Zayıf sinyal tespit uygulamalarına yönelik yeni kaotik sistem geliştirme yaklaşımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, zayıf sinyal tespit uygulamaları için özgün kaotik sistem geliştirmeye yönelik yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Önerilen kaos tabanlı zayıf sinyal tespit yöntemi literatürdeki standart zayıf sinyal tespit yöntemlerinden farklıdır. Bu yolla, farklı frekans değerlerinde tespit yapmaya uygun iki yeni kaotik sistem bulunmuştur. Tezde, yeni geliştirilen yöntem kullanılarak elde edilen iki özgün kaotik osilatör tanıtılmıştır. Bu sistemler basit yapılı olup, parametrik çeşitliliğe ve yüksek uygulanabilme kapasitesine sahiptir. Yeni sistemlerin dinamik karakteristikleri detaylı olarak incelenmiştir. Bununla beraber, Duffing-Holmes, Van Der Pol ve iki hiperkaotik Lorenz sisteminin de dinamik karakteristikleri detaylı olarak incelenmiştir. İlk olarak, sistemlerin Lyapunov metodu ile analizleri yapılmıştır. Sistemlerin durumu ile sürülme teriminin genliği arasındaki ilişki Lyapunov üstellerinin incelenmesi ile ortaya çıkarılmıştır. Kaotik sistemlerin dinamik davranışları bu yolla gözlemlenmiştir. İkinci olarak, kaotik sistemlerin kritik eşik değeri çatallaşma analizi yapılarak tespit edilmiştir. Tanjant çatallaşma noktası adı verilen bu nokta, güçlü gürültü altındaki zayıf sinyal bilgisinin tespiti için en uygun noktadır. Bununla beraber, yeni kaotik sistemlerin elektronik devreleri tasarlanarak benzetimleri de yapılmıştır. Son olarak önerilen sistemlerin zayıf sinyal tespit uygulamaları yapılmıştır. Benzetim sonuçları, sistemlerin yüksek doğrulukta ve düşük değerli sinyal gürültü oranı (SGO) ile zayıf sinyal tespiti yapabildiğini göstermiştir. Bununla beraber bu sistemler, yüksek frekans değerlerinde de tespit yapabilmektedir. Duffing-Holmes, Van Der Pol ve iki hiperkotik Lorenz sisteminin de zayıf sinyal tespit uygulamaları yapılmıştır. Matlab-Simulink® ve OrCAD-PSpice® ortamlarında gerçekleştirilen benzetim çalışmalarının sonuçları, çalışılan sistemlerin teorik analizlerinin doğru olduğunu göstermiştir. Yeni yöntemle geliştirilen özgün kaotik sistemler, endüstriyel metal malzemeleri tahribatsız muayene eden cihazlar, metal dedektörler, elektromanyetik akustik transdüserler gibi cihazların zayıf yankı sinyallerinin tespitinde kullanılabilecek potansiyel sistemlerdir.

In this thesis, a new approach to improve novel chaotic systems for weak signal detection applications is presented. The new weak signal detection method based on chaos is different from standart weak signal detection metod in the literature. Two novel chaotic systems, which are suitable for high level weak signal detection applications, are improved by this way. In the thesis, two novel sinusoidal attractors, which are improved by the new metod, are presented. These new systems have simple stracture, parametric variety and high applicability. Dynamic characteristics of the novel systems are studied detailed. Furthermore, dynamic characteristics of Duffing-Holmes, Van Der Pol and two hyperchaotic Lorenz systems are also studied. Firstly, the relationship between the system state and amplitude of the forcing term is defined by examining the Lyapunov exponents of the systems. Dynamical behaviors of these chaotic systems are observed by this way. Secondly, the critical threshold values of these chaotic systems are determined by the bifurcation analysis. This critical value named as critical bifurcation point is a suitable one to detect weak signal which is submerged in strong noise. Furthermore, electronic circuits of the novel chaotic attractors are designed and simulated. Finally, weak signal detection applications of the novel systems are studied. Simulation results indicate that these novel systems can detect weak signal with high detection accuracy and low signal to noise ratio (SNR). These systems can also detect weak signal in high frequencies. Weak signal detection applications of Duffing-Holmes, Van Der Pol and two hyperchaotic Lorenz systems are also studied. Matlab-Simulink® and OrCAD-PSpice® simulation results prove the correctness of the theorycal analysis of studied systems. These improved novel systems are potential sistems to detect weak echo signals, which are non-destructive detection devices of industrial metal materials, metal detectors and electromagnetic acustic transducers.