzil kapısının dışarı çekilmesi karıştırıcı sinyalleri Şekil 3.11 Menzil kapısının dışarı çekilmesi tekniğinin bölünmüş kapı takipçisine etkisi Şekil 3.12 Cıvıltı kapısının çalınma süreci Şekil 3.13 Lekeli tayf tekniği %50 alt darbe sinyali Şekil 3.14 Lekeli tayf tekniği %25 alt darbe sinyali Şekil 3.15 Lekeli Tayf karıştırıcı sinyali sıkıştırma filtre çıkışı (yedi hedef) Şekil 3.16 Lekeli Tayf karıştırıcı sinyali tayfı Şekil 3.17 Parçalama/birleştirme tayf karıştırıcı sinyali sıkıştırma filtre çıkışı Şekil 3.18 Parçalama/birleştirme karıştırıcı sinyali tayfı Şekil 3.19 Taylor dörtlü faz kodu (üstte) ve oto ilinti fonksiyonu (altta) Şekil 3.20 Yarı kod tekrarlayıcı tekniği %50 alt darbe sinyali Şekil 3.21 Yarı kod tekrarlayıcı tekniği %25 alt darbe sinyali Şekil 3.22 Yarı kod tekrarlayıcı sinyali sıkıştırma filtre çıkışı (iki sahte hedef) vii

10 Şekil 4.1 Sabit hızlı cıvıltı kapısının çalınma süreci Şekil 4.2 Frekans kaymasına göre JSR değişimi Şekil 4.3 CGS tekniğinde minimum frekans için hedef ekosu ve karıştırıcı sinyali Şekil 4.4 CGS tekniğinde maksimum frekans için hedef ekosu ve karıştırıcı sinyali.. 65 Şekil 4.5 CGS tekniği MATLAB benzetimi frekans kaymasına bağlı JSR değerleri.. 65 Şekil 4.6 Lekeli tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Hamming) Şekil 4.7 Lekeli tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Hanning) Şekil 4.8 Lekeli tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Blackman) Şekil 4.9 Parçalama/birleştirme tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Hamming) Şekil 4.10 Parçalama/birleştirme tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Hanning) Şekil 4.11 Parçalama/birleştirme tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (Blackman) Şekil 4.12 Doğrusal olmayan frekans modülasyonu Şekil 4.13 Lekeli tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (NLFM) Şekil 4.14 Lekeli Tayf karıştırıcı sinyali tayfı (NLFM) Şekil 4.15 Parçalama/birleştirme tayf tekniği darbe sıkıştırma filtre çıkışı (NLFM) Şekil 4.16 Parçalama/birleştirme karıştırıcı sinyali tayfı (NLFM) viii

11 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Radar çalışma frekans bantları... 5 Çizelge 2.2 Ağırlıklandırma fonksiyonları özellikleri Çizelge 2.3 Barker kodları Çizelge 2.4 Radar ve karıştırıcı parametreleri Çizelge 4.1 Tehdit radar ve karıştırıcı parametreleri Çizelge 4.2 Lekeli tayf tekniği karıştırıcı ve radar parametreleri Çizelge 4.3 Lekeli tayf tekniği ağırlıklandırma fonksiyonu etkisi Çizelge 4.4 Parçalama/birleştirme tayf tekniği karıştırıcı ve radar parametreleri Çizelge 4.5 Parçalama/birleştirme tayf tekniği ağırlıklandırma fonksiyonu etkisi ix

12 1. GĠRĠġ Radar kelimesi RAdio Detection And Ranging kelimelerinden oluşmaktadır. Radarlarda genel olarak, modüle edilmiş darbeler ve yönlendirilmiş antenler kullanılmaktadır. Bu sayede, belirlenmiş bir hacim içinde tarama yapılabilmekte ve hedefler aranabilmektedir. Belirlenmiş hacim içindeki hedefler, radardan yayılan enerjinin bir kısmını geri döndürürler. Dönen enerji radar tarafından işlenerek hedef hakkında bilgi edinilir. Bu bilgiler, menzil, hız, açısal yer ve hedefi tanımlamaya yarayacak bilgiler olabilir. Darbe sıkıştırma radarları uzun verici darbesi göndererek radar ortalama verici gücünü yükseltmektedirler. Diğer taraftan uzun verici darbesi tepe güç değeri diğer radar uygulamaları ile kıyaslandığında azdır. Bu durum darbe sıkıştırma radarlarının düşman elektronik destek (ES) tedbirleri tarafından algılanma olasılığını azalttığı için bir elektronik korunma (EP) tedbiri oluşturmaktadır. Ayrıca radar almacında bulunan darbe sıkıştırma filtresinin yüksek sıkıştırma oranı sayesinde menzil çözünürlüğünde bir artış sağlamaktadırlar. Bu özellikleri sayesinde darbe sıkıştırma radarları radar uygulamalarında geniş yer bulmaktadır. Darbe sıkıştırma radarları arama sırasında takip yapan gözetleme radarları, takip radarları, sentetik aralıklı radarlar (SAR) ve hava trafik kontrol (ATC) radarları gibi radar uygulamasında kullanılmaktadır. Darbe sıkıştırma radarları darbe sıkıştırma tiplerine göre analog ve sayısal olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Analog darbe sıkıştırma radarları doğrusal ve doğrusal olmayan frekans modülasyonu (LFM ve NLFM) olarak ikiye ayrılmaktadır. Sayısal darbe sıkıştırma radarları ise ikili faz, dörtlü faz ve çoklu faz kodlu gibi gruplara ayrılmaktadır. Elektronik harp (EW) düşman kuvvetlerin elektromanyetik spektrumu kullanmasını engelliyor iken dost güçlerin ise elektromanyetik spektrumu kullanmaya devam etmesini amaçlayan askeri bir disiplindir. Bu yüzden gelişen radar ve haberleşme sistem 1

13 teknolojilerine paralel olarak elektronik harbin ülkelerin savunmasına katkısı da gittikçe artmaktadır. Darbe sıkıştırma radarlarının karmaşık verici darbeleri yüzünden darbe sıkıştırma radarlarına uygulanacak olan elektronik taarruz tekniklerinin onlara özel olması gerekmektedir. Tez çalışmasında doğrusal frekans modülasyonu kullanan darbe sıkıştırma radarlarına karşı uygulanan yeni elektronik taarruz tekniklerinden olan lekeli tayf ve parçalama/birleştirme tayf tekniklerinin matematiksel modelleri ayrıntılı olarak çıkarılmıştır. Faz kodlu radarlara karşı uygulanan yarı kod tekrarlama tekniği de ayrıntılı olarak incelenmiştir. Daha sonra bu tekniklerin analizi bir MATLAB benzetim programı ile yapılmıştır. Ayrıca literatürde cıvıltı kapısının çalınması olarak isimlendirilen menzil aldatma tekniğinin matematiksel modeli çıkarılmıştır. Bu teknik, doğrusal frekans modülasyonu sinyalinin menzil-doppler belirsizlik problemini kullanmaktadır. Matematiksel model bir benzetim programı ile doğrulanmıştır. 2

