Savtek 2008 Cilt 1

 

SAVTEK 2008 4. SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES

CLT I BLDRLER

EDTÖRLER Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM Y. Müh. Alb. Bekir KAZANDIR Y. Doç. Dr. Yiit YAZICIOLU Ör. Gör. Dr. Ender CEROLU Ör. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN Uz. Arzu ÖZTÜRK

ORTA DOU TEKNK ÜNVERSTES ODTÜ-BLTR MERKEZ 06531 ANKARA

26-27 HAZRAN 2008 ANKARA



i

 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

ISBN: 978-605-89899-1-7



ii 

ÖNSÖZ

4. Savunma Teknolojileri Kongresi SAVTEK 2008’de toplam 34 oturumda 147 bildiri yer almaktadr. Oturumlarda yer alan bildiriler iki ayr bildiri kitab halinde baslmtr. Birinci ciltte 69 adet bildiri bulunurken, deerlendirme bildirilerin yer ald ikinci ciltte ise 78 bildiri bulunmaktadr. SAVTEK 2002’deki 48 bildiri, SAVTEK 2004’de 147 bildiri, SAVTEK 2006’da 119 bildiri, SAVTEK 2008’de 147 bildiriye ulalmas, 2002 öncesinde çalmalara balanrken ortaya konan hedeflere ulaldn, benimsenerek gelenekselletiini ve Türkiye’de bu kongrenin önemli bir ilevi baaryla yerine getirdiini göstermektedir. 2006’dan itibaren 1000 kiiyi aan kongre katlmda bunu teyit etmektedir. Kongrede sunulan bildirilerin yan sra kongre programnda güncelliini koruyan bir konunun panel ortamnda tartlmasn planladk. Kongrenin birinci günü “Ulusal Savunma Sanayi Stratejik Hedefleri önündeki Engeller” konusundaki panel ile güncel bir konunun Savunma Sanayi paydalar tarafndan tartlarak bu alandaki çözümler üretilmesine ortam yaratmasn diliyoruz. SAVTEK 2008 Kongre Koordinasyon ve Kongre Yürütme Kurullarnda; Genelkurmay Bakanl BLKARDEM, Milli Savunma Bakanl ARGE ve Teknoloji Bakanl, Savunma Sanayi Müstearl, ODTÜ-BLTR Merkezi, Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü ve SASAD temsilcileri yer almtr. Kongrenin düzenlenmesinde saladklar desteklerden dolay Genelkurmay Bakanl, Milli Savunma Bakanl, Kara Harp Okulu Komutanl, ODTÜ Rektörlüü ve SASAD ile Kongre Kurullarnda yer alan bu kurulularmzn deerli mensuplarna ükranlarm sunarm. Yazarlara, Kongre Akademik Kurulu üyelerine ve bildirileri deerlendiren hakemlere, panel bakan ve panelistlere, oturum bakanlarna, tüm katlmclar ile kongre ana sponsoru ve sponsor olan savunma sanayi kurulularna teekkür ederim. Dördüncüsünü gerçekletirmenin mutluluunu yaadmz, SAVTEK Savunma Teknolojileri Kongrelerinin bu alandaki bilgi birikimi ve Türkiye’nin savunma gücüne yapt katklarla da ulusumuzun gönencine hizmet ettiine inanmaktayz. Bundan sonra düzenlenecek olan SAVTEK Kongrelerine baarlar diler, sevgi ve sayglarm sunarm.

Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER ODTÜ-BLTR Merkez Bakan SAVTEK 2008 Kongre Bakan

i 

 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

 

ii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  DÜZENLEYEN KURULULAR ve KONGRE KURULLARI

DÜZENLEYEN KURULULAR GENEL KURMAY BAKANLII MLL SAVUNMA BAKANLII SAVUNMA SANAY MÜSTEARLII SASAD

ORTA DOU TEKNK ÜNVERSTES ODTÜ-BLTR MERKEZ KHO-SAVUNMA

KONGRE KOORDNASYON KURULU Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER (Kongre Bakan, ODTÜ-BLTR Merkezi) Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM (Kongre Akademik Bakan, ODTÜ-BLTR Merkezi) Prof. Dr. Müh. Alb. Taner ALTUNOK (Kongre Bakan Yrd.,KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Müh. Alb. brahim CEYLAN (MSB-ARGE ve Teknoloji Daire Bakanl) Dr. Müh. Alb. Altan ÖZKL (Genelkurmay BLKARDEM Bakanl) Y. Müh. Mete ARSLAN (MSB-SSM) Dr. Faruk YARMAN (SASAD)

KONGRE YÜRÜTME KURULU Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER (Kongre Bakan, ODTÜ-BLTR Merkezi) Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM (Kongre Akademik Bakan, ODTÜ-BLTR Merkezi) Prof. Dr. Müh.Alb. Taner ALTUNOK (Kongre Bakan Yrd. , KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Prof. Dr. S. Kemal DER (ODTÜ-BLTR Merkezi) Y. Müh. Alb. Bekir KAZANDIR (KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Prof. Dr. M. Kemal LEBLEBCOLU (ODTÜ-BLTR Merkezi) Doç. Dr. Ö.Alb. Nejat BASIM (KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Dr. Müh. Alb. Altan ÖZKL (Genelkurmay BLKARDEM Bakanl) Hv. Müh. Alb. ükrü ÖZ (MSB-ARGE ve Teknoloji Daire Bakanl) Hv. Dr. Müh. Yb. M. Orhan ÖZYALÇIN (Genelkurmay BLKARDEM Bakanl) Y. Müh. Ali hsan ÖZTÜRK (MSB-SSM) (E) Tug. Ylmaz KÜÇÜKSEYHAN (SASAD) Dr. Ö. Yzb. smet ERGN (Kongre E Genel Sekreteri, KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Y. Doç. Dr. Yiit YAZICIOLU (Kongre E Genel Sekreteri, ODTÜ-BLTR Merkezi) Ör. Gör. Dr. Ender CEROLU (ODTÜ-BLTR Merkezi) Ör. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN (ODTÜ-BLTR Merkezi) Arzu ÖZTÜRK (ODTÜ-BLTR Merkezi)

iii 

  SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES

26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

 iv 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

TEEKKÜR ki ylda bir yaplmas gelenekselleen SAVTEK Savunma Teknolojileri Kongresinin dördüncüsü olan SAVTEK 2008’i düzenlemi olmann gururu ve mutluluu içindeyiz. Geni katlml bu kongre, TSK, üniversite ve savunma sanayi temsilcilerinin bir araya geldii ve AR-GE içerikli savunma sanayi çalmalarnn tartld bir ortam yaratmaktadr. Kongrede savunma teknolojilerine yönelik arlkla mühendislik, temel bilimler ve yönetim bilimleri alanlarnda AR-GE çalmalarn içeren bildiriler iki gün boyunca be paralel oturumda sunulacak ve tartlacaktr. Savunma Teknolojileri Kongrelerine ilgi her seferinde daha da artm ve SAVTEK 2008’e 232 adet bildiri özeti gönderilmitir. Bunlarn büyük bir ksm tam metin haline dönütürülmütür. Bu bildiriler, Akademik Kurul Üyeleri ve dier akademisyenler arasndan seçilen en az doktora derecesine sahip ve genelde üç veya daha fazla hakem tarafndan deerlendirilmitir. Hakemlerin yaptklar deerlendirmeler nda bildirilerin kongre programna alnmas konusunda titiz ve dikkatli bir çalma sürdürülmütür. Bu deerlendirmelerin sonucunda 69 adet bildirinin “Cilt-I Bildiriler” kitabnda ve 78 adet bildirinin de “Cilt-II Deerlendirme Bildirileri” kitabnda yaynlanmasna karar verilmitir. Bu deerlendirme sürecinde özverili incelemeleriyle yardmlarn esirgemeyen deerli hakemlerimize ve katkda bulunan Akademik Kurul Üyelerimize teekkür ederim. SAVTEK kongrelerinin düzenlenmesinde, 2001 ylnda ilk kvlcm çakt andan itibaren destek olmaya çaltm ODTÜ-BLTR Merkez Bakan Sayn Prof. Dr. Mustafa lhan Gökler bata olmak üzere imdiye kadar gerçekletirdiimiz dört kongrenin düzenlenmesinde emei geçen, katks olan tüm kii ve kurululara, bildirileriyle ulusal savunma sanayimize destek veren deerli yazarlarmza, hakemlerimize, oturum bakanlarmza ve hereyden önemlisi kongrelerimizi onurlandran deerli konumac ve dinleyicilere içtenlikle teekkürlerimi ve sayglarm sunarm.

Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM Kongre Akademik Bakan

v 

     

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

 vi 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  AKADEMK KURUL Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM Prof. Dr. (E) Tug. Oktay ALNIAK Doç. Dr. (E) Tug. Mehmet AKÇAY Prof. Dr. Eref ADALI Dr. Mu. Kd. Yzb. brahim AKGÜN Prof. Dr. Tayfun AKIN Prof. Dr. Metin AKKÖK Prof. Dr. Haluk AKSEL Dr.Y. Müh. Alb. Turgut AKYÜREK Prof. Dr. Nafiz ALEMDAROLU Prof. Dr. Y. Müh. Alb.Taner ALTUNOK Prof. Dr. Ömer ANLAAN Prof. Dr. Leyla ARAS Doç. Dr. Mehmet ASATEKN Prof. Dr. Volkan ATALAY Dr. Ö. Alb. Fatih Fikret BAL Prof. Dr. Tuna BALKAN Dr. Ö. Alb. Nejat BASIM Doç. Dr. Tark BAYKARA Prof. Dr. Cengiz BEKÇ Prof. Dr. Müslim BOZYT Dr. Kd. Yzb. Can CANDAN Em. Tümg. Dr. Seyhan CANOVA Ör. Gör. Dr. Ender CEROLU Dr. Mahir ÇAKIROLU Doç.Dr.Zaim ÇL Prof. Dr. Can ÇOUN Prof. Dr. Haluk DARENDELLER Doç. Dr. Çidem ERBU Dr. Alpay ERDOAN Dr. Murat EREN Prof. Dr. Aydan ERKMEN Prof. Dr. smet ERKMEN Prof. Dr. Serpil EROL Doç. Dr. Akif ESENDEMR Prof. Dr. Murat EYÜBOLU Dr. Halidun FLD Doç. Dr. Cevriye GENCER Prof. Dr. Nevzat Güneri GENÇER Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER Prof. Dr. Ali GÖKMEN Doç.Dr. Gültekin GÖLLER Prof. Dr. Ömer GÖREN Prof. Dr. Güngör GÜNDÜZ Dr. Ö. Alb. Hamdi GÜRLER Prof. Dr. Kemal DER Doç. Dr. Veysi LER Prof. Dr. Figen KADIRGAN Doç. Dr. Ünsal KALAYCIOLU Prof. Dr. Ali KALKANLI Doç. Dr. Levent KANDLLER Prof. Dr. Ferhat KARA Dr. Mahmut KARADENZ

Prof. Dr. Haluk KARADOAN Prof. Dr. adi KARAGÖZ Prof. Dr. Mehmet Baki KARAMI Dr. Anl KAREL Dr.Y.Müh.Kd.Alb.T.Yaar KATIRCIOLU Prof. Dr. Sinan KAYALIGL Dr. Ö. Alb.Türkay KISA Prof. Dr. Duygu KISAKÜREK Y. Doç. Dr. Kemal KOÇ Y. Doç. Dr. A. Bura KOKU Y. Doç. Dr. E. lhan KONUKSEVEN Y.Doç.Dr. Haluk KORKMAZYÜREK Dr. Mu. Alb.Yaar KÖSE Dr.Y. Müh. Alb. sa KUL Prof. Dr. Kemal LEBLEBCOLU Prof. Dr. Hasan MANDAL Dr. Y. Müh. Alb. Sedat NAZLIBLEK Y. Doç. Dr. Halit OUZTÜZÜN Prof. Dr. Bilgehan ÖGEL Dr. Mehmet ÖNDER Y. Doç. Dr. Y. Müh. Alb. Adalet ÖNER Ör. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN Prof. Dr. Kemal ÖZGÖREN Prof. Dr .H. Nevzat ÖZGÜVEN Prof. Dr. Saim ÖZKAR Dr. Y. Müh.Yb. Altan ÖZKL Prof. Dr. Tayfur ÖZTÜRK Dr. Ord. Alb. A.Turan ÖZTÜRK Doç. Dr. Nazl Wasti PAMUKSUZ Prof. Dr. Levend PARNAS Doç. Dr. Erol SAYIN Dr. Nadir SERN Prof. Dr. Mete SEVERCAN Dr. P. Yzb. Yekta SOYLU Doç.Dr. Erol ENOCAK Dr. P. Bnb. Akif TABAK Prof. Dr. Yalçn TANIK Doç.Dr. Metin TANOLU Prof. Dr. Mehmet Ali TADEMR Dr. Mly. Alb. Cengiz TAVUKÇUOLU Dr.Y. Müh. Bnb. Önder Haluk TEKBA Doç. Dr. Ozan TEKNALP Dr. Ö. Alb. Adem TEMR Dr. Turul TINAZTEPE Doç. Dr. M. Müjdat TOHUMCU Dr. Dz. Bnb. A. Özgür TOY Prof. Dr. Servet TURAN Y. Doç. Dr. Abdullah ULA Dr. Y. Müh. Kd. Alb. Murat ÜÇÜNCÜ Doç. Dr. Elife ÜNAL Prof.Dr. M. Fevzi ÜNAL Prof. Dr. Deniz ÜNER Prof. Dr. Kadir VAROLU

vii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  Prof. Dr. Fato T. Yarman VURAL Prof. Dr. Yavuz YAMAN Dr. Faruk YARMAN Dr. Hüseyin YAVUZ

Y. Doç. Dr. Yiit YAZICIOLU Prof. Dr. Nevzat YILDIRIM Dr. Mustafa Kemal YILMAZ

viii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  HAKEMLER Prof. Dr. Eref ADALI Doç. Dr. Özgür B. AKAN Doç. Dr. (E) Tug. Mehmet AKÇAY Dr.Mu.Bnb. brahim AKGÜN Prof. Dr. Tayfun AKIN Prof. Dr. Metin AKKÖK Prof. Dr. Haluk AKSEL Doç.Dr. A. Aydin ALATAN Prof. Dr. Kahraman ALBAYRAK Prof. Dr. Nafiz ALEMDAROLU Prof. Dr. (E) Tug. Mustafa Oktay ALNIAK Prof. Dr. Y. Müh.Alb. Taner ALTUNOK Prof. Dr. Volkan ATALAY Doç.Dr. Özlem AYDIN ÇV Dr. Ö. Alb. Fatih Fikret BAL Prof. Dr. Tuna BALKAN Doç.Dr.Ö.Alb. Nejat BASIM Prof.Dr. Demir BAYKA Doç. Dr. Tark BAYKARA Prof. Dr. Cengiz BEKÇ Prof. Dr. Müslim BOZYT Em. Tümg. Dr. Seyhan CANOVA Ör. Gör. Dr. Ender CEROLU Dr. Mahir ÇAKIROLU Prof.Dr.Mehmet ÇALIKAN Doç.Dr. C. Zaim ÇL Prof. Dr. Can ÇOUN Prof. Dr. Haluk DARENDELLER Doç.Dr. imsek DEMR Prof.Dr. Mübeccel DEMREKLER Prof. Dr. Gülbin DURAL Doç. Dr. Çidem ERBU Dr. Murat EREN Prof. Dr. Aydan ERKMEN Prof. Dr. smet ERKMEN Dr.Per.Bnb. Ahmet ERKU Prof.Dr. Inci EROLU Prof. Dr. Serpil EROL Doç. Dr. Akif ESENDEMR Prof. Dr. Murat EYÜBOLU Dr. Halidun FLD Prof. Dr. Cevriye GENCER Prof. Dr. Nevzat Güneri GENÇER Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER Prof. Dr. Ali GÖKMEN Doç.Dr. Gültekin GÖLLER Prof. Dr. Ömer GÖREN Prof. Dr. Güngör GÜNDÜZ Doç. Dr. Cemil Hakan GÜR Ör.Gör. Dr. Hakan GÜRSU Dr.Topçu Alb. Köksal HAZIR Prof. Dr. Kemal DER Doç. Dr. Veysi LER

