Green fonksiyonu destekli hedef yoğunluk fonksiyonu kullanarak duvar arkası geniş bant radar görüntüleme = Wideband through wall radar imaging using Green's function aided target density function

Abstract

Bu tezde, duvar arkasındaki hedefleri tespit etmek ve görüntülemek için Green fonksiyonlarını kullanan, zaman domeninde çalışan bir huzme biçimlendirme algoritması sunulmuştur. Geliştirilen algoritma, açı ve menzil parametreleri tarafından belirlenen benzersiz bir hedef yoğunluk fonksiyonunu elde eden iki aşamalı bir odaklama sürecini ifade etmektedir. Odaklama görevine yardımcı olmak için yeni bir Green işlev yaklaşımı ortaya atılmıştır. Bu işlevin matematiksel çıkarımı algoritmik olarak verilmiştir. Duvar arkası görüntüleme sistemlerinin doğası, tasarımın ötesinde ekstra avantajlar ve zorluklar getiren Ultra Geniş Bant sistemlerinin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu sistemler, standartları, özellikleri ve engellerin arkasını görmedeki rolleri hakkında ayrıntılı bir çerçeve sunulmuştur. Gelişmiş bir matematiksel duvar modeli, elektromanyetik kırınım ve yayılma yasalarına atıfta bulunularak analiz edilmiştir. Algoritmada kullanılması istenen duvar parametrelerinin hesaplanması için radar sisteminin veri ve geometrisini kullanan modern algoritmalar çalışılmıştır. Radar ile görüntüleme geometrisi hedefin farklı noktalardan aydınlatılmasını gerektirdiğinden uygulama tarafında Ultra Geniş Bant Vivaldi antenlerinden oluşan bir anten dizisi tasarlanmıştır. Hem Vivaldi antenlerinin hem de tasarlanan anten dizisinin teknik analizleri ve simülasyonları yapılmıştır. Tasarlanan sistem üzerine yapılan hem benzetim hem de gerçekleme çalışmalarında, geliştirilen algoritmanın odak görevini yerine getirdiği ve alınan ham verilerden açı - menzil parametreleri ile hedef yoğunluk fonksiyonunu başarıyla haritalayabildiği gözlemlenmiştir.

This thesis presents a beamforming algorithm operating in the time domain, which employs Green's functions to detect and display targets behind the wall. The developed algorithm refers to a two-stage focusing process that reconstruct a unique target density function determined by the angle and range parameters. A novel Green's function approach is put forward to aid the focusing task. The mathematical derivation is given in the algorithmic form. The nature of through wall imaging systems requires the employment of Ultra-Wideband systems which brings extra advantages and challenges beyond design. A detailed framework is presented about these systems, their standards, features and their role in seeing through the obstacles. An advanced mathematical wall model is analyzed with reference to electromagnetic diffraction and propagation laws. Modern algorithms using the data and geometry of the radar system are presented in order to compute the parameters of the wall, which are desired to be used in the algorithm. Since the imaging geometry with radar requires the target to be illuminated from different points, an antenna array consisting of Ultra-Wideband Vivaldi antennas is designed on the application side. Technical analyzes and simulations of both Vivaldi antennas and the designed antenna array are executed. In both simulation and implementation studies on the designed system, it is observed that the developed algorithm fulfills the focusing task and can successfully map the target density function with angle - range parameters from the raw data received.