14 2. KURAMSAL TEMELLER Bu bölümde darbe sıkıştırma radarlarına karşı uygulanan elektronik taarruz tekniklerinin modellenmesine temel oluşturacak bilgiler literatürden derlenmiştir. 2.1 Radar temelleri Radar nesneleri algılayan ve yerini tespit eden elektromanyetik bir sistemdir. Radarlar özel bir dalga formunu göndererek çalışırlar. Bu dalga formu sürekli veya darbe modülasyonlu sinüs sinyali olabilir. Radar karanlık, kar ve sis gibi insan görüşünün mümkün olmadığı durumlarda belirli bir alanın görüşü için tasarlanabilir. Radarlar birçok şekilde sınıflandırabilir. Sınıflandırma, menziline göre (uzun, orta ve kısa menzil), teknik özelliklerine göre (sürekli dalga veya darbeli) ve çalıştıkları frekans bantlarına (X, C ve L gibi.- Çizelge 2.1) göre olabilir Radar çalıģma prensibi Temel radar blok diyagramı Şekil 2.1 de verilmiştir. Şekilde bulunan temel radar parçaları aşağıda kısaca tanımlanmıştır. Verici: Şekil 2.1 de güç yükselteci olarak gösterilen verici, radar sinyal üreteci tarafından üretilen sinyali radarın ihtiyacı olan güç seviyesine yükseltir. Radar uygulamalarında güç yükselteci birimi olarak TWTA ve yarı iletken birimler kullanılmaktadır. Sinyal Üreteci: Radar sinyal üreteci radar tarafından uzaya yayılacak olan temel bant sinyalini belirli bir taşıyıcı frekansa göre modüle etmektedir. 3

15 Alıcı/verici: Alıcı/verici birimi alma ve gönderme için aynı anteni kullanan radarlarda alıcı ve verici arasında yalıtım sağlayarak gönderme anında alma biriminin zarar görmesini önler. Anten: Anten birimi güç yükselteci tarafından üretilen sinyalin uzaya yayılmasını sağlar. Ayrıca hedeften yansıyan sinyali de algılar. Alıcı: Anten tarafından alınan zayıf sinyali sinyal işleme birimlerinin işleyebileceği seviyeye kadar yükseltir. Uyumlu Filtre: Uyumlu filtre sinyal işlemci biriminde hedeften yansıyan sinyalin Sinyal/Gürültü oranını arttıran birimdir. Lokal Osilatör: Mikserin yüksek frekanslı taşıyıcı sinyalini sinyal işlemci birimlerinin işleyebileceği ara frekansa indirebilmesi için gerekli sinyali sağlar. Alıcı Verici Güç Yükselteci Sinyal Üreteci Düşük Gürültülü Yükselteç Mikser Ara Frekans Uyumlu Yükselteci Filtre İkinci Detektör Lokal Osilatör Ekran Video Yükselteci Şekil 2.1 Temel radar blok diyagramı (Skolnik 2008) 4

16 Çizelge 2.1 Radar çalışma frekans bantları Frekans Bandı Frekans (GHz) Yeni Gösterim Frekans(GHz) HF A VHF B UHF C L D S E C F X G Ku H K I Ka J MMW Genelde > 34.0 K L M > Radar menzil ölçümü Temel olarak radar, bir hedefin menzilini gönderdiği darbenin hedeften yansıyıp radara tekrar gelmesine kadar geçen süreye göre hesaplar. Şekil 1.2 de görüldüğü gibi radar t 0 anında darbeyi ortama gönderir. Hedefin radara göre olan mesafesiyle doğru orantılı bir zaman sonra hedeften dönen sinyal radar alıcısına gelir. Ortama yayılan taşıyıcı sinyalin ortamdaki yayılım hızı yaklaşık olarak ışık hızıdır. Buna göre radar menzili 2.1 numaralı denkleme göre hesaplanır. c t R (2.1) 2 Darbeli bir radar tarafından gönderilen darbeler arasındaki zaman farkı darbe tekrarlama aralığı (PRI) olarak ifade edilmektedir. Gönderilen bir darbenin bir sonraki darbe 5

17 gönderildikten sonra alınmasına menzil belirsizliği denir. Menzil belirsizliğini azaltmak için darbe tekrarlama aralığı arttırılır. Bu durumda ise ölçülebilecek maksimum hedef hızında bir belirsizlik olmaktadır. Şekil 2.2 Radar menzil hesabı Radar hız ölçümü Radar tarafından ortama yayılan taşıyıcı sinyal hareketli bir hedefe çarparak radar alıcısına döndüğünde taşıyıcı sinyalin frekansında hedefin hızına ve hareket yönüne bağlı olarak bir değişme olmaktadır. Bu taşıyıcı frekansındaki değişim Doppler etkisi olarak isimlendirilmektedir. Diğer taraftan radar taşıyıcı sinyali sabit bir hedefe çarptığında ise taşıyıcı frekansında bir değişim olmamaktadır (Mahafza 2000). 6

18 . Şekil 2.3 Doppler etkisi gösterimi Radara doğru yaklaşan bir hedeften dönen taşıyıcı sinyalin frekansı artmaktadır. Diğer taraftan taşıyıcı sinyalin dalga boyu azalmaktadır. Eğer hedef radardan uzaklaşıyorsa taşıyıcı sinyalin frekansı azalmakta ve dalga boyu ise artmaktadır (Mahafza, 2000). Radar taşıyıcı sinyalinde hareketli hedeflerden kaynaklanan Doppler etkisi, hedef radara doğru radyal yönde ilerlerken en fazladır. Hareketli hedef radyal yöne dik olarak ilerlerse bu durumda Doppler etkisi en az seviye olan sıfırdır. Diğer durumlarda Doppler etkisi hedef hızının radyal yöndeki bileşeni kullanarak tanımlanabilir. 7

19 Şekil 2.4 Radara göre hedefin radyal hızı Radar sistemleri mesafe ölçümünün yanı sıra mesafe değişiminin oranını da ölçmek için kullanılır. Mesafe değişiminin oranı, gönderilen ve alınan sinyal arasındaki frekans farkı yani doppler frekansı ölçülerek yapılır. Bu durum Şekil 2.5 deki geometri ile gösterilmiştir. Hedefin dt zamanında aldığı yol R mesafesinden R dr mesafesine kadardır. Mesafenin değişim oranı 2.2 ve hedefin Doppler frekansı 2.3 de verilmiştir. dr R (2.2) dt f d f c 2R c (2.3) Denklemde f c taşıyıcı frekansıdır. Şekil 2.5 Doppler frekans ölçümü geometrisinin gösterimi 8

