"Fraunhofer Yüksek Frekans Fiziği ve Radar Teknikleri Enstitüsü'ndeki (FHR), DLR Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü ile Alman-Fransız Araştırma Enstitüsün (ISL) tarafından yürütülen uydu, frekans, radar gibi elektronik savaş sistemleri geleceğin savaş teknolojileri ve savaşların hangi boyutlarda olacağına dair ilginç fikirler veriyor.
Çalışılan teknolojilerin 4. bölümünü sunuyoruz.
13- RADARDAKİ KÖR NOKTALARDAN KAÇIN
"Radar gibi görüntüleme teknikleri Federal Silahlı Kuvvetler için son derece önemlidir; Özellikle havadaki sensörler büyük miktarda bilgi sağlar. Fraunhofer FHR'nin Almanya-İsviçre işbirliğiyle geliştirdiği ve sürekli olarak optimize ettiği radar sistemi, hareketli hedeflerin yanı sıra irtifa farklılıklarını da tespit edebiliyor. Yakalanan veriler, bir test uçuşu sırasında doğrudan FHR'nin kendi yer kontrol istasyonuna gönderildi.
Bir resim bin kelime değerinde bir olur mu? Bu söz gerçekten de bir gerçeklik payı taşıyor. Federal Silahlı Kuvvetler de görüntüleme tekniklerini, özellikle de havadan iyi bir genel bakışı takdir ediyor. Son uçuştan bu yana çevrede herhangi bir değişiklik oldu mu? Yerde hareket eden bir şey var mı, örneğin bir tank? Almanya-İsviçre işbirliğinde Fraunhofer FHR, Zürih Üniversitesi ve Armasuisse bu tür soruları radar aracılığıyla mümkün olduğunca doğru yanıtlamak için çalışıyor. Yüksek çözünürlüklü, dört kanallı SAR (Sentetik Açıklıklı Radar), değişikliklerin tespit edilmesine, hareketli nesnelerin tanımlanmasına ve hatta irtifa farklılıklarının belirlenmesine olanak tanır.
Sistemin dört alıcı anteni çapraz şekilde yerleştirilmiştir; veriler aynı anda dört kanalın tamamına kaydedilir. Bu, örneğin yerdeki hareketli hedefleri tespit etmek için "iz boyunca" bilgilerin elde edilmesine olanak tanırken aynı zamanda örneğin interferometri kullanılarak yükseklik farklarının tespit edilebildiği "iz boyunca" verilerinin kaydedilmesine olanak tanır. Sistem, radar verilerine ek olarak yere gönderilen optik kamera görüntülerini de kaydederek radar görüntülerinin yorumlanmasını kolaylaştırıyor. Dört alıcı kanalından biri de polarimetrik işlem için tasarlanmıştır: Yayılan radar dalgaları bir düzlemde doğrusal olarak polarize edilir. Kenar, köşe ve benzeri insan yapımı nesnelerle karşılaşırlarsa polarizasyon yönleri dönebilir. Bu rotasyondan değerli sonuçlar çıkarılabilir.
Ultra hafif uçaklarla test uçuşları
Alman-İsviçre işbirliği on yılı aşkın bir süredir varlığını sürdürüyor: Fraunhofer FHR donanımı (MIRANDA35 radar sistemi) geliştiriyor ve test uçuşlarını organize ederken Zürih Üniversitesi de değerlendirmeyi yapıyor. Gelişmeler Armasuisse tarafından finanse ediliyor. Yeni uygulanan tekniklerin yılda bir kez pratik bir testten geçmesi gerekiyor: İstenilen sonuçları sağlıyor mu? Sistem artık Fraunhofer FHR'nin Delphin ultra hafif uçağı tarafından taşınabilecek şekilde küçültüldü: Bunu yapmak için radar sisteminin tüm bileşenlerinin sağ kanadın altındaki küçük bir kanat bölmesine yerleştirilmesi gerekiyordu. Delphin'in yük kapasitesi dahilinde kalmak büyük bir zorluktu.
Mönchsheide havaalanından başlayarak Koblenz, Ren Vadisi ve çevresi üzerinde uçan ultra hafif uçaklarla yapılan test uçuşları 21-24 Eylül 2020 tarihleri arasında gerçekleştirildi. Delphin, hareketli hedefleri tespit etmek için Ren feribotunun üzerinden de uçtu. Königswinter'da birkaç kez. Feribottaki bir GPS vericisi kontrol değerleri sağlıyordu. Sonuçlar etkileyici: Tüm bileşenler tamamen işlevseldir ve istenen yüksek çözünürlüklü SAR görüntülerini sağlar.
