Ufuk Ötesi HF Radar, Radar, Radar Frequency Spectrum, HF Radar Working Principles, Ground wave or Surface wave Propagations, Sky Wave Propagations,

1. UFUK ÖTESİ HF
RADAR
1

2. İçerik
1. Giriş
❑ Radar ve Radarlarda Kullanılan Frekanslar
❑ Ufuk Ötesi HF Radar
❑ HF Radar Tarihçe
2. HF Radar Çalışma Prensibi
❑ Elektromanyetik Dalgaların Yayılma Türleri
• Doğrudan Dalga Yayılması
• Yer Dalgası Yayılması
• Gök Dalgası Yayılması
❑ İyonosfer
• İyonosfer Tabakalarının Kırılma İndisi
• Kritik Frekans
3. Türkiye’deki ve Dünyadaki Uygulamaları
4. Referanslar
2

3. RADAR
Radar kelimesi “Radio Detection and Ranging” kelimelerinin ilk harflerinin bir araya gelmesinden
oluşmuştur.
Radyo dalgaları ile tespit(detection) ve uzaklık ölçme(ranging) anlamına gelmektedir.
3

4. Radarlarda Kullanılan Frekanslar
Frekans, radarın fonksiyonunu, performansını ve tasarımını etkileyen en önemli faktörlerdendir.
Radar cihazlarının boyutları dalga boyu ile orantılıdır.
4

5. Düşük frekanslar için büyük boyutlu ve ağır donanımlara ihtiyaç duyulurken, yüksek frekanslar
için daha küçük boyutlu ve daha hafif donanımlar kullanılmaktadır.
Bir cismin radar tarafından rahat algılanabilmesi için cismin boyutlarının radarın kullandığı dalga
boyundan büyük olması gereklidir.
5

6. HF UFUK ÖTESİ RADAR
Yüksek Frekans (High Frequency-HF) bandı 3-30 MHz (dalga boyu sırasıyla 100m ve 10m)
aralığını kapsar.
HF bantta çalışan radarların temel kullanım alanı çok uzak mesafelerden hedef (uçak, gemi,
balistik füze gibi) tespiti, kıyı güvenliği(korsancılık, kaçakçılık vb. karşı), deniz meteorolojik
parametrelerin (dalga yüksekliği, yüzey akıntı hızları vb) ölçümüne yöneliktir.
6

7. HF Radar Tarihçe
1950 ile 1960 yılları arasında çok sayıda ufuk-ötesi radar kuruldu ve küresel erken uyarı
sisteminin bir parçası olarak kullanıldı. Askeri amaçlı olan bu sistemler radyo amatörlerinin
haberleşmesini bozuyordu ve bu nedenle „ağaçkakan“ lakabı takılmıştı.
Duga-3 (Rus Ağaçkakanı)
7

8. HF Radar Tarihçe
Günümüzde bu sistemlerin çoğu devre dışıdır. Soğuk Savaş yıllarının sonunda bu sistemlerin bir
anlamı kalmadı, çünkü uydu tarafından yapılan taramalar hem çok daha geniş bir bölgeyi
kapsıyor hem de çok daha hassas sonuçlar verebiliyordu.
Ancak bu ufuk-ötesi radarlar nispeten daha ucuz oluşları nedeniyle uyuşturucu kaçakçılığı,
kaçakçılık, korsanlık, yasal olmayan balık avcılığı ve insan kaçakçılığını önlemek gibi amaçlarla kıyı
koruma güvenlik hizmetlerinde kullanılmaktadır.
8

9. HF RADAR ÇALIŞMA PRENSİBİ
9

10. Elektromanyetik Dalgaların Yayılma Türleri
Elektromanyetik dalgalar atmosferde üç biçimde yayılırlar:
yer dalgaları (surface wave)
gök dalgaları (sky wave)
doğrudan dalgalar (direct wave)
10

