Elektrik-Elektronik Mühendisliği Yüksek Lisans Tezleri / Electrical & Electronics Engineering Master Theses

Permanent URI for this collectionhttps://gcris3.etu.edu.tr/handle/20.500.11851/612

Browse

Now showing 1 - 20 of 196

Development of Novel On-Chip Optical Components via Advanced Design Methods for Time-Domain Terahertz Radio-on-Fiber Applications
(2025) Sakın, Ahmet Oğuz; Ünlü, Mehmet
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.
Design and Optimization of Integrated Photonic Grating Couplers for On-Chip Applications
(2025) Akçay, Beyza; Ünlü, Mehmet
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.
Filtering Environmental False Alarms in Moving Object Detection with Millimeter-Wave Radar
(2024) Güder, Murat; Özdür, İbrahim Tuna
Bu çalışma, milimetre dalga radar teknolojisi kullanılarak hareketli nesnelerin tespitine odaklanmakta ve yağmur ile rüzgârın etkisiyle hareket eden bitki örtüsü gibi çevresel faktörlerden kaynaklanan yanlış alarm problemlerini ele almaktadır. Milimetre dalga radar sistemleri, 76–81 GHz frekans bandında çalışarak yüksek çözünürlükte algılama yetenekleri sunmaktadır. Ancak, bu sistemler çevresel etkilere karşı oldukça hassastır ve bu durum yanlış pozitif algılamalara yol açarak güvenilirliklerini azaltabilmektedir. Bu zorlukların üstesinden gelebilmek amacıyla, matematiksel ve istatistiksel analizlere dayalı çeşitli filtreleme yöntemleri geliştirilmiş ve test edilmiştir. Önerilen yöntemler, radar algılama doğruluğunu artırmayı amaçlamakta ve algılanan nesnelerin skaler ve vektörel yer değiştirme kalıplarını analiz etmektedir. Saha testleri, hem bitki örtüsünün hareketlerini hem de insan ve araç gibi gerçek hareketli nesneleri içeren kontrollü koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Testlerde, yer değiştirme verileri toplanarak analiz edilmiş ve bitkilerden kaynaklanan salınım hareketleri ile insanların veya araçların doğrusal hareketleri karşılaştırılmıştır. Her bir nesne için toplam kat edilen mesafeyi ifade eden skaler yer değiştirme ve başlangıç ile bitiş noktası arasındaki en kısa mesafeyi gösteren vektörel yer değiştirme hesaplanmıştır. Vektörel ve skaler yer değiştirme oranı, sınıflandırma için temel bir parametre olarak kullanılmıştır. Test sonuçları, bitki hareketlerinin genellikle daha düşük bir vektörel-skaler yer değiştirme oranına sahip olduğunu (maksimum %42) ve insan veya araç hareketlerinin ise çok daha yüksek oranlar sergilediğini (%74 ve üzeri) ortaya koymuştur. Bu bulgulara dayanarak, %55–60 aralığında bir eşik değeri önerilmiş ve bu değerin altındaki oranlar bitki olarak sınıflandırılmıştır. Geliştirilen algoritmalar, bitki hareketlerinden kaynaklanan yanlış alarmları etkili bir şekilde filtrelemiş ve radar performansında önemli bir iyileşme sağlamıştır. Ayrıca, algoritmalar düşük kaynak gereksinimi ile mikrodenetleyici tabanlı sistemlerde verimli çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Gelecekteki çalışmalar, hız ve ivme analizlerini entegre etmeyi ve algılama doğruluğunu daha da artırmak için yapay zeka yöntemlerini araştırmayı önermektedir. Bu çalışma, milimetre dalga radarların çevresel gürültülerden kaynaklanan yanlış alarm problemlerini azaltarak güvenilirliklerini artırmakta ve güvenlik, otomotiv ve çevresel izleme sistemleri gibi alanlarda uygulanabilirliklerini genişletmektedir.
Modeling of Grid-Forming Inverters and Analysis Under Different Control Approaches
(2024) Çakıroğlu, Alper; Kasnakoğlu, Coşku
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.
Sea Clutter Rejection Using Virtual Radar Receiver Arrays
(2025) Eroğlu, Ömer; Yetik, İmam Şamil
Radar sistemlerinde deniz karmaşasının bastırılması, geniş bant deniz yansısı içindeki belirli hedeflerin deniz yüzeyindeki Doppler frekanslarının dar bant dizi işleme kullanılarak ayırt edilememesinden dolayı önemli bir zorluk oluşturmaktadır. Bu çalışmada, tek bir pasif sensörden elde edilen deniz yansılarının sanal bir alıcı dizisi kullanılarak genelleştirilmiş yan hüzme sadeleştirici (GSC) yöntemiyle ayrılması araştırılmıştır. Bir menzil hücresindeki deniz yansılarının, komşu hücrelerdeki yansılarla ilişkili olduğu, ancak hedeflere ait yanıtlardan farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, radar yansımalarından uygun altuzaylar oluşturularak istenmeyen karmaşa bileşenlerinin bastırılması mümkün olmaktadır. Deneysel veri üzerinden elde edilen sonuçlar, önerilen her iki yaklaşımın da hedef-sinyal gücünü artırarak ve geniş bant deniz yansısını azaltarak sinyal-etkileşim artı gürültü oranının (SINR) iyileştirebildiğini göstermektedir.