20 2.1.4 Radar menzil denklemi Radar tasarımında mümkün olan en az çıkış gücü ile yayın yaparak en uzak mesafedeki hedefi algılayabilmek başlıca amaçlardandır. Böylece elektronik destek tedbir sistemleri (ESM) tarafından algılanma ihtimaline karşın kısmen önlem alınmış olur. Radar menzil denklemi radar parametrelerine bağlı olarak radarın maksimum menzilini tahmin etmek için kullanılmasının yanısıra radar sistem tasarımı için de oldukça kullanışlı bir eşitliktir. Denklem 2.4 de radar maksimum menzil denklemi verilmiştir (Skolnik 2001, Yaman 2004). R max kt S 2 T R 3 4 LT LRLP LbS min 1 4 PT TG G (2.4) R max : Hedef tespiti yapılabilecek maksimum menzil P T : Gönderme gücü G T : Gönderme anteni kazancı G R : Alma anteni kazancı σ: Hedefin radar kesit alanı (RKA) T: Darbe genişliği λ: Dalga boyu S min : Hedef tespiti için gerekli minimum SNR değeri kt s : Termal gürültü enerjisi L T : Gönderme hatlarındaki kayıp L R : Alma hatlarındaki kayıp L P : Sinyal işleme kayıpları L b : Hüzme şeklinden kaynaklanan kayıp 9

21 2.2 Darbe sıkıģtırma radarları GiriĢ Bir radarın birbirine yakın iki hedefi menzilde ayırabilmesi için gerekli minimum mesafe menzil çözünürlüğü olarak ifade edilir. Radar menzil çözünürlüğü çok kısa gönderme darbeleri kullanılarak arttırılabilir. Ancak çok kısa gönderme darbeleri kullanmak ise ortalama gönderme gücünü azaltır. Radar ortalama gönderme gücü ise almaç SNR değeri ile doğru orantılıdır. Bu yüzden radar darbe genişliği tasarımsal olarak seçilirken ortalama gönderme gücü ve menzil çözünürlüğü arasındaki ödünleşme gözetilerek seçilmelidir. Darbe sıkıştırma radarları darbe içi modülasyon yaparak ortalama gönderme güç değerlerini uzun darbe göndererek arttırırlar. Diğer taraftan ise uzun gönderme darbesini eşleştirme filtresinde sıkıştırarak kısa darbelerin menzil çözünürlüğü kadar menzil çözünürlüğü sağlarlar. Temelde darbe sıkıştırma radarları doğrusal frekans modülasyonlu (LFM) ve faz kodlu olmak üzere ikiye ayrılır. Dalga formu Üreteci Güç Yükselteci Göndermeci Verici-Alıcı Anten Senkronlayıcı Düşük Gürültü Yükselteci Karıştırıcı Lokal Osilatör Darbe Sıkıştırma Filtresi Ağırlıklandırma Filtresi Eşleştirme Filtresi Ara Frekans Yükselteci Zarf Detektör Video Yükseltici Ekran Şekil 2.6 Temel darbe sıkıştırma radarı blok diyagramı 10

22 2.2.2 Doğrusal Frekans Modülasyonu (LFM) darbe sıkıģtırma Doğrusal frekans modülasyonu darbe sıkıştırma radarlarında yaygın olarak kullanılır. Doğrusal frekans modülasyonunu kuş ötüşünün cıvıltısına benzemesinden dolayı chirp olarak da isimlendirilir. Doğrusal frekans modülasyonu darbe sıkıştırması uzun gönderme darbesine frekans modülasyonu ekleyerek elde edilir. Hedeften yansıyan sinyal radar almacında eşleştirme filtresinden geçirilerek sıkıştırma elde edilir. Sonuç olarak hedeften yansıyan sinyal eşleştirme filtre çıkışında darbe sıkıştırma çarpanı ( PC ) kadar sıkışır. Darbe sıkıştırma çarpanı 2.5 deki gibi ifade edilir. Denklemde T gönderme darbe genişliği ve B gönderme darbe bant genişliğidir. Böylece uzun gönderme darbesi ve bant genişliği kullanarak büyük sıkıştırma oranı elde edilebilir. PC T B (2.5) Doğrusal frekans modülasyonu sinyalini sıkıştırarak yüksek menzil çözünürlüklü darbeyi sağlamak için bütün frekansların aynı anda darbe sıkıştırma almacına gelmeleri gereklidir. Bu durumu elde etmenin bir yolu frekans ile doğru orantılı olarak zaman gecikmesi değişen bir filtre kullanmaktır. Şekil 2.7 de bu durum gösterilmiştir. Şekil 2.7 LFM darbe sıkıştırma süreci (Tait 2009) Şekil 2.7 den görüleceği üzere doğrusal frekans modülasyonu sinyalinin düşük frekansı f 1 darbe sıkıştırma almacına ilk ve yüksek frekansı f 2 ise en son olarak gelmektedir. Filtrenin zaman gecikme karakteristiği bütün frekansların filtreden nerdeyse aynı 11

23 zamanda çıkmasını sağlar. Bu durum çıkış sinyalinde keskin bir tepe oluşmasını sağlar. Darbe sıkıştırma radarı almacı eşleştirme filtre girişindeki yukarı doğrusal frekans modülasyonu sinyalinin bant genişliği B 2.6 daki gibi hesaplanır. Ayrıca Şekil 2.7 den doğrusal frekans modülasyonu sinyalinin darbe sıkıştırma radar almacı çıkışındaki menzil zaman yan lobları görülebilir. Darbe sıkıştırma radar almaç çıkışı genlikte Sinx / x karakteristiğine sahiptir. Zaman veya Menzil yan lobları ağırlıklandırma fonksiyonları kullanarak azaltılabilir. Ancak ağırlıklandırma fonksiyonları menzil çözünürlüğünün azalmasına ve sinyal işleme kayıplarına sebep olur Doğrusal frekans modülasyonu dalga formu Bir doğrusal frekans modülasyon sinyali 2.6 daki gibi ifade edilebilir. 2 x t A rect ( t / T) cos 2 f t t 0 (2.6) Denklemde T darbe genişliği, f 0 taşıyıcı frekansı, doğrusal frekans modülasyonu eğimi ve rect fonksiyonu ise 2.7 deki gibi ifade edilir. 1, x 1/ 2 rect x (2.7) 0, x 1/ 2 Doğrusal frekans modülasyonu eğimi B/ T eşitliği ile ifade edilir. Eşitlikteki artı işareti doğrusal frekans modülasyonunun pozitif diğer bir deyişle yukarı-cıvıltı ve eksi işareti ise doğrusal frekans modülasyonun negatif diğer bir deyişle aşağı-cıvıltı olduğunu gösterir. Faz modülasyonu zamanın karesel fonksiyonu olarak 2.8 deki ve taşıyıcı frekansının anlık frekans değişim olan LFM frekans modülasyonu faz modülasyonun bir terimi olarak 2.9 daki gibi ifade edilir. 2 t t (2.8) 1 f i t 2 d dt (2.9) 12

