Blog Askeri Sahadaki Zırhlı Araçlarda Radar Teknolojisi Kullanımı

Askeri Sahadaki Zırhlı Araçlarda Radar Teknolojisi Kullanımı

Günümüz savunma sanayi, uzmanlaştığı radar teknolojilerini hava, deniz ve kara platformları için adapte ederek, hareketli hedef tespit, takip ve sınıflandırma yetkinlikleri ile kullanıcının keşif ve gözetleme ihtiyacını yüksek performans ile giderebilmektedir. Mevcut çözümler çevre gözetleme radarları özelinde incelendiğinde, sistemlerin 10 km menzildeki hareketli cisimlerin tespiti ve takibini gerçekleştirerek araç, insan ve hayvan sınıflandırmasını yapabildiği; termal, gece/gündüz kamera ve lazer sistemlerini içeren elektro-optik sistemler ile birlikte senkronize olarak çalışabildiği görülmektedir. (Bknz.Şekil 1)

Şekil 1: ATEŞ Zırhlı Aracına Ait Keşif/Gözetleme Sistemi (*ASELSAN Ürünleri: Şahin Gözü, ACAR) [1]

Sistemlerin bütünleşik kullanımı ile enerji tesisi, liman, havalimanı gibi kritik bölgeler ile ülke sınır güvenliği gibi birçok gözetleme uygulamasına imkân sağladığı bilinmektedir. Bu amaçla tasarlanan birçok ürünü kullanmak mümkündür. (Bknz. Şekil 2)

Bu ürünlerin ortak özelliği teknolojik alt yapıları dışında boyut ve ağırlık olarak sağladıkları avantaj ile mobil taşınabilir olmalarıdır. Peki bu kabiliyetleri daha da iyileştirmek ve radar teknolojisini araçların özel ihtiyaçları doğrultusunda kullanmak mümkün müdür? Yazıda bu konu üzerinde durulmuştur.

 
Şekil 2: Çevre Gözetleme Radarı Örnekleri [2,3,4,5]
 
Dylan Malyasov’un bir yazısında[6] yeni nesil savaş araçlarında beklenen bir takım özelliklerden bahsedilmektedir. Bu özelliklerden biri, savaş alanının net ve eksiksiz sağlayan 360 derece panoramik görüş sistemidir. (Bknz.Şekil 3)
Şekil 3: Panoramik Görüş Sistemi Uygulaması [6]
 

Bu sistem kapsamında kullanılan gece/gündüz ve termal kameralar piyasadan hazır temin edilebilmektedir. Farklı dalga boylarında elde edilen görüntü ile araç sürücüsü karanlık ortamda dahi görevine devam edebilmektedir. (Bknz. Şekil 4)

Ancak mevcut ürünlerin performans değerleri incelendiğinde, ortamda alınan görüntünün tespit, oryantasyon, tanıma ve teşhis başarı kriterlerinin Johnson modeline göre yapıldığı görülmektedir ki [8]; bu model, kötü hava koşulları için doğru varsayımlar yapamamaktadır.

Şekil 4: Asisguard VNIR Görüş Sistemi [7]

Yine aynı yazıda[6], teknolojideki ilerlemeye bağlı yeni nesil savaş araçlarının uzaktan kontrol edilebileceğinden ve yenilenen savaş stratejileri kapsamında insanlı/insansız araçların koordineli şekilde hareket edeceğinden bahsedilmektedir. Burada, insansız araçların otonom seviyesine bağlı araçların sahip olduğu teknoloji de değişebilecektir. Değişmeyen şey ise araçların otonom sürüş özelliklerine sahip ve sürücüye sürüş dinamikleri ile ilgili geri bildirim verebilir olması gerektiğidir. Ancak bilindiği gibi, otonom sürüşe girdi sağlayacak mevcut kamera sistemleri kar, sis ve yağmur gibi kötü hava koşulları için yine yetersiz kalabilecektir.

