Radar ve Sonar sistemlere giriş niteliğindedir.

1. Radar ve Sonar
Sistemler

2. 2
Denizaltının aktif ve pasif alıcıları
Denizaltının aktif alıcıları
Klasik denizaltılar, nükleer denizaltılar gibi hızlı hareket
edemediğinden bunlar için aktif alıcılar son derece
önemlidir. Denizaltılar için önemli aktif alıcılar şunlardır;
a. Radarlar
b. Aktif Sonarlar
Denizaltının Pasif Alıcıları
Kendisi herhangi bir işlemde bulunmadan sadece
dinleme/gözlem halindeki alıcılardır.
a. Periskop
b. Pasif Sonar

3. 3
Radar nedir, nasıl çalışır?
(Radio Detecting And Ranging)
 Radar, bir vericinin atmalar (pulse) halinde yaydığı radyo
dalgalarının yolları üzerindeki isimlerden yansıyarak geri
dönmesi ve bir alıcı tarafından yakalanması ilkesine göre
çalışır.
 Alıcı geri dönen yankıdan hedefin yönünü ve mesafesini,
iki yankı arasında geçen zamandan da hızını
belirleyebilir. Hedef doğrudan radara geliyorsa veya
uzaklaşıyorsa Doppler etkisi sayesinde gene hız
belirlenebilir.

4. 4
Radarda Menzil Tayini (1)
 Mesafe yüksek frekanslı sinyalin yayılma süresi ve c0
yayılma hızından faydalanılarak hesaplanır. Hedefin
gerçek mesafesine eğik menzil denir. Eğik menzil radarla
sinyalin yollandığı hedef arasındaki kuş uçuşu mesafedir.
 Yatay mesafe hedefin yeryüzündeki izdüşüm noktası ile
radar arasındaki yatay mesafe olup tek başına gerçek
mesafeyi vermez, ayrıca hedefin yüksekliğinin de
bilinmesi gerekir. Süre hesabında dalganın hem gidişini
ve hem de dönüşünü dikkate almak gerekir. Eğik menzil
formülü:

5. 5
Radarda Menzil Tayini (2)
R = eğik menzil (m)
t = geçen süre (s)
C0 = ışık hızı = 3.10 8
m/s
Şimdi bu formülü nasıl elde ettiğimizi detaylı olarak görelim.
Yalnız burada hatırlatmamız gereken önemli bir husus
vardır. Mesafe birimi olarak hava trafiğinde tarihsel
nedenlerden ötürü olarak deniz mili kullanılmaktadır. Hava
savunma kapsamında ise kilometre kullanılmaktadır.

6. 6
Radarda Menzil Tayini (3)
v = hız (m/s)
s = menzil (m)
t = zaman (s)
Paydaki 2 rakamı radar sinyalinin gidiş ve
geliş süresince iki defa gidip
gelmesinden ötürüdür. Sonuç m/s’dir.
C0 = 3.10 8
m/s elektromanyetik
dalgaların yayılma hızıdır.
Eğer t süresi bilinirse yukarıdaki formülden radarla hedef
arasındaki R menzili hesaplanabilir.

7. 7
Radar Denklemi (1)
 Radar denklemi radardan gönderilen enerjinin, dalganın yayılmasından
başlayarak yansıyan sinyallerin alınmasına kadar geçen evredeki
fiziksel ilişkilerini ifade etmek için kullanılır. Bir radar setinin
performansının değerlendirmesi de radar denklemi kullanılarak yapılır.
Eğer yüksek frekanslı enerji izotropik
bir vericiden yayın yapıyorsa enerji her
yöne eşit dağılır. Eşdeğer güç
yoğunluğuna sahip alanlar vericinin
etrafında R yarıçapı uzaklığında alanı
A= 4π·R² olan bir küreler oluşturur.
Küre yarıçapı artıkça enerji daha geniş
bir yüzeye dağılacağından birim alana
düşen güç yoğunluğu azalmış
olacaktır. Dağıtık Güç Yoğunluğu

8. 8
Radar Denklemi (2)
PS : gönderilen güç [W]
Su : dağıtık güç yoğunluğu
R1 : anten-hedef menzili [m]
Yönlendirilmiş enerji yoğunluğu formülü ise şöyle hesaplanır.
Sg = Su · G
Sg : yönlendirilmiş enerji yoğunluğu
G : anten kazancı

9. 9
Radar Denklemi (3)
Su güç yoğunluğunda bir enerjiden hedeften geriye yansıyan güç
Pr, anten kazancı G ve çok değişken radar kesiti σ ise
Yansıyan sinyallerin dönüş yönünde koşullar geliş yönündeki
koşullarla aynı olduğu alınma noktasında ki güç yoğunluğu Se:
Se = alınma noktasında ki güç yoğunluğu
Pr = yansıyan güç [W]
R2 = hedef-anten menzili [m]
Pr = geriye yansıyan güç
σ = radar kesiti
R1 = anten-hedef menzili [m]

10. 10
Radar Denklemi (4)
 Radar anteninde alınan güç alınma noktasındaki güç
yoğunluğu SE ve anten etken alan yüzeyi AW ye bağlıdır
PE = alınma noktasında ki güç [W]
AW = etken anten alanı [m²]
Etken anten alanı bir antenin mutlaka kayıpları olmasından hareketle
söz konusu olmaktadır, yani antenin tüm geometrik yüzeyi bir alma
yüzeyi olarak çalışmaz. Etken anten alanının, anten yüzeyinin 0.6 ila
0.7 katı (Ka katsayısı) olduğu söylenebilir. Etken anten alanı:
AW = etken anten alanı [m²]
A = geometrik anten alanı [m²]
Ka = katsayı

11. 11
Radar Denklemi (5)
Alınma noktasında ki güç PE:

12. 12
Radar Denklemi (6)
 Şimdiye kadar hesaplamaları gidiş ve geliş yönünde ayrı ayrı yaptık.
Şimdi bir adım daha atacak ve bunları birleştireceğiz: Gidiş menzili
(anten-hedef) R1 ve dönüş menzili (hedef-anten) R2 aynı olduğunda
yerlerine R kullanacağız ve

13. 13
Radar Denklemi (7)
 Anten kazancı G’nin dalga boyu λ cinsinden ifade edildiği bir eşitlik
daha vardır (bu eşitliğin nasıl çıkarıldığını burada anlatmayacağız).
Eğer bu formülde anten alanı A yı çözüp daha yukarda ki PE
eşitliğine yerleştirir ve kısaltmaları yaparsak aşağıdaki eşitliği
buluruz:

14. 14
Radar Denklemi (8)
 Bu eşitlikleri radar menzili R için düzenlersek klasik formülü
ortaya çıkar:
Yukarıdaki kuramsal açıklamalar bizi radar denklemini pratikte de
pekala kullanma yolunu açtı. Örneğin bir radarın verimliliği bu
formülü kullanarak sorgulanabilir. Daha ileri kapsamlarda bu klasik
radar denkleminin kullanılması uygun değildir. Başka hususların da
dikkate alınması gerekir.

15. 15
Radarda Yön Tayini (1)
 Hedefin açısal konumu anten yönlülüğü (directivity) ile
belirlenir.
 Yönlülük, bir antenin gönderdiği enerjinin belli bir yönde
yoğunlaşma kabiliyetidir. Yönlülük kazanç olarak ta
bilinir.
 Yüksek yönlülüğe sahip bir anten, yönlü anten olarak
adlandırılır. Anten, yansıma sinyalinin alındığı hedefe
hassas olarak yönelmiş iken azimut ve yükseklik açıları
tespit edilebilir.
 Açısal değer ölçümlerinin hassasiyeti antenin
yönlülüğüne bağlıdır. Anten yönlülüğünün kalitesini
antenin boyutları belirler.

16. 16
Radarda Yön Tayini (2)
Radar ünitesi sıkça çok yüksek Frekans-
larda çalışır. Bunun nedenleri şöyle
sıralanabilir:
 elektromanyetik dalga yayılımın
optiksel özellikler taşıması,
 yüksek çözünürlük (dalga boyu
küçüldükçe daha küçük boyutta ki
nesnelerin algılanması kolaylaşır).
 aynı anten kazancı, daha yüksek
frekanslarda daha küçük boyutlu
antenlerle sağlanabilir.

17. 17
Radarda Yön Tayini (3)
 Enerji bir çok radar anteninden, anten mekanizması ile
birlikte dönen tek yönlü bir demet veya ışın ile yayılır.
Şekilden görüldüğü üzere; ışının şekli öyledir ki, ışın
hedefi tararken yankı sinyalinin genliği değişir.
 Pratik uygulama da radar antenleri durmadan dönerler
ve ışın hedefi tararken en fazla yankının alındığı nokta
algılama devreleri yada operatörün gözlemi sayesinde
tespit edilir.

18. 18
Açının aktarılması
Dönen antenlerde aktarım servo ve azimuth değişim
darbeleri yöntemi ile gerçekleştirilir.
a) Servo sistemler: eski radar antenleri ve füze fırlatma
rampalarında kullanılmakta olup dönüş bildirim vericileri ve
dönüş bildirim alıcılarının yardımı ile çalışırlar.
b) Azimuth: Yeni radar sistemleri artık azimut değişim
darbeleri (Azimuth-Change-Pulses) adı verilen yöntemi
kullanıyorlar. Antenin her bir dönüş turunda, kodlayıcı
darbeler gönderilir ve bu darbeler ekranda sayılır.
 Yeni radar ünitelerde ise mekanik dönüş hareketi kısmen
veya tamamen terk edildi. Bu radarlar azimut ve yükseklik
açısını tespit etmek üzere elektronik faz taraması
yöntemini kullanmaktadır. (Faz Dizi antenler)

19. 19
Azami Menzil Belirsizliği
 Bir radarın ünitesinin Rmaks azami ölçme mesafesi, sadece radar
denklemiyle belirlenen değerine göre değil, aynı zamanda sinyal alış
süresi dikkate alınarak hesaplanır.
 Radardaki süre ölçme sistemi her yeni darbe gönderildiğinde
sıfırlanır. Bu, algılanan menzilin her defasında sıfırdan başlayarak
ölçülmesini sağlamak için yapılır.
 Alım zamanından sonra varan yansıma sinyalleri gönderim zamanı
içinde yer alır ve dikkate alınmaz. Çünkü bu süre boyunca radar
donanımı sinyal almaya hazır değildir, veya bir sonraki alma zamanı
içinde yer alır ve ölçüm hatalarına veya menzil belirsizlik hatalarına
yol açarlar.
 Bir önceki gönderilen darbeye ait, çok uzaklardan yansıyan bu
sinyaller, yeni gönderilen darbeye ait alınan yansımalarla
karışıklıklara sebep olur ve Menzil Aşımı denilen bir hataya yol açar.
Modern sayısal alıcılarda, yansımalarda oluşan bu menzil aşım
hataları giderilmeye çalışılmaktadır.

20. 20
Azami Menzil Formülü
PW (darbe genişliği): bir hedef işareti üretmek için gerekli yankı
darbelerinin tamamının dönmesi için gerekli süre olarak alınmalıdır.
Radarın Darbe Tekrarlama Zamanı (Pulse Repetition Time, PRT)
azami menzil tayininde önem kazanmaktadır, çünkü darbe
tekrarlama zamanını aşan, hedeften dönüş süreleri radar
ekranında (PPI-scope) yanlış noktaların görüntülenmesine yol
açarlar. Bunlar yanlış menzil dönüşleri, şüpheli dönüşler veya
ikinci-süpürme yansımaları olarak adlandırılır.
µs (mikro saniye) =10-6
sn
Rmaks azami ölçme mesafesi

21. 21
Azami Menzil Ölçüm Uyarıları
 Gönderilen darbelerin tekrarlama frekansı ekranda
görüntülenebilecek azami menzili etkiler.
 Ekranda görüntülenen mesafenin, radar denklemiyle
belirlenen azami ölçme uzaklığını aşmaması gerekir.
 Görüntüleme eyleminin, bir sonra ki darbe gönderilmeden
önce bitmiş olması gerekir.
Yukarıdaki resimde 400 km mesafedeki ikinci-süpürme yansıması
görülmektedir. Menzil aşımı mesafeden gelen bu yansıma hatalı bir menzilin
görüntülenmesine sebep oluyor.

22. 22
Azami Menzil Ölçüm Uyarıları
 Sürekli değişen (yalpalayan) bir darbe tekrarlama frekansı ile,
menzil ötesi mesafelerden yansıyan hedef işaretleri ekranda küçük
bir yay parçasından başka bir şekilde görünmez.
 Bu yansıma, sinyal alım süresinin bir darbeden diğer bir darbeye
değiştiği bir ortamda, kullanılan radar cihazının cinsine özgü bir
noktalar kümesi olarak ekranda görüntülenir. Bu ayrım özelliği
sayesinde bilgisayar kontrollü sinyal işlemcisi doğru menzili
hesaplayabilir. Bu olay katlanmanın giderilmesi olarak adlandırılır.

23. 23
Modern Radarlarla Sorunun Çözümü
 Faz Dizi Anten kullanılan, daha
modern 3D (üç boyutlu) radarlarda
(örneğin RRP-117 gibi), artık bu
menzil aşımından kaynaklanan
hedefin belirlenmesindeki sorunları
yaşamıyoruz. Bu sistemdeki
bilgisayar, belirlenen bir şemaya
uygun olarak, her gönderim
darbesini ayrı ayrı yönlere yollar.
Takip eden alım zamanı içinde bir
yansıma geldiğinde, anten
diyagramı çoktan tümüyle farklı bir
yükseklik açısına yönelmiş olur.
AN/TPS-59

24. 24
Modern Radarlarla Sorunun Çözümü
Resimde IFF yanıtı bulunan normal bir hedef işaretini ve bunun yanında
sürekli değişen Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılarak elde edilen IFF
in menzil ötesinden alınan işaretini göstermektedir. Burada şuna dikkat
edilmelidir: IFF birincil radarın her senkron darbesini kullanmamaktadır.
(Böyle çok sayıda IFF-menzil aşımlarının yarattığı rahatsızlık Sorgulama
Vericisinin çıkış gücünün kısılması ile azaltılabilir.)
Bir şüpheli yansıma (ince daha uzun yay- IFF-yanıtlı olan için; kalın daha kısa yay
bir birincil radara ait yansıma) ve yalpalayan Darbe Tekrarlama Frekansı kullanılan
şüpheli IFF - yanıtı (nokta kümesi biçiminde)

25. 25
Asgari Ölçme Menzili
Bir monostatik darbe radarı, sinyal gönderilirken ve alınırken
aynı anteni kullanır. Sinyal gönderme sırasında, yansıma
sinyalleri alınamaz, yani radar alıcısı devre dışıdır. Asgari ölçme
menzili Rmin (kör menzil), antenle hedef arasında, hedefin
algılanabilmesi için gerekli asgari mesafedir. Hedefin
algılanabilmesi için, gönderim darbesi bütünüyle radarı terk
etmiş ve radar sinyal alma moduna geçmiş olmalıdır. Yakındaki
hedeflerin algılanabilmesi için gönderim süresi olabildiğince kısa
tutulmalıdır.

26. 26
Aktif Sonar nedir, nasıl çalışır?
(Sound Navigation And Ranging)
 Radarla aynı esasa göre çalışan sonarlar,
elektromanyetik dalga yerine ses dalgası gönderir.
Gönderilen "Ping"'in frekansı arttıkça hedefe çarpıp
dönme mesafesi kısalır. Bu frekansın "Kesinliği" fazladır
ve cihazları az yer kaplar.
 Marmara denizi gibi kesafet çeşitliliği nedeniyle tabakası
fazla denizlerde yüksek frekansın etkinliği iyice azalır.
Alçak frekans uzak mesafelere gidebilir fakat bu
frekansın seçiciliği azdır ve cihazları çok yer kaplar.
Klasik denizaltı için dikkatle kullanılması gereken
cihazdır.

27. 27
Sonar
 1918 yılında Fransız Pierre LANGEVIN ve ekibi ilk kez
SONAR sistemini icat ettiler. Sonarlar denizlerde
denizaltıların ve balık sürülerinin yerini tespit etmek, su
derinliğini ölçmek vb. işlerde, tıpta hastalıkların
teşhisinde ultrasonografi adıyla kullanılan araçtır.
 Günümüze kadar da teknolojiye paralel bir gelişim
gösterdi.

28. 28
Sonar Sistemler

29. 29
Sonar Sistemi Oluşturan Parçalar
 Göndermeç,
 Transducer,
 Almaç,
 Sinyal işleyici,
 Görüntüleme Ünitesi
 Kayıt ünitelerinden oluşur.

30. 30
Göndermeç, Transducer, Almaç
 Göndermeç; yüksek genlikli, kısa süreli vurumları üretir
ve uygun vurum tekrarlama hızı ile (pulse repetition
frequency PRF) gönderir.
 Transducer; ultrason dalgalarının gönderilmesi ve
algılanmasını sağlar.
 Almaç ise gönderilen dalgaların gönderildiği ortamdaki
çeşitli objelerden yansıyarak gelen kısmını algılama ve
yükseltme işlemlerini yapar.
Göndermeç, Transducer ve Almaç
tek bir birimde toplanmıştır. Örneğin
teknelerde bu birim yandaki
şekillerde görüldüğü gibidir.

31. 31
Sinyal işleyici, Görüntüleme ve Kayıt üniteleri
 Sinyal işleyici görüntülemeye hazır hale gelen bilgilerin
genel bir CRT (Cathode Ray Tube) ekran yardımıyla
görüntülendiği birimdir.
 Görüntüler ekranda gösterileceği gibi polaroid kamera,
multiformat kamera, video-tape (VTR) recorder veya
strip chart (termal) recorder yardımıyla kaydedilip
saklanabilir.

32. 32
Sonar Örnekler
Aşağıdaki resimlerde 6 kanal sonar sistemine sahip
robot bir süpürge görülmektedir.

33. 33
İleriyi Gösteren Sonarlar
(Forward Looking Sonar -FLS)
 FLS’ler devamlı resim çizmeyip denizin altındaki tüm
görüntüyü tarayıp birkaç saniye içinde ekrandaki bilgiyi
devamlı yenilemektedir.
 Eğer ileride herhangi bir tehlikeli nesne var ise bu bilgi
ekranda hemen gösterilecek ve tekne farklı bir yöne
dönerse ekrandaki bilgi hemen değişecektir.
 FLS cihazı her bilgi yenileyişinde 100.000 hesap
yapabilmektedir. FLS’de bulunan mikroişlemci saniyede
10 milyon hesabı yapacak kapasitedir.
 Genelde aracın kendi gövdesi üzerine ileri ve biraz da
aşağı bakacak şekilde monte edilirler. Genel gezi
sistemlerinde, mayın tespitinde ve su altı araçlarının
birbirini takibinde kullanılırlar.

34. 34
İleriyi Gösteren Sonarlar

35. 35
Denizaltının pasif alıcıları
 Kendisi herhangi bir işlemde bulunmadan
sadece dinleme/gözlem halindeki alıcılardır.
a. Periskop
b. Pasif Sonar
Yandaki resimde bir periskop
görülmektedir.

36. 36
Periskop (1)
 1854 yılında Fransız Marie Dawey, aynalarla ilk periskobu
yapmış 1872’de prizmaları kullanmıştır. Prizmadan ve
merceklerden oluşan ABD SSN denizaltılarında kullanılan
Kollmorgen T18 gibi periskoplara;
- radar,
- lazer mesafe ölçer,
- tv kamerası,
- fotoğraf makinası,
- ESM anteni,
- UHF anteni,
- Gece görüş sistemi,
- Kızılötesi alıcı
- Işıkla haberleşme (Mors) ilave edilmektedir.

37. 37
Periskop (2)
Virginia sınıfı denizaltılarda köklü bir değişiklik ile
periskop konmayıp yerine;
- “Photonics mast” denilen ve mukavim tekne dışında
sürülebilen iki direkte yüksek çözünürlüklü kameralar,
- Kızılötesi,
- Düşük seviye ışık görüntüleyici,
- lazer mesafe ölçer,
- Elektromanyetik dalga tespit -ESM- sensörü
ile donatılmış bir “Şapka” mevcuttur. Veriler, fiberoptik
kablolarla iletilmektedir.
ESM: Hava, kara veya denizden yapılan her türlü elektromanyetik intişarı (Radar
veya telsiz yayınını) tespit eder ve ekranında yönünü görüntüler. Eğer gelen
elektromanyetik dalgayı analiz edebilme imkanı varsa; hafızasına kaydedilmiş
bilgilerle karşılaştırarak, gemi ismine kadar tanımlayabilir.

38. 38
Pasif Sonar nedir, nasıl çalışır?
 Su altındaki her türlü sesi dinlemeye imkan veren
cihazdır.
 Tekne dışındaki Hydrophone denilen algıçlarına gelen
ses titreşimlerinin, düşük voltajlarda elektrik enerjisine
dönüşmesi esasına göre çalışır.
 Yakın tarihe kadar operatörlerin kulak hassasiyeti ve
tecrübesi ile etkili bir şekilde kullanılabilen bu cihaz;
frekans bandının genişletilmesi ve kütüphanesine, su
altında duyulabilecek sesleri tanıma için karşılaştırma
yapabileceği örnekler kaydedilmesi sayesinde, operatöre
net analiz sonuçları vermekte ve tespitinde yardımcı
olmaktadır.

39. 39
Kaynaklar
 Vikipedi – Özgür Ansiklopedi http://tr.wikipedia.org
 Radar bilgi sitesi
http://www.radartutorial.eu
 http://www.denizaltici.com
 Sonar Sistemler Ders Notları, Yrd.Doç.Dr. Hasan
Hüseyin Balık, Beykent Üniversitesi
http://www.hasanbalik.com
 Ed Tucholski, United States Naval Academy, Assistant
Professor
http://www.nadn.navy.mil/Users/physics/ejtuchol/