24 LFM menzil doppler belirsizlik problemi Daha önceden belirtildiği gibi radar göndermecinden yayılan sinyalin hareketli bir hedeften yansıması sonucunda taşıyıcı sinyalde oluşan frekans farkı Doppler frekansı olarak isimlendirilir. Radar uyumlu filtresinde hedefin hareketinden dolayı meydana gelen Doppler frekansının menzilde oluşturduğu gecikme Menzil-Doppler belirsizlik problemi olarak isimlendirilir (Fitzgerald 1974). Darbe sıkıştırma dalga formu olarak yukarı doğrusal frekans modülasyonu kullanılması durumunda radardan uzağa doğru hareket eden bir hedef negatif doppler hız kayması v d oluşturur. Ayrıca hareketli hedeften yansıyan sinyalin taşıyıcı frekansı aynı mesafede bulunan sabit bir hedeften yansıyan sinyalin taşıyıcı frekansına göre daha küçüktür. Doppler kayması 2.10 deki eşitlikle ifade edilir (Brookner 1998). f d 2 V d (2.10) Eşitlikte taşıyıcı sinyal frekansının dalga boyudur ve 2.11 ile ifade edilir. c f c (2.11) Eşitlikte c ışık hızı ve fc taşıyıcı sinyal frekansıdır. Yukarı doğrusal frekans modülasyon sinyali kullandığımız durumda aynı mesafedeki sabit ve hareketli hedeften yansıyan ekonun radar uyumlu filtresinden çıkışı Şekil 2.8 de verilmiştir. Şekil 2.8 den görüleceği üzere radara göre uzaklaşan hedeften yansıyan taşıyıcı sinyalinin radar uyumlu filtre çıkışı aynı mesafedeki sabit hedeften yansıyan taşıyıcı sinyalinin radar uyumlu filtre çıkışına göre t sonra varmıştır. Gecikme zamanı denklemi 2.12 de verilmiştir. 13

25 t 2 R c (2.12) Esasında sabit ve hareket eden hedeflerin ekoları hareket eden hedefte belirsizlik problemi olması dışında aynıdır. Sabit hedeften yansıyan ekonun radara göre menzilini R 1 olarak alırsak hareketli hedefin radara göre menzili Basitçe ifade etmek gerekirse hareketli hedefin sahip olduğu radara göre menzilinde R2 R1 R olarak ifade edilir. vd hızına göre hedefin R kadar bir farklılık olur ve 2.13 e göre ifade edilir. c T R vd (2.13) B Denkleme göre pozitif Doppler kayması hedef hareketinin radara doğru olduğunu gösterir. Diğer taraftan negatif Doppler kayması ise hedefin hareketinin radardan uzağa doğru olduğunu gösterir. Şekil 2.8 LFM menzil-doppler belirsizliği 14

26 Hareketli hedefin gerçek yerinin R olduğu durumda menzil-doppler belirsizliğinden dolayı meydana gelen zaman gecikmesinin oluşturduğu hedef menzili 2.14 deki gibi ifade edilir. R c R R (2.14) Denklemde R menzil-doppler belirsizliğinden dolayı meydan gelen menzil hatasıdır ve 2.15 deki gibi ifade edilir. R t (2.15) v d Denklemde t meydana gelen zaman gecikmesidir ve 2.16 daki gibi ifade edilir. c T T t f c (2.16) B B Denklem 2.14 de R yerine 2.15 yazarsak 2.17 ifadesini elde ederiz. Rc R vd t (2.17) Hedefin radara göre uzaklaştığı durumu için 2.17 denklemi 2.18 deki gibi olur. Rc R vd t (2.18) Hedefin radara doğru yaklaştığı durumda hedefin hızının daima pozitif olduğu için 2.17 denklemi 2.19 daki gibi olur. Rc R vd t (2.19) Doğrusal frekans modülasyonu dalga formu olarak aşağı-cıvıltı kullanılması durumunda 2.18 denklemi 2.20 deki gibi olur. Rc R vd t (2.20) Denklemden de anlaşılacağı üzere menzil-doppler belirsizliğinin menzilde oluşturduğu hata aşağı-cıvıltı dalga formu içi yukarı-cıvıltı dalga formunun tam tersidir. 15

27 Doğrusal frekans modülasyonu zaman bölgesi ağırlıklandırma Doğrusal frekans modülasyon sinyali kullanan darbe sıkıştırma radarı uyumlu filtre çıkışındaki sinyalin menzil (zaman) yan kulak seviyesi ana kulağa göre yaklaşık olarak dB dir. Bu değer darbe sıkıştırma radarının birbirine yakın hedefleri ve küçük hedeflerden yansıyan sinyali algılama olasılığını azaltmaktadır. Bu yüzden darbe sıkıştırma radarı menzil yan kulak seviyesini azaltmak için radar alıcısında uyumlu filtre çıkışına bir genlik ağırlıklandırma filtresi konulmaktadır. Şekil 2.9 da darbe sıkıştırma radarı sıkıştırma filtresi blok diyagramı verilmiştir. Darbe sıkıştırma radarı uyumlu filtre çıkışı 2.21 deki gibi ifade edilir. Sıkıştırma filtresi çıkışı ve darbe sıkıştırma filtresi dürtü tepkisi ise sırasıyla 2.22 ve 2.23 deki gibi ifade edilir (Nathanson vd. 1999, Hang 2004). S T (t) Uyumlu Filtre g(t) Ağırlıklandırma Filtresi g w (t) Şekil 2.9 Darbe sıkıştırma radarı sıkıştırma filtresi g t ST t * h t (2.21) g w t S T t * h' t (2.22) h' t h t w t (2.23) Doğrusal frekans modülasyonu sıkıştırma filtresi ağırlıklandırma filtresi 2.24 deki gibi ifade edilir. Çizelge 2.2 de temel ağırlıklandırma fonksiyonları özellikleri verilmiştir. w t a a cos 2 t / T a cos 4 t / T (2.24) 16