Mobility Characterization Based on Spatio-Temporal Data
(2024) Keresteci, Emincan; Tavlı, Bülent
Konum-zaman tabanlı parmak izi çıkarımı, bireylerin seyahat davranışlarını analiz etme ve anonimleştirilmiş verilerden kullanıcı kimliklerini tahmin etme süreçlerinde önemli bir rol oynayan, güncel gezginlik (mobility) analizi alanında kritik bir yaklaşımdır. Bu bağlamda, özellikle Trajectory-user linking (TUL) kapsamında yapılan çalışmalar, Lokasyon Tabanlı Sosyal Ağ (LBSN) verileri üzerinde çeşitli yapay sinir ağı modellerinin geliştirilmesiyle dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, GPS gibi sıralı ve zamansal boyut içeren konum verileriyle çalışan yapay sinir ağı modellerine ilişkin literatürde henüz kapsamlı bir çalışma bulunmamaktadır. Bu eksikliği gidermek amacıyla, sıralı konum-zaman verilerini işleyebilen yenilikçi bir model olan Spatio-Temporal Sequential Graph Neural Network (STSeqGNN) bu çalışmada önerilmiştir. Geliştirilen model, hem haritanın çizge yapısını hem de verilerin zaman boyutunu etkili ve verimli bir şekilde işleyebilme kabiliyetiyle öne çıkmaktadır. Ayrıca, güzergahlara ait hareket bilgilerini ve temel istatistiksel özellikleri de analiz edebilme yeteneğine sahiptir. Bu özellikleri sayesinde, STSeqGNN hem veri bütünlüğünü koruyarak hem de hareket paternlerini anlamlandırarak daha hassas tahminlerde bulunabilmektedir. Modelin performansı, farklı veri setleri üzerinde test edilmiş ve sonuçlar, k-tahmin doğruluğu (k-accuracy) metriği kullanılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, modelin \%99'un üzerinde bir başarı oranına ulaşarak, özellikle seyahat davranışı analizinde etkili bir yöntem sunduğunu göstermektedir. Bu durum, STSeqGNN'nin hem teorik hem de pratik açıdan güçlü bir araç olduğunu kanıtlamaktadır
Delta Bağlantılı Fırçasız Motor için Alan Odaklı Kontrol Algoritması Fpga Tasarımı ve Gerçeklemesi
(2024) Öncüler, Mustafa Emre; Kasnakoğlu, Coşku
Fırçasız doğru akım motorları günümüzde çok yaygın kullanım alanına sahiptir. Özellikle fırçasız doğru akım motorlarının fırçalı doğru akım motorlarına nazaran daha verimli çalışmaları, rotorun dönüşü esnasında kıvılcım oluşturmaması ve operasyon sonucunda karbon parçacıkları oluşturmaması kullanıcılar açısından oldukça değerlidir. Verimlilik her alan için önemli bir özellik iken kıvılcım oluşturmadan çalışabilmesi yanıcı gaz ve sıvı bulunan sistemlerde, karbon parçacıkları açığa çıkarmadan çalışabilmesi vakum içerisindeki ortamlarda veya kirliliğin tehlike oluşturduğu sistemlerde oldukça önem arz etmektedir. Fırçasız doğru akım motorunun kullanım alanına göre özellikleri ile birlikte sürüş şekli de değişmektedir. Bu sürüş şekillerinden biri olan Alan Odaklı Kontrol (FOC - Field Oriented Control) ticari olarak, endüstride, askeri alanlarda, havacılık ve uzay alanlarında oldukça yaygın kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem sistemde eyleyici olarak görev yapan motorun bağlantı noktasında rotorun mekanik açısına göre istenilen referans temel alınarak sabit bir kuvvet oluşturması amacına yönelik olarak çalışır. Bu yöntemin uygulanmasında mikroişlemciler, dijital sinyal işleyiciler ve alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA – Field Programmable Gate Array) gibi akıllı birimler kullanılır. Sistem isterlerine göre zamansal kesinlik, eşzamanlı işlem yapma yeteneği ve yüksek hızla hesaplama gibi özellikler FPGA kullanımını ön plana çıkarmaktadır. Yapılan çalışmada FPGA kullanarak alan odaklı kontrol tasarımı yapılmıştır. Tasarım VHDL dili ile gerçeklenmiştir. Yapılan FPGA tasarımının uygulaması için sürücü devre tasarımı yapılmıştır. Çalışma sırasında gerçekleştirilen tasarım aşamaları açıklanmıştır. Kullanılan bileşenlerin özellikleri belirtilmiştir. Uygulama sırasında karşılaşılan hem FPGA tasarım hataları hem de devre tasarım hataları ve bu hataların çözümleri anlatılmıştır. Doğrulama aşamasında yapılan hesaplamalar adım adım incelenmiştir. Yapılan hesaplamaların harici kaynaklar kullanılarak yapılan hesaplamalar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Sinyal sıralamalarının doğruluğu daha basit yöntemlerle motor sürüşü ile sağlanmıştır. Konfigürasyon değişikliği yapılırken kolaylık sağlaması ve oluşan ölçümlerin canlı olarak görüntülenmesi açısından bilgisayar üzerinde çalışan bir arayüz programı tasarımı yapılmıştır. Bu uygulama çalışmasında motor sarım şekline göre farklı yöntemler uygulanabilir olup olmamasına göre değerlendirilmiştir ve bu yöntemlerin karşılaştırmaları yapılıp farkları vurgulanmıştır. Çalışmada genel olarak tasarımı yapılmak istenen sistemin uygulama aşamalarında takip edilen yollar anlatılmıştır.