11. Doğrudan Dalga Yayılması
Doğrudan dalga yayılması;
• Verici ve alıcı antenlerin birbirlerini gördüğü; verici antenden yayılan elektromanyetik dalganın doğrudan alıcıya
ulaştığı yayılma türüdür.
• 30 MHz’in üzerindeki frekanslarda elektromanyetik dalga, yer dalgası gibi yüzeyi takip edemediği için ve atmosfer
tabakalarında yansıma ve saçılmaya uğramadan bu tabakaları delip geçtiği için, bu frekanslarda doğrudan dalga
yayılması ile iletişim yapılır. Buna görüş doğrultusu iletişimi (line-of-sight communication) denir.
11

12. Doğrudan Dalga Yayılması
FM radyo yayınları (88-108 MHz),
VHF (Very High Frequency: 30-300 MHz) ve UHF (Ultra High Frequency: 300-3000 MHz) televizyon yayınları,
SHF (Super High Frequency: 3-30 GHz) uydu iletişimi ve
EHF (Extremly High Frequency: 30-300 GHz) telsiz yerel döngü (WLL: Wireless Local Loop) iletişimi ve kızılötesi
ışın iletişimi bu tür yayılmaya verilebilecek uygulama örnekleridir.
12

13. Yer Dalgası Yayılması (Ground Wave or
Surface Wave Propagation)
Yer dalgası, yeryüzü eğimini takip ederek radyo ufuk (radio horizon) çizgisinin çok ötesindeki
(yaklaşık 1500 km) uzaklıklara kadar yayılabilir.
Yer dalgası yayılması 3 MHz’den 10 MHz’e kadar olan frekanslar için oluşur. Bu frekans
bölgesindeki elektromanyetik dalgalar atmosfer tarafından saçılmaya uğratıldıklarından
atmosferin üstündeki tabakalara ulaşamazlar.
13

14. Yer Dalgası Yayılması (Ground Wave or
Surface Wave Propagation)
Bu frekans bandındaki elektromanyetik dalgaların yeryüzü eğimine paralel olarak yayılmalarının
nedenleri şöyle açıklanabilir:
1. Yerküreden olan yükseklik arttıkça hava yoğunluğu azalacağından, elektromanyetik dalganın
hızı artar ve bunun sonucu olarak dalga yüzü aşağıya doğru eğilir.
14

15. Yer Dalgası Yayılması (Ground Wave or
Surface Wave Propagation)
15
2. Elektromanyetik dalga ilerlerken yeryüzü üzerinde bir elektrik akım endüklediği için, bunun sonucu
olarak, elektromanyetik dalga yüzünün (wave-front) yeryüzüne yakın olan kısmının yayılma hızı azalır ve
dalga yüzü aşağı doğru bükülerek dalganın ilerleme yönü yeryüzü eğimini takip eder.

16. Yer Dalgası Yayılması (Ground Wave or
Surface Wave Propagation)
3. Elektromanyetik dalganın sivri tepeli dağlar ve binalar gibi engellerin üzerinden geçerken
kırınıma (diffraction) uğraması sonucunda, dalganın ilerleme yönü aşağı doğru bükülerek
yeryüzü eğimini takip eder.
Yer dalgası ile yapılan iletişime verilebilecek en yaygın örnek genlik modülasyonu
(AM:Amplitude Modulation) ile yapılan radyo yayınlarıdır (uzun dalga ve orta dalga yayınları
gibi).
16

17. Yer Dalgası Yayılması (Ground Wave or
Surface Wave Propagation)
Bu tür elektromanyetik dalgalar kenar veya kavislerde yayılma yönünde herhangi bir değişiklik
olmaksızın bükülme gibi bir özelliğe sahiptir. Bunlar çok uzun dalga boylarıyla denizin oldukça iyi
iletken olan yüzeyinde yeryüzünün kavisi boyunca ufuk ötesini aşarlar.
17