28 Çizelge 2.2 Ağırlıklandırma fonksiyonları özellikleri Pencere Dikdörtgen Hamming Hanning Balckman En Düşük Yan Lob (db) dB Huzme Genişliği a a a Doğrusal frekans modülasyonu ve genlik ağırlıklandırma filtresi olarak Hamming, Hanning ve Blackman fonksiyonu kullanan darbe sıkıştırma filtresi sırasıyla Şekil de verilmiştir. Radarın darbe genişliği 10μs ve bant genişliği ise 10Mhz olarak alınmıştır. Ağırlıklandırma filtresi çıkışında doğrusal frekans modülasyonu genlikleri Hamming, Hanning ve Blackman için sırasıyla 5.35dB, 6dB ve 7.53dB azalmıştır (Richards 2005). Şekil 2.10 Dikdörtgen ve Hamming ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı 17

29 Şekil 2.11 Dikdörtgen ve Hanning ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı Şekil 2.12 Dikdörtgen ve Blackman ağırlıklandırılmış radar sıkıştırma filtre çıkışı 18

30 2.2.3 Doğrusal olmayan frekans modülasyonu Doğrusal olmayan frekans modülasyonu (NLFM) doğrusal frekans modülasyonu ile karşılaştırıldığında bir çok avantaja sahiptir. Doğrusal olmayan frekans modülasyonu doğrusal frekans modülasyonunda olduğu gibi menzil (zaman) yan kulak seviyesini azaltmak için ağırlıklandırma filtresine ihtiyaç duymaz. Bunun sebebi ise doğrusal olmayan frekans modülasyonu tayf şekline göre istenilen menzil (zaman) yan kulak seviyesi elde edilir. Şekil 2.13 de simetrik ve simetrik olmayan frekans modülasyonu dalga formlarının zamana göre frekans değişimi gösterilmiştir (Varshney ve Thomas 2003). Şekil 2.13 Simetrik ve simetrik olmayan doğrusal olmayan frekans modülasyonu Simetrik olmayan NLFM dalga formunun bant genişliğinin zamana bağlı frekansının değişimi 2.25 deki gibidir. f t B t T P p 1 K p 2 pt sin (2.25) T Denklemde K p katsayıları Taylor katsayılarıdır. 19

31 Şekil 2.14 de simetrik olmayan NLFM dalga formunun uyumlu filtre çıkışı verilmiştir. Burada doğrusal olmayan frekans modülasyonu bant genişliği ve darbe genişliği sırasıyla 10Mhz ve 10μs dir. (a) (b) Şekil 2.14 Simetrik olmayan NLFM uyumlu filtre çıkışı Doğrusal olmayan frekans modülasyonunun doğrusal frekans modülasyonuna göre dezavantajı ise doppler toleransıdır. Doğrusal olmayan frekans modülasyonunda hareketli hedeften yansıyan sinyalin uyumlu filtre çıkışındaki sinyalin menzil (zaman) yan kulak seviyelerinde artış olmaktadır. 20

32 2.2.4 Faz kodlu radarlar Faz kodlu sinyaller darbe sıkıştırma radarlarında kullanılan dalga formlarından biridir. Faz kodlu dalga formları iyi menzil ve radyal hız çözünürlüğü sağlamaktadır. Diğer taraftan faz kodlu dalga formalarında doppler frekansından dolayı meydana gelen menzil (zaman) yan kulak seviyeleri diğer darbe sıkıştırma dalga formlarına göre daha fazla olmaktadır. Faz kodlu radarlarda hedeften dönen sinyalin sıkıştırılması sayısal teknikler kullanılarak yapılır. Faz kodlu dalga formları her biri belirli bir fazda olan alt darbelerin bir serisinden oluşmaktadır. Bu alt darbe serisi almaç uyumlu filtresinde bir alt darbe uzunluğu olan kadar sıkıştırılarak istenilen menzil çözünürlüğüne sahip olunur. Diğer taraftan faz kodlu dalga formunun frekans çözünürlüğü toplam darbe genişliği t kadardır. Faz kodlu radarlarda darbe sıkıştırma oranı n alt darbe sayısı kadardır (Curry 2004). t * n (2.26) Ġkili faz kodlu radarlar Faz kodlu dalga formlarının yaygın dalga formu ikili faz kodlu dalga formlarıdır. İkili faz kodlama tekniğinde uzun darbe N adet alt darbe parçasına bölünür. Her darbenin fazı 0 veya π olarak seçilir. 0 faza sahip darbeler 1 ile π faza sahip darbeler -1 ile gösterilebilir. Rastgele belirlenen 0 ve π değerleri ile oluşturulan kodların iyiliğine Tepe yan kulak düzeyi (PSL) ve Tümleştirilmiş Yan Kulak Seviyesi (ISL) değerlerine bakılarak karar verilebilir. PSL değeri, sıkıştırma sonucu elde edilen tepe güç değerinin yan kulaklardan en büyüğüne oranlanmasıyla bulunur. ISL değeri, tepe güç değeri dışında kalan tüm yan kulakların enerjileri toplanarak bulunur. PSL değerinin yüksek, ISL değerinin düşük çıkması beklenir (Yaman 2004). 21

33 İkili faz kodlama ile en iyi kodları Barker bulmuştur ve bu kodlar literatürde Barker kodları olarak bilinir. Barker kodları çok iyi menzil yan kulak seviyesine sahiptirler. Barker kodları 2 bit uzunluğundan 13 bit uzunluğuna kadar değişmektedir ve Çizelge 2.3 de Barker kodları verilmiştir. Barker kodlarının iki dezavantajı vardır. Bunlardan birincisi maksimum Barker kod uzunluğu 13 bittir. Yıllardır yapılan araştırmalara rağmen mevcut Barker kodlarından daha iyi performans gösteren kodlar bulunamamıştır. Barker kodlarının ikinci dezavantajı ise Doppler toleransının kötü olmasıdır (Denk 2006). Çizelge 2.3 Barker kodları Kod Uzunluğu Kod Elemanları PSL (db) 2 1-1, , 1 1 1, Şekil 2.15 de Barker 13 uzunluğunda olan ikili faz kodlu sinyalin zarfı görülmektedir. Şekil 2.16 da ise Barker 13 uzunluğundaki kodun oto ilinti fonksiyonu (ACF) görülmektedir. 22

34 Şekil bit uzunluğunda Barker faz kodlu sinyal Şekil bit uzunluğunda Barker kodu uyumlu filtre çıkışı 23