Özel özellikler: Çevrimiçi SAR ve özel yer istasyonu
Veriler Delphin'de gerçek zamanlı olarak işleniyor ve görüntü dosyaları olarak yer istasyonuna gönderiliyor. Bunun nedeni, ham verilerin uçuş sırasında yere gönderilemeyecek kadar büyük olmasıdır. Bu tür çevrimiçi SAR önemli bir avantaj sunar: Yerdeki operatörler uçuş sırasında görüntüleri alır ve örneğin pilota ilginç bir nokta üzerinden geri uçması için anında sinyal verebilir. Bir başka özellik: Fraunhofer FHR'nin kendi yer kontrol istasyonunu işletmesi ve dolayısıyla tamamen kendi kendine yeterli olması. Buradan radar kontrol edilebiliyor, uçuş rotası yönetilip izlenebiliyor ve uçağın 40 ila 50 kilometre yarıçapındaki veriler alınabiliyor. İstasyon bir minibüse monte edildiğinden hareketlidir.
Daha ileri bir gelişme olarak Fraunhofer FHR şu anda yüksek irtifalarda tam bant genişliği (yüksek aralık çözünürlüğü) ile ölçüm yapılmasına olanak sağlamak için çalışıyor. Arka plan: Radar sistemi zemini belirli bir açıyla aydınlatır. Uçak biraz tırmanırsa aydınlatılan alan genişler ve veri miktarı artar. Gelecekte sistem, bir genişletme kartı yardımıyla daha yüksek irtifalarda bile yüksek çözünürlüklü görüntüler sunabilecek."
14- UÇAKTAN YERE CANLI YAYIN SAĞLAYAN MİNYATÜR RADAR
"Radar gibi görüntüleme teknikleri Federal Silahlı Kuvvetler için son derece önemlidir; Özellikle havadaki sensörler büyük miktarda bilgi sağlar. Fraunhofer FHR'nin Almanya-İsviçre işbirliğiyle geliştirdiği ve sürekli olarak optimize ettiği radar sistemi, hareketli hedeflerin yanı sıra irtifa farklılıklarını da tespit edebiliyor. Yakalanan veriler, bir test uçuşu sırasında doğrudan FHR'nin kendi yer kontrol istasyonuna gönderildi.
Delphin ultra hafif uçağının kanat modülündeki dört kanallı MIRANDA35 radar sistemi, dört alıcı anteni ve radar ön ucunun verici antenini gösteriyor.
Bir resim bin kelime değerinde bir olup? Bu söz gerçekten de bir gerçeklik payı taşıyor. Federal Silahlı Kuvvetler de görüntüleme tekniklerini, özellikle de havadan iyi bir genel bakışı takdir ediyor. Son uçuştan bu yana çevrede herhangi bir değişiklik oldu mu? Yerde hareket eden bir şey var mı, örneğin bir tank? Almanya-İsviçre işbirliğinde Fraunhofer FHR, Zürih Üniversitesi ve Armasuisse bu tür soruları radar aracılığıyla mümkün olduğunca doğru yanıtlamak için çalışıyor. Yüksek çözünürlüklü, dört kanallı SAR (Sentetik Açıklıklı Radar), değişikliklerin tespit edilmesine, hareketli nesnelerin tanımlanmasına ve hatta irtifa farklılıklarının belirlenmesine olanak tanır.
Sistemin dört alıcı anteni çapraz şekilde yerleştirilmiştir; veriler aynı anda dört kanalın tamamına kaydedilir. Bu, örneğin yerdeki hareketli hedefleri tespit etmek için "iz boyunca" bilgilerin elde edilmesine olanak tanırken aynı zamanda örneğin interferometri kullanılarak yükseklik farklarının tespit edilebildiği "iz boyunca" verilerinin kaydedilmesine olanak tanır. Sistem, radar verilerine ek olarak yere gönderilen optik kamera görüntülerini de kaydederek radar görüntülerinin yorumlanmasını kolaylaştırıyor. Dört alıcı kanalından biri de polarimetrik işlem için tasarlanmıştır: Yayılan radar dalgaları bir düzlemde doğrusal olarak polarize edilir. Kenar, köşe ve benzeri insan yapımı nesnelerle karşılaşırlarsa polarizasyon yönleri dönebilir. Bu rotasyondan değerli sonuçlar çıkarılabilir.
Ultra hafif uçaklarla test uçuşları
Alman-İsviçre işbirliği on yılı aşkın bir süredir varlığını sürdürüyor: Fraunhofer FHR donanımı (MIRANDA35 radar sistemi) geliştiriyor ve test uçuşlarını organize ederken Zürih Üniversitesi de değerlendirmeyi yapıyor. Gelişmeler Armasuisse tarafından finanse ediliyor. Yeni uygulanan tekniklerin yılda bir kez pratik bir testten geçmesi gerekiyor: İstenilen sonuçları sağlıyor mu? Sistem artık Fraunhofer FHR'nin Delphin ultra hafif uçağı tarafından taşınabilecek şekilde küçültüldü: Bunu yapmak için radar sisteminin tüm bileşenlerinin sağ kanadın altındaki küçük bir kanat bölmesine yerleştirilmesi gerekiyordu. Delphin'in yük kapasitesi dahilinde kalmak büyük bir zorluktu.
Mönchsheide havaalanından başlayarak Koblenz, Ren Vadisi ve çevresi üzerinde uçan ultra hafif uçaklarla yapılan test uçuşları 21-24 Eylül 2020 tarihleri arasında gerçekleştirildi. Delphin, hareketli hedefleri tespit etmek için Ren feribotunun üzerinden de uçtu. Königswinter'da birkaç kez. Feribottaki bir GPS vericisi kontrol değerleri sağlıyordu. Sonuçlar etkileyici: Tüm bileşenler tamamen işlevseldir ve istenen yüksek çözünürlüklü SAR görüntülerini sağlar.
Özel özellikler: Çevrimiçi SAR ve özel yer istasyonu
Veriler Delphin'de gerçek zamanlı olarak işleniyor ve görüntü dosyaları olarak yer istasyonuna gönderiliyor. Bunun nedeni, ham verilerin uçuş sırasında yere gönderilemeyecek kadar büyük olmasıdır. Bu tür çevrimiçi SAR önemli bir avantaj sunar: Yerdeki operatörler uçuş sırasında görüntüleri alır ve örneğin pilota ilginç bir nokta üzerinden geri uçması için anında sinyal verebilir. Bir başka özellik: Fraunhofer FHR'nin kendi yer kontrol istasyonunu işletmesi ve dolayısıyla tamamen kendi kendine yeterli olması. Buradan radar kontrol edilebiliyor, uçuş rotası yönetilip izlenebiliyor ve uçağın 40 ila 50 kilometre yarıçapındaki veriler alınabiliyor. İstasyon bir minibüse monte edildiğinden hareketlidir.
Daha ileri bir gelişme olarak Fraunhofer FHR şu anda yüksek irtifalarda tam bant genişliği (yüksek aralık çözünürlüğü) ile ölçüm yapılmasına olanak sağlamak için çalışıyor. Arka plan: Radar sistemi zemini belirli bir açıyla aydınlatır. Uçak biraz tırmanırsa aydınlatılan alan genişler ve veri miktarı artar. Gelecekte sistem, bir genişletme kartı yardımıyla daha yüksek irtifalarda bile yüksek çözünürlüklü görüntüler sunabilecek."
15- YAPAY ZEKAYI GÖZETLEMEK
"Birçok alanda otomatik ve akıllı veri analizine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu genellikle yapay zeka kullanılarak elde edilir ve yapay zeka da genellikle sinir ağlarına dayanır. Ancak bu sinir ağlarının karar verme süreçlerinde tam olarak ne yaptığı çoğunlukla bilinmiyor. Fraunhofer FHR şimdi daha önce hala karanlıkta kalan süreçleri araştırıyor.
Yapay zeka ve sinir ağları, mobilite ve üretim süreçlerinden savunmaya kadar pek çok alanı kapsayan güncel konulardır. Sonuçta toplanan veri hacimleri giderek artıyor, dolayısıyla bunların değerlendirilmesi için gereken destek de giderek artıyor. Sinir ağları genel olarak iyi sonuçlar vermesine rağmen genellikle bu sonuçlara nasıl ulaştıkları bilinmemektedir. Sinir ağları kara kutuya benzer. Bazen bir görüntü sınıflandırma görevini gerçekleştirirken önemsiz bilgilere güvenirler. Örneğin, bilimsel literatürde gemilerin optik görüntülerde sınıflandırılmasını içeren bir projede, sinir ağları gemiler yerine suyu analiz etti! Sinir ağları yapmaları gerekeni yapıyor mu? Bu nedenle sonuçları güvenilir mi? Fraunhofer FHR'deki araştırmacılar bu soruları Açıklanabilir Yapay Zeka başlığı altında araştırıyorlar. Çalışma, bir alan üzerinde yapılan iki uçuş sırasında elde edilen kamuya açık radar verilerine dayanıyor. Sahaya önceden tanklar, kamyonlar, zırhlı araçlar ve bir buldozerden oluşan on hedef yerleştirildi. İlk uçuş sırasında oluşturulan radar verileri eğitim verileri olarak kullanıldı. Hedeflere dokunulmadığından ve yalnızca gözlem açısı değiştirildiğinden, ikinci uçuş sırasında test verileri toplandı. Böylece sinir ağlarının radar görüntülerini tankın yanında duran bir ağaç gibi arka plana göre sınıflandırması tamamen mümkün olacaktır.
Analiz hem özellik haritaları hem de ısı haritaları kullanılarak gerçekleştirildi. Kullandıkları algoritmalar biliniyor ancak henüz radar verilerinin analizine uygulanmadı. Özellik haritalarının her bir katmanda görselleştirilmesi, sinir ağının belirli bir karar veya tahminde bulunmak için ne öğrendiğini anlamaya yardımcı olur. Buradaki odak noktası, kenarlar veya hedefin uzunluğu gibi özelliklerdir. Ancak derin sinir ağlarında bu tür analizler hızla kafa karıştırıcı hale gelir. Bunun nedeni, ağ ne kadar derinleşirse özellik haritasının da o kadar karmaşık hale gelmesidir. Bu nedenle, sinir ağlarının "baktığı" tüm önemli özellikler, ikinci bir analizde bir ısı haritasında birleştirildi. Sonuçlar Fraunhofer FHR'nin sinir ağlarını doğruluyor: İstenildiği gibi arka planı değil hedefleri analiz ediyorlar."
16- DAHA YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ-3 BOYUTLU GÖRÜNTÜLER: DAİRESEL SAR
"Bir uçaktan mümkün olan en yüksek çözünürlüğe sahip bir arazi görüntüsü elde etmek için, bu arazi üzerinde daireler çizerek uçmak en iyisidir. Buna göre Fraunhofer FHR dairesel bir SAR geliştirdi: 94 gigahertz'de çalışıyor ve çok yüksek bir çözünürlüğe ulaşıyor. Ek olarak, tek kanallı radar kullanıldığında bile 3 boyutlu görüntüler sağlama ve hatta hareketli nesnelerin şeklini yakalama yeteneğine sahiptir.
Dairesel bir SAR video görüntü dizisini bir park alanına yakınlaştırın. Her biri birkaç saniyelik zaman aralıklarında dizinin 3 görüntüsü gösterilmektedir. Aydınlatma sırasında hareket eden arabaların gölgeleri farklı renklerde işaretlenir. Yukarıda bir otoparkı (kırmızı) izleyebilirsiniz.
Dairesel bir SAR video görüntü dizisini bir döner kavşağa yakınlaştırın. Birkaç saniyelik zaman aralıklarında dizinin 3 görüntüsü gösterilmektedir. Aydınlatma sırasında hareket eden arabaların gölgeleri farklı renklerde işaretlenir. Bir kavşakta trafik gölgeler sayesinde takip edilebilmektedir.
Bunu araba sürerken biliyoruz: Bir nesnenin yanından geçtiğimizde, onu yalnızca nispeten kısa bir bakış olarak görürüz. Ancak nesnenin etrafında daireler çizerek dolaşırsak, ona her yönden bakacak zamanımız olur. Aynı durum radar görüntüleme için de geçerlidir. Sentetik Açıklıklı Radar, kısaca SAR ile, genellikle düz bir çizgide bir nesnenin üzerinden uçarsınız - çünkü bu, kolay görüntülemeye olanak tanır - süreçteki radar verilerini kaydeder. Dairesel SAR'ın tersine, uçak gözlemlenecek alan üzerinde dairesel bir yol izler. Bu, sinyal işlemeyi daha zorlu hale getirse de, belirli bir arazi uzun bir süre boyunca aydınlatılabilir ve radarlarda olduğu gibi, karanlıkta ve bulutların arasından bile aydınlatılabilir.
Çok Daha Yüksek Çözünürlük Mümkün
Bu daha uzun veri toplamanın görüntü çözünürlüğü üzerinde önemli bir etkisi vardır: Yanal çözünürlük, anten açıklığı nedeniyle fiziksel olarak doğrusal SAR ile sınırlı olsa da (çoğunlukla birkaç santimetre aralığındadır), dairesel SAR için çözünürlük teorik olarak artırılabilir. Üç milimetrelik dalga boyu aralığına kadar. Bunun nedeni: Doğrusal bir yol üzerinde bir alan üzerinden uçarken, hedef nesneler yalnızca küçük bir açı aralığından görülür; görüş açılarının sayısı doğal olarak sınırlıdır ve veriler daha kısa bir açı aralığında toplanabilir. Ağaçların veya binaların gizlediği nesneler çok az tanınabilir veya hiç tanınamaz. Ancak hedef alanın etrafında daire çizilerek nesne her taraftan görülebilmekte ve farklı açılardan gelen sinyaller etkin bir şekilde birbiriyle birleştirilebilmektedir. Bu, yüksek çözünürlüğün yanı sıra tek kanallı sistemle üç boyutlu görüntü oluşturulmasına da olanak sağlar. Böyle bir tek kanallı ölçüm, özellikle veri akışının düşük tutulması ve ölçümün mümkün olduğu kadar basit yapılması gerektiğinde faydalıdır. Sonuçta, bir ölçüm için iki kanalın kullanılması, karşılık gelen ekstra sinyal işleme yüküyle birlikte iki kat veri oluşturur.
Fraunhofer FHR'nin dairesel SAR'ının frekansı 94 gigahertz'dir; diğer dairesel SAR sistemleri çok daha düşük frekanslarda çalıştığı için benzersiz bir özelliktir. Yüksek frekansın avantajı: Sinyallerin dalga boyu daha küçüktür, daha kısa aydınlatma süreleri seçilebilir ve daha yüksek çözünürlükler mümkündür. Pratikte ulaşılan çözünürlük şu anda iki santimetre civarında. Fraunhofer FHR'nin dairesel SAR'ının bir diğer ayırt edici özelliği: Uçak nasıl hareket ederse etsin, radar sistemleri yerdeki aynı noktayı hedeflemeye devam ediyor. Bu, sistemin asılı olduğu ve oluşturulan görüntünün sabitlenmesine yardımcı olan bir yapı olan gimbal ile mümkün olmaktadır. Gimbal'ın yazılımı buna göre değiştirildi; Gimbal artık yalnızca hareketleri dengelemek yerine sabit GPS koordinatlarına odaklanıyor.
Hareketli Hedeflerin Görüntülenmesi
Ancak tek özellikleri bunlar değil: Dairesel SAR yalnızca statik nesneleri değil, aynı zamanda ilk kez hareketli hedefleri de görüntüleme yeteneğine sahip. Bu, dairesel SAR kullanılarak bir döner kavşağın görüntülendiği bir dizi testte gösterilmiştir. Tek kanallı, doğrusal SAR kullanıldığında, kavşaktan geçen arabalar bulanıklaşacaktır; şekillerini belirlemek mümkün olmazdı. Hareketli nesnelerin şeklinin keskin bir görüntüsü, yalnızca nesnelerin üç hız bileşeninin de bilinmesi durumunda elde edilebilir; ancak bu genellikle böyle değildir. Dairesel SAR'da durum farklıdır. Burada nesnelerin somut şekillerinin yanı sıra hareketli gölgeleri de görülebilmektedir. Kamyonlar, kompakt arabalar ve insanlar bu sayede açıkça ayırt edilebilir.
Tek kanallı ölçüm, farklı odak seviyeleri ayarlanabildiğinden yükseklik bilgisi bile sağlayabilir: Örneğin sokak seviyesine odaklanmak, rögar kapaklarının, arabaların vb. tanınmasına olanak tanır. Çatı seviyesine odaklanmak ise caddeyi bulanıklaştıracak, çatılar ise net bir şekilde tasvir edilecektir.
Dairesel SAR sisteminin bir prototipi zaten üretildi. Aşağıdaki adımlar artık iki kanallı dairesel bir SAR sistemi oluşturmayı da hedefleyecektir. Böylece iki kanalın sinyallerinin birbirini nasıl etkilediğini analiz etmek için interferometrik ölçümler de mümkün olacak. Bu veriler daha sonra doğrudan nesnelerin yüksekliğini belirlemek için kullanılabilir."
(Kaynak: FHR)
DEVAM EDECEK...