18. Bir Ufuk-ötesi yüzey dalga radarının (yeşil), bir En-Route radarla (kırmızı) yayılımları karşılaştırılması
18

19. Gök Dalgası Yayılması (Sky Wave
Propagation)
Gök dalgası yayılması, 15 MHz ile 30 MHz arasındaki frekans bandındaki yapılan yayınlarda,
elektromanyetik dalganın iyonosfer tabakasında yansımaya ve kırılıma (refraction or bending)
uğrayarak yeryüzüne doğru yayılmasıdır. Gök dalgası, iyonosfer tabakası ile yeryüzü arasında
birkaç kez yansıma yaparak ufuk çizgisinin çok ötesine kadar yayılabilir.
Gök dalgası ile yapılan iletişim örnekleri olarak, kısa dalga radyo yayınlarını, amatör radyo
yayınlarını, askeri iletişimi, uzun mesafe uçak ve gemi haberleşmelerini sayabiliriz.
19

20. Gök Dalgası Yayılması (Sky Wave
Propagation)
Gök dalgaları, iyonosferdeki bir iyonize katmana çarparak yeryüzüne yansırlar. İyonosferdeki
yansıtıcı katmanların bir sabit yükseklikte olmaması ve günün saatlerine bağlı olarak kuvvetlice
değişmesi nedeniyle radar sinyallerin işlenmesi çok zordur. Bu yansıma öylesine çok basit bir
aynalama değil, daha ziyade karmaşık bir süreçtir. Yankı sinyalleri tekrarlanan yansımalar sonucu
oldukça zayıflar, bu da çok kaliteli ve hassas bir alıcı kullanılmasını gerektirir.
20

21. İyonosfer
Atmosferin yüksek kısmında, atmosferin azaldığı en dış katman yer alır. Yeryüzünden
itibaren 80 ila 400 km arasındaki bu katmana İYONOSFER denir. İyonosfer adının
kullanılışının nedeni, gazların iyonizasyona uğradığı bir bölge olmasıdır.
21

22. İyonosfer
İyonizasyon sebebi ile elektriksel açıdan aktif bir bölgedir.
• 200 MHz’in üzerinde iyonosfer tamamen transparandır (geçirgendir).
• VLF, LF, MF ve HF bantlarında propagasyonda etkilidir.
VLF : 3 – 30 kHz
LF : 30-300 kHz
MF : 300 kHz - 3 MHz
HF : 3 MHz – 30 MHz
22

23. İyonosfer
İyonosfer 4 tabakadan oluşmaktadır.
23

24. D TABAKASI
• Yeryüzünden 50-100 Km yukarda olup gündüz saatlerinde meydana gelir. Ozonun mor ötesi
ışınlarla iyonlaşmasından oluşmuştur.
• İyonizasyon düşüktür. Elektron yoğunluğu radyo dalgalarını etkileyecek miktarda değildir.
24

25. E TABAKASI
• Yer yüzeyinden 110-127 Km yukarda olup iyonlaşma öğle saatlerinde en yüksektir. Oksijen
moleküllerinin iyonlaşmasıyla oluşmuştur.
• 118 Km mesafede olan kısmı, VHF/UHF haberleşmesinde önemli rol oynar.
25

26. F1 TABAKASI
Yer yüzeyinden 152-203 Km mesafede olup radyo haberleşmesi için önemli bir propagasyon
ortamı değildir. Azot moleküllerinin foto iyonlaşmasından meydana gelmiştir. Gece olunca F2
tabakası ile birleşir.
26
Yer yüzeyinden 338 Km yüksekte olup gündüz 85 km kalınlığındadır. Gece F1 tabakası ile birleşir.
Mor ötesi ışınların yanı sıra güneşin cisimcik halindeki ışınları ile kozmik ışınların etkisiyle
oluşmuştur.
F2 TABAKASI

27. 27

28. İyonosferik tabakaların kırılma indisi
N : metreküpteki serbest elektron sayısı
f : dalganın frekansı
n : iyonlaşmış ortamın kırılım indisi
28

29. Snell kanunundan yararlanarak, aşağıdaki
denklemleri yazabiliriz:
Bu durumda, iyonosferden dalganın tekrar
yeryüzüne yansıma koşulu aşağıdaki gibidir:
29

30. Dalganın geri yansıması geliş açısı ve elektron yoğunluğuna bağlıdır. Geliş açısı ne kadar küçükse,
geriye yansıma için daha yoğun elektrona ihtiyaç olacaktır. Gerekli elektron
yoğunluğu yoksa, dalga yansımaz.
30