35 Dörtlü faz kodlu radarlar Taylor dörtlü faz kodu yeni bir faz kodlu radar sinyal çeşididir. Taylor dörtlü faz kodu birçok avantaja sahiptir. Bunlar yayılım tayfının hızlı düşüşü, almaçta küçük uyumsuzluk kaybı ve menzil örnekleme hatasıdır (Watson 1996, Yanyan vd. 2006). Bir dörtlü faz kodunun alt darbeleri 0, 90, 180 ve 270 derecelik dört fazdan birini alır. Aynı zamanda alt darbeler karmaşık olarak ise +1, +j, -1 ve j değerlerinden birini alır. Taylor dörtlü faz kodunun üretildiği alt darbeler yarı-kosinüs ağırlıklandırılır (Taylor ve Blinchikoff 1988). Taylor dörtlü faz kodu 2.27 deki gibi ifade edilir. j t f t i t jq t a t e (2.27) Denklemde a t ve t sırasıyla Taylor dörtlü faz kodunun genlik ve faz modülasyon fonksiyonlarıdır ve 2.28 ve 2.29 daki gibi ifade edilirler. a t i 2 t q 2 t (2.28) t 1 tan q t i t (2.29) Denklemlerde i(t) ve q(t) sırasıyla dörtlü faz kodun eş ve çeyrek evre fazlı bileşenleridir. Bir ikili faz kod fazından dörtlü faz koduna geçiş 2.30 daki gibi ifade edilir. V k J s k 1 W k (2.30) Denklemde s sabittir ve -1/1 değerlerinden birini alır. Ayrıca Taylor dörtlü faz kodu 2.31 deki gibide ifade edilir. f t N 1 J S k 1 W p t k k (2.31) 24

36 Denklemde p t yarı kosinüs alt darbesidir ve 2.32 deki gibi ifade edilir. p t cos t 2, t (2.32) Şekil 2.17 de ikili barker 13 faz kodundan Taylor dörtlü 13 alt darbeli faz kodu üreteci blok diyagramı verilmiştir. p(t ) Dallı Gecikme Hattı J J J J J J + 1 Şekil 2.17 Dörtlü faz kod üreteci Taylor dörtlü faz 13 alt darbeli kodun gerçek kısmı, sanal kısmı ve sinyalin zarfı Şekil 2.18 de verilmiştir. Taylor dörtlü faz 13 alt darbeli kodun oto ilinti fonksiyonu Şekil 2.19 da verilmiştir. Şekil 2.19 dan görüleceği üzere Taylor dörtlü faz 13 alt darbeli kodun oto ilinti fonksiyonu ikili Barker 13 kodun oto ilinti fonksiyonuna çok benzemektedir (Levanon ve Mozesen 2004). 25

37 Şekil 2.18 Taylor dörtlü faz kodu (Barker13) Şekil 2.19 Taylor dörtlü faz kodunun oto ilinti fonksiyonu 26

38 2.3 Elektronik harp temelleri Elektronik harp (EW) düşman kuvvetlerin elektromanyetik spektrumu kullanmasını engelliyor iken dost güçlerin ise elektromanyetik spektrumu kullanmaya devam etmesini amaçlayan askeri bir disiplindir. Burada elektromanyetik spektrum doğru akımdan (DC) ışığa kadar olan bütün spektrumdur. Böylece elektronik harp radyo frekans, kızılötesi, morötesi ve optik spektrumu kapsar (Adamy 2001). Elektronik harp bir güç çarpanıdır. Çünkü elektronik harp düşman silahların etkinliğini azaltarak dost güçlerin kayıplarını azaltır. Şekil 2.20 de elektronik harbin temel bileşenleri gösterilmiştir. Şekil 2.20 den de görüleceği üzere Elektronik Harp temel olarak Elektronik Destek (ES), Elektronik Taarruz (EA) ve Elektronik Korunma (EP) alanlarına bölünür. Elektronik Harp Elektronik Destek (ES) Elektronik Taarruz (EA) Elektronik Korunma (EP) Eski ESM Eski ECM Eski ECCM Şekil 2.20 Elektronik harbin yapısı (Adamy 2006) 27

39 2.3.1 Elektronik destek (ES) Elektronik destek elektronik harbin dinleme kısmıdır. Elektronik destek aynı zamanda elektronik destek tedbirleri olarak da isimlendirilir. Elektronik destek sistemleri ve alt sistemleri tehdit sinyalleri algılarlar. Daha sonra tehditleri çeşitleri ve yerlerine göre gösterirler. Böylece tehditlerin yerlerinin bilinmesine ve tehditlere karşı uygulanacak elektronik taarruz tekniklerinin belirlenmesine yardımcı olurlar. Ana elektronik destek fonksiyonları; Tehdit sinyallerinin algılanması, Tehdidin çalışma biçiminin ve tipinin tanımlanması, Tehdit vericisinin yerinin tespiti, Spesifik tehdit tanımlama (Tehdit vericisinin parmak izinden), Tehdit bilgilerini göstermektir. Elektronik destek sistemleri için çözülmesi gereken bir problem radar uygulamalarında yaygınlaşan düşük olasılıklı algılanma dalga formlarının tanımlanmasıdır. Bu durumu çözmek için elektronik destek sistemlerinde daha hassas alıcı devrelerine ihtiyaç vardır. Şekil 2.21 de elektronik destek sistemi blok diyagramı verilmiştir. Şekil 2.21 Elektronik destek sistemi blok diyagramı 28

40 2.3.2 Radar elektronik taarruz (EA) Elektronik taarruz elektronik harbin eylem yapan kısmıdır. Elektronik taarruz aynı zamanda elektronik karşı tedbirler olarak da isimlendirilir. Elektronik taarruz sistemi elektronik destek sistemlerinden aldığı tehdit bilgisine göre eylemini gerçekleştirir. Radar karıştırma elektronik taarruzun büyük bir parçasıdır. Radar karıştırma düşman hava savunma sistemlerinin desteğinde önemli rol oynayan radar sistemlerine karşı tasarlanır. Radar karıştırmanın ana amacı düşman radar sistemlerinin etkinliğini azaltarak kritik bilginin ele geçmesini engellemektir. Radar karıştırmanın iki çeşidi vardır. Bunlar gürültü karıştırma ve aldatma karıştırmadır. Gürültü karıştırma radar taşıyıcı sinyalini gürültü ile modüle ederek, rastgele genlik değişimleri veya tehdit radarın çalışma frekansında sinyal göndererek yapılır. Gürültü karıştırma radar almacını doyuma ulaştırabilmek için yüksek güç ihtiyacına sahiptir. Gürültü karıştırma radar almacının yüksek hassasiyetini avantaja çevirir. Aldatma karıştırma sistemi tehdit radarda gerçek bir hedef gibi davranan karıştırma darbelerini işleyebilmek ve üretebilmek için karmaşık alma ve gönderme devrelerine sahiptir. Bir aldatma karıştırıcısı tehdit radardan aldığı sinyali radar ekranında yanlış menzil, yanca ve hız bilgisi üretmek için işleyerek tekrar radara gönderir. Aldatma karıştırmasının etkin olabilmesi için tehdit radarın birçok parametresi ile eşleşmesi gerekir. Bunlar taşıyıcı frekansı, darbe tekrarlama aralığı, darbe genişliği ve tarama oranı gibi parametrelerdir. Aldatma karıştırma sistemleri tehdit radar sinyalinin bir benzerini göndermeleri yüzünden tekrarlayıcı karıştırıcı olarak da bilinirler. Aldatma karıştırma sistemleri gürültü karıştırma sistemleri ile karşılaştırıldıklarında daha az güç ihtiyaçları vardır. Diğer taraftan aldatma karıştırma sistemlerinin gürültü karıştırma sistemlerine göre daha karmaşık yapıları vardır. Şekil 2.22 de aldatma karıştırma sistemi blok diyagramı verilmiştir. 29