Prof. Dr. Figen KADIRGAN Doç. Dr. Ünsal KALAYCIOLU Dr.Ö.Alb. Osman KALENDER Prof. Dr. Ali KALKANLI Prof. Dr. Levent KANDLLER Prof. Dr. Ferhat KARA Prof. Dr. Haluk KARADOAN Prof. Dr. adi KARAGÖZ Prof. Dr. Mehmet Baki KARAMI Dr.Y.Müh.Kd.Bnb. Orhan KARASAKAL Dr. Anl KAREL Dr.Y.Müh.Kd.Alb.T.Yaar KATIRCIOLU Dr. Topçu Alb. Ercan KAYA Prof. Dr. Sinan KAYALIGL Dr.Ö.Yb. Ali Haydar KILAVUZ Doç. Dr. Sencer KOÇ Y. Doç. Dr. A. Bura KOKU Y. Doç. Dr. E. lhan KONUKSEVEN Y. Doç. Dr. Haluk KORKMAZYÜREK Dr.Ö.Yzb. Tuncer KORUVATAN Prof. Dr. Murat KÖKSALAN Yrd. Doç .Dr .Mu. Alb. Yaar KÖSE Prof. Dr. Hayrettin KÖYMEN Doç. Dr. Osman KULAK Prof. Dr. Kemal LEBLEBCOLU Prof. Dr. Hasan MANDAL Dr. Y. Müh . Alb. Sedat NAZLIBLEK Doç. Dr. Halit OUZTÜZÜN Prof. Dr. Bilgehan ÖGEL Ör. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN Prof. Dr. Kemal ÖZGÖREN Prof. Dr. H. Nevzat ÖZGÜVEN Yrd. Doç. Dr. Yakup ÖZKAZANÇ Dr. Y. Müh. Alb. Altan ÖZKL Prof. Dr. Tayfur ÖZTÜRK Hv. Dr. Müh. Yb. M. Orhan ÖZYALÇIN Prof. Dr. Levend PARNAS Doç. Dr. Erol SAYIN Doç. Dr. Erol SAYIN Dr. Nadir SERN Prof. Dr. Mete SEVERCAN Doç. Dr. Erol ENOCAK Yrd. Doç. Dr. P. Yb. Akif TABAK Prof. Dr. Yalçn TANIK Doç. Dr. Metin TANOLU Y.Doç.Dr.Mly.Alb. Cengiz TAVUKÇUOLU Doç. Dr. Müh. Bnb. Ö. Haluk TEKBA Prof. Dr. Ozan TEKINALP Doç. Dr. M. Müjdat TOHUMCU Dr. Yük. Müh. Kd. Alb. Erdal TORUN Dz. Dr. Y. Müh. Bnb. A. Özgür TOY Prof. Dr. Rait TURAN Prof. Dr. Servet TURAN

ix 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  Dr. P. Bnb. Ömer TURUNÇ Prof. Dr. Orhan TÜRKBEY Doç. Dr. Abdullah ULA Doç. Dr. Mustafa ÜBEYL Dr. Tug. Murat ÜÇÜNCÜ Doç. Dr. Elife ÜNAL Prof. Dr. M. Fevzi ÜNAL Dr. Çaatay ÜNDEER Prof. Dr. Deniz ÜNER Prof. Dr. Kadir VAROLU Prof. Dr. Fato T. YARMAN VURAL

Prof. Dr. Yavuz YAMAN Doç.Dr. Yasemin YARDIMCI ÇETN Dr. Faruk YARMAN Dr. Hüseyin YAVUZ Dr. km. Atm. Mehmet Cihan YAVUZ Y. Doç. Dr. Yiit YAZICIOLU Prof. Dr. R.Orhan YILDIRIM Dr. Mustafa Kemal YILMAZ Dr. Mu (OB) Bnb. Türker YILMAZ Yrd. Doç. Dr. Ahmet YOZGATLIGL

x 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  ANA SPONSOR ve SPONSOR KURULULARA TEEKKÜR SAVTEK 2008 4. Savunma Teknolojileri Kongresi’ne, katklarndan dolay Kongre Sponsoru Savunma Sanayi kurulularna teekkür ederiz. Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER ODTÜ-BLTR Merkezi Bakan SAVTEK 2008 Kongre Bakan

ANA SPONSORLARIMIZ

SPONSORLARIMIZ

xi 

 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

 xii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  ÇNDEKLER

ÖNSÖZ

i

DÜZENLEYEN KURULULAR VE KONGRE KURULLARI

iii

TEEKKÜR

v

AKADEMK KURUL

vii

HAKEMLER

ix

ANA SPONSOR VE SPONSOR KURULULARA TEEKKÜR

xi

BLDRLER

xxi

TEK VE K PARÇALI FÜZELERN MANEVRA YAPAN YER HEDEFLERNE KARI BAARIMLARININ NCELENMES Bülent ÖZKAN, M. Kemal ÖZGÖREN, Gökmen MAHMUTYAZICIOLU

1

FÜZELER ÇN OPTMAL ORANSAL-TÜMLEVSEL GÜDÜM YAKLAIMI Çada EVCMEN , Kemal LEBLEBCOLU

11

HEDEF TAKB YAPAN FÜZELERE UYGULANABLECEK BELL BALI GÜDÜM YÖNTEMLER Bülent ÖZKAN, M.Kemal ÖZGÖREN, Gökmen MAHMUTYAZICIOLU

19

SÜPERSONK AKIMA DK SIVI ENJEKTE EDLMESNN DENEYSEL OLARAK NCELENMES Alp MARANGOZ

29

AIR SLAH MÜHMMATININ ÖMÜR DEVR TAKBNDE RADYO FREKANS LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJLERNN UYGULANABLRL Cengiz TAVUKÇUOLU , Hakan DUMAN , Murat SEN

39

REAKTF TABLET KULLANILAN ZIRH SSTEMLERNN ÇUKUR MLA JET DELME DERNLNE ETKLER Nüket KOL , R. Orhan YILDIRIM

49

xiii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  BETON HEDEFLERN OJV UÇLU YÜKSEK HIZLI ÇUBUKLARLA DELNMESNE ÇUBUK BOYUNUN VE ÇAPININ ETKS Gökhan ÖZTÜRK, R. Orhan YILDIRIM

57

SAYISAL SMÜLASYON YÖNTEMLER KULLANILARAK HAFF ZIRHLI ARAÇLARDA MAYINA KARI KORUMA SEVYESNN GELTRLMES Atl ERDK, Namk KILIÇ, Korkut KBAROLU

65

ALÜMNA SERAMK / ALÜMNYUM AA 2024 T4 KOMPOZT ZIRH SSTEMLERNN BALSTK ETKNLK ANALZLER Mehmet EVCM, R. Orhan YILDIRIM

75

BOR PATLAYICIYLA EKLLENDRLM DELCLERN OLUUMUNDA ASTAR KALINLIININ DELC HIZINA ETKS Serkan ÖZEL, R. Orhan YILDIRIM

83

KARBÜR-ALÜMNYUM ESASLI ZIRH SSTEMLERNN BALSTK PERFORMANSININ BELRLENMES Gürsoy ARSLAN, Aye KALEMTA, Nihan TUNÇER, Selvin YELAY, Ferhat KARA ve Servet TURAN

91

EKL BELLEKL ALAIMLI TELLER ÇN ELEKTROTERMO-MEKANK KARAKTERZASYON CHAZI Burcu DÖNMEZ,F.Suat KADIOLU

99

ELEKTRONK KARTLARIN YÜKSEK GÜVENLRLK ÇN LEHMLEME SÜREC lknur BAYLAKOLU , Ü. Cem SARIKAYA, Serdar ÖZCAN, Melike Gürün TEMUR

109

DAITIK MMARL SAVUNMA SSTEMLERNDE FÜZYON KATMANLARININ BRLETRLEREK ZLEME BAARIMININ YLETRLMES Mübeccel DEMREKLER, Emre ÖZKAN,Yücel ÖZBEK, Melih GÜNAY, Berrin ÖZER

119

Z FÜZYONU SSTEMLERNDE FÜZYON BAARIMININ ÖLÇÜLMES Mustafa KUZUOLU, Hitay ÖZBAY, Ahmet Cemal DURGUN, Osman Siraceddin TAPKAN, Elif YAVUZTÜRK

129

xiv 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  ALGORTMADAN UYGULAMAYA: VDEO HEDEF :ZLEYC BRM Sevda ERDODU, Emine ÖZER TÜRKAY, Kenan KÜREKL, lker GÜREL, Koray AKÇAY

139

HPERSPEKTRAL GÖRÜNTÜLEMENN SAVUNMA TEKNOLOJLER UYGULAMALARI VE SPEKTRAL ERLTME SAYESNDE YÜKSEK TANIMA BAARIMI Begüm Demir, Sarp Ertürk

147

TEHDT DEERLENDRME VE SLAH TAHSS ALGORTMASI: DNAMK UYGULAMA nci YÜKSEL, Taner GÜLEZ, Meysun AVCI ÖZGÜN, Dilek ARSLAN, Seçil ARSLAN, Ömer KIRCA

155

FÜZE SEYRÜSEFER SSTEMLER ÇN MANYETOMETRE DESTEKL MEMS AÖB UYGULAMALARI Uur KAYASAL, M. Kemal ÖZGÖREN, Osman MERTTOPÇUOLU, Koray S. ERER, Bulent SEMERCI

165

DAITIK KOMUTA KONTROL SSTEMLERNDE KALTE ÖZNTEL HTYAÇLARI VE BUNLARIN DDS ARAKATMANI LE KARILANMASI Hüseyin KUTLUCA, zzet E. ÇETN, Ertan DENZ, Bar BAL

173

TABUR GÖREV KUVVET MUHAREBE YÖNETM SSTEM UYGULAMALARI VE A MERKEZL HARP YETENE Metin KABASAKALOLU, Koray AKÇAY, Elif CEYLAN, Abdullah S. NCE

183

GEMKOMSS: AÇIK MMAR VE ULUSLARARASI STANDARTLARA DAYALI SAVA YÖNETM SSTEM YAZILIMI zzet Emre ÇETN, Hüseyin KUTLUCA, Deniz OUZ, Yeliz OUZ, Onur TORTAMI, Özlem KOLSUZ, Volkan BEYAZGÜN

193

SAVA YÖNETM SSTEMLER ÇN STANDARTLARA DAYALI SSTEM DENETLEME VE UYGULAMA YÖNETM FONKSYONU Seyfullah ARI, Hamza GÖLYER, Kurtulu ÖKSÜZTEPE,Hüseyin KUTLUCA, zzet Emre ÇETN

203

xv 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  NAMLU BENZER FERROMANYETK SLNDRK YAPILARDA OLUAN MKRO ÇATLAKLARIN MANYETK AKI KAÇAKLARI YÖNTEM LE BELRLENMES Mustafa GÖKTEPE, Yavuz EGE, Osman KALENDER, Deniz PERN, M.Gökhan ENSOY, Hatice YILLIK

211

SEKEN IIN YÖNTEMYLE BÜYÜK VE KARMAIK PLATFORMLARDAN SAÇILMA HESABI VE NÜMERK UYGULAMALARI Uur SAYNAK, Alper ÇOLAK, Yasir AVCIBAI, Deniz BÖLÜKBA, . Hakk TAYYAR, Caner ÖZDEMR

221

SÜREKL GÖZLEM YAPAN GPS STASYONLARI AI VE ULUSAL DATUM DÖNÜÜMÜ PROJES (TUSAGA-AKTF/ CORS-TR) Ayhan CNGÖZ,Ömer YILDIRIM, Kamil EREN,Turgut UZEL, Onur LENK,M.Ali GÜRDAL, Sedat BAKICI, Bahadr AKTU

229

SAR SSTEMLERNDE GÖRÜNTÜ OLUTURMA ÇN YEN BR YÖNTEM Aye YAVUZ KONULU, Yakup ÖZKAZANÇ

239

ETKN GÖREV PLANLAMASI ÇN SAR SMÜLASYONU Ozan DOAN, Selçuk ÇALLI

249

NÜMERK YÖNTEMLERLE SAÇILAN ALAN HESABI, 3-B TERS YAPAY AÇIKLI RADAR GÖRÜNTÜLERN ELDE EDLMES ve SAÇILMA MERKEZLER ANALZ Betül YILMAZ, Caner ÖZDEMR

259

ONTOLOJ TABANLI YENDEN KULLANIM ÇN BR ÖRNEK: GÜDÜMLÜ BOMBA YÖRÜNGE SMÜLASYONU Umut DURAK, Halit OUZTÜZÜN, Kemal DER

269

HIZ ELETRME LE HIZ VE YÖNELM ELETRME YÖNTEMLER KULLANILARAK MÜHMMAT AKTARIM YÖNLENDRME PERFORMANSLARININ KARILATIRILMASI A. Güray PEHLVANOLU,Yücel ERCAN, Mutlu D. CÖMERT, Tolga SÖNMEZ

277

PERSONEL SEFERBERLK VE BÜTÜNLEME SSTEMNN TUGAY SEVYESNDE SMÜLASYONU Levent KARAMALAK, Danment VURAL

285

xvi 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  GÖMÜLÜ SSTEMLERDE SANAL ORTAM TAKTK SAVA OYUNLARI Ebru ARSLAN

293

SMÜLASYON SSTEMLERNDE KAVRAMSAL MODELLERN TASARIMDA KULLANILMASI – BR VAKA ÇALIMASI Banu Aysolmaz BOZLU, Onur DEMRÖRS

301

KRTK ALTYAPILARIN KORUNMASI VE KRZ YÖNETM ALANINDA MODELLEME VE SMÜLASYONUN KULLANIMI Uur KESKN,Utkan ERYILMAZ,Fuat PARLAK,Doç.Dr.Veysi LER

311

ORANSAL SEYR GÜDÜMÜNÜN HAVA SAVAINDA GÜDÜMLÜ FÜZEDEN KAÇI YÖNTEM OLARAK NCELENMES Serpil Vuran, Yakup ÖZKAZANÇ

321

GENETK ALGORTMA KULLANARAK RADYO YÖN BULMA SSTEMLERNN KONULANDIRILMASI Nebi Vuran, Yakup ÖZKAZANÇ

329

ATE DESTEK HEDEF-SLAH TAHSS PROBLEMNN NCELENMES Emrah GÜNSEL

337

YÜKSEK KISITLI DNAMK ASKER INTKAL PLANLAMA PROBLEMNE SEZGSEL ÇÖZÜM YAKLAIMI Ferhat UÇAN, D. Turgay ALTILAR

345

DAITIM SSTEM MODELLEMESNE FARKLI BR YAKLAIM Hünkâr Toyolu , Oya Ekin Karaan, Bahar Yeti Kara

355

HAVA KUVVETLER ÇN ÇOK KADEMEL TEDARK SSTEM NCELEMES Bahtiyar EREN, Serpil EROL

365

SAVUNMA HAREKATINDA MNMUM SLAH SAYILARININ BELRLENMESNDE UYGULAMASI HEDEF VE TAMSAYILI PROGRAMLAMA Yavuz GAZBEY, Cevriye GENCER, Hamdi KAYGUSUZ

373

xvii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  KONUMSAL BLG GÖRSEL SUNUMU ve ÖRNEK BR UYGULAMA Erdal YILMAZ, Mehmet ERBA

381

ULUSAL SAVUNMA TEKNOLOJLER YÖNETM SSTEM Elif BAKTIR

389

SAVUNMA SSTEM GELTRME PROJELERNDE PLANLAMA VE ZLEME YÖNTEMLERNN AÇISINDAN DEERLENDRLMES MALYET ARTI MODEL Mehmet ZAM

398

SAVUNMA SANAYNN YÖNLENDRLMESNDE K BAI YILLIK SATI DEERNN BR PERFORMANS ÖLÇÜTÜ OLARAK KULLANIM Doç.Dr. Celal Zaim Çil

406

TÜRK SAVUNMA SSTEMLERNDE DIA BAIMLILIIN ANALZ Tuba AKINCILAR TAN, Haluk KORKMAZYÜREK

416

SAVUNMA PLANLAMASINDA ESNEK DÜÜNME KÜLTÜRÜ VE DESTEKLEYECEK YAKLAIMLAR Akif DEMREL, Köksal HAZIR, Akif TABAK

428

AR-GE PROJELERNN PERFORMANSININ DEERLENDRLMES ÇN ÇOK KRTERL KARAR VERME YAKLAIMI Zeynep Tohumcu, Esra Karasakal

435

KAVRAMSAL TASARIM SÜRECNDE KULLANICI ODAKLI KARAR DESTEK YÖNTEMLERNN UYGULANMASI ÖRNEK ÇALIMA: FÜZE TASARIM PROJES Güne AYDIN, Yavuz ÖZTÜRK

445

MÜHMMAT VE ROKET/FÜZE SSTEMLER ÜRETMNDE ÜRÜN VE ÜRETM HATTI KALFKASYONU Nevzat KILINÇ, Serkan YAVUZ

453

SAYISAL BUZLANMA ANALZLER VE BUZLANMA SERTFKASYONU Serkan ÖZGEN , Murat CANBEK, Erhan TARHAN, Özlem CEYHAN

461

xviii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  M 60A3 TANK KULE MÜRETTEBAT ETM SMÜLATÖRÜNÜN MALYET ETKNLK ANALZ Mehmet AKÇAY, Taner ALTUNOK, Davut BALBAA

477

SUALTI ve SUÜSTÜ GEMLERNN AKUSTK Z ÇIKARTIMI Erkul BAARAN, Ramazan ÇOBAN, Serkan AKSOY

487

AKTF SONAR SSTEMLERNDE YANKI ANALZ VE MODELLEMES In AKYILDIZ , Tevfik Bahadr SARIKAYA , Mustafa KUZUOLU, Tolga ÇLOLU

495

GEN BANT 1. SINIF GERLM LE BÜKÜLEN AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI Aykut AHN, Hayrettin KÖYMEN

503

DARESEL SONLU ENGEL ÜZERNDE GEN BANT GEN HÜZME AÇIKLIKLI TASARIMI PSTON TP AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ Zekeriyya AHN, Hayrettin KÖYMEN

511

YERL ÜRETM HARP ARAÇLARI ÇN YEN YANMA DÜZENEKL ULUSAL DZEL MOTORLARI GELTRMEK Rafig MEHDYEV, Taner DERBENTL , Kurtulu ÖÜN , S.Levent ÖZÜR, Kenan GÜNDÜZ, Akn KUTLAR,Hikmet ARSLAN

521

AÇIK SLNDR TÜP YAPILI AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI Sacit YILMAZ, Hayrettin KÖYMEN

531

MKROFON DZLER KULLANARAK TI DAVINCITM PLATFORMUNDA AKUSTK KAYNAKLARIN UZAMSAL KONUM TESPT H. Cem KEFEL , Sarp ERTÜRK

539

BR NSANSIZ SULATI ARACI: ULSAR GÖVDE TASARIMI Necmettin Cevheri, Fikret enel, Prof. Dr. S. Kemal der, Prof. Dr. M. Haluk Aksel, Prof. Dr. Levend Parnas