Bahsi geçen durumlar, operasyonların belli koşullar ile sınırlandırılmasına ve değişen hava koşulları altında istenmeyen sonuçların doğmasına sebep olabilecektir. Bu bağlamda, boyut, ağırlık ve özellikle maliyet bakımından optimize edilmiş, otomotiv sektöründe kullanılan radar çiplerinin/teknolojisinin kullanımını değerlendirmekte ya da bu konuda araştırma faaliyetlerini yürütmekte fayda görülmektedir.(Bknz. Şekil 5)

Şekil 5: Otonom sürüşe yönelik Otomotiv Radar Sensörleri (Infineon) [9]

Otomotiv endüstrisindeki artan radar kullanımı, radar sensörlerinin maliyetinde ve entegrasyon kolaylığında önemli gelişmelere ve kazanımlara yol açmıştır[16]. Çok kanallı, alıcı ve vericiyi beraber içeren (entegre) radar çipleri birçok endüstriyel uygulama için küçük form faktörüne sahip hafif radar sensörlerin gerçekleştirilmesine imkan tanıyabilir.

Günümüzde bir radar sisteminin tüm fonksiyonları çok ufak bir silikon çip içine entegre edilebilmektedir. Yüksek RF frekansları çok ufak boyutta radar sensörlerinin gerçekleştirilmesine imkan tanımaktadır. Yüksek çözünürlükte radar görüntüleri artık parmak ucunuza sığabilen radar çipleri ile gerçekleştirilmektedir.
Söz konusu silikon/entegre radar çipleri otomotive iki ana işlevde kullanılmaktadır: Otonom sürüş (Automated Driving -AD-) ve sürüşe yardımcı fonksiyonlar (ADAS).

Geleneksel sensörlerin (kamera, infrared ve benzeri) yerini hızla radar sensörleri almaktadır, daha önce mümkün olmayan uygulamalar radarla mümkün hale gelmektedir veya radar tamamlayıcı bir sensör olarak çözümlere eklenmektedir.

Radar gerçek zamanlı mesafe, konum ve hız bilgisini tüm hava koşullarında sunmaya devam edebilen tek sensör olduğu için, genel olarak otomotiv firmaları tarafından ADAS ve AD için vazgeçilmez bir sensör olarak görülmektedir. Meşhur iş adamı ve mühendis Elon Musk’un Tesla firması AutoPilot fonksiyonu için sadece kamera ve radar sistemlerini kullanmaktadır. Tesla firması günümüz itibariyle pahalı olan ve kötü hava koşullarında performans sorunu yaşayan LIDAR sensörlerini kullanmaktan vazgeçmiştir.
Örnek vermek gerekirse, kamera sensörlerinin kötü çevresel koşullarda çalışmaması da önemli bir eksikliktir. Ortamdaki toz, sis, yağmur, aydınlatmanın değişmesi gibi etkenler sistemi başarısız kılabilir.

Otomotiv endüstrisinden gelen taleple geliştirilen ticari radar çipleri genellikle FMCW teknolojisini (‘waveform’) çalışmaktadır. FMCW radar konseptinin neden tercih edildiğine ileriki yazılarımızın parçası olmasını öngörmekteyiz.

Şekil 6: Infineon firmasının 60 GHz frekansında çalışan radar çipi: Boyutuna dikkat ediniz. Bu Infineon radar çipi, Google tarafından Pixel 4 telefonuna entegre edildi. [17]

Dünyada radar teknolojisinin tarihi uzun ve derindir. İlk olgun radar sistemleri 1930’larda geliştirilmeye başlansa da radarla ilgili ilk çalışmalar çok daha eskiye gitmektedir. Ana akım radar sistemleri genellikle uzun mesafeli askeri uygulamalara yöneliktir. Uzak mesafedeki uçak benzeri hedeflerin tespiti ve tanınması, hava savunma radarları, deniz radarları, uydularda kullanılan uzaktan görüntüleme radarları ve daha başka birçok radar tipini sayabiliriz.

Çok yakın mesafe radar çözümlerinin (birkaç km’den birkaç metreye/santimetreye) tarihi ise çok daha yenidir. 1970’lerde radarın insanın çeşitli yaşamsal işaretlerini (nefes alıp verme benzeri) kullanıldığını biliyoruz. Yarı-iletken teknolojisinde yaşanan ilerlemeler giderek radarın birçok farklı endüstriyel alanda veya günlük hayatta kullanılmasını da sağladı. Otomotiv uygulamalarından radarın küçük olması, daha az güç tüketmesi ve ucuz olması en önemli isterlerdendir. Bahsettiğimiz üzere özellikle entegre radar çip teknolojisinin ilerlemesi ile yakın zamanda bu konuda ciddi gelişmeler sağlandı.

Şekil 7: RADARIN GİDEREK ENTEGRE ÇİP HALİNE GELMESİ VE BOYUTUNUN KÜÇÜLMESİ: Google’un Project Soli radar projesinin serüveni: başlarken ve günümüzdeki durum. Radar sensörünün boyutundaki muazzam küçülmeye dikkat ediniz [13–15]

‘Discrete’ bileşenlerle ayrı ayrı uğraşmanın dezavantajı entegre radar çiplerinin geliştirilmesini teşvik etmiştir. Şekil 7’de görüldüğü üzere MMIC adı verilen radar çipleri, radar sensörünün/PCB’sinin boyut ve maliyetinin düşürülmesine de katkı yapar.[13–15]

Şekil 8: Bosch firmasının entegre radar çip teknolojisi kullanarak ürettiği otomotiv üzerine monte edilen ve 250 metreye kadar çoklu hedef tespiti imkanı sunan radar sensörleri [10,11]

Son olarak, otonom sürüş alanında radara olan ihtiyaç çeşitli sebeplerden arttığı için otomotiv radar sensörlerinin çözünürlüğü ciddi olarak artmaya başlamıştır. Üstelik çözünürlükte elde edilen bu kazanımlar sensör boyutu ve ağırlığında ciddi bir artma olmadan sağlanabilmektedir. Bu noktada entegre radar çip teknolojisinin ilerlemesinin önemli bir payı vardır (ve tabii sinyal işleme ve PCB/anten teknolojilerindeki gelişmelerin de). Şekil 9’da açıkça görülmektedir ki radar sensörün elde ettiği görüntü LIDAR ile elde edilene yakınlaşmaktadır.

Şekil 9 Radar vs Lidar (Lazer tarama): Otomotiv radar sisteminin çözünürlüğü LIDAR sistemine yaklaşmaktadır [12]

Özet olarak, otomotiv uygulamalarından ilham alarak askeri zırhlı araçlar üzerinde küçük boyutlu, düşük güç harcayan ve önemli durumsal farkındalık bilgisi de sunabilen radar sistemlerinden istifade edilebilir. Entegre radar front-end'leri ve radar çiplerinin varlığı, zırhlı araçlar üzerinde radar kullanılmasının önünü açmaktadır. Yüksek RF frekansları ve entegre radar çip teknolojisi, küçük boyutta ve hafif ama yüksek mesafe ve açısal çözünürlüğe sahip düşük maliyetli radar sistemlerinin elde edilmesine izin vermektedir.

Bu gelişmeler, radarların zırhlı araçlar üzerinde "HER TÜRLÜ HAVA KOŞULUNDA" çarpışmadan kaçınma, durumsal farkındalık, hedef tespit, otonom sürüş ve diğer uygulamalar için kullanılmasının mümkün olduğunu ve radarın zamanının geldiğini göstermektedir.

Yazarlar: Abdulkadir ERYILDIRIM ve Ozan Yavuz BAYTEMİR

Referanslar:

Defence Turk

  • Defence Turk; güvenlik güçleri personeline, savunma sanayii kurum/kuruluşlarına, araştırmacılara ve amatör takipçilere, savunma ve güvenlik alanında bilgi sağlamaya adanmış bir platformdur.