41 Şekil 2.22 de görülen sinyal hafıza birimi aldatma karıştırma sisteminin en önemli birimidir. Hafıza birimi tehdit radar sinyalinin karakteristiklerini kaydetmelidir. Ayrıca bu parametreleri işlemesi için kontrol birimine geçirmelidir. Bu süreç karıştırılan her sinyal için anlık yapılmalıdır. Hafıza birimi olarak sayısal radyo frekans hafıza (DRFM) birimlerin kullanılması sistem zaman gecikmesini azaltır ve aldatma karıştırıcı etkinliğini arttırır. Rx Tx Giriş Yük. Genlik Faz Modülasyonu Çıkış Yük. Alıcı Sinyal Hafızası Sinyal Kaynağı Kontrol Şekil 2.22 Aldatma karıştırıcı blok diyagramı (Chrzanowski 1990) Aldatma karıştırmanın yaygın olarak kullanılan teknikleri; Sahte hedef karıştırması, Menzil aldatma karıştırması, Açı aldatma karıştırması, Ve hız aldatma karıştırmasıdır. 30

42 2.3.3 Radar elektronik korunma (EP) Elektronik korunma, düşman elektronik taarruz denemelerini etkisiz kılmak için gerekli temel sistemlerin bir parçasıdır. Elektronik korunma aynı zamanda elektronik karşı karşı tedbirler (ECCM) olarak da isimlendirilir. Radarlar karıştırmaya karşı daha az savunmasız olmaları için elektronik korunma özelliklerine sahip olurlar. Elektronik korunmanın avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir. Radar almacının doyuma ulaşmasını engelleme, Radar almacındaki sinyal gürültü oranını arttırma, Yönlü girişimin radara göre tahmini, Sahte hedeflerin oluşumunu engelleme, Hedef takiplerini devam ettirme, Elektronik destek birimleri ile etkileşim, Radar sisteminin çalışmasının devamını sağlamaktır. Elektronik korunmanın iki ana sınıfı vardır. Bunlar elektronik teknikler ve operasyonel doktrinlerdir. Operasyonel doktrinlere örnek olarak savaş alanında radar sisteminin mevzileneceği yerin seçimi verilebilir. Spesifik elektronik teknikler radar alt sistemleri içerisinde anten, verici, alıcı ve sinyal işlemci ilişkili olur. 31

43 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 KarıĢtırıcı / Sinyal Oranı (JSR) Bir karıştırıcının etkinliği yalnızca karıştıracağı tehdit almacını karıştırmasıyla hesaplanabilir. Karıştırıcı etkinliğini tanımlamanın en yaygın yolu radar alıcısında karıştırıcı tarafından oluşturulan etkin gücün hedeften yansıyan sinyalin gücüne oranıdır. Bu oran Karıştırıcı / Gürültü oranı (JSR) olarak isimlendirilir. Şekil 3.1 de görüldüğü gibi JSR, radar almacında hedeften dönen sinyalin gücünü bastırabilmek için gerekli karıştırıcı gücü oranını gösterir. Şekil 3.1 JSR almaç gösterimi Sabit çıkıģ güçlü aldatma karıģtırma sistemi JSR çıkartımı Radar göndermecinden yayılan darbenin enerjisi 3.1 deki gibi ifade edilir (Özer 2008). W PT r (3.1) 32

44 Denklemde T ve yerine P sırasıyla darbe uzunluğu ve gönderme tepe gücüdür. 3.1 de T r 1 B yazdığımızda 3.2 eşitliğini elde ederiz. r P B r W (3.2) r Diğer taraftan karıştırıcı biriminin tehdit radar almacında oluşturduğu karıştırıcı enerjisi 3.3 deki gibi ifade edilir. P j W (3.3) B j Tehdit radarın almacında, hedeften yansıyan sinyalin denklemi 3.4 deki gibi ifade edilir. PG t t P r A 2 2 e, (3.4) 4 R 4 R Denklemde; P t : Radar gönderme çıkış gücü, G t : Radar gönderme anten kazancı, R : Karıştırıcının konuşlandığı hedef ile radar arasındaki mesafe, A e : Radar alma anteni etkin alanı, : Karıştırıcının konuşlandığı hedefin radar kesit alanı (RCS) değeridir. Radar alıcı anteni etkin alanı 3.5 deki gibi ifade edilir. 2 Gt A e (3.5) 4 Denklemde radar taşıyıcı sinyalin dalga boyudur. Radar tarafından alma ve gönderme için aynı anten kullanıldığı durumda radar anteni etkin alanı için verilen 3.5 deki ifade gönderme ve alma anteni içinde aynı olur. 33

45 3.4 deki ifade iki-yol dağılımı için 3.6 daki eşitlikteki gibi olur. P r PG t 4 R t L j L A j 2 2 e R (3.6) Denklemde yayılımdan kaynaklanan zayıflama faktörleri; : Yayılım faktörü karıştırıcı ve tehdit radar arasında atmosferin ve çoklu yolun olup olmadığına göre değişir. Boş uzay ve çok yollu yayılım olmadığı durumlarda 1 olarak alınır. : Zayıflama sabiti (db/km) L j : Yolun zayıflatan kısmı (km) Radar tarafından takip edilen hedefte konuşlu karıştırıcının aldatma karıştırma yapması durumunda tehdit radar almacındaki karıştırıcı gücü 3.7 deki gibi ifade edilir. P jr P G 4 j R j 2 A 10 2 e 0.1 L j (3.7) Denklemde kazancıdır. Pj ve G j sırasıyla karıştırıcı gönderme çıkış gücü ve gönderme anten Ayrıca radar tarafından takip edilen hedefte konuşlu karıştırıcının aldatma karıştırma yapması durumunda tehdit radar almacındaki karıştırıcı / sinyal oranı 3.8 deki gibi ifade edilir. JSR P G j PG t t j 4 R L j B B r j (3.8) Denklemde; L p : Polarizasyon Kaybı (3dB veya 2 olarak alınır.) 34