31. Kritik Frekans
Düşük frekanslarda, elektron yoğunluğunun az olduğu, alçak tabakalarda yansıma meydana
gelecektir. Frekans arttıkça yansıma, elektron yoğunluğunun fazla olduğu daha üst tabakalarda
gerçekleşecektir. Elektron yoğunluğunun maksimum değeri maksimum frekansı belirler ve bu
frekansa “kritik frekans” adı verilir ve f0 ile gösterilir.
31

32. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) denizlerden veri elde edilmesi çalışmaları kapsamında
2012 yılı içerisinde, Türkiye kıyılarında ilk olacak “İstanbul Boğazı Karadeniz Çıkışı 2 adet HF
Deniz Radarı Sistemi” kurulumu çalışmalarına başlamış Aralık 2013 itibariyle kurulum
sonuçlanmış ve HF Deniz Radarı sistemi o tarihten itibaren çalışmasını sürdürmektedir.
Radarların kurulacağı yerlerin ve radarların temel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla MGM
tarafından bir çalışma yapılmış ve bu çalışma doğrultusunda Boğazın her iki yakasında radar
kurulacak sahalar belirlenmiştir.
32

33. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
Kurulan bu sistemle radarların kapsama alanı içerisinde;
akıntı hızı ve yönü
rüzgar yönü
dalga yüksekliği ve yönü
dalga spektrumu
bilgileri sağlanmaktadır.
Boğazın her iki yakasına kurulan radar sisteminin her birinde 4 verici, 12 alıcı anten bulunmaktadır.
33

34. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
SONUÇ OLARAK
HF deniz radarı sisteminden elde edilecek verilerle denizler üzerindeki hava ve deniz koşullarının
bilinmesi, daha gelişmiş ve güvenilir deniz raporu ve tahminlerinin hazırlanmasını sağlayacaktır.
Kuramsal sonuç ve analizler deney ve model verilerinin tutarlılığı konusunda yön gösterecektir.
MGM denizlerimizdeki meteorolojik gözlem kabiliyetini arttıracak ve yurt içindeki diğer kurum ve
kuruluşlarla meteorolojik ve oşinografik işbirliği imkanlarını geliştirecektir.
Çevresel gözlemlere halkın dikkatini arttıracak ve MGM’nin ve ilgili kuruluşların deniz araştırmaları
çalışmalarına destek sağlayacaktır.
MGM’nin, Türk karasuları ile çevre denizler üzerindeki rolünün önemi vurgulanmış olacaktır.
Ülkemizde de deniz gözlemlerinin operasyonel hale gelmesi, çevresel değerlendirme ve deniz gözlem
faaliyetlerine verilen önem adına büyük bir adım atılmasının göstergesi olacaktır.
34

35. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
Verici (Transmitter) Anteni
Toplam 4 antenin bulunduğu verici sistem 16,100-16,200 MHz bant aralıklarında çalışmaktadır.
HF Deniz Radarı Avrupa Yakası Verici Antenleri
35

36. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
Alıcı (Receiver) Anten Dizisi
En az 12’li alıcı anten dizisi (linear array) kullanılmaktadır. Alıcı antenler dizisi saha konumuna göre doğrusal (linear), bükey
(curved) ya da rastgele (random) ayarlanabilmektedir. Kurulan sistemde Avrupa yakasında doğrusal, Anadolu yakasında
bükey kurulum yapılmıştır.
HF Deniz Radarı Avrupa Yakası Alıcı Antenleri HF Deniz Radarı Anadolu Yakası Alıcı Antenleri
36

37. HF RADAR TÜRKİYE‘DEKİ KULLANIM
YERLERİ
Kurulumu Ekim 2013’te yapılan iki radardan oluşan sistemden alınan ilk veriler:
Veri (Sinyal) Kalitesi Haritası Her iki radarın kapsama alanı ve kesişme bölgesi
37

38. HF RADAR DÜNYADAKİ KULLANIM
YERLERİ
➢ABD ve Çin gibi okyanusa kıyı ülkeler yukarı HF frekanslarını (15-30 MHz) kullanan gök dalgalı
HF radarlarını 1950'lerden bu yana kullanmaktadır.
➢Örneğin, ABD Atlas okyanusunu Avrupa, Pasifik okyanusunu ise Çin kıyılarına kadar
kapsayabilmektedir. Gök dalgalı HF radarları hem kurulmaları hem de işletimleri çok pahalı
olduğundan, günümüzde tüm dünyayı değişik yörüngelere yerleştirdiği yüzlerce uydu ile
kapsayabilen ABD bu sistemlerden vazgeçmeye başlamıştır.
➢Öte yandan, alt HF frekanslarını (3-10 MHz) kullanan yer dalgalı HF radarları değişik amaçlarla
yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Gök dalgalı HF radarlarına göre hem kurulumu hem de
işletimi son derece ucuz olan yer dalgalı HF radarları ile hem gözetleme, hem kontrol hem de
oşinografik bilgi elde etmek olasıdır.
➢Örneğin, Kanada Donanması Kanada hükümeti ve Raytheon Kanada firmasının yaklaşık on
yıldır ortaklaşa sürdürdükleri çalışmalar sonucu geliştirilen ve denenen iki radarlı sistemi yakın
zaman önce ulusal sistemine katmış ve kullanmaya başlamıştır
38

39. HF RADAR DÜNYADAKİ KULLANIM YERLERİ
Avrupa Birliği üye ülkelerinden Almanya, Norveç, İngiltere ve İspanya'nın birlikte yürüttüğü önemli bir
çalışma olan EuroROSE (European Radar Ocean Sensing) projesinde ise yine yer dalgalı HF
radarlarından küçük ve orta ölçekte kapsamalar için kullanılan Codar ve Wera sistemleri başarıyla
denenmektedir.
Uygulama alanları:
Sahil Koruma amacıyla uzun menzillerde gemi trafiğinin izlenmesi
Deniz Trafiğinin emniyeti için gemilerin izlenmesi
Deniz kazalarında arama ve kurtarma
Tropikal kasırgalar, hortum ve tsunami felaketlerini önceden uyarma
Denizde açıklarda yapılan inşaatların gözetimi
Kıyı çevre koruma hizmeti
39

40. HF RADAR DÜNYADAKİ KULLANIM
YERLERİ
Yandaki şekilde Florida’nın batı sahilleri
için CODAR ve WERA radarlarının
footprintleri (ayakizleri) görülmektedir.
Uzun menzile sahip olan CODAR
Redington Shores,Venice ve Naples de
bulunmaktadır. Orta menzile sahip olan
WERA radarları ise Ft. De Soto ve Venice
de bulunmaktadır.
40

41. HF RADAR DÜNYADAKİ KULLANIM
YERLERİ
➢Bu sistemlerle, örneğin Kanada hükümeti Atlas okyanusunda zengin petrol yataklarının
bulunduğu Terra Nova bölgesindeki dev petrol platformları için tehdit oluşturan kuzey
buzullarını gözetlemekte hem de savunmasını güçlendirmektedir.
➢Norveç hükümeti benzer amaçlarla batı kıyılarında bir HF radarı kullanmaktadır.
➢İspanya oşinografik amaçlı bir HF radarını yine EuroROSE projesi çerçevesinde denemektedir.
➢ Almanya, deniz ticaretinin önemli bir yükünü taşıyan Hamburg limanı çevresinde hem
oşinografik hem de deniz trafiğinin kontrolü amaçlarıyla HF radarları kullanmaktadır.
➢ABD’de Teksas A&M Üniversitesi öncülüğünde Teksas kıyıları ve körfezi, fırtına, dalga
yüksekliği, akıntı yönleri, vb. açılarından orta düzeyde mobil HF radarlarıyla sürekli
denetlenmektedir. Avustralya, Yeni Zelanda, Hong Kong ve Singapur'da da benzer çalışmalar yer
almaktadır.
41