547

MANYETK ANOMAL YÖNTEM LE KARA MAYINLARININ TESPT EDLMES Yavuz EGE, Osman KALENDER, Mustafa GÖKTEPE

557

xix 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  JET UÇAKLARINDA AERODNAMK PARAMETRELERN TAHMN Arif Cem GÖZÜKARA, Ali Mürteza ÇOLAKOLU

565

GAZ TÜRBNL MOTORLARIN TÜRBN KANATÇIKLARININ GENLKLERNN SÖNÜMLENMES KURU SÜRTÜNMEL SÖNÜMLEYCLERLE TTREM Ender CEROLU

574

UYDU YÖRÜNGE SMULASYONU VE YÖRÜNGE KESTRM Hakan ABACI, Yakup ÖZKAZANÇ

582

HELKOPTERLERN YAPISAL SAC MALZEMELERNN MONTAJI ÇN APARAT TASARIMINDA SONLU ELEMAN YAZILIMI LE BOYUTSAL VARYASYON BENZETM Fatih Mehmet BAYAR, Prof. Dr. Mustafa lhan GÖKLER

590

FÜZE KONTROL TAHRK SSTEM YÜKLEME TESTLER ÇN TEST DÜZENE GELTRLMES Raziye TEKN , Murat AHN

600

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELTRME ÇALIMALARI Güçlü SEBER , Melin AHN, Serkan ÖZGEN, Volkan Nalbantolu, Yavuz YAMAN

610

xx 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

BLDRLER

xxi 

 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 

 xxii 

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TEK VE K PARÇALI FÜZELERN MANEVRA YAPAN YER HEDEFLERNE KARI BAARIMLARININ NCELENMES

Bülent ÖZKAN(a), M. Kemal ÖZGÖREN(b), Gökmen MAHMUTYAZICIOLU(c)

(a) (b)

Dr. TÜBTAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (c)

Dr. TÜBTAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çalmada, uygun bir hava platformundan manevra yapan bir yer hedefine frlatlan ksa menzilli lazer güdümlü bir füze için öngörülen iki farkl konfigürasyonun baarmlar incelenmitir. Belirtilen kapsamda, tek parçal geometriye sahip klasik bir füze ile itki kaçklndan kaynaklanan kontrolsüz yuvarlanma momentinin etkisini en aza indirmek ve sistem kararlln artrmak amacyla oluturulan iki parçal füzenin belirlenen kstaslara göre baarmlar karlatrlmtr. Baarm kstaslar olarak füzenin belirlenen hedeften nihaî sapmas, füze-hedef eleme süresi ve azamî yanal ivme gereksinimi büyüklükleri gözönüne alnm olup, benzetimler; dar görü açsna sahip gövdeye yapk ve daha geni görü alanna sahip kardanl arayc tipleri için ayrca gerçekletirilmitir. Benzetimlerde, füzenin frlatld anda hedefle arasndaki görü çizgisinden sapma açsnn da sfrdan farkl olduu gözönüne alnm olup, ele alnan bütün durumlar için oransal seyrüsefer güdüm kural kullanlmtr. Ayrca, güdüm kural tarafndan oluturulan komutlar yerine getirmek üzere tasarlanan ivme kontrol sistemleri de, ele alnan füzenin deien uçu koullar altnda dahi kararl kalmasn salayacak özellikte oluturulmutur. Hazrlanan benzetim modeli, her bir senaryoda füzelerin üzerine etkimesi olas rüzgâr etkilerini de hesaba katmaktadr. Anahtar Kelimeler: Güdüm, Tek Parçal Füze, ki Parçal Füze, Manevra Yapan Hedef, Uyarlamal Kontrol Sistemi. ABSTRACT In this study, the performance characteristics of two different configurations considered for a laser-guided missile which is fired from an air platform are investigated against a maneuvering surface target. In this extent, a classical single-part missile and a two-part missile designed in order to minimize the effects of the uncontrolled roll moment originated from the thrust misalignment on the missile control section and to improve the system stability are 1

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara compared according to the performance criteria which are defined as the terminal miss distance, engagement time, and maximum lateral acceleration requirement of the missile. The relevant computer simulations are then performed for both strapdown- and gimballed-type seekers by regarding the initial heading error of the missile as well. Moreover, the acceleration control systems designed so as to realize the guidance commands generated by the proportional navigation guidance law are constructed such that the missile remains stable even under changing flight conditions. Also, the simulation model involves the wind effects acting on the missile. Keywords: Guidance, Single-Part Missile, Two-Part Missile, Maneuvering Target, Adaptive Control System. 1.

GR

Özellikle ksa menzilli uygulamalarda kullanlan tek parçal füzelerin kontrolünde karlalan en önemli sorunlardan biri, füzenin ilgili hava platformundan atelenmesinin ardndan itki kuvveti kaçkl dolaysyla ortaya çkan yuvarlanma hareketidir. Füzenin yandönme ve yunuslama düzlemlerindeki kontrolünün istenen dorulukta salanabilmesi için, bahsedilen yuvarlanma hareketinin en ksa sürede sfrlanmas gerekir [1]. Bu amaçla, genellikle bant genilii yandönme ve yunuslama kontrol sistemlerinin en az 3-4 kat olan yuvarlanma otopilotlar kullanlr [2]. Yuvarlanma eksenindeki açsal hareketin füze kontrolü üzerindeki etkisini en aza indirmek amacyla son yllarda uygulanan yaklamlardan biri de, itkiyi salayan roket motoru ile güdüm ve kontrol birimlerini birbirinden ayrmaktr. Oluturulan bu iki parçal geometride, güdüm ve kontrol birimini tayan ön ksmla roket motorunun bulunduu arka ksm, sürtünme katsays düük bir rulmanla birbirine balanmaktadr [2], [3]. Bu çalmada, klasik tek parçal füzelerle iki parçal füzelerin manevra yapan bir yer hedefine kar baarmlar incelenmitir. Füzelerin belirlenen hedeften nihaî sapmas, toplam eleme süresi ve yanal ivme gereksinimi karlatrma kstaslar olarak kullanlrken, füzeye izleme için gerekli hedef bilgilerini salayan araycnn sahip olduu görü açs deerinin de füzelerin baarm üzerindeki etkisi deerlendirilmitir. Gerçekletirilen bilgisayar benzetimleri, füzeler üzerindeki yan rüzgâr etkisini de hesaba katmaktadr. 2.

FÜZELERN DNAMK MODEL

Bu çalmada, sabit kuyruk kanatçklarnn eim açlar sfr olan aerodinamik kontrollü tek ve iki parçal füzeler ele alnm olup, ematik gösterimi ekil 1’de verilen iki parçal füzeyi oluturan ön ve arka parçalar birbirine düük sürtünmeli bir rulman araclyla tutturulmutur. Buradan, Newton-Euler kuvvet ve moment eitlikleri kullanlarak, iki parçal füzenin hareket denklemleri aadaki gibi çkartlabilir: 2

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

v  r u  p w

X  X T / m  g x Y  YT / m  g y

  qu  p v w

Z  Z T / m  g z

u  r v  q w

L

p p 2

1

L

2



(1)

(2) (3)

 bt I s / Ia1

(4)



(5)

 L T  bt I s / Ia 2

q  p r 1  m1 / m2  p2 r Ia 2 / It

M  MT  O ZT / It r  p q 1  m1 / m2  p2 q Ia2 / It N  NT  O YT / It

(6) (7)

Burada m, m1 ve m 2 , srasyla füze bütünü ile ön ve arka ksmn kütlesini, It füze bütününün yanal eylemsizlik momentini; Ia1 ve I a 2 de ön ve arka ksmn eksenel eylemsizlik momenti bileenlerini göstermektedir. Ayrca, b t ve O sembolleri ile ön ve arka ksm birbirine balayan rulmann viskoz sönümleme sabiti ve füze arlk merkezinden (C noktas) arka ksm arlk merkezine olan uzaklk ifade edilmektedir. Füze üzerine yapk eksen takmndaki bileenleri cinsinden olmak üzere, p, q ve r; açsal hz, u, v ve w; dorusal hz, X, Y ve Z; aerodinamik kuvvet L 1 , L 2 , M ve N; aerodinamik moment, X T , YT ve Z T ; itki kuvveti, L T , M T ve N T ; itki kaçkl momenti ve g x , g y ve g z de arlk merkezine etkiyen yerçekimi ivmesi terimlerini temsil etmektedir.

Gi

C

u (b)2

(b)

u1

u (b)3 ekil 1. ki parçal füze modeli

(1)’den (3)’e kadar olan ve füzenin dorusal hareketini tanmlayan denklemler tek parçal füzeler için de aynen kullanlabilirken, füzeyi oluturan ksmlarn birbirine göre bal hareketini de içeren ve (4)’ten (7)’ye kadar olan açsal hareket denklemleri, tek parçal füzeler için aadaki gibi basitletirilebilir [2]:

p q  p r r  p q

L / Ia

M  MT / It N  N T / I t 3

(8) (9) (10)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Burada I a füzenin eksenel eylemsizlik momenti bileeni olup, yuvarlanma yönündeki açsal hareketinin yunuslama ve yandönme hareketlerine balamadan önce yuvarlanma otopilotu tarafndan sfrland ( p | 0 ) kabul edilirse, itki sonrasndaki durum için her iki tip füzenin yunuslama ve yandönme düzlemlerindeki hareket denklemleri aadaki gibi elde edilir:   qu w

q v  r u r 3.

Z / m  gz

(11)

M / It

(12)

Y / m  gy

(13)

N / It

(14)

FÜZELERN AERODNAMK MODEL

(11)’den (14)’e kadar olan denklemlerde yer alan aerodinamik kuvvet ve moment bileenleri (Y, Z, M ve N), aadaki gibi ifade edilebilir: Y

C y qf SM

(15)

Z

Cz qf SM

(16)

M

Cm qf SM dM

(17)

N

Cn qf SM dM

(18)

Yukardaki denklemlerde yer alan q f , S M ve dM srasyla füze üzerine etkiyen dinamik basnç, füze kesit alan ve füze çapn göstermekte olup, C y , C z , C m ve C n sembolleri, Mach says ( M f ) ile yükseli dümeni açs ( G e ), yandönme dümeni açs ( G r ), hücum açs (D) ve yana kayma açs (E) parametrelerinin dorusal bir fonksiyonu olarak ifade edilen aerodinamik katsaylardr [2]. 4.

GÜDÜM KURALI

Bu çalmada, her iki tip füzeyi de hedefe yönlendirmek için gerekli güdüm komutlar, oransal seyrüsefer güdüm kuralna göre oluturulmutur. Buna göre güdüm komutlar, yanal ivme bileenleri cinsinden yunuslama ve yandönme düzlemleri için aadaki gibi elde edilir [2]: apc acy



sinJ sinO

Np v M O p cos O y  Km

>

Ny v M O y cosJ m  O p

4

m

(19) y

 Km

@

(20)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Burada p ve y yunuslama ve yandönme düzlemlerini göstermek üzere, a pc ve a cy füze kontrol sistemi referans ivme sinyallerini, N p ve N y etkin seyrüsefer orann, O p ve O y görü çizgisi açsn; J m ve K m de füzenin yunuslama ve yandönme düzlemlerindeki uçu yörüngesi açlarn ifade etmektedir. 5.

YANAL KONTROL SSTEMLER

Füzelerin yuvarlanma eksenindeki açsal hareketi, 20 Hz bant geniliine göre tasarlanan bir kontrol sistemi tarafndan ksa sürede sfrlanmaktadr. Yandönme ve yunuslama düzlemlerinde oransal seyrüsefer güdüm kural tarafndan oluturulan komut sinyallerini gerçekleyecek kontrol sistemleri, yunuslama/yandönme hz geribeslemesiyle oransal+integral (PI) kontrol kuralna göre ve 5 Hz bant geniliini salayacak ekilde, sistemin kararlln salamak üzere kontrolcü katsaylar M f deerine göre anlk olarak güncellenen uyarlamal bir yap olarak oluturulmutur. Buna göre, yandönme ve yunuslama kontrol sistemleri için aada verilen transfer fonksiyonlar elde edilmitir [2]:

a z s a zd s

T s  1 n

a y s

T

p

p2



s2  np1 s  1

ap3 s  ap2 s  ap1 s  1 3

y

a yd s

2





s  1 n y 2 s2  n y1 s  1

a y 3 s  a y 2 s  a y1 s  1 3

2

(21)

(22)

Yukardaki transfer fonksiyonlarnda görülen katsaylar; füze çap, füze kütlesi, füze eylemsizlik momenti ve hz bileenleri ile aerodinamik katsaylarn fonksiyonu olup, kontrol sistemini kararl klacak katsaylar, (21) ve (22) numaral denklemlerde verilen transfer fonksiyonlarnn karakteristik polinomunun (payda polinomunun) (23) numaral denklemdeki gibi üçüncü dereceden Butterworth polinomuna eitlenmesi ile elde edilebilir [2]. Bs

1/ Z s  2 / Z s 3 c

3

2 c

2

 2 / Zc s  1

(23)

Burada Z c , rad/s cinsinden kapal çevrim kontrol sisteminden istenen bant geniliini göstermektedir. 6.

HEDEF KNEMAT

Normal ve teetsel ivme bileenleri ( a nT ve a Tt ) ile dorusal hz ve uçu yörüngesi açsnn balangç deerleri ( v T 0 ve J t 0 ) belirlendiinde, hedef dorusal hz ve uçu yörüngesi açs ( v T ve Kt ), zamana bal olarak aadaki gibi ifade edilebilir: 5

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara t

v T t

v T 0  ³ aTt s ds

(24)

t0

t

>

@

K t t K t 0  ³ a nT s / v T s ds t0

(25)

Burada, t 0 füze-hedef elemesinin balangç ann göstermekte olup, s integral deikeni olmak üzere (24) ve (25) numaral denklemlerinin zamana göre integralleri alnarak, belirlenen yatay düzlemdeki balangç konumu ( x T 0 ve y T 0 ) deerleri için hedef konumunun zamana göre deiimini veren eitlikler, aadaki gibi elde edilir: x T t

t

x T 0  ³ v T s cosKt s ds

(26)

t0

t

y T t

y T 0  ³ v T s sinKt s ds

(27)

t0

Çalmada gözönüne alnan hedef bir yer hedefi olduu için, hedefin düeydeki konum deiimleri ihmal edilebilir ( z T t z T 0 ). 7.

FÜZE-HEDEF ELEMES MODEL

Füze ve hedef arasndaki uzaklk ( rT / M ) ve rT / M ’nin yandönme ve yunuslama düzlemlerinde yatayla yapt ve görü çizgisi açs olarak tanmlanan açlar ( O y ve O p ), aadaki gibi yazlabilir: 'x 2  'y 2  'z 2

rT / M Oy

Op

(28)

arctan'y / 'x





arctan  'z cos O y / 'x

(29)



(30)

Burada 'x , 'y ve 'z hedefle füze arasndaki bal konum bileenlerini göstermektedir. Eleme sonundaki ( t tF ) toplam hedeften sapma miktar ( dmiss ), 'z 0 koulu saland anda aadaki gibi hesaplanabilir:

d miss 8.

'x 2 t F  'y 2 t F

(31)

BLGSAYAR BENZETMLER

Yukarda bahsedilen füze kontrol sistemi, güdüm ve eleme modellerinin yandönme ve yunuslama düzlemlerinde gözönüne alnan görü açs 6

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara deerlerini salayacak ekilde tasarlanan arayc modeli ile biraraya getirilmesi sonucunda oluturulan genel güdüm-kontrol algoritmas kullanlarak, ilgili parametreleri her bir füze tipi için ayrca hesaplanacak ekilde, her ikisinin de sabit kuyruk kanatçklarnn eim açs sfr olan tek ve iki parçal füze konfigürasyonlar için bilgisayar benzetimleri gerçekletirilmitir. Buna göre, frlatma annda görü çizgisinden sapma açsnn yandönme düzleminde 0 ve -10q, yunuslama düzleminde de 0 ve 5q olduu durumlar için, yanal ivmesi 0.5g ( g 9.81 m / s 2 ) mertebesinde olan bir yer hedefine kar füzelerin baarmlar incelenmitir. ncelemede baarm kstaslar olarak; eleme sonrasnda füzelerin hedeften sapma miktar, araycnn hedefi yakalamasyla balayan eleme süresi ve en yüksek ivme gereksinimi gözönüne alnm olup, etkin seyrüsefer oranlar ( Np ve N y ) için 3 katsays kullanlmtr. Benzetimlerde görü alan r10q olan gövdeye yapk ve r30q olan kardanl arayc modelleri ele alnm, rüzgârl durumlar için iddeti yere göre yatay eksenlerde 30 m/s ve düeyde sfr olan yan rüzgâr hesaba katlmtr. Ayrca, füzelerin dayanabilecekleri en yüksek yanal ivme deeri 30g deeri olarak belirlenmitir. Füzeyle hedef arasndaki uzakln 1 km olduu andan itibaren balatlan eleme senaryolar sonucunda oluturulan eleme senaryolar için elde edilen saysal sonuçlar Çizelge 1, Çizelge 2, Çizelge 3 ve Çizelge 4’te verildii gibi ortaya çkmtr. Çizelge 1. Tek parçal füze için yan rüzgârsz durumda elde edilen sonuçlar Arayc Görü Alan (q) r10 r30

Balangçta Hedeften Sapma Açs (q) Yandönme Yunuslama Düzleminde Düzleminde 0 0 -10 5 0 0 -10 5

Hedeften Nihaî Sapma (m) 3.285 > 100 3.285 2.143

Eleme Süresi (s) 3.083 3.475 3.083 3.153

Azamî Yanal vme Gereksinimi (g) 2.888 > 30g 2.888 8.441

Çizelge 2. ki parçal füze için yan rüzgârsz durumda elde edilen sonuçlar Arayc Görü Alan (q) r10 r30

Balangçta Hedeften Sapma Açs (q) Yandönme Yunuslama Düzleminde Düzleminde 0 0 -10 5 0 0 -10 5

Hedeften Nihaî Sapma (m) 3.179 > 100 3.179 1.999

7

Eleme Süresi (s) 3.081 4.913 3.081 3.152

Azamî Yanal vme Gereksinimi (g) 2.902 > 30g 2.902 8.441

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 3. Tek parçal füze için yan rüzgârl durumda elde edilen sonuçlar Arayc Görü Alan (q) r10 r30

Balangçta Hedeften Sapma Açs (q) Yandönme Yunuslama Düzleminde Düzleminde 0 0 -10 5 0 0 -10 5

Hedeften Nihaî Sapma (m) 3.299 > 100 3.299 3.469

Eleme Süresi (s) 3.231 3.430 3.231 3.346

Azamî Yanal vme Gereksinimi (g) 3.425 > 30g 3.425 10.960

Çizelge 4. ki parçal füze için yan rüzgârl durumda elde edilen sonuçlar Arayc Görü Alan (q) r10 r30

9.