46 Aldatma karıştırma dalga formları radar dalga formları ile aynı bant genişliğinde olduğu için B B dir. Bu durumda JSR 3.9 daki gibi ifade edilir. r j JSR PG j PG t t j 4 R L j (3.9) Sabit çıkış güçlü aldatma karıştırma sistemi ve radar sisteminin mesafeye göre güç değerleri RCS 100 ve 1000m 2 değerleri için Şekil 3.2 ve 3.3 de verilmiştir. Şekil 3.2 ve 3.3 de aşma mesafeleri (crossover range) yaklaşık olarak sırasıyla 48 ve 152 metre olarak bulunmuştur. Bu mesafelerde, şekillerden de anlaşılacağı üzere radar almacında hedeften yansıyan sinyalin ve aldatma karıştırma sinyalinin gücü birbirine eşittir ve dolayısıyla JSR değeri 0 dır. Ayrıca tanıma mesafesi (burn-through range) ise Şekil 3.2 ve 3.3 de yaklaşık olarak 400 ve 1000 metredir. Bu mesafelerde ise karıştırıcı sinyal gücü hedeften yansıyan sinyalin gücünden yaklaşık olarak 17dB daha fazladır başka bir deyişle JSR oranı 17dB dir. Tanıma mesafesinin anlamı ise karıştırıcı radara bu mesafeden daha fazla yaklaşır ise radar hedeften yansıyan sinyali karıştırıcı sinyalinden ayırmaktadır. Benzetimde de kullanılan radar ve karıştırıcının parametreleri Çizelge 2.4 de verilmiştir. Çizelge 2.4 Radar ve karıştırıcı parametreleri Radar çalışma frekansı Radar gönderme çıkış gücü Karıştırıcı gönderme çıkış gücü Radar anten kazancı Karıştırıcı anten huzme genişliği Radar kesit alanı 10GHz 200kW 1kW 35dB (3,4 ) 1000m2 35

47 Şekil 3.2 Sabit çıkış güçlü sistem (RCS = 100m 2 ) Şekil 3.3 Sabit çıkış güçlü sistem (RCS = 1000m 2 ) 36

48 3.1.2 Sabit kazançlı aldatma karıģtırma sistemi JSR çıkartımı Radar tarafından yayılan darbeyi alan aldatma karıştırma sisteminin almacındaki sinyalin gücü 3.10 daki gibidir (Tan 1996). PG G 4 R t t dr PJR 2 L 2 p (3.10) Denklemde; P T : Radar gönderme çıkış gücü G T : Radar anten kazancı G DR : Karıştırıcı almaç anten kazancı L P : Polarizasyon kaybı λ : Taşıyıcı sinyal dalga boyu R : Karıştırıcı ve radar arasındaki mesafe Polarizasyon kaybı karıştırıcı sistem anteni ile tehdit radar anteni arasındaki polarizasyon farkından meydana gelir. Radar sistemlerinin anten polarizasyonu genellikle yatay veya dikey olur. Bu yüzden karıştırma sitemlerinin anten polarizasyonu dairesel veya 45 polarizasyon açılı seçilerek birçok tehdit radar sisteminde minimum polarizasyon kaybı olan 3dB elde edilir. Şekil 3.4 Antenler arası polarizasyon kaybı değerleri 37

49 Aldatma karıştırma sisteminin çıkış gücü 3.11 de ifade edilmiştir. PG G G G 4 R L t t dr dt Pj 2 p d 2 (3.11) Denklemde; G DT : Karıştırıcı göndermeç anten kazancı G D : Karıştırıcı yükselteç kazancı Aldatma karıştırıcısının radar almacındaki sinyalin gücü 3.12 de verilmiştir. 2 4 PG t t GdrGdtGd P rj 4 2 (3.12) 4 R Lp Aldatma karıştırma sistemin konuşlandığı hedeften yansıyan sinyalin radar almacında oluşturduğu sinyalin gücü 3.13 de verilmiştir. PG Pr (3.13) 2 2 t t R Aldatma karıştırma sistemi tarafından oluşturulan karıştırıcı / sinyal oranı 3.12 ve 3.13 eşitliklerinden 3.14 deki gibi olur. G G G JSR (3.14) 2 dr dt d 4 2 Lp Sabit kazanç aldatma karıştırma sistemi JSR değeri 3.14 den görüleceği üzere mesafeden bağımsızdır. 38

50 Sabit kazançlı aldatma karıştırma sisteminin mesafeye bağlı güç değerleri RCS 100 ve 1000m 2 değerleri için sırasıyla Şekil da verilmiştir. Şekillerden de anlaşılacağı üzere JSR oranı sabittir. Sabit çıkış güçlü sistemde olduğu gibi aşma ve tanıma mesafesi yoktur. Şekil da JSR oranları sırasıyla 27.85dB ve 17.85dB dir. Şekil 3.5 Sabit kazançlı sistem (RCS = 100m 2 ) Şekil 3.6 Sabit kazançlı sistem (RCS = 1000m 2 ) 39

51 3.2 Ön kenar menzil takibi Ön kenar menzil takibi, hedeften yansıyan ekonun ön kenar gecikmesine göre menzil hata sinyalinin takibine dayanan radar menzil takip tekniğidir. Ön kenar menzil takibi hedeften yansıyan ekonun ya yükseliş ya da düşüş zamanının türevi alınmak suretiyle yapılır. Türevi alınan sinyal Ayrılma Kapısı Menzil takibi yapmak için Erken ve Geç Kapılarına ayrılır. Türev alma sürecinde sinyal gücünün büyük bir kısmının kaybolmasından dolayı bu tip bir takip döngüsünde yüksek SNR zorunluluktur (Whitaker 2005). Ön kenar menzil takibi Çekili Sahte Hedef (Dekoy) ve Menzil Kapısının Çekilmesi (RGPO) gibi elektronik taarruz tekniklerine karşı ana Elektronik Korunma tedbiridir. Elektronik Korunma tedbiri olarak Gönderme Frekansını ve Darbe Tekrarlama Aralığını (PRI) rastgele değiştiren radarlara karşı Menzil Kapısının İçeri Çekilmesi (RGPI) Elektronik Taarruz tekniğinin uygulanması mümkün değildir. Bu durumda uygulanması gereken Menzil Kapısının Dışarı Çekilmesi (RGPO) Elektronik Taarruz tekniğidir. Radar Tasarımcıları Menzil Kapısının Dışarı Çekilmesi (RGPO) Elektronik Taarruz tekniğine karşı Elektronik Korunma Tedbiri olarak Ön Kenar Menzil Takibini geliştirmişlerdir (Neri 2006). Şekil 3.7 Radar almacında ön kenar menzil takibi (Stimson 1998) 40