İHA uygulamaları için düşük maliyetli mmDalga radar test platformu : 77 GHz'de SNR ve NRCS incelemesi / Adem Şahin; thesis advisor İbrahim Tuna Özdür.

Tez (Yüksek Lisans)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Ağustos 2025

Milimetre Dalga (mmDalga) Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga (FMSD) Yonga üzerinde Sistem (YüS) teknolojisinin kullanımı, ürün geliştirme sürecinde Ar-Ge ve doğrulama maliyetlerini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bu teknoloji, özellikle otomotiv, telekomünikasyon ve savunmagibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı firmalar tarafından özel uygulama alanları için geliştirilen YüS'ler, literatürde orijinal üretim amaçlarının ötesinde çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır. Bununla birlikte, literatürde genellikle doğrudan uygulama gereksinimlerine dayalı kapsamlı bir yeterlilik analizi bulunmamaktadır. Bu çalışmada, uygulama gereksinimlerinden yola çıkarak FMSD sensörlerinin alt bileşenlerinin yetenekleri ve performans ihtiyaçları analiz edilmiş, bu analizler özel kullanım alanları için geliştirilmiş FMSD YüS ürünleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, mmDalga FMSD YüS'lerin farklı alanlarda kullanılabilirliğini değerlendirmek için bir yol haritası sunulmuştur. Çeşitli kentsel uygulamalarda insansız hava araçlarının (İHA) giderek artan kullanımı, durumsal farkındalık ve iniş güvenliği için güvenilir ve hassas altimetre çözümlerini zorunlu hale getirmektedir. Dalga formu tasarımı ve sinyal işleme alanındaki önemli ilerlemelere rağmen, mmDalga FMSD formlarının altimetre kullanım durumları için deneysel olarak doğrulanması, literatürde hala önemli bir boşluk olarak kalmaktadır. Bu çalışma, ucuz ve pratik bir açık hava test düzeneği önererek, aday FMSD dalga formlarının deneysel olarak doğrulanmasının gerekliliğini savunmaktadır. Söz konusu test düzeneği için çok yollu yayılım modeli sunulmakta ve günümüz mmDalga otomotiv radar sistemlerinde uygulanmaya uygun basitleştirilmiş bir test metodolojisi önerilmektedir. Test düzeneğinin detayları tartışılmakta olup, yeterince geniş yüzey alanına sahip düz bir beton duvar statik hedef olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma ile ortaya konan temeller, araştırmanın bir sonraki aşamasında bir drone platformu üzerinde çeşitli arazi türlerine karşı dinamik testler için kullanılacaktır. Deneysel sonuçlar, mmDalga radar altimetresinin (RA) İHA'larda kentsel konuşlandırmalarda pratik kullanım potansiyelini göstermektedir. Bu bulgular, gelecekteki araştırmalar için önemli bir temel oluşturmakta ve mmDalga teknolojisinin İHA'lar için altimetre çözümlerinde yaygınlaşmasına katkıda bulunmaktadır. Ayrıca, bu çalışma, teorik ilerlemeler ile gerçek dünya uygulamaları arasındaki boşluğu kapatmada deneysel doğrulamanın önemini vurgulamaktadır. Çalışmada, İHA kullanım senaryolarının yerde statik olarak simüle edilebildiği bir düzenekte 77 GHz bandında SNR ve NRCS ölçümleri gerçekleştirilmiş; önceki çalışmalar ışığında belirlenen asgari ölçüm gereksinimlerinin ampirik olarak doğrulanabileceği, düşük maliyetli ve işlevsel bir test düzeneği tasarımı sunulmuştur.

The use of millimeter-wave (mmWave) Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) System-on-Chip (SoC) technology significantly reduces R&D and verification costs in the product development process. This technology is widely used in various fields, including automotive, telecommunications, and defense. SoCsdevelopedbydifferentcompaniesforspecificapplicationareashavebeenutilized in diverse applications beyond their original production purposes in the literature. However, there is generally a lack of comprehensive competency analysis in the literature directly based on application requirements. In this study, the capabilities and performance requirements of subcomponents of FMCW sensors were analyzed based on application requirements and compared with FMCW SoC products developed for specific use cases. Additionally, a roadmap has been presented to evaluate the usability of mmWave FMCWSoCsinother fields. The increasing adoption of unmanned aerial systems (UAS) in diverse urban applications necessitates reliable and precise altimetry solutions for situational awareness and landing safety. Despite significant advancements in the realm of waveform design and signal processing, empirical validation of mmWave FMCW waveforms for altimetry use cases remains a critical gap in the literature. This study argues the necessity of empirical validation of candidate FMCW waveforms by proposing an inexpensive and practical outdoor test bench. The multipath propagation model for the said test bench is presented along with a simplified testing methodology suitable for implementation on contemporary mmWave automotive radars. The specifics of the test bench are deliberated, where a flat concrete wall with a sufficiently large surface area is employed as a static target. The underpinnings established by this body of work will serve dynamic testing on a drone platform against various terrain types inthenextphaseofresearch.Theexperimentalresultsdemonstrate the potential for practical use of mmWave radar altimetry (RA) on UAS in urban deployments. These findings provide a significant foundation for future research and contribute to the widespread adoption of mmWave technology for altimetry solutions in UAS applications. The study highlights the importance of empirical validation in bridging the gap between theoretical advancements and real-world implementation, paving the way for more robust and cost-effective altimetry systems in the rapidly evolving field of UAS technology. Furthermore, this work emphasizes the need for further exploration of mmWave FMCW SoCs in non-traditional applications, offering a comprehensive framework for future studies. In this study, SNR and NRCS measurements in the 77 GHz band were conducted on a test setup capable of statically simulating UAV usage scenarios on the ground. A low cost and functional test bench design is presented, enabling the empirical validation of the minimum measurement requirements defined in light of previous studies.