Balangçta Hedeften Sapma Açs (q) Yandönme Yunuslama Düzleminde Düzleminde 0 0 -10 5 0 0 -10 5

Hedeften Nihaî Sapma (m) 3.234 > 100 3.234 3.399

Eleme Süresi (s) 3.231 3.095 3.231 3.350

Azamî Yanal vme Gereksinimi (g) 3.425 > 30g 3.425 10.960

SONUÇ

Ele alnan aerodinamik kontrollü tek ve iki parçal füze konfigürasyonlar kullanlarak gerçekletirilen bilgisayar benzetimleri sonucunda, rüzgârsz ve rüzgârl durumlarn her ikisinde de iki parçal füze için ortaya çkan hedeften sapma deerlerinin tek parçalya göre daha düük olduu; buna karn eleme süresinin kimi durumlarda tek parçal füze için daha ksa olarak elde edildii görülmektedir. Azamî yanal ivme gereksinimi açsndan da genel olarak iki parçal konfigürasyonun daha üstün olduu söylenebilir. Ayrca, daha geni görü alanna sahip bir araycnn kullanlmas durumunda belirtilen parametreler için bulunan deerlerin düecei, bir baka deyile füzenin baarmnn iyileecei yaplan hesaplamalardan anlalmaktadr. Yan rüzgârn füze baarmn olumsuz yönde etkiledii, öte yandan balangçta hedeften sapma açsnn sfrdan farkl olmas durumunun baz hallerde nihaî sapma miktarna iyiletirici yönde etki yapt da, çalmadan çkarlabilecek bir dier sonuçtur. KAYNAKÇA

[1]. P. Zarchan, (1994), Tactical and Strategic Missile Guidance, Vol. 157, Progress in Aeronautics and Astronautics, AIAA, Washington DC, ABD. [2]. B. Özkan, (2005), Dynamic Modeling, Guidance, and Control of Homing Missiles, Doktora Tezi, ODTÜ, Ankara.

8

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [3]. B. Özkan, M. K. Özgören ve G. Mahmutyazcolu, (2007), “Tek ve ki Parçal Füzelerin Hareketli Yer Hedefleri Üzerindeki Baarmlarnn ncelenmesi”, Otomatik Kontrol Ulusal Toplants (TOK’07), Sabanc Üniversitesi, stanbul.

9

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

10

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara FÜZELER ÇN OPTMAL ORANSAL-TÜMLEVSEL GÜDÜM YAKLAIMI

Çada EVCMEN (a), Kemal LEBLEBCOLU (b)

(a)

Uzm. Aratrmac Tübitak – SAGE, 06531, Ankara, [email protected]

(b)

Prof. Dr. ODTÜ, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu bildiride, yüksek manevra kabiliyetine sahip hedefler için oransal navigasyon (ON) güdüm yönteminin etkinliini arttrmak amacyla yeni bir füze güdüm yöntemi önerilmitir. Bu yöntem, uygulamalarda skça kullanlan oransal-tümlevsel-türevsel (OTT) denetçi yönteminin füze güdüm mantna uyarlanmasyla ortaya çkarlmtr. OTT denetçi mantnda kullanlan hata sinyali olarak görü hatt açsnn deiimi seçilmitir. Yöntemin türetilmesi srasnda, türevsel ksmn güdüm yönteminin performansn olumsuz etkilemeyecek ekilde, dier terimlerle gruplanarak düürülebilecei görülmütür. Oluturulan oransal-tümlevsel (OT) kontrolcünün parametreleri, dorusal optimal kontrol yöntemi içersinde uygun bir ceza fonksiyonu seçilerek belirlenmitir. Sonuçta, gelitirilen optimal oransal-tümlevsel (OOT) güdüm yöntemi, görü hatt açs ve deiimi ön bilgisine sahip olunduu varsaylrsa, ON güdüm yöntemi gibi uygulanabilirlik açsndan hiçbir zorluk tamamaktadr. Bildiride önerilen güdüm yönteminin, bal uzaklk ve hz terimlerini içerdii göz önüne alnrsa, ayn zamanda uyarlanr ve zamana göre deien bir yapya sahip olduu da söylenebilir. Anahtar Kelimeler: Füze Güdümü, Oransal Navigasyon Güdümü, OransalTümlevsel-Türevsel Denetçi, Dorusal Optimal Kontrol, Optimal OransalTümlevsel Güdüm ABSTRACT

A new form of missile guidance law is presented in this paper to improve the effectiveness of proportional navigation (PN) guidance law against fast maneuvering targets. Well-known proportional-integral-derivative (PID) controller structure is modified for a method of missile guidance. Line of sight (LOS) rate is used as the error signal in the formulation of the PID structure. As a consequence of the derivations, it is recognized that the derivative term can be dropped without significantly affecting overall performance. Linear optimal control theory is used for determining proportional-integral (PI) controller parameters with appropriate performance index (cost function) based on LOS angle, LOS rate and acceleration command. The resultant optimal proportional-integral (OPI) guidance formulation is almost as simple to 11

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara implement as PN guidance with known or estimated knowledge of LOS angle and its rate. The suggested OPI guidance method has an adaptive and/or time varying structure because of the fact that it employs relative range term and its rate of change. Keywords: Missile Guidance, Proportional Navigation Guidance, Proportional-Integral-Derivative Controller, Linear Optimal Control, Optimal Proportional-Integral Guidance. 1. GR

Literatürdeki bir çok füze güdüm yönteminin ana mant, görü açs deiimini sfrlayacak veya enküçültecek ekilde füzenin yön deiimine orantl bir güdüm komutu çkarmaktr [1]. Bu yaklam ayn zamanda ON güdüm yönteminin temelini oluturur. Her ne kadar ON güdüm yöntemi sabit hza sahip füzeler ve sabit hedefler için optimal özellie sahip olsa da, performansnn yüksek manevra kabiliyetine sahip veya hzl hareket eden hedefler karsnda dütüü görülmütür. Bu durumlarda oluan vurma mesafesindeki artlarn nedeni olarak bilinen yüksek hedef ivmesini dengelemek için ON güdüm yöntemine bir takm eklentiler konulmutur. Deiiklerden bir tanesi, literatürde bilinen adyla geniletilmi oransal navigasyon güdüm yöntemidir. Bu yöntemde, güdüm komutuna hedef ivmesine orantl bir ksm eklenip, yüksek manevral hedeflere kar ortaya çkan yüksek vurma mesafesi azaltlmaya çallabilir [2]. Bu yöntemin en önemli dezavantaj, aslnda bilinmeyen hedef ivmesine dorudan bal bir ksm içermesidir. Bir takm analitik kestirim yöntemleri kullanarak çaltrlabilen bu yöntem, baz senaryolar için baarsz sonuçlar vermitir [1]. ON güdüm yöntemine yaplan bir dier deiiklik olarak Lyapunov kararllk teorisine dayal olan verilebilir [3]. Ayrca, kayan kipli kontrol teorisi sonuçlar kullanlarak, parametre deiikliklerine kar gürbüz bir güdüm yöntemi de gelitirilebilir [1], [4], [5], [6]. Fakat bu yöntemin sahip olduu yüksek frekanstaki salnmlar, pratik hayatta bu yönteme dayal güdüm yöntemlerinin kullanmda snrlamalar getirmektedir. Bu bildiride, yüksek ivme kabiliyetine sahip hedefler için baarsz sonuçlar verebilen ON güdüm yöntemine alternatif olarak, temeli OTT denetçi mantna dayandrlabilen yeni bir güdüm yönteminin ayrntlarna yer verilmitir. Ayrca ortaya çkarlan güdüm algoritmas, ON güdüm yöntemi gibi pratik uygulanabilirlii geni olan bir yöntemdir. Ayn zamanda, yöntemin türetilmesi srasnda, türevsel ksmn güdüm yönteminin performansn olumsuz etkilemeyecek ekilde, dier terimlerle gruplanarak düürülebilecei görülmütür. Bir sonraki bölümde oluturulan dorusal füze-hedef kesime modeli, uygun görü hatt açs, deiimi ve füze güdüm komutuna bal ceza fonksiyonu seçilerek kullanlmtr. Çkarlan tüm güdüm komutlar eylemsizlik referans düzleminde olup, dorusal olmayan alt serbestlik (6-SER) benzetimlerinde kullanlmak üzere dier referans düzlemlerine çevrilebilir [7]. 12

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. FÜZE-HEDEF KESME MODEL

Füze-hedef kesime modeli türetilirken, sadece yükselme düzlemindeki ayrntlara bu ksmda yer verilecektir. Azimut düzlemindekiler benzer ekilde oluturulabilir. Füzenin x eylemsizlik referans ekseni, balangçtaki görü hatt yönü ile çakk olarak alnrsa, eylemsizlik yükselme düzlemi görü hatt açs ( OEL ) aadaki gibi ifade edilebilir.

OEL

§ Z arcsin¨¨ r © RTM

· ¸¸ ¹

(1)

Denklem (1)’de Z r ve RTM srasyla z eylemsizlik referans eksenindeki pozisyon hatasn ve füze ile hedef arasndaki bal uzakl göstermektedir. Denklem (1)’deki eitliin zamana bal türevi alnrsa, görü hatt açsnn x

deiimine ( OEL ) ulalr. x

O EL

Vz RTM  Z rVc RTM RTM  Z r 2

(2)

2

Denklem (2)’de geçen V z , z eksenindeki bal hz ifade ederken, füze-hedef x

yaklama hz Vc  RTM ifadesiyle gösterilebilir. Denklem (2)’nin zamana bal türevi alnp, küçük aç yaklam kullanlrsa, füze hedef kesime modelini oluturmak üzere aadaki ifadeye ulalr.

xx

O EL #

1 RTM

§ xx x x ¨ ¨¨  RTM O EL  2 RTM O EL  aT  a M ©

· ¸ ¸¸ ¹

(3)

(3) numaral denklemde geçen aT ve a M , sras ile, balangçtaki görü hatt yönüne dik düzlemdeki, yani eylemsizlik dikey düzlemindeki hedef ve füze ivmelerini temsil etmektedir. x

O EL ve O EL durum deikenleri olarak alnrsa, füze-hedef kesime modeli durum uzay gösterimde aadaki gibi oluturulabilir.

13

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ªx º « x1 » «x» ¬« x2 ¼» x

x(t )

º ª 0º ª 0 º » ª x1 º « » » « 2 RTM » « x »  « 1 » u (t )  « 1 » f (t )  » ¬ 2¼ « R » ¬« RTM ¼» ¬ TM ¼ RTM ¼

ª0 « xx « RTM « ¬ RTM

1

x

(4)

A (t ) x(t )  B(t ) u (t )  B(t ) f (t )

x

Sistem (4)’te geçen x1 O EL ve x 2 O EL durum deikenlerini, u f aT sras ile, kontrol sinyali ile bozan etkeni göstermektedir.

a M ve

3. YEN GÜDÜM YÖNTEMNN ÇIKARILII [8] 3.1 OT GÜDÜM YÖNTEM

Pratik hayatta çokça kullanlan denetçi yöntemlerinden olan OTT kontrolcü yöntemi, füze güdüm probleminin çözümünde de kullanlabilir. OTT kontrolcü transfer fonksiyonunu hatrlayalm:

Gc ( s)

K1 

K2  K3s s

(5)

Oluturulan kontrol girdisi ise

u (s) Gc (s) e(s)

(6)

eklinde gösterilebilir. Sfrlanmas gereken hata sinyali denklem (6)’da e(s) ile belirtilmitir. Denklem (5) ve (6)’daki gösterimler, güdüm yöntemlerindeki görü hatt açs deiimini sfrlama mant ile birletirilerek, yeni bir güdüm yaklam, aadaki dikey düzlem ivme komutu eitliindeki gibi ifade edilebilir.

aV

c

x

x

K 1 O EL  K 2 ³ O EL dt  K 3

d x O EL dt

K § · x ¨ K 1  2  K 3 s ¸ O EL s © ¹

(7)

Denklemler (5), (6) ve (7) karlatrlrsa, güdüm uygulamalarnda kontrol girdisinin ivme komutuna, hatann ise görü hatt açsnn deiimine karlk geldii saptanabilir. Denklem (7)’de denklem (3)’teki eitlii kullanarak aadaki eitlii elde edebiliriz.

aV

c

x

K 1 O EL  K 2 O EL

1  K3 RTM

§ xx · x x ¨ c ¸ ¨¨  RTM O EL  2 RTM O EL  aT  aV ¸¸ © ¹ 14

(8)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Denklem (8)’deki benzer terimler bir araya getirilirse ve hedef ivmesi bilinmeyen bozan etken olarak alnrsa, OTT güdüm yöntemi, pratik olarak, OT güdüm yöntemine dönütürülebilir. xx

R K 2  K 3 TM x K 1  2 K 3 RTM RTM O EL  O EL 1  K3 1  K3   

  

x

aV

c

KP

(9)

KI

3.2 OOT GÜDÜM YAKLAIMI

Denklem (9)’daki gösterim oluturulduktan sonra, OT parametrelerin ( K P , K I ) seçimi, güdüm algoritmasnn baarl olmasnda önemli bir etkiye sahip olacaktr. Bu nedenle bu terimlerin dorusal optimal kontrol sonuçlar kullanlarak seçilmesi aklc bir mantk olarak görülebilir. Aadaki dorusal karesel düzengeç problemi ceza fonksiyonu kullanlrsa, oluturulan güdüm algoritmasndaki parametre seçim problemi çözümlenebilir. f





1 J  x, u x T Q x  u T R u dt (10) ³ 20 Denklem (10)’da, Q pozitif, yar-belirgin bir matris olarak arlklandrlrken, R pozitif belirgin olmaldr. Ceza denkleminde görüldüü üzere durum deikenleri ve kontrol sinyali birlikte arlklandrld için, ayn zamanda J ceza fonksiyonunun küçük tutulmas amaçlandndan, durum deikenleri de kontrol girdisi de büyük deerlerde olamaz. Sonsuz integral olmas ve ceza fonksiyonunun en küçültülmesi salanabildiinden ötürü, zaman sonsuza giderken durum deikenleri sfra yaklaacaktr [9]. Dorusal optimal kontrol teorisi sonuçlarn, güdüm mantna uyarlarsak, eitlik (10)’da gösterilen ceza fonksiyonu enküçültüldüünde, (4)’teki gösterim neticesinde, görü hatt açs ve deiimi ile komut edilen ivmenin küçük deerler ile snrland sonucuna varlabilir. Buraya kadar gelinen noktada, kontrol girdisi (ivme komutu) dikey eksende öyle ifade edilebilir. ªO EL º x (11)  K P @ « x » K P O EL  K I O EL «¬O EL »¼ Sonuç olarak, (9), (10) ve (11) numaral eitlikler irdelendiinde, önerilen OOT güdüm yaklamnn, OT güdüm parametrelerini; deien bal uzaklk ve hz deerlerine uyarlanr ve dolaysyla zamanla deiir bir ekilde sistematik optimal bir yolla buldurduuna dikkat çekilebilir. u

aM

aV

c

 K LQR x

 > K I

15

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

4. BENZETM SONUÇLARI

Önerilen yönetimin etkin çalp, birçok senaryoda baarl sonuç verdiini gözlemlemek için hem nokta parçack hem de 6-SER benzetim modelleri, snrsz veya snrl hücum açs ( D d 8D ) deerleri çerçevesinde kurulmutur. 6-SER benzetim ortam oluturulurken, güdüm algoritmas, dorusal olmayan füze modeli ve uygun bir otopilot (kontrolcü) yapsyla birlikte e zamanl olarak çaltrlmtr. Fakat bu bildirideki amacn, güdüm yöntemlerinin olabildiince zor bir hedef vurma senaryosu için dahi baarl sonuçlar verip veremeyeceini test etmek olduu için, bu bölümde sadece yüksek manevra kabiliyetine sahip bir hedef vuruu için nokta parçack benzetim sonuçlarna yer verilecektir. Oluturulan nokta parçack benzetimleri, snrsz ve snrl hücum açs kriterleri ile denenecek ve benzetim sonuçlar verilecektir. OOT güdüm yöntemi vurma mesafesi deerler ON güdüm yöntemiyle karlatrlacaktr. ON güdüm yöntemi literatürde skça geçen aadaki eitlikle çaltrlacaktr.

aV

c

x

x

 N RTM O EL

(12)