Açık-döngü Fiber Optik Dönüölçer Sistemi Geliştirilmesi ve Göreceli Yoğunluk Gürültüsü Analizi
(2024) Yentür, Abdulkadir; Özdür, İbrahim Tuna
Fiber optik dönüölçer sistemleri özellikle yüksek hassasiyet ve doğruluk gerektiren uygulamalarda, örneğin askeri platformlarda, havacılık ve navigasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, açık döngü bir fiber optik dönüölçer sisteminin geliştirilmesi ve bu sistemlerdeki göreceli yoğunluk gürültüsü analizine odaklanılmıştır. Navigasyon seviyedeki bir fiber optik dönüölçer sistemi deneysel ve simülasyon ortamında kurulmuş ve elde edilen sonuçlar incelenmiştir. Kurulan fiber optik dönüölçer sisteminde yaklaşık olarak 1 km uzunluğunda fiber sarım bulunmakta ve benzetim çalışmalarının deneysel sisteme uygun olarak optimize edilmiştir. Simülasyon çalışmaları, VPI Photonics yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. VPI Photonics, optik ve fotonik sistemlerin tasarımı ve analizi için güçlü bir simülasyon platformu sunmaktadır. Bu çalışmada, fiber optik dönüölçerlerde yaygın olarak kullanılan yükseltilmiş kendiliğinden emisyonlu ışık kaynağı tasarımları oluşturulmuş ve farklı konfigürasyonlar ile elde edilen simülasyon ve deneysel sonuçlar incelenmiştir. Farklı ışık kaynağı tasarımlarının göreceli yoğunluk gürültüsü üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Bu gürültü analizlerinde, sistemde kullanılan ışık kaynağının optik spektral bant genişliğinin gürültü seviyesine etkisi incelenmiş ve elde edilen sonuçlar teorik hesaplamalarla desteklenmiştir. Daha sonra açık döngü bir fiber optik dönüölçer tasarımı yapılarak simülasyon ve deneysel sistem modelleri hazırlanmıştır. Dünya dönü hızlarının algılanması için sensör biriminin farklı açısal konumlandırılması göre 0 derece/saat ile 15 derece/saat hız aralığında ölçümler yapılmış ve elde edilen sonuçlar analiz edilmiştir. Laboratuvar ortamında optik masa üzerinde yapılan deneysel dünya dönüsü testleri ile simülasyon modeli sonuçlarının büyük oranda uyuştuğu gözlemlenmiştir. Daha sonra fiber optik dönüölçer performansını belirleyen bir değer olan açısal rastgele yürüyüş katsayısını iyileştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu değeri etkileyen en önemli faktörlerden biri de sistemdeki ışık kaynağının göreceli yoğunluk gürültüsüdür. Fiber optik dönüölçer sistemlerinin performansını etkileyen göreceli yoğunluk gürültüsünü düşürmek için yarı iletken optik amplifikatörler kullanılarak yenilikçi bir ışık kaynağı tasarımı yapılmış ve sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Gürültü düşürme yapılmamış ışık kaynağı ve gürültü seviyesi düşürülmüş ışık kaynağının testleri laboratuvar ortamında uzun süreli veri toplayarak gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar analiz edilerek fiber optik dönüölçer sisteminin performansında önemli iyileştirmeler yapılmıştır.
Derin Öğrenme Yoluyla Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerin Fazlarının Ayrık Olarak Yapılandırılması ve Pilot Yükü Azaltılması
(TOBB ETÜ, 2024) Tok, Yasin Emre; Demirtaş, Ali Murat
Haberleşme sistemleri, birinci nesil haberleşme olan 1G teknolojisinden beri gelişmektedir. Son zamanlarda ortaya çıkan teknolojilerle birlikte dünya üzerindeki veri trafiği artmıştır, artan veri trafiğiyle birlikte haberleşme sistemlerinin de gelişmesi gerekmiştir. Beşinci nesil haberleşme teknolojisiyle birlikte çoklu antene sahip baz istasyonları hayatımıza girmiştir. Yeni nesil baz istasyonlarıyla birlikte haberleşme sistemlerinin güç verimliliği, bant genişliği verimliliği artmıştır ve çok antene sahip baz istasyonlarıyla birlikte kullanılan bazı teknolojiler ortaya çıkmıştır. Altıncı nesil haberleşme sistemleri için anahtar tekniklerden birisi olarak öne çıkması beklenen teknoloji Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerdir. Akıllı Yansıtıcı Yüzeyler, haberleşme sistemlerinin enerji ve spektrum verimliliğini arttırmak için uygun maliyetli bir teknolojidir. Çok sayıda meta malzemenin kullanılmasıyla üretilen Akıllı Yansıtıcı Yüzeyler pasif elemanlardan oluşur ve bu elemanlar kendisine gelen sinyale bir faz kayması uygular. Elemanların ortak olarak optimizasyonu yapılırsa eleman sayısının karesiyle doğru orantılı olarak güç kazancı elde edilir. Akıllı Yansıtıcı Yüzeyler, getirdiği pek çok avantaja karşın mevcut haberleşme sistemlerine eklendiklerinde daha karmaşık bir sistem ortaya çıkar. Bu tezde, Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerin faz kaymalarının konfigürasyonu Derin Öğrenme kullanılarak yapılmıştır. Akıllı Yansıtıcı Yüzeyler pasif elemanlardan oluştuğu için geleneksel yöntemlerle kanal tahmini yapılması ve bu tahmini kullanarak fazların optimize edilmesi zorlayıcı bir görevdir. Ayrıca geleneksel tahmin ediciler kanal tahmini için çok sayıda pilot periyoduna ihtiyaç duyarlar. Bu tez kapsamında baz istasyonunda alınan pilot sinyaller kullanılarak bir Derin Öğrenme modeli eğitilmiştir, modelin eğitiminde baz istasyonu tarafından alınan pilot sinyaller kullanılır. Eğitilen bu model çıkış olarak optimum faz değerlerini verir ve daha az sayıda pilot sinyal kullanılarak eğitim tamamlanabilir. Ayrıca Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerin faz kaymalarının sürekli değerler alması pratik uygulamaları zorlaştırır, bu tez kapsamında eğitilen model ayrık değerli faz kaymalarını çıktı olarak verir. Bu faz kayması değerleri elde edildikten sonra, baz istasyonundaki hüzme oluşturma vektörü de optimum faz kayması değerleri kullanılarak optimize edilir. Çalışma sonucunda Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerin mevcut haberleşme sistemlerine sağladığı veri hızı katkısı incelenmiş, sürekli faz değerleri kullanılan durum ile ayrık faz değerleri kullanılan durumun performansı karşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda ayrık değerli Akıllı Yansıtıcı Yüzeylerin kullanımının sürekli değerlere yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiş, mükemmel kanal durum bilgisi mevcutken elde edilen fazlar referans olarak kullanılmış, normalize ortalama kare hataları karşılaştırılmış ve sunulmuştur.
Seri Üretim Termal Görüntüleme Sistemlerinde Kalibrasyon–tabanlı Düzensizlik Giderme Metotlarının Elektro–optik Performansa Etkisi
(TOBB ETÜ, 2024) Önver, Ahmet Yasin; Özdür, İbrahim Tuna
Planck'in siyah cisim ışıması kanununa göre, mutlak sıcaklığı 0 Kelvin üzerinde olan tüm cisimler elektromanyetik ışıma yapmaktadır. Termal görüntüleme sistemleri, cisimlerin sıcaklıklarından dolayı kızılötesi dalga boyunda yaptıkları ışımaların anlamlandırılabildiği ve günümüzde askeri, medikal, sivil vb. birçok alanlarda çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılan sistemlerdir. Kızılötesi odak düzlem dizileri, çok sayıda kızılötesi dedektörün iki boyutlu bir dizgi halinde oluşturduğu ve termal görüntüleme sistemlerinde sahneden gelen kızılötesi ışımanın kuyudolum seviyesi adı verilen dijital sinyallere dönüştürüldüğü görüntüleme sensörüdür. Kızılötesi odak düzlem dizilerinden elde edilen ham kuyudolum seviyeleri üzerinde; kızılötesi dedektörlerin tam anlamıyla özdeş olmaması, optik birimlerdeki kusurlar, ışımanın odak düzleminde homojen dağılmayışı ve çevresel koşulların etkisi gibi nedenlerden kaynaklı bir takım istenmeyen etkiler bulunmaktadır. Bu etkilerden bir veya birkaçı bir araya gelerek dedektörlerin tepkiselliklerinin kızılötesi ışıma karşısında değişkenlik göstermesine yol açmakta ve kızılötesi odak düzlem dizisinden elde edilen ham kuyudolum seviyelerinde düzensizlik etkisi oluşturmaktadır. İdeal şartlarda kızılötesi odak düzlem dizisi tekdüze bir ışıma kaynağı karşısında vi konumlandırıldığında yine tekdüze kuyudolum seviyeleri elde edilmesi beklenirken, elde edilen ham kuyudolum seviyeleri düzensizlik etkisinden dolayı direkt olarak kullanıma uygun değildir. Termal görüntüleme sistemlerinin fonksiyonlarını düzgün bir şekilde yerine getirebilmesi için kızılötesi dedektörlerin tepkisellikleri, dinamik aralık üzerinde belirli noktalarda düzensizlik giderme metotları ile tekdüze tepkiselliğe kalibre edilebilmektedir. Düzensizlik giderme sonrası termal görüntüleme sisteminin tekdüze ışıma kaynağı karşısındaki elektro–optik performansı, kuyudolum seviyelerinin tekdüzelikten ne derece değişkenlik gösterdiğinin ölçütü olan kalıntı düzensizlik ile ifade edilmektedir. Termal görüntüleme sistemleri geliştirilirken uygulanacak olan düzensizlik giderme yöntemi, sınırlı sayıda prototipin tekdüze ışıma sağlayan siyah cisim ışıyıcı karşısındaki tepkisellik karakteristiği göz önünde bulundurularak belirlenir. Ne var ki, seri üretim aşamasında üretilen prototip sayısı arttıkça prototiplerin siyah cisim ışıyıcı karşısındaki tepkisellik ve hassasiyetleri birbirlerinden farklılık göstermeye başlamaktadır. Oluşan bu farklılık, tek bir sebepten kaynaklanmayıp birden çok etkinin bir araya gelmesiyle oluşabilmekle birlikte; optik, elektro–optik ve elektronik birimlerin üretim toleransları ve daha birçok etkiden dolayı gerçek anlamda özdeş olmamaları bu farklılığa sebep olabilecek sebeplerinden sadece bir tanesidir. Seri üretim prototipleri arasında oluşan bu tepkisellik ve hassasiyet farklılıkları, düzensizlik gidermenin uygulanma yöntemine bağlı olarak prototiplerin dinamik aralıkta farklı noktalarda kalibre edilmesine ve kızılötesi ışıma karşısında aynı karakterde olmamasına yol açabilmektedir. Bu tezde, 2018 yılından bu yana seri üretimi devam eden bir termal görüntüleme sisteminin, 123 adet seri üretim prototipinden elde edilen ham kuyudolum seviyelerinin dinamik aralık boyunca ne derece değişkenlik gösterdiği incelenecek ve bu ham kuyudolum seviyeleri kullanılarak farklı düzensizlik giderme metotlarının farklı uygulama yöntemleri elektro–optik performanslarına göre kıyaslanacaktır. Elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak seri üretim prototiplerinde tepkisellik ve hassasiyet değişkenliğine rağmen dinamik aralıkta aynı noktalarda düzensizlik giderme uygulayarak prototiplerin elektro–optik karakteristiğinin aynı olmasını sağlayacak ve üretilebilirliği arttıracak otomatik bir karakterizasyon ve kalibrasyon düzeneği sunulacaktır.
Memristör Modeli Elde Etme ve Gerçek Cihazların Analog Eşik Altı Devrelerde Kullanımı
(TOBB ETÜ, 2023) Çolak, Mert; Meral, Itır Köymen
Memristörün nöronlar arasındaki iletimi sağlayan sinapsları modelleyebileceği ve bu özelliğini kullanarak yapay nöral ağlar kurulabileceği anlaşılmıştır. Donanımsal olarak kurulması bir hayli zor olan nöral yapay ağların, memristörlerin kullanılmasıyla donanımsal şekilde uygulanması kolaylaşır. Aynı zamanda transistörlerin sağladığı anahtarlama özelliğini sağlayabilmesi, daha az yer kaplaması ve daha düşük enerji ile çalışması sayesinde transistörlerin anahtarlama özelliği ile yer aldığı devrelerde kullanılabileceği öngörülmüştür. Bundan dolayı nöromorfik mühendislik açısından memristörler önemli bir konuma gelmiştir. Memristörün kullanılabileceği biyo-esinli devrelerden biri de Nakada v.d. tarafından ortaya konan CPG devresidir. Bu devre normalde hayvanların beyninde nörolojik olarak bulunan ve yürüme, koşma, nefes alma gibi ritmik hareketlerin sinyallerini üreten merkezi patern oluşturucu devresidir. Bu devrede transistörler eşik altı bölgede çalışırlar ve az enerji tüketirler. Köymen tarafından bu devrede memristörlerin kullanılmasının faydaları ortaya konmuştur. Au/TiO2/TiO2-x/Au ve Pt/TiO2/TiO2-x/Pt yapılarındaki iki farklı üretimi tamamlanmış memristörlerden ölçümler alınmıştır ve bu sonuçlar incelenmiştir. Üretilen cihazların devrelerde kullanabilmesi için isabetli simülasyonlar gerekir ve isabetli simülasyonlar için de üretilen cihazların iyi modellenmesi gerekir. Bu tez çalışmasında üretilen cihazların, eğri uydurma, fenomenolojik modelleme, parametrik analiz ve benzer davranış sergilemesi açısından Saludes-Tapia v.d. tarafından ortaya konan yarı statik memdiyot (QMM) modelinin denklemlerinden faydalanılarak, SPICE ve Verilog-A modelleri elde edilmiştir. Ardından bu modellerin devre içindeki kullanımları araştırılmıştır. Devrenin özelliğine göre seri veya paralel bağlanmalarının asıl etkiler göstereceği incelenmiştir. CPG ve CPG'nin içinde bulunan HCO devrelerinde kullanılmış ve etkileri incelenmiştir. Devrelerin memristörlü simülasyonları yapıldıktan sonra üretilmek için devrelerin layoutları yapılmıştır ve bu layoutların daha da küçük bir alana sığması için optimizasyon çalışması yapılmıştır ve bu devrelerin küçültülebileceği ortaya koyulmuştur.
Platin ve Grafen Üst Elektrotlu Titanyum Oksit Memristörlerin Fabrikasyonu
(TOBB ETÜ, 2023) Onay, Seli̇n; Meral, Itir Köymen
Son yıllarda, biyolojik sinapsların efektif bir şekilde taklit edildiğini gösteren, oldukça umut verici, geçici olmayan bir hafıza cihazı olan memristör üzerinde kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Grafenin hafızalı anahtarlama sistemlerinde üst elektrot olarak uygulanması geleneksel malzemelere ilgi çekici bir alternatif sunar. Karbon türevi bir malzeme olan grafen, dikkate değer bir alan-hacim oranına, biyouyumluluğa, olağanüstü adsorpsiyon yeteneklerine ve mükemmel elektriksel iletkenliğe sahiptir ve bu sayede istenen özelliklere sahip biyosensörlerin üretimi için umut verici bir yol sunar. Bu kapsamda geleneksel bir memristör yapısı ve grafen üst elektrotlu bir memristör yapısının fabrikasyonu ile ilgili bir çalışma yapılmıştır. Geleneksel yapı özellikle modelleme ve devre içi kullanım öngörülerek üretilmiştir, grafen üst elektrotlu yapı ise grafenin özelliklerinden ve memristörün özelliklerinden faydalanarak sensör elde etmek motivasyonuyla üretilmiştir. Üretilen grafen üst elektrotlu mikro cihazlarda, sentezlenen ve transferi yapılan grafenin belli şekillendirmeye tabi tutulduğu yenilikçi bir fabrikasyon metodolojisi kullanılmaktadır. Silikon bir pul üzerinde elektron demeti buharlaştırma, fotolitografi, püskürtme gibi tekniklerin kullanılmasıyla memristif cihazların fabrikasyonu başarılı bir şekilde yapılmıştır.
İnsansız Hava Araçlarına Monteli Akıllı Yüzey Kullanan Milimetrik Dalga Bandı Haberleşmesinde Çizelgeleme Yöntemlerinin Geliştirilmesi
(TOBB ETÜ, 2023) Ünlü Ci̇nali̇oğlu, Sertap; Gi̇ri̇ci̇, Tolga
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.
Makine Ögrenmesi ile Gelismis Polarizasyon Kestirim Yöntemi
(TOBB ETÜ, 2022) Önür, Yusuf; Hayvacı, Harun Taha
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.
Pekistirmeli Ögrenme Yöntemleri ile İha Baz İstasyonu için Veri İletim Hizi Tabanli Optimal Güzergah Belirlenmesi
(TOBB ETÜ, 2022) Sazak, Melih Doğanay; Demirtaş, Ali Murat
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.
Akusto-optik Etkilesimin İncelenmesi ve Kizilötesi Lazer Uygulamalari
(TOBB ETÜ, 2022) Keskin, Mehmet Ziya; Özdür, İbrahim Tuna
Akusto-optik cihazlar ışığın gücünü kontrol etmek için elektriksel sürücü sinyali kullanan elektro-optik cihazlardır. Akusto-optik cihazlar akusto-optik (foto-elastik) etkiye yani ses dalgasının ortamda osilasyonu sonucu yarattığı mekanik gerinim sebebiyle kırılma indisi değişmesinden yola çıkarak çalışmaktadır. Yaklaşık 100 yıllık bir tarihi olan akusto-optik etkileşim özellikle yüksek güçlü lazerlerin, yüksek tekrarlama frekanslarında, zamansal ve uzamsal kontrolü için kullanılmakla birlikte mevcut teknolojide en etkin çözümlerdendir. Akusto-optik cihazlar günümüzde askeri ve havacılık, astronomi, telekom, endüstri, yarı iletken ve elektronik, bilgi teknolojileri, sağlık ve benzeri alanlarda; modülasyon, defleksiyon, Q-anahtarlama, frekans kaydırma, mod kilitleme, ayarlanabilir filtreleme ve benzeri amaçlarla özellikle kızılötesi bölgede yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma akusto-optik etkileşimin teorisi, cihazların üretim prensipleri ve modellenmesi şeklinde üç temel bölümden oluşmaktadır. Oldukça geniş bir tarihe sahip bu alanda akusto-optik etkileşim ve uygulamaları üzerine hatırı sayılır miktarda makale, kitap ve patent mevcuttur. İlk bölümde, bu kaynaklardan faydalanılarak akusto-optik etkileşimin tarihinden ve teorisinden bahsedilmiş ve cihazlarda yaygın kullanılan materyallere değinilerek akusto-optik cihazların gerçek hayat uygulamaları ile bağlantısı sağlanmıştır. Devamında akusto-optik cihazların çalışma prensipleri, hangi amaçlarla kullanıldığı ve işlevsel hale gelmesi için hangi üretim adımlarının izlenmesi gerektiği literatür araştırması ile aktarılmıştır. Akusto-optik etkileşimin teorisi ve cihazların üretimi için gerekli detaylar aktarıldıktan sonra lazerlerin kızılötesi bant özelinde temel parametrelerinden bahsedilerek elde edilen bilgi birikimi ile iki boyutlu akusto-optik ve piezoelektrik etkileşim modelleme çalışmaları yapılmıştır. Modelleme işlemi için sonlu eleman metodundan faydalanan Comsol Multiphysics uygulaması kullanılmıştır. Oluşturulan model kullanılarak benzetimler yapılmış ve elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Akusto-optik cihazlar ışığın zaman ve frekans özelliklerini değiştirmesinin yanı sıra hüzme ışıma profilini şekillendirme amacıyla da kullanılabilmektedir. Halihazırda akusto-optik cihaz içeren ve hüzme şekillendirmeye ihtiyaç duyan sistemlerde pahalı ve yer kaplayan optik elemanlar kullanılmaktadır. Son olarak, bu tür sistemlerde hüzme şekillendirme ihtiyacının akusto-optik cihazlarla nasıl giderilebileceğini görmek amacıyla, oluşturulan iki boyutlu akusto-optik cihaz modeli kullanılarak hüzme şekillendirme benzetimleri yapılmıştır. Gaussian ışıma profiline sahip bir lazer hüzmesinin akusto-optik etkileşim sonrasında düzgün (uniform) dağılıma sahip bir ışıma profiline dönüştürülmesi için yapılan benzetimler detaylandırılmış ve elde edilen sonuçlar incelenmiştir.
Kablosuz Sensör Aglarinda Yönlü Anten Kullanimi ve Uçtan Uca Gecikmeyi Kisitlamanin Farkli Performans Metrikleri Üzerindeki Etkisi
(TOBB ETÜ, 2022) Yumuşak, Ahmet Kerem; Demirtaş, Ali Murat
Kablosuz haberleşme ve Nesnelerin İnterneti'nde (IoT) önemli bir yere sahip olan Kablosuz Sensör Ağları (KSA), sağladıkları farklı avantajlar sayesinde güncelliğini korumakta ve gelecek için de potansiyel yeni çalışma alanlarının oluşmasına olanak sağlamaktadır. Pil ömrünün kısıtlı olduğu KSA'da optimizasyon ve enerji verimliliği son derece önem taşımaktadır. Günümüzde kullanılan KSA her ne kadar birçok farklı alanda kullanılabilse de bazı özel durumlar için güncellemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında ele alınan özel durumların ilki, Ultra Güvenilir Düşük Gecikmeli İletişim (URLLC) mimarisinde de belirtilen düşük gecikmeyle haberleşme yapılabilmesi ve bu sayede veri tazeliğinin sağlanmasıdır. Bahsedilen durumu sağlayabilmek amacıyla bu tez çalışmasında, her bir sensörde üretilen verinin baz istasyonuna iletilmesi için gereken gecikmenin ya da uçtan uca gecikmenin (UUG) kısıtlanması önerilmektedir. Bu tezde ele alınan ikinci özel durum ise KSA'daki tümyönlü antenlerin yetersiz kaldığı yerler için performansın artırılmasıdır. KSA'da bir düğümün, çevresindeki birçok düğümle haberleşmesi istenildiği için anten tipi olarak genellikle tümyönlü anten tercih edilmektedir. Öte yandan ilgili anten tipinin seçilmesi yüzünden diğer haberleşme sistemlerinde erişilen düşük bit hata oranlarına (BER) ulaşılamamaktadır. Ayrıca tümyönlü anten kullanımdan ötürü, KSA'daki farklı düğümler arasındaki haberleşme sırasında meydana gelen girişimin üstesinden gelen yöntemler daha sınırlı ve verimsiz olmaktadır. Buna ek olarak ilgili anten ile bütün yönlerde haberleşme yapılması dolayısıyla gereksiz enerji kaybı meydana gelmektedir. İkinci özel durumda yer alan bu sıkıntıların üstesinden gelmek için yönlü anten kullanılması teşvik edilmektedir. Yönlü anten kullanımı sayesinde, tümyönlü antenli durumlarda erişilemeyecek düşük BER'e ulaşılması sağlanmaktadır. Yönlü antenin kullanmak bize girişimin etkisinden kurtulmak için farklı çalışma imkânları sağlayarak daha verimli yöntemlerin oluşturulmasına da olanak sağlamaktadır. Bu aşamada UUG'yi sınırlamak, daha verimli yöntemlerin oluşturulması için ayrıca faydalı olmaktadır. Bunlara ek olarak sadece belli bir yönde haberleşmeye olanak sağlanması sayesinde enerji verimliliği de artmaktadır. Bütün bu bahsedilen durumlar göz önüne alarak bu tez çalışması özelinde dört farklı çalışma gerçekleştirilmektedir: İlk çalışmada sadece tümyönlü anten kullanılarak gecikmeyi kısıtlamanın yaşam süresine etkisi incelenmektedir. Bu çalışmaya göre gecikmeyi kısıtlamanın yaşam süresi üzerinde negatif bir etkisi olduğu görülmektedir. Ayrıca KSA'daki düğüm sayısını artırmanın da yaşam süresini artırdığı görülmektedir. İkinci çalışmada UUG'yi kısıtlamanın yaşam süresi ve ortalama BER üzerindeki etkisi incelenmektedir. İlgili çalışmada her senaryo için hem tümyönlü hem de yönlü antenler kullanılarak yönlü antenlerin sağladığı avantajlar ön plana çıkarılmaktadır. Bu çalışmada UUG'yi kısıtlamanın yaşam süresini azaltırken ortalama BER'i de artırdığı gözükmektedir. Ayrıca yönlü anten kullanılan senaryolarda yaşam süresinde büyük artış gözlenirken BER'de de büyük düşüş gözlenmektedir. Üçüncü çalışmada sadece yönlü anten kullanılmakla birlikte iki farklı inceleme yapılmaktadır. İlk incelemede sensör ağı yoğunluğu göz önüne alınarak belli bir BER ile iletişimin gerçekleşebilmesi için gerekli minimum UUG hesaplanmaktadır. İkinci incelemedeyse UUG'yi ve BER'i kısıtlamanın yaşam süresi üzerindeki etkisi incelenmektedir. Her iki incelemede de yönlü antenin sağladığı avantajlardan yararlanılarak kısıt için çok düşük BER değerleri kullanılabilmektedir. Bu çalışma sonucunda KSA'daki düğüm sayısı arttıkça belli bir BER'e ulaşmak için gerekli minimum UUG'nin azaldığı görülmektedir. Ayrıca, UUG'nin yanı sıra BER'i kısıtlamanın da yaşam süresini düşürdüğü gözlenmektedir. Son çalışmada ise yönlü anten kullanımının ve UUG'yi kısıtlamanın bize sağladığı avantajlar göz önüne alınarak girişimi engellemek için iki farklı yöntem ele alınmaktadır. Bu yöntemlerin ilki için halihazırda popüler bir yöntem olan Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA) tercih edilmektedir. İkinci yöntem ise bu tez için tasarlanıp yönlü antenlerin avantajlarından daha fazla yararlanan ve verimi artırmak için kullanılan Girişim Engelleyici Model'dir (GEM). Her iki yöntemin kullanılması sonucu hesaplanan veri hızı ve yaşam süresi karşılaştırılarak performans değerlendirilmesi yapılmaktadır. Buna göre GEM kullanılarak TDMA'e kıyasla daha yüksek veri hızına erişilmektedir. Ayrıca GEM'in, TDMA ile aynı veri hızına sahip olduğu durumlarda da yaşam süresinde artış meydana gelmektedir.
Süperiletken Kuantum Girisim Cihazlari için Analiz Araci
(TOBB ETÜ, 2022) Akgün, Ali; Girici, Tolga
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.
Insansiz Hava Araçlari için Minimum Gecikme Kosulu Altinda Optimum Yol Atama Yöntemleri
(TOBB ETÜ, 2022) Öğütcü, Oktay; Girici, Tolga; Yüksel Turgut, Ayşe Melda
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 Katkili Mandrel Tabanli Fiber Optik Akustik Algilayicilarla Dizin Olusturulmasi
(TOBB ETÜ, 2022) İlbey, Emrah; Kurt, Hamza
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.

Browse

Recent Submissions