Denklem (12)’de kontrol sistem tasarmcs tarafndan seçilmesi gereken navigasyon sabiti N , bu bildirideki benzetimlerde 4 olarak alnmtr. Füzenin balangçtaki konum ve hz bileenleri vektörel gösterimle aadaki gibi ifade edilebilir.

xm

i

Vm

i

>0 0 >400

 5000@ m T

0 0@

T

(13)

m/s

Hedefin ise ölçülen pozisyon verileri, Kalman süzgecinden geçirilerek, güdüm algoritmalarnda kullanlmak üzere kestirilen pozisyon ve hz deerleri elde edilir.

ekil 1 Yüksek manevra yapan bir hedefin gerçek ve kestirilen yörüngeleri

16

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Eer nokta parçack benzetimi, yukarda verilen kestirilen yörüngeler ile ON ve OOT güdüm yöntemleri için ayr ayr çaltrlrsa, çizelgedeki performans sonuçlar elde edilir. Çizelge 1 Vuru mesafesi karlatrlmas

ON Senaryo Yüksek Manevra Yapan Hedef

Güdümü

OOT Güdümü

Snrsz Hücum Açs

1.496

1.179

Snrl Hücum Açs

611.231

4.096

Füzenin snrsz hücum açs yapabildii varsaymna dayanarak çaltrlan benzetimler, pratik hayata pek de uyarlanabilir olarak görülemez. Her ne kadar iki yönteme göre, füze Çizelge 1’de görüldüü gibi snrsz koul için baarl olup, hedefi vurmu olsa da, hücum açs birçok füze kabiliyeti için kabul edilemez deerlere çkabilmektedir. Bu ve benzeri koullarda snrl koulda yaplan benzetim, önemli bir hal alm olur. 5. SONUÇ

Performans sonuçlarndan görüldüü üzere, önerilen yeni güdüm yöntemi, gerek yatay gerekse dikey ivme komutlarn, hedef manevrasyla uyarlanr bir ekilde zamana bal olarak deitirebilmesi nedeniyle snrl hücum açs istenen benzetimde, ON güdüm yönteminden çok daha baarl olmutur. Ayn zamanda OOT güdüm yönteminin bu tür vurulmas zor hedef senaryolarnda dahi baarl olmasn bir nevi görü hatt açlarnn deiimlerini enküçültebilmesine balayabiliriz. Klasik füze güdüm mantnn temelini oluturan görü hatt açsnn sfrlanmas veya enküçültülmesi gereklilii (eer hedef vurma tam olarak gerçekleecekse), aslnda bu durumun pek de alacak bir sonuç olmadn desteklemektedir. KAYNAKÇA

[1] K. R. Babu, I. G. Sarma and K. N. Swamy, (1994) “Switched Bias Proportional Navigation for Homing Guidance against Highly Maneuvering Targets”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 17, no. 6, p: 13571363. [2] P. Zarchan, (1994) Tactical and Strategic Missile Guidance, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc. 17

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [3] R. T. Yanushevsky and W. J. Boord, (2005) “New Approach to Guidance Law Design”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 28, no. 1, p: 162-166. [4] D. Zhou, C. Mu, Q. Ling and W. Xu, (1999) “Optimal Sliding-Mode Guidance of a Homing Missile”, IEEE, p: 5131-5136. [5] D. Zhou, C. Mu and W. Xu, (1999) “Adaptive Sliding-Mode Guidance of a Homing Missile”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 22, no. 4, p: 589-594. [6] M. Innocenti, F. Pellegrini and F. Nasuti, (1997) “A Vss Guidance Law for Agile Missiles”, AIAA-97-3473, p: 179-188. [7] T. S. No, J. E. Cochran and E. G. Kim, (2001) “Bank-to-Turn Guidance Law Using Lyapunov Function and Nonzero Effort Miss”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 24, No. 2, p:255-260. [8] Evcimen, Ç. “Development and Comparison of Autopilot and Guidance Algorithms for Missiles”, (2007) A Thesis Submitted to The Graduate School of Natural and Applied Sciences of METU, Ankara. [9] William S. Levine, (1996) the Control Handbook, IEEE Press, CRC Press, p: 762-768.

18

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara HEDEF TAKB YAPAN FÜZELERE UYGULANABLECEK BELL BALI GÜDÜM YÖNTEMLER

Bülent ÖZKAN(a), M. Kemal ÖZGÖREN(b), Gökmen MAHMUTYAZICIOLU(c)

(a) (b)

Dr. TÜBTAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (c)

Dr. TÜBTAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET

Hareketli ve manevra yapan hedeflere kar kullanlan ksa ve orta menzilli füzelerin güdüm ve kontrolü, özellikle son yllarda pekçok aratrmacnn ilgi alanna giren bir konu olmutur. Bu kapsamda çeitli yöntemler önerilmi olup, ortaya konulan yaklamlarn üstünlük ve zayflklar gerçekletirilen benzetimlerle ortaya konulmaya çallmtr. Bu çalmada, hedef takibi yapan füzelerin güdümü amacyla önerilen yöntemler genel olarak snflandrlmakta ve her bir snfta yer alan kurallar uygulama ekilleriyle birlikte anlatlmakta, ayrca, ele alnan yöntemlerin gerçek sistemlere uygulanabilirlii de sorgulanmaktadr. Anahtar Kelimeler: Güdüm, Hedef Takibi Yapan Füze, Kaynak Taramas. ABSTRACT

The guidance and control of the short- and medium-range missiles used against moving and maneuvering targets have become one of the popular subjects on which many researchers have worked in recent years. In this extent, several methods have been proposed and the advantages and disadvantages of them have been shown by means of relevant simulations. In this study, the methods proposed for the homing missiles are classified in a general manner and their implementation issues are handled. Also, they are evaluated in the sense of their implementability upon real systems. Keywords: Guidance, Homing Missile, Literature Survey.

1. GR Füze güdüm ve kontrolü, otomatik kontrol alannda özellikle son yllarn en popüler konularndan biridir. Bu kapsamda yaplan çalmalar esas olarak stratejik ve taktik füzeler üzerine yaplan aratrmalar olarak iki ana grupta

19

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara toplanabilir. Bunlardan ilki daha çok uzun menzilli füze uygulamalarn ele alrken, orta ve ksa menzilli füzeler ikinci grupta ele alnmaktadr [3], [8]. Ele alnan füze modeli için oluturulan güdüm ve kontrol algoritmas, temelde içiçe çalan iki farkl yapdan oluur. Bunlardan güdüm sistemi olarak adlandrlan d yap füzeyi ele alnan hedefe yönlendirmek için gerekli komutlar belirlenen bir kurala göre olutururken, içte yer alan kontrol sistemi, içerdii eyletici, alglayc, mekanizma ve elektronik kartlar araclyla güdüm sistemi tarafndan üretilen komutlar fiziksel hareketlere çevirmeye çalr. Kontrol sisteminin baarm, seçilen kontrol yöntemiyle dorudan ilgilidir [1], [2]. Güdüm yöntemleri, füzenin yönlendirilme biçimine göre, dolayl (ng. indirect) ve dorudan (ng. direct) güdüm yöntemleri eklinde iki ana balkta incelenebilir [1]. Dolayl güdüm yöntemlerinin kullanld uygulamalarda füze, önceden belirlenen ve çounlukla sabit bir hedefe yine önceden planlanan bir yörüngeyi takip ederek yönlendirilmeye çallrken, dorudan güdüm yöntemlerinde füzenin yönelimi; füze üzerinde bulunan bir arayc tarafndan alnan alnan hedef bilgilerine göre anlk olarak üretilen komutlarla salanr [3], [4]. Dolayl güdüm yöntemleri genellikle hedefin füze tarafndan tespit edilmedii ve ara güdüm (ng. midcourse guidance) olarak adlandrlan aamada kullanlrken, hedefin tespit edilmesinden vurulmasna kadar olan süreci kapsayan son güdüm (ng. terminal guidance) aamasnda dorudan güdüm yöntemleri tercih edilmektedir [3]. Dier taraftan, füzenin balangçtaki hedeften sapma açs, hedef manevralar, arayc hatalar, arayc ve füze kontrol sisteminde sinyal ileme hzndan kaynaklanan gecikmeler ile füzenin fiziksel kstlar gibi hata kaynaklar, dolayl yöntemlere göre daha üstün gözüken dorudan güdüm yöntemlerinin baarmn azaltc etkiye sahiptir. Bir baka deyile, sralanan etmenlerin baskn olduu durumlarda, füzenin hedeften nihaî sapmasnn (ng. terminal miss distance) deeri sfrdan farkl olur. Bu nedenle, güdüm ve kontrol sistemi tasarmnda belirtilen etkenlerin gözönüne alnmas gerekir [1], [3], [5]. Dorudan güdüm yöntemleri, hedef takip yöntemine göre, üç ana balk altnda incelenebilir [2], [6], [7]: i.

Görü çizgisine yönlendirme esasl güdüm (ng. command to lineof-sight guidance)

ii.

Sinyal takibi esasl güdüm (ng. beam riding guidance)

iii.

Hedef takibi esasl güdüm (ng. homing guidance)

Görü çizgisine yönlendirme esasl güdümde, yerde bulunan sabit bir istasyonda bulunan hedef izleme sistemi tarafndan alnan hedef durum bilgileri istasyondaki ilgili birim tarafndan ilenerek füzeyi hedefe yönlendirecek komut sinyalleri oluturulur ve ayn istasyonda bulunan füze izleme sistemi araclyla radyo dalgalar veya optik sinyaller eklinde füzeye iletilir. Böylelikle füzenin, hedefle arasndaki hayalî görü çizgisinin üzerine oturtulmas salanr. Bu yöntemde güdüm ve kontrol sistemi, füze üzerinde 20

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara deil yer istasyonunda bulunmaktadr. Füze üzerinde, kendisine gönderilen komutlar yerine getirecek bir kanat tahrik sistemi ve alglayclar dnda herhangi bir güdüm kontrol bileeni bulunmaz [6], [9]. Füzenin yer istasyonundan hedefe doru gönderilen sinyali takibine dayanan sinyal takibi esasl güdüm yaklamnda ise, füzenin üzerinde bulunan bir alglayc araclyla bahsedilen sinyali tespit ederek üzerine yerlemesi ve böylelikle dorudan hedefe gitmesi salanmaya çallr [1], [3], [6], [9]. Dier taraftan, belirtilen her iki yaklam da, hedefin mevcut yer istasyonlar tarafndan takip edilebilecek bir alan içerisinde bulunduu ksa menzilli füze uygulamalar için geçerlidir. Hedefin izlenebilir alann dnda yer ald orta ve uzun menzilli eleme (ng. engagement) durumlarnda ise, hedef takibi esasl güdüm yaklamnn kullanm daha uygundur [2], [6]. Hedef bilgisinin dorudan füze üzerinde bulunan bir arayc tarafndan alnarak gerekli güdüm komutlarnn hedefin durumuna göre anlk olarak güncellendii bu algoritma dört farkl ekilde uygulanabilir [2]: i.

Aktif takip (ng. active homing)

ii.

Yar-aktif takip (ng. semiactive homing)

iii.

Pasif takip (ng. passive homing)

iv.

Arazi eletirme esasl takip (ng. homing by map matching)

Aktif takip yaklamnda; füze üzerinde bulunan bir kaynaktan lazer n veya radyo dalgalar gibi uygun bir formda hedefe gönderilen nn hedef üzerinden yansyan ksm yine füze üzerinde bulunan bir arayc tarafndan toplanarak hedefin anlk durum bilgisi elde edilmeye çallrken, yar-aktif takip yönteminde hedefe gönderilen nn kayna füze dndaki bir platformdur. Bu platform füzenin frlatld helikopter veya uçak gibi hareketli bir hava unsuru olabilecei gibi, sabit bir yer istasyonu da olabilir. Pasif takipte ise hedefe herhangi bir formda n gönderilmemekte; hedefin radio dalgalar veya s eklinde yapt ma füze üzerinde bulunan arayc tarafndan tespit edilerek hedefe doru yönelim salanmaktadr. Buraya kadar anlatlan üç yaklamdan farkl olarak, arazi eletirme esasl takipte, füzenin üzerinden geçtii arazi üzerinde bulunan tanmlayc unsurlar füze güdüm bilgisayarna önceden yüklenen corafî bilgilerle karlatrlarak füzenin yörüngesi güncellenir. Bu yöntem, çounlukla sabit veya çok düük hzla hareket eden hedeflere kar uygulanmaktadr [2], [6]. Bu çalmada, yukarda anlatlan dorudan güdüm yöntemlerinden hedef takibi esasl güdüm yaklamna göre uygulanmakta olan güdüm yöntemleri ele alnmaktadr. Bu kapsamda, bahsedilen yöntemler öncelikle ilgili alt gruplara ayrlm, ardndan her bir alt gruptaki uygulama ekilleri aktarlmtr. 2.

HEDEF TAKB ESASLI GÜDÜM YÖNTEMLER

Literatürde mevcut olan hedef takibi esasl güdüm yöntemleri, aadaki gibi alt ana balk altnda incelenebilir: 21

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara i.

Geleneksel hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

ii.

Optimal kontrol tabanl hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

iii.

Oyun teorisi tabanl hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

iv.

Gürbüz kontrol teknikleri tabanl hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

v.

Yapay zeka teknikleri uygulamalarna dayal hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

vi.

Tümleik hedef takibi esasl güdüm yöntemleri

2.1. Geleneksel Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri 1940’l yllarda gelitirilmi olan ilk güdümlü füzelerden bu yana kullanlmakta olan ve uygulamadaki basitliklerinin yansra bozucu d etkenlere kar saladklar gürbüzlükleri dolaysyla da sklkla tercih edilen geleneksel hedef takibi esasl güdüm yöntemleri arasnda en bilinenleri; takip güdümü (ng. pursuit guidance), sabit açl güdüm (ng. constant bearing guidance), oransal seyrüsefer (ng. proportional navigation) ve öngörülü güdüm (ng. predictive guidance) yöntemleridir [1], [3], [6], [9].

Bunlardan takip güdümü yönteminde amaç; füze ile hedef arasndaki görü çizgisi açsn (ng. line-of-sight angle) sfrlamaya çalmaktr. Yöntem, füzenin boylamasna ekseninin görü çizgisi üzerine oturtulmaya çallmas durumunda gövde takibi (ng. body pursuit), ekil 1’de verildii gibi hz vektörünün görü çizgisiyle çaktrlmas durumunda da hz takibi (ng. velocity pursuit) olarak adlandrlmakta olup, manevra yapan hedeflere kar zayftr [1], [2], [6], [9].

ekil 1. Hz takibi güdümü [6]

ekil 2. Oransal seyrüsefer [8]

Sabit açl güdüm yaklamnda ise, hedefe yaklama açs sabit tutularak füze hedefe doru yönlendirilmektedir. Bu yöntemin de hzl hedeflere kar 22

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara baarm oldukça düük olup, manevra yapan hedefleri vurma olasl hemen hemen yoktur [1], [2], [6]. Hedef takibi esasl güdüm yöntemleri arasnda en popüler olan, eleme geometrisi ematik olarak ekil 2’de gösterilen ve basitlii ve kolay uygulanabilirlii dolaysyla 1950 ylnn Aralk aynda ilk baarl denemesi gerçekletirilen Lark füzesinden bu yana kullanlmakta olan oransal seyrüseferdir [3]. Prensip olarak, açsal hz veya dorusal ivme komutlarnn görü çizgisi veya füze hz vektörüne dik olarak oluturulmasna dayanan oransal seyrüsefer yöntemi, özellikle sabit ve düük hzl hedeflere kar oldukça baarldr. Bahsedilen açsal hz komutu; görü çizgisi açsnn zamana göre deiiminin “etkin seyrüsefer oran (ng. effective navigation ratio)” olarak tanmlanan bir katsay ile çarpmndan elde edilmekte olup, ortaya çkan ifadenin füze dorusal hznn genlii ile çarpm da dorusal ivme komutunu oluturur [3], [9]. Ortaya çkan güdüm komutunun görü çizgisine dik olarak uygulanmas durumu “gerçek oransal seyrüsefer (ng. true proportional navigation)”, füze hz vektörüne dik olarak uygulanmas durumu da “saf oransal seyrüsefer (ng. pure proportional navigation)” olarak adlandrlr. Belirtilen ilk durum oransal seyrüsefer kuralnn ideal hali olmakla birlikte, ortaya çkan güdüm komutu, yanal hareketinin yansra füzeye eksenel yönde de gerçeklemesi gereken bir ivme bileenini dikte eder. Bu durum, ele alnan güdüm uygulamalar çounlukla roket motorlarnn itki etkisinin sona erdii ara veya son güdüm aamalarn kapsadndan, belirtilen eksenel ivme gereksiniminin karlanamamas sonucunu dourur. Dolaysyla, eksenel bileeni olmayan ve saf oransal seyrüsefer güdüm kuralna göre türetilen güdüm komutu, yöntemi gerçek eleme senaryolarnda da uygulanabilir klar [9]. Manevra yapan hedefler karsnda istenilen sonuçlar salamamas, oransal seyrüsefer kural üzerinde çeitli iyiletirme çalmalarnn yaplmasna neden olmutur. Bunlardan en çok bilineni, elde edilen komut ivmesine takip edilen hedefin yanal ivme bileeninin yarsyla etkin seyrüsefer orannn çarpmndan oluan terimin eklenmesiyle elde edilen geniletilmi oransal seyrüsefer (ng. augmented proportional navigation) kuraldr. Fakat, gereksinim duyulan hedef yanal ivme bileeninin füze üzerindeki alglaycdan veri alan güdüm sistemi tarafndan istenilen dorulukta elde edilememesi dolaysyla, bahsedilen yaklamn fiziksel uygulamalardaki gerçeklenebilirlii de düüktür [2], [3], [10]. Bu çerçevede deerlendirilen son yaklam olan öngörülü güdümde ise, füze; oluturulan güdüm komutlar kullanlarak öngörülen hedefle çarpma noktasna doru yönlendirilir. Füze yörüngesinin katsaylar hedefin anlk durumuna göre güncellenen belli polinomlarla tanmlanmasna dayanan yöntemin en bilinen türevi parabolik hedef takibi (ng. parabolic homing guidance) olup, dorusal hedef takibi (ng. linear homing guidance) yaklamnn da hareketli hedeflere kar baarl sonuçlar verdii görülmütür [3], [8], [11].

23

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.2. Optimal Kontrol Tabanl Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri Optimal kontrol tabanl güdüm yöntemlerinde güdüm kural, genellikle hedeften nihaî sapma, salanabilir azamî yanal ivme ve eleme süresi büyüklüklerini en aza indirgeyecek ekilde belirtilen parametrelerin belirlenen arlk fonksiyonlar ile çarplmas sonucunda elde edilen karesel baarm fonksiyonlarnn (ng. cost function), uygun fiziksel kstlar eliinde en aza indirilmesi veya en fazlalatrlmas ile elde edilir. Bilgisayar benzetimlerinde tatmin edici sonuçlara ulalmakla birlikte, bahsedilen yaklamn fiziksel uygulamalarna pek sk rastlanmamaktadr [12], [13]. 2.3. Oyun Teorisi Tabanl Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri Oyuncular, eylemler ve kayp fonksiyonlarndan oluan bir oyun senaryosuna göre oluturulan oyun teorisinde amaç; bir veya birkaç kiiden oluan oyuncular takmn, önceden tanmlanan kayp fonksiyonlarna göre ortaya konan bir dizi eylem sonucunda belirlenen hedef veya hedeflere yönlendirmektir. Böylelikle, oyuncularn da pimanlk duymayaca bir denge konumu elde edilmeye çallr. Oyun teorisinin güdüm alanna uygulanmas da optimal kontrol teorilerinin uygulanmasna benzerdir. Ancak, optimal kontrol tabanl yaklamda sadece belirlenen füze parametreleri eniyiletirilmeye çallrken, oyun teorisinde hedef parametrelerinin eniyiletirilmesi de hesaba katlr. Optimal kontrol tabanl yöntemlere benzer ekilde, özellikle manevra yapan hedeflerin durum bilgilerinin istenilen dorulukta elde edilememesi nedeniyle, bilgisayar benzetimlerinde baarl sonuçlar veren oyun teorisi tabanl yöntemler füze sanayiinde henüz uygulama alan bulamamtr [13], [14]. 2.4. Gürbüz Kontrol Teknikleri Tabanl Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri Gürbüz kontrol tekniklerine dayal güdüm yöntemleri, bata füze parametrelerindeki belirsizlikler ve güdüm algoritmas için bozucu giri olarak tanmlanabilecek hedef manevralarna karn, oluturulan güdüm ve kontrol sisteminin kararlln salamaya çalr. En sk kullanlan ekilleri kayan kipli kontrol (ng. sliding mode control) teorisi ve Hf normuna göre oluturulan yöntemler olan gürbüz kontrol yaklamlar, hedef hareketlerinin yeterince iyi öngörülememesi ve bunun neticesinde ortaya çkan komut sinyallerindeki süreksizlikler nedeniyle, gerçek füze-hedef elemelerinde tercih edilmemektedir [15], [16]. 2.5. Yapay Zeka Teknikleri Uygulamalarna Dayal Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri Uygulamann gerçekletirilecei çevrenin tannmas, gelecekteki hareketlerin planlanmas, uygulanacak yöntemlerin duruma uyarlanmas ve bamsz karar verme esaslarna dayal olarak oluturulan ve genellikle yapay sinir alar (ng.

24

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara artificial neural network) ve bulank mantk (ng. fuzzy logic) uygulamalarn kapsayan yapay zeka uygulamalar, görü çizgisi açs ve bu açnn zamana göre deiimi, füze hz ve hedef yanal ivme bileeni parametrelerinin girdi deikeni, füze yanal ivmesi için tanmlanan güdüm komutunun da çk deikeni olarak tanmland algoritmalarla güdüm alanna da uyarlanm, ancak bu ekilde oluturulan yaplarn kararllnn garanti edilememesi dolaysyla gerçekçi uygulamalarda denenme ans bulamamtr [17], [18]. 2.6. Tümleik Hedef Takibi Esasl Güdüm Yöntemleri Füzeler için güdüm ve kontrol sistemi oluturulurken izlenilen yol, genellikle güdüm ve kontrol sistemlerinin ayr ayr tasarlanmas ve daha sonra biraraya getirilerek tümletirilmesidir. Ancak, güdüm ve kontrol sistemleri için tanmlanan bant genilii deerlerinin birbirinden farkl olmas dolaysyla, uygulamada birtakm gecikmeler ortaya çkmaktadr. Bu gecikmelerin ortadan kaldrlmas için düünülen tümleik güdüm ve kontrol sistemi tasarm sistemden beklenen sonuçlar salayacak özellikte olmasna karn, oluturulan yapnn mertebesinin oldukça büyük olmas dolaysyla, sistemin kararlln salayacak bir yapnn oluturulmas pratikte pek mümkün olmamaktadr. Bu da, tümleik güdüm ve kontrol sistemi yaklamnn uygulama alann bilgisayarl benzetim ortamndan fiziksel dünyaya tayamamaktadr [19].

3.

SONUÇ

Bu çalmada, önceden belirlenen bir hedefin dorudan takibine dayal güdüm yöntemleri birbiriyle karlatrlmtr. Yöntemlerin uygulanlar hususunda verilen ksa açklamalar ve yaplan deerlendirmeler gözönüne alndnda, özellikle optimal ve gürbüz kontrol tabanl yöntemlerin gerçekletirilen bilgisayar benzetimlerindeki üstünlüklerine karn, basitlik ve uygulamadaki kolayl nedeniyle, günümüzde de en çok tercih edilen yöntemin oransal seyrüsefer olduu görülmektedir. Bununla birlikte, hedef alglama ve veri ileme alanlarndaki gelimeler sonucunda, u anda fazla uygulama alan bulamayan modern kontrol esasl yöntemlerin de yakn gelecekte uygulanabilecei ve böylelikle hedef takibi yapan füzelerin baarmnn artrlabilecei deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA

[1] E. Berglund, (2000), “Guidance and Control Technology”, RTO SCI Lecture Series on Technologies for Future Precision Strike Missile Systems, Atlanta, ABD, 1-10. [2] C. F. Lin, (1991), Modern Navigation, Guidance and Control Processing, Prentice Hall Publication, Englewood Cliffs, New Jersey, ABD. 25

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [3] P. Zarchan, (1994), Tactical and Strategic Missile Guidance, Vol. 157, Progress in Aeronautics and Astronautics, AIAA, Washington DC, ABD. [4] Y. K. Vermishev, (1969), Fundamentals of Missile Guidance, Translation Division Foreign Technology Division. [5] P. K. Menon, G. D. Sweriduk ve E. J. Ohlmeyer, (2003), “Optimal FixedInterval Integrated Guidance-Control Laws for Hit-to-Kill Missiles”, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, Austin, ABD. [6] M. K. Özgören, (1991), Seminar Notes on Dynamics and Control of Guided Missiles, Orta Dou Teknik Üniversitesi Sürekli Eitim Merkezi, Türkiye. [7] E. Heap, (1995), “Methodology of Research into Command-to-Line-ofSight and Homing Guidance”, Proceeding of the Royal Aircraft Establishment, Farnborough, Hants, ngiltere. [8] B. Özkan, (2005), Dynamic Modeling, Guidance, and Control of Homing Missiles, Doktora Tezi, Orta Dou Teknik Üniversitesi. [9] H. L. Pastrick, S. M. Seltzer ve M. E. Warren, (1981), “Guidance Laws for Short-RangeTactical Missiles”, Journal of Guidance and Control, 4-2. [10] F. W. Nesline ve P. Zarchan, (1979), “A New Look at Classical vs Modern Homing Missile Guidance”, AIAA Guidance and Control Conference, Boulder, ABD. [11] K. Tiryaki, (2002), Polynomial Guidance Laws and Dynamic Flight Simulation Studies, Yüksek Lisans Tezi, Orta Dou Teknik Üniversitesi, Türkiye. [12] D. E. Kirk, (1970), Optimal Control Theory-An Introduction, Prentice-Hall Inc. [13] K. B. Kim ve W. H. Kwon, (1997), “Differential Game Missile Guidance Laws via Receding Horizon Control without Time-to-Go”, Proceeding of School of Electrical Engineering, Seoul National University, Kore. [14] P. Cheng, (2003), “A Short Survey on Pursuit-Evasion Games”, Proceeding of Department of Computer Science, University of Illinois at Urbana-Champaign, ABD. [15] K. R. Babu, I. G. Sarma ve K. N. Swamy, (1994), “Two Robust Homing Missile Guidance Laws Based on Sliding Mode Control Theory”, IEEE Proceedings, 540-547. [16] C. D. Yang ve H. Y. Chen, (1997), “Hf Guidance Law with Maneuvering Targets”, Proceedings of the 36th Conference on Decision and Control, 25492550, San Diego, California, ABD. [17] Ö. Vural, (2003), Fuzzy Logic Guidance System Design for Guided Missiles” Yüksek Lisans Tezi, Orta Dou Teknik Üniversitesi, Türkiye. 26

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [18] L. Lin, C. L. ve H. W. Su, (2000), “Intelligent Control Theory in Guidance and Control System Design: an Overview”, Proceedings of the National Science Council ROC(A), 24-1, 15-30. [19] M. Xin, S. N. Balakrishnan ve E. J. Ohlmeyer, (2002), “Integrated Guidance and Control of Missiles with T-D Method”, Proceeding of the Naval Surface Weapon Center, ABD.

27

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

28

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SÜPERSONK AKIMA DK SIVI ENJEKTE EDLMESNN DENEYSEL OLARAK NCELENMES

Alp MARANGOZ (a)

(a)

Roketsan A. ., 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET

Süpersonik akmlara dik olarak sv enjekte edilmesi problemi, özellikle SCRAMJET (Supersonic Combustion Ramjet) yanma odalarnda karlalan bir problemdir. Çalma kapsamnda, deney ekipman olarak sadece hzl kamera kullanlarak, deiik test koullarnda veriler elde edilmitir. Elde edilen veriler hem literatürde yer alan, hem de yeni gelitirilen metodlar kullanlarak, hzl ve verimli bir yöntemle ele alnmtr. Sunulan çalmada yöntemler ve baz test koullar için sonuçlar açklanmtr. Bu çalma, daha önce Von Karman Enstitütüsünde Diploma Course program kapsamnda yaplm olan çalmalar kapsamaktadr. Anahtar Kelimeler: Akma Dik Sv Enjeksiyonu, Resim leme Algoritmalar ABSTRACT

Transverse jet injection into a crossflow problem is encountered especially in SCRAMJET (Supersonic Combustion Ramjet) combustion. In the presented work, a high speed camera is used as the main measurement tool and the acquired images are processed with existing methods in the literature and newly developed algorithms in order to acquire information about the flowfield in a rapid and efficient manner. The algorithms and the results of some test cases are described. The presented work is done during the “Diploma Course Programme” in Von Karman Institute for Fluid Dynamics. Keywords: Liquid Jet Injection into a Crossflow, Image Processing Algorithms 1. GR

Serbest bir akma dik olarak bir akkan enjekte edilmesi, kendi bana bir aratrma sahasdr. Konu, akmn hz rejimi ve enjekte edilen akkann türüne göre çalma alanlarna ayrlmtr. Düük hzl serbest akmlara gaz enjeksiyonu, rüzgar etkisi altndaki bir bacadan duman çk gibi problemlerin analizi amacyla incelenirken, yüksek hzl bir akma sv enjekte edilmesi, daha çok yakt enjeksiyonu ile ilgili problemlerin analizi amacyla 29

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara incelenmektedir. Süpersonik akmlara sv enjeksiyonu üzerine çalmalarn hemen hepsi ise SCRAMJET yanma odas ve yakt enjeksiyon sistemi tasarmna yöneliktir. Konu ile ilgili geçmi çalmalar hakknda geni bir derleme, [1]’de bulunabilir. Düz plaka üzerinden, süpersonik serbest akma dik olarak enjekte edilen bir sv jeti, gelen akmn ayrlmasna ve jet önünde eik bir ok dalgasnn olumasna neden olmaktadr. Serbest akm jeti emekte ve jeti parçalamaktadr. Bu problemin tipik bir özellii de, eilen jetin oluturduu ters hareket eden vorteks çiftidir [2]. Buna ek olarak süpersonik akmlarda, jetin parçalanp atomizasyonunun yan sra, parçacklar birleerek, daha büyük “parça”lar (“clumps”) da olumaktadr ([3]). Ayrca, yine süpersonik serbest akmlada, “whipping phenomena” ad verilen, jetin yapsnda ani deiiklikler de gözlenmektedir ([3],[4]). Bütün bu fiziksel olaylar, akm çok karmak hale getirmekte ve belirli bir olayn izole edilerek gözlenmesi mümkün olamamaktadr. Buna bir de, yüksek hz koullar nedeniyle test düzeneinin karmakl eklenince, normalde kullanlan birçok yöntemin kullanlmas imkanszlamakta ya da çok pahal test düzeneklerine ihtiyaç duyulmaktadr. Bu nedenle probleme uygun bir yaklam da pahal (ancak yüksek hassasiyetli) ve sadece lokal bilgi veren test düzenekleri yerine daha ucuz, hassasiyeti daha düük, akm hakknda da daha çok bilgi alnabilecek bir yöntem gelitirilmesidir. Bu kapsamda, akmn incelenmesinde yüksek hzl kamerann kullanlabilirlii incelenmi ve çeitli resim ileme algoritmalar gelitirilmitir. Bu makalede, bu amaçla gelitirilen algoritmalar açklanmtr. 2. DENEY DÜZENE ve TEST KOULLARI

Deneyler, Von Karman Enstitüsünde bulunan H3 Hipersonik rüzgar tünelinde gerçekletirilmitir. Tünel, “Blow-down” tipidir ve 6 Mach saysna kadar, 12 cm çapl bir jet eklinde hava akm salamaktadr. Tünelin ana elemanlar, ekil 1‘de gösterilmitir. Test bölümüne optik eriim, sadece yandan salanabildii için kamera, akma yandan bakacak ekilde yerletirilmi, akmn aydnlatmas ise, kamera’nn yanna yerletirilen, 1000 ve 1600 Watt güçlerinde iki halojen lamba ile salanmtr. Testler, rüzgar tüneli 6 Mach hznda çaltrlrken yaplmtr. Bütün testlerde rüzgar tüneli koullar ayndr. Bu koullar, Çizelge 1’de verilmitir.

30

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 VKI H3 Hipersonik Rüzgar Tüneli ([8])

Çizelge 1 Rüzgar Tüneli Test Koullar

Statik Basnç

Scaklk

Hz

Kinematik Vizkozite

1290 Pa

65 K

950 m/s

4.1 10-6 kgm2/s

Rüzgar tüneli koullar sabit tutulurken deiik koullarda, su kullanlarak deneyler gerçekletirilmitir. Deiik deneylerdeki su jeti enjeksiyon koullar, Çizelge 2’de verilmitir. Çizelge 2 Testler Srasndaki Su Jeti Koullar Aralklar

Scaklk

Hz

Enjeksiyon Çap

Kinematik Vizkozite

Yüzey Gerilimi

20 - 50 oC

5 – 100 m/s

0.5 – 2 mm

5 10-4 –

6.6 10-3 –

9 10-4 kgm2/s

7.2 10-3 N/m

Testler srasnda, Phantom V.7 marka, yüksek hzl kamera kullanlmtr. Kamera, 64x64 çözünürlükte 160000 pps’e, 800x600 çözünürlükte ise 4800 pps’e kadar, 8-bit siyah-beyaz görüntü salamaktadr. 4. DENEY SONUÇLARI

Yüksek hzl kamerada elde edilen görüntüler ile iki tip analiz yaplmtr. Düük kamera çekim hzlarnda elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntüler kullanlarak akn geneli hakknda bilgi elde edinilirken, yüksek kamera çekim hzlarnda elde edilen düük çözünürlüklü görüntüler kullanlarak lokal hesaplamalar yaplmtr. Bütün hesaplamalar, MATLAB yazlmnda gelitirilen algoritmalar kullanlarak yaplmtr. 31

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Serbest akma dik sv enjeksiyonu çalmalarnda en çok incelenen konu, jetin, serbest akmn içine ne kadar girdiidir. Bu amaçla, deney verilerinden bir çok korelasyon da elde edilmitir. Penetrasyon hesaplamasnda en çok kullanlan yöntem, ardk resimlerin piksel baznda standart sapmalarnn hesaplanmas ile oluan resmi incelemektir. Bu çalma kapsamnda elde edilen standart sapma resmi, ekil 2’de verilmitir. Yüksek hzl kamera ölçümlerinden; standart sapma resimleri ile penetrasyon yükseklii hesaplamak, tek olas hesaplama yöntemi deildir. Bir dier yöntemde de, piksellerin olaslk dalmlar kullanlmaktadr ([6]). Bu yöntemde, enjeksiyon noktasndan belirli bir uzaklkta, akma dik pikseller ele alnmaktadr. Bu piksellerdeki k younluu deerinin (“Intensity”) olaslk dalm çkartlmaktadr. Daha sonra her bir piksel için, belirli bir younluk deerini alma olasl hesaplanmakta ve sonuçlar, edeer eriler üzerinde gösterilmektedir. Çalma kapsamnda elde edilen olaslk dalm e erileri ekil 3’te verilmitir. Olaslk dalm hesaplamas, deiik pozisyonlarda yaplarak svnn ak ile karmasnn incelenmesinde kullanlmaktadr ([6]). Ancak arka plan resimleri çounlukla siyah renk alacaklar için, bu piksellerin siyah renkte olma olaslklar 1’e yakn olurken sv parçacklarnn geçtii pikseller ise, çounlukla beyaz renkte olacaklarndan bu fark kullanlarak penetrasyon yükseklii de hesaplanabilir. imdiye kadar açklanan yöntemler, pikseller de yer alan k younluu deerlerinin, ardk resimlerdeki deerleri ile ilintilidir. Ancak hareket eden partiküllerin varl, yan yana piksellerin deerleri arasnda da baz ilikilerin olumasna zorunlu klmaktadr. Ardk resimlerde hareket eden bir nokta, noktann hareket hzyla orantl belirli bir süre sonra komu piksellerde görülecei için, komu piksel noktalarnn kar-korelasyonu, gecikme süresinde bir zirveye sahip olacaktr ([10]). Zirvenin sfr gecikme süresinde belirmesi ise, komu iki pikseldeki k younluklarnn zaman içerisinde, istatistiksel olarak ayn olduunu belirtir. Yani ayn parçack, ayn resimde birden fazla pikselde görülmektedir. Dolaysyla sfr zirveli kar-korelasyona sahip komu piksellerin varl, o noktadan su parçacklarnn geçtiini iaret etmektedir. Bu prensip kullanlarak, suyun geçtii yerler ve geçen su parçalarnn genilii hakknda bilgi edinilebilir. Bu amaçla, farkl bir diyagram oluturulmaktadr. Enjeksiyon noktasndan belirli bir uzaklkta bir nokta seçilmektedir. Bu noktada, serbest akma dik pikseller incelenmekte ve her bir pikselin dier bir piksel ile kar-korelasyonunun zirve deerinin yerine göre, ilikili olup olmad deerlendirilmektedir. Eer i ve j pikselleri arasnda bir korelasyon varsa, (i,j) deeri 1 alnmakta, eer korelasyon yoksa 0 alnmaktadr. Elde edilen (i,j) deerleri, 1 beyaza, 0 siyaha gelecek ekilde çizildiinde korelasyon diyagram elde edilmi olur. Bu ekilde elde edilen bir grafik, ekil 4’te verilmitir. Diyagramdaki beyaz bölgeler incelenerek penetrasyon yükseklii hesaplanabilir. Açklanan yöntemlerle elde edilen sonuçlarn literatürde yer alan korelasyonlarla karlatrlmas, ekil 5’de verilmitir. h penetrasyon 32

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yüksekliini, dj enjeksiyon çapn, x ise enjeksiyon noktasndan uzakl belirtmektedir.

ekil 2 Elde Edilen Standart Sapma Resmi ve Bulunan Kenarlar

ekil 3 Olaslk Dalm ile Hesaplanan Jet Penetrasyonu

ekil 4 Korelasyon Grafii ve Ayn Noktadaki Olaslk Dalm

33

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

45 40

Korelasyon 4 ([7])

Korelasyon 2 ([6])

35

Korelasyon 3 ([6])

30 Korelasyon 1 ([5]) h/dj

25 20 15

PDF ile Elde Edilen

10

Korelasyon Grafigi ile Elde Edilen STD ile Elde Edilen

5 0

0

10

20

30 x/dj

40

50

60

ekil 5 Hesaplanan Jet Penetrasyonu ve Literatürde Bulunan Korelasyonlarla Karlatrlmas ( q 11.1 , d j 1 mm)

ekil 5’te de görüldüü gibi, standart sapma ile penetrasyon yükseklii hesaplama metodu ile penetrasyon yükseklii, çou korelasyona göre daha az hesaplanmtr. Bunun sebebi, jetin daha yüksek noktalarnda yer alan küçük partiküllerin, kamera tarafndan yeterince iyi alglanamamasdr. Zaten ekil 5’te belirtilen korelasyonlardan, deney sonuçlarna en yakn olan olan Korelasyon 1 de, standart sapma resimleri kullanlarak elde edilmitir ([5]). Dier korelasyonlar ise, daha modern test ekipmanlar olan PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) ve LDV (Laser Doppler Velocimetry) yöntemleri kullanlarak elde edilmitir ([6]). Bu yöntemler, daha küçük partikülleri alglama özelliine sahip olduklar için jet penetrasyonunu da daha iyi hesaplamaktadrlar. Ancak olaslk dalm ve korelasyon grafii ile elde edilen yüksek deerleri dikkate alndnda, bu deerlerin, daha iyi metotlarla yaplan korelasyonlara daha yakn sonuçlar verdii görülebilir. Korelasyon grafiinin avantaj, olaslk dalm grafii ile hesaplanabilir veri elde edilemedii durumlarda da yükseklik hesaplamasnn mümkün olmasdr. ekil 4’te, korelasyon grafii ile beraber ayn noktadaki olaslk dalm grafii de verilmitir. Olaslk dalm grafii, yükseklik hesaplamasn mümkün klmayacak kadar karmakken, korelasyon grafii çok daha açk ve anlalr sonuçlar vermektedir. Resimlerin, olaslk dalm ve standard sapma kullanlarak incelenmesi, süpersonik akma jet enjeksiyonu probleminin yüksek hzl kamera kullanmyla incelenmesinde en çok kullanlan yöntemlerdir. Ancak yüksek hzl kamera ile elde edilen resimlerde, akmn geneline ait zamana bal çok sayda bilgi bulunmaktadr. Bu yüksek mertebedeki bilgiler kullanlarak akmn geneli hakknda uzaysal ve zamansal bilgiler de elde edilebilir. Bu amaçla, su 34

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara jeti içerisindeki, su parçacklarnn geçiinin frekans ile ilgili bilgi edinmeye yönelik bir çalma yaplmtr. Bu amaçla her bir piksel için, ardk resimlerdeki k younluu deerleri kullanlarak her piksel için frekans spektrumlar hesaplanmtr. Hesaplanan frekans spektrumlar, 2 boyutludur (frekans ve buna karlk gelen genlik). Bu spektrumun ak topolojisi içerisinde nasl deitii, çok önemli bir bilgidir. Bu bilgiyi ortaya çkarmak için, her bir pikselin frekans spektrumundaki zirve deerleri bulunmutur. Buna ek olarak, frekans spektrumu, eit frekans aralklarna ayrlm ve her bir frekans aralna, spektrumda bir zirve deeri olup olmamasna göre 1 veya 0 deeri atanmtr. Bu sayede her bir piksel için, frekans aral says uzunluunda, ikilik sistemde bir say hesaplanmtr. Bu say, pikselin frekans spektrumundaki zirve deerlere karlk geldii için ayn deere sahip pikseller, ayn frekans zirvelerine sahip olacaktr. Bu saylar onluk sisteme çevrilip resim üzerinde gösterildiinde, ayn renkteki pikseller, ayn frekans içeriine sahip olaca için, akn genel frekans yaps gözlemlenmi olur. Enjeksiyon noktas etrafnda elde edilen verilerle elde edilen bu tür bir resim, ekil 6’da verilmitir. Çizelge 3’te ise, ekil 6’da yer alan deerlerin, hangi frekans zirvelerine karlk geldii belirtilmitir. Buna göre akmda 3 tane baskn frekans söz konusudur. Bütün akmda, 133.7 Hz’lik bir frekans bulunmaktadr. Bu frekans, bütün akm topolojisine yayld için “Whipping” frekans ya da jete enjekte edilen suyun kendi frekans olarak deerlendirilebilir. Bunun yan sra jetin serbest akmla birletii üst ksmlarndaki noktalarda görülen 266.4 Hz’lik frekans deeri, jetin üzerinde oluan yüzey vorteksleri ile, jetin gövdesinde yer alan 399 Hz’lik frekans ise jet yüzeyinden kopan su parçacklarnn frekans ile eletirilebilir. Literatürde, bu tür bir hesaplama bulunmad için sonuçlar, dorulanamamaktadr. ekil 5 yorumlanrken göz önünde bulundurulmas gereken nokta, bulunan frekans deerlerinin, partikülleri deil, jetten kopan “parça”lar temsil ettiidir. Akm çok hzl olduu için hzl kamera kullanm da yeterli olmamakta ve partiküller, poz süresi boyunca birden fazla pikselin içerisinde yer almaktadr. Bu, partiküllerin resimde tespit edilememesine, sadece daha büyük “parça” larn tespit edilebilmesine neden olmaktadr ([9]). Frekans resminde, jet penetrasyon yükseklikleri de belirgindir. Bu diyagramlar kullanlarak hesaplanan penetrasyon yükseklikleri, korelasyon diyagramlar ile ayn sonucu vermektedir. Çizelge 3. ekil 4 için Frekans Eletirmesi (X : Frekansta zirve var, - : Frekansta zirve yok)

Frekans Deeri

8

10

14

133.7 Hz

X

X

X

266.4 Hz

-

-

X

399 Hz

-

X

X

35

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 6. 3 Frekans Zirvesi Kullanlarak Elde Edilen Frekans Topografisi

5. SONUÇ

Bu çalmada, süpersonik bir akma dik olarak sv enjekte edilmesi probleminin incelenmesinde yüksek hzl kamera kullanm açklanmtr. Konu kapsamnda kullanlan resim ileme teknikleri açklanm ve yeni teknikler önerilmitir. Önerilen yeni teknikler ile elde edilen sonuçlar, literatürde benzer sonuç bulunamamas nedeniyle tam olarak dorulanamamaktadr. Gelitirilen yöntemlerin kullanm amac, hzlarn yüksek olduu ortamlarda ortaya çkan, hareket eden bir noktann ayn resim içerisinde birden fazla piksel içinde görünmesi nedeniyle oluan, “streaking” probleminin bulunduu resimlerden veri alabilmektir. Ancak bu etki, v ˜ dT / dpxl parametresi ile orantldr. v ([mm/sn]) lokal parçack hzn, dpxl (mm/piksel]) piksel boyutunu, dT (sn) ise kamera poz süresini göstermektedir. Bu parametrenin ayn ve 1’den büyük olduu koullarda resim özellikleri de ayn olacaktr. Dolaysyla deneyler, daha düük hzl ortamlarda yaplp baka test ekipmanlar ile güvenilir veriler elde edildikten sonra, sonuçlar, gelitirilen algoritmalarn dorulanmasnda kullanlabilir. Gelitirilen algoritmalarn hesaplama açsndan verimi, ölçüm düzeneinin basitlii göz önüne alndnda; bu makale kapsamnda açklanan yöntemlerin, özellikle yanma odas tasarm ve dorulamas faaliyetlerinde kullanlabilecei deerlendirilmektedir. Ancak algoritmalar, alev incelemesi gibi benzer dier uygulama alanlarnda da kullanlabilir. TEEKKÜR

Bu çalma, Von Karman Enstitüsü’nde 2005-2006 akademik ylnda tamamlanan “Diploma Course” program kapsamnda yaplmtr. Öncelikle bu imkan veren Von Karman Enstitüsü’ne ve finansal destek salayan Milli Savunma Bakanl’na; çalmama yakn destek salayan, destek, yardm ve 36

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara önerileri ile çalmaya biçim veren tez danmanlarm Dr. Olivier Chazot ve Sn. Cem Ozan Asma’ya ve çalmann temelini oluturan laboratuar çalmalarm mümkün klan Vincent Van der Haegen, Pascal Collin, Patric Daneels ve Alain Petit’e çok teekkür ederim. KAYNAKÇA

[1] Margason, R. J., (1993), “Fifty years of Jet in a crossflow research,” Computational and Experimental Assessment of Jets in Cross Flow, AGARDCP-534. [2] Fric, T. F., Roshko, A., (1994), “Vortical structure in the wake of a transverse jet,” J. Fluid. Mech., 352, 1-47. [3] Schetz, J. A., Kush, Jr. E. A., Joshi, P. B., (1980), ”Wave phenomena in liquid jet breakup in a supersonic crossflow,” AIAA J., 18, 774-778. [4] Bruber et. al., (1996), “Bow shock/jet interaction in compressible transverse injection flowfields,” AIAA J., 34, 2191-2193. [5] Schetz, J. A., (1980), “Injection and mixing in turbulent flow,” Prog. in Astronautics and Aeronautics Series V. 68, AIAA, NY. [6] Lin, K.-C. et al., (2004), “Structures of water jets in a mach 1.94 supersonic crossflow,” 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Nevada. [7] Chelko, L. J., (1950), “Penetration of liquid jets into a high velocity air stream,” NACA-RM-19E50F21. [8] www.vki.ac.be [9] Marangoz, A., (2006), “Investigation of Liquid Jet Injection Into a Hypersonic Crossflow,” VKI Diploma Course Project Report 2006-21. [10] Bendat, J. S., Piersol, A. G., Random Data : Analysis and Measurement Procedures (John Wiley & Sons Inc.), (1971)

37

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

38

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara AIR SLAH MÜHMMATININ ÖMÜR DEVR TAKBNDE RADYO FREKANS LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJLERNN UYGULANABLRL

Cengiz TAVUKÇUOLU (a), Hakan DUMAN (b), Murat SEN (c)

(a)

Yrd.Doç.Dr.Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654, Ankara, [email protected] (b)

Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654, Ankara, [email protected]

(c)

Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada Türk Silahl Kuvvetleri’ndeki TSK ar silah mühimmatnn ömür devri içerisinde envanter takibi için Radyo Frekans ile Tanmlama (RFID) teknolojisinin kullanlmas incelenmitir. Projede; mühimmatn üreticiden teslim alnmasndan itibaren, ana depolara teslimi, kullanc birliklere gönderilmesi, cephanelikte depolanmas ve çeitli yer deitirme aamalarnda izlenmesi gibi lojistik tedarik zinciri içerisindeki hareketleri sorgulanmtr. Makalede mühimmat takibinde RFID etiketlerinin kullanm ile insan unsurunun ortadan kaldrlmas ve envanter takibinin otomatik olarak yaplmas incelenmitir. Ülkemizde mühimmat takibinde henüz kullanlmayan bu sistemin dier ülke ordularndaki kullanm ve bu konuda yaplan aratrmalar incelenmitir. Daha önceki bir aratrmada elde edilen, mühimmat envanter takibinin deiik yöntemlerle sürdürüldüü sistemlere ait maliyet karlatrma sonuçlar yorumlanmtr. Aratrma sonucunda RFID etiketlerinin kullanlmasnn envanter maliyetini artraca genel görüünün aksine özellikle insan gücü maliyetinin ortadan kaldrlmasyla RFID teknolojisinin maliyetleri büyük oranda düürecei görülmütür. Ayrca insan gücünün mühimmat takip ve kontrolünden çkarlmasyla envanter saymnda ve kaytlarda oluabilecek hatalar ortadan kaldrd görülmütür. Anahtar Kelimeler: RFID , Envanter Takibi, Ar Mühimmat Ömür Devri. ABSTRACT

In this study, using Radio Frequency Identification (RFID) technology in inventory tracking for the heavy ammunition in its life cycle used in Turkish Armed Forces is analyzed. In project, the movement of the heavy ammunition in supply chain management involving respectively receiving goods from ammunition manufacturer, submitting it to the warehouses, delivering it to the user units, stocking it into the unit depots, also in every steps in ammunition movement among different units is studied. In the research, ending up human intervention in inventory tacking with using RFID tags, performing inventory tracking in an automatic way is examined. There has been no ammunition 39

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara inventory tracking applications with RFID tags in our country so far, so RFID applications of foreign armies and completed researches by different researchers are examined. We interpreted a cost comparison of multiple methods of maintaining ammunition inventory tracking results taken from a completed research. At the end of the research the results show that although the RFID investment on heavy ammunition inventory tracking seems expensive at face value, because of ending up the hidden manpower costs of maintaining ammunition inventory tracking it is much more economical. Also we see that elimination of manpower to track and to trace the ammunition inventory removed errors and inaccuracies in the records. Keywords: RFID, Inventory Tracking, Heavy Ammunition Life Cycle. 1. GR

Bilinen insanlk tarihi içerisinde bronz çandan nükleer çaa kadar askeri liderler hep ayn sorunla kar karya gelmilerdir. Etkin kararlar verebilmek için yeterli bilgiye nasl ulalr ve bu kararlarn arazideki birlikler tarafndan uygulanmas nasl salanr [1]? Bir kez ev tam olan herkes, tanrken ve tandktan sonra hangi eyann hangi kutu içerisinde bulunduunu bilmenin önemini anlamtr. Günümüzde siyasi ve askeri gelimelere bal olarak sürekli hareket halinde olan ordular da ayn problemle kar karyadrlar : Hangi malzeme nereye? 1990-91 yllarnda Körfez Sava’nda Amerikan ordusu Kuveyt igaline kar koymak için bölgeye intikalinde, yiyecek, giysi, silah, mühimmat ve teçhizat tayan 40.000 konteynrdan en az 25.000’ini indirme yerinde açarak malzemeleri manuel olarak tekrar listelemek zorunda kalmtr. Hiç kimse bu konteynrlarn içerisinde ne olduunu bilmedii gibi gerekli malzemeler bulunamad için ihtiyaç duyulan malzemeden daha fazla bir miktar bölgeye sevk edilmi, bu da durumun daha kötülemesine yol açmtr [2]. Söz konusu savata Amerikan birliklerinin tüm lojistiinden sorumlu General William G. Pagonis bu durumu u sözlerle açklamtr: “ Çok sayda kark yüke ve tanmlanmayan konteynrlara sahiptik. Tanan mallarn listesi konteynrlarn içinde ne olduuyla her zaman uyumuyordu. 41.000 konteynrdan yaklak 28.000’ini limanda açp içlerinde ne var diye bakmak zorunda kaldk. Sadece içindekilerin %10’u ileri hat birliklerine, geri kalan %90’ liman yaknndaki birliklere ait olan birçok konteynrla çöle doru 2000 mil ilerledik” [3]. Pentagon bu durumu Genel Malzeme Takibi (Total Asset Visibility-TAV) yöntemiyle düzeltmeye çalmtr. Bu yöntem basit olarak; hangi malzemeye sahip olduunuzu ve bunlarn nerede olduunu güncel olarak bilmektir. Bu strateji, muharebe alannda olduu kadar bar ortamnda da çözümler gelitirmeye yardm etmektedir [2].

40

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ülkemizin yer ald corafyada savunma ihtiyac ve buna bal harcamalar sürekli bir art içerisindedir. Bu art ülkemizin kstl kaynaklarndan pay ayrdmz savunma giderlerinin etkin ve verimli bir ekilde kullanlmasn zorunlu klmaktadr. Bu nedenle, ülke savunmasnda kullanlan ar silah mühimmatnn ömür devrindeki takibi stratejik öneme sahiptir. Mühimmat bilgilerine, tedarik aamasndan, depolama ve tüketime kadar sürekli ihtiyaç duyulmaktadr. Mühimmatlarn kullanmnda, ilk giren ilk çkar FIFO (First In First Out) prensibine uyulmas ve mühimmatn ömür devri içerisinde kullanlmas gerekmektedir. Bu nedenle stoklanan mühimmatn takibi zorunludur. Mühimmatn sürekli takip ve kontrol altnda bulundurulmas için sürekli bir bilgi akna ihtiyaç vardr. Bu süreç içerisinde Radyo Frekans ile Tanma (RFID) sisteminin kullanlmas etkinlii artracak bir yöntem olarak deerlendirilmektedir.

2. RFID SSTEM 2.1 Otomatik Tanmlama Sistemi Otomatik tanmlama; nesneleri belirlemeyi salayan teknolojilere verilen genel bir addr. Otomatik tanmlama genellikle otomatik veri toplama ile birlikte tanmlanr. Bu da varlklar tanmlamak, onlar hakknda bilgi toplamak ve toplanan bu veriyi el ile saymadan bilgisayar sisteminde tutmak için kullanlr. Otomatik tanmlama sistemlerinin amac verimlilii arttrmak, veri giri hatalarn azaltmak, personeli el ile yaplan sayma ileminin dnda daha kayda deer ilerde kullanmaktr. Otomatik tanmlama sistemi olarak birçok teknoloji bulunmaktadr. Bunlar; barkodlar, akll kartlar, sesli tanmlama, biyometrikler, optik karakter tanmlama ve radyo frekansl tanmlamadr [5]. 2.2. RFID nedir? “Radyo Frekans ile Tanmlama” (RFID), barkodlarn yerini alacak bir teknoloji olarak karmza çkmaktadr. Süpermarket ürünlerinden baz canllarn takibi için vücutlarna kadar her türlü fiziksel maddeyi etiketlemek için kullanlabilir. Bu maddelerin tümünün takip edilip saylabilmesi ilemini kolaylatraca gibi her türlü güvenlik ve kontrol sistemlerinde uygulama alan vardr. Günlük hayatmzn vazgeçilmez bir parças olmaya aday devrimsel nitelikte bir teknoloji olarak dünya pazarndaki yerini süratle almaktadr [5].

Etiketler (ekil 1) yonga, anten ve kaplama olmak üzere üç bölümden oluur. Yonga, etiketin üzerinde bulunduu nesne hakknda bilgi tar. Anten, radyo dalgalar kullanarak okuyucuya bilgi gönderir. Kaplama, etiketin nesne üzerine yerletirilebilmesi için yonga ve anteni çevreler [6].

41

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Yonga

Kaplama Anten

ekil 1 RFID etiket örnei [5].

Etiketler aktif, yar-aktif veya pasif olabilirler. Aktif RFID etiketleri bir verici ve bir güç kaynana sahiptir. Güç kayna mikroçipin devrelerini harekete geçirerek, okuyucuya (reader) sinyal gönderilmesini salar (Cep telefonunun baz istasyonuna sinyal göndermesi gibi). Pasif etiketler güç kaynana sahip deildir. Elektromanyetik dalgalar göndererek etiketin antenini uyaran okuyucudan güç alrlar. Yar aktif etiketler ise çipin devrelerini harekete geçirmek için güç kayna kullanrken, iletiim kurmak için okuyucudan uyar alrlar. Aktif ve yar aktif etiketler uzun aralklarla takip edilmesi gereken tren vagonlar gibi yüksek deerli varlklar için kullanlrlar, ancak pasif etiketlerden daha pahaldrlar ve düük deerli varlklarda kullanlamazlar. Bugün aktif etiketleri daha ucuza mal etmek için çalmalar sürdürülmektedir [7].

2.3. RFID tarihçesi ve uygulama alanlar

RFID teknolojisi, ilk olarak 2. Dünya sava srasnda ngiliz hava kuvvetleri tarafndan FOE (friend or enemy) uygulamas ile kendi uçaklarn düman uçaklarndan ayrt etmek amac ile kullanlmaya balanmtr. RFID teknolojisi 1970’li yllardan sonra firmalarn youn çabalar ve aratrma– gelitirme faaliyetleri sonucunda dier sektörlerde de kullanlmaya balanm ve ilk olarak hayvanclk sektöründe komu çiftliklerde bulunan hayvanlarn birbirine karmasn önlemek amac ile kullanlmtr.1980’li yllarda ürün ve eyalarn içine girmeye balayan RFID’in 1990’larda ticari amaçl kullanlmas hz kazanm ve mikroçipler ürünlere yerletirilerek, fiziksel kontak yerine ürün kimliklerinin radyo dalgalarla okunabilecei bir sistem oluturulmutur [5].

42

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3. AIR SLAH MÜHMMATININ ÖMÜR DEVR TAKBNDE RADYO FREKANS LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJLERNN KULLANIM ESASLARI 3.1. RFID Teknolojisine duyulan ihtiyaç Envanter takibinde RFID teknolojisinin kullanlmas ile tedarik zinciri yönetiminde etkinlik ve verimlilik konusunda olumlu frsatlar ortaya çkacaktr. Uygulamalar, tedarik zincirindeki (son kullanclar, raf stok görüntüleme, çalnan veya eksilen malzeme kontrolü, otomatik perakende sorgulamas ) kalite kontrolünü, depo yönetimini ve tamay kapsamaktadr [8].

Örnein tanan malzeme miktarnn envanterini fiziksel olarak çkarma yerine, tarayclar malzemeye taklan RFID etiketlerinden verileri okuyabilir ve bu verileri depo ve ambarlardaki bilgisayarlara yükleyebilirler. Yetkili kullanclar bilgisayar veri tabanndan bilgilere ulaarak lojistik kararlar verebilirler [9]. lk etapta, maddi deeri düük ancak hayati öneme sahip piyade tüfei mermisi veya bölge savunmas için kullanlan el bombalar gibi mühimmatlar için pahal RFID etiketleri kullanmak gerekli olmayabilir. Bunlar için, imdilik barkod sisteminin yeterli olaca öngörülmektedir [10]. Silahl Kuvvetlerde ar silah mühimmatnn envanter takip ilemleri titizlikle yürütülmesi gereken bir konudur ve etkin kararlar verebilmek için envanter saym sürekli güncel tutulmaldr. Mevcut durumda mühimmat stoklarnn takip ve kontrolü insan gücü kullanlarak el ile yaplmaktadr. Uzun sürede yaplan envanter saym, el ile kat formlara kaydedilmekte ve daha sonra bu formlar dosyalanmaktadr. Depodaki mühimmat giri ve çklar kaydedilmesine karlk, bu deiimler sonucu oluan yeni envanterin saym doal olarak uzun zaman almaktadr. 3.1.1. Mevcut mühimmat takibinde yaanlan sorunlar Mevcut envanter takip uygulamalarnda baz sorunlarla karlalmaktadr. Bunlar u ekilde özetleyebiliriz:

Uygulamann her aamas el ile yapldndan personele bal hata yapma olasl yükselmekte, hata durumunda yapldnda ise bütün mevcutlarn tekrar saylmas gerekmekte, bu da zaman kaybna yol açmaktadr [11]. Görevli personel tarafndan saym ilemlerinde deiik yöntemler kullanlmakta, bu da kuvvetler aras, kuvvet içi envanter çkarmada ve güncellemede sorunlarn yaanmasna yol açmaktadr.

43

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Saymla görevli personelin deimesi veya izin, istirahat vb. nedenlerle birlik dnda olmas durumunda salkl veriye ulamada ve güncellemelerde uzun zamana ihtiyaç duyulmaktadr. Mühimmat depolarndan ani malzeme çk girileri, malzemenin birlikler aras veya birlik içi yer deitirmesi, çeitli nedenlerle eksilen malzemenin anlk tespiti, zimmet devir teslimi vb. faaliyetler insan unsuru ile yerine getirildiinden kesin verilere sürekli sahip olmak zorlamaktadr. 3.1.2. RFID kapasitesi ve faydalar Yukardaki açklamalarn nda ar mühimmat takibinde RFID teknolojisi ile ilgili kapasite ve uygulama faydalarn aadaki tabloda görebiliriz. , Tablo 1 RFID Kapasitesi ve Faydalar [12]. KAPASTE RFID TEKNOLOJS UYGULAMANIN FAYDASI Okuyucu ve RFID etiketi Okuyucu ve etiketler arasnda Gözle arasnda tanmlanan kontrole gerek kullanlan radyo sinyalleri insanlar, maddeleri, barkod gibi optik teknolojilerin kalmadan hatta bir nesneyi tehis zorlanabilecei nesnelerden malzemeyi edebilirsiniz. kolaylkla geçebilir. tanma Verileri Çou RFID üretim hatlar Bir nesne tama etiketten içerikleri etiket okunurken e hattnda ilerken, okuma / zamanl olarak güncellenebilen okuma/yazma özellii etikete yazma baz modelleri kapsar. Pasif olan RFID etiketine imkan etiketler, genellikle yüklenen rota ve var yazlabildiinden daha uzun bir yeri bilgilerini otomatik mesafeden okunabilir. olarak deitirebilirsiniz. Grup okuma Uygun bilginin etikete letmenin amacna göre imkan yüklenmesiyle, bir okuyucuda ayn anda birden fazla bilgileri mevcut olan birçok malzemeyi okuyabilecek etiket ayn anda okunabilir. bir sistem imkan tanr.

3.2. RFID Teknolojisinin Uygulanmas [11]. Silahl kuvvetler tarafndan, üreticilerden veya yüklenicilerden teslim alnan mühimmatlar, ana depolarda görevli personel tarafndan, kodlanacak olan gerekli bilgiler yer numarasn da içerecek ekilde yüklenerek RFID etiketleri ile etiketlenerek depolanr. Depo personelinin veri ak için el terminali kullanmas zorunludur.

Kullanc birliklere sevk edilinceye kadar yükleme yerinde depolanan malzemelere ait RFID etiketleri yükleme öncesi tekrar el terminali ile taranarak bilgilerin yükleme yerindeki sisteme aktarlmas ve verilerin güncellenmesi salanr. 44

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Kullanc birlik ikmal sorumlusu, mühimmat kullanc birliklere sevk edilmek üzere araçlara, uçaklara vb. tama vastalarna yüklenirken, yüklendii ulatrma vastas bilgisini de içeren taranm malzeme etiketlerine ait detayl bilgileri ve miktarlar sisteme girerek güncellenmeyi salam olur. Yer deitiren malzemelere ait bilgilerin sistematik bir ekilde güncellenmesi kullancya tamann deiik safhalarnda malzemeler için bir ku bak imkan salar. Ana sistem deiik bölgelerde bulunan birliklerdeki malzeme bilgilerine sahiptir. Böylece sistemi kullanan personel bilgisayar anda bir birliin mühimmat miktarn, birlik içi datmn ve birliklerin depo miktarlarn görebilmektedir. RFID sisteminde, mevcut verilerde uyumazlklar olutuunda depo personeli fiziksel olarak envanter kontrolü yapar. Sorumlu personel tarafndan depo, yükleme yeri ve kullanc birliklerdeki mevcut bütün malzemeler el terminalleri ile taranr. Mevcut envanter bilgileri taradnda, depo personeli el terminalini sistemde senkronize ederek malzemelere ait verileri günceller. Sistem malzemelere ait toplanan ve sistemde mevcut olan verileri karlatrr ve bir rapor hazrlar. Mühimmata ait verilerin anlk olarak takibiyle, kullanclar veya komuta makamlar bu verileri deiik amaçlar için etkin bir ekilde kullanabilir. 3.3. RFID Teknolojisi ile Bu Teknoloji Kullanlmadan Yaplan Mühimmat Takip Sisteminin Karlatrlmas [13].

ABD Hava Kuvvetlerinde kullanlan akll mühimmatlarn genel envanter takip ve kontrol maliyetini belirleme için bir çalma yaplmtr. Tablo-2’de envanter takibi için kullanlan dört metodun yllk maliyetleri hesaplanmtr. lk metod herhangi bir otomatik tanma sistemi kullanlmadan sadece insan gücü ile yaplan envanter maliyetini göstermektedir. Bu metod her bir birlik için yllk 28 insan gücüne ihtiyaç duymakta ve 1,68 milyon dolarlk (28 X 60150 dolar) bir maliyet gerektirmektedir. kinci metod barkod sistemini kullanmaktadr. Bu sistem her bir birlik için yllk 16 insan gücüne ihtiyaç duymakta ve buna ek olarak 140 bin dolarlk bir yazlm maliyeti, toplamda da 1,1 milyon dolarlk bir maliyet gerektirmektedir. Üçüncü ve dördüncü metodlarda ise RFID teknolojisi kullanlmaktadr. Bu iki metod arasndaki tek fark sistemin sabit veya mobil olarak kurulmasdr. Mobil metod sabite göre iki kat daha fazla bir maliyet gerektirse de, bu sistemin tamamen mobil olmasndan kaynaklanan faydann daha yüksek olduu deerlendirilmektedir.

45

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

nsan gücü Maliyeti

Yazlm Miktar

Yazlm Maliyeti

Toplam Maliyet

Bir otomatik tanma sistemi kullanmadan Barkod ile RFID (Sabit sistem) RFID (Mobil sistem)

nsan gücü

Otomatik Tanmlama Sistemi

Hareketli Sistemler

Tablo 2 Genel Malzeme Takibi-Hava Kuvvetleri (Tav-Af) Tahmin Edilen Maliyetler (Milyon $)[13].

EVET

28

1,68 $

-

-

1,68 $

HAYIR HAYIR EVET

16 -

0,96 $ -

20 250 100

0,14 $ 0,25 $ 0,50 $

1,10 $ 0,25 $ 0,50 $

4. SONUÇ

Mevcut insan gücü veya barkod sistemi ile yaplan ar mühimmat takibinde baar salamann zor olduu deerlendirilmektedir. Bu nedenle istenilen sonuçlar elde etmek için en uygun otomatik tanma sistemi RFID teknolojisidir. lk bakldnda ar mühimmatn RFID teknolojisi ile takibi pahal gözükse de mühimmat takibinin barkod veya direkt insan gücü ile yapld sistemlerde sakl olan insan gücü maliyeti her birlik için yllk üç kat daha fazla maliyet dourmaktadr. Özellikle ar mühimmat gibi maliyeti ve etkinlii yüksek, ancak ihtiyaç duyulan kullanm miktar düük ordu mal için RFID teknolojisinin kullanlmas, insan gücünün envanter takibinde minimum seviyeye indirilmesi, dier maliyeti düük teçhizat ve mühimmat için barkodlama sisteminin kullanlmasnn uygun olaca deerlendirilmektedir. Mevcut RFID teknolojileri ile etiketleri okuma mesafesinin snrl olmas (maksimum 100m) nedeniyle, atlan mühimmatn hedefe kadar olan hareketini bu sistemle takip etmek mümkün deildir. RFID teknolojisinin gelimesi ve etiket okuma mesafesinin artrlmasyla mühimmatn hedefe kadar olan hareketinin uydu sistemi aracl ile izlenmesinin salanabilecei deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA

[1] Waldrop, M. M. (2002).Cutting through the Fog of War. (Çevrimiçi) 8 Ocak 2008 tarihinde, http://faculty.ed.umuc.edu/~meinkej/inss690/burns.pdf! adresinden eriildi. [2] Cargo 54. (1995). Where Are You? Economist. 334, Issue 7901, s.73. (Çevrimiçi) 5 Ocak 2008 tarihinde, http://faculty.ed.umuc.edu/~meinkej/ inss690/burns.pdf! adresinden eriildi. [3] Paponis, W.G. (2002). Dalar Yürütmek. Ankara. K.K.Basmevi. s119. 46

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [4] Otomatik Tanmlama Sistemi. (Çevrim içi) 9 Ocak 2008 tarihinde, http://www2.itu.edu.tr/~altuger/Dersler/IML322_files/Documents/OtomatikTan imlamaSistemleri.pdf! adresinden eriildi. [5] RFID Hakknda. (Çevrim içi) 2 Ocak 2008 http://www.pronis.com/ kb_rfid_1.asp ! adresinden eriildi.

tarihinde,

[6] RFID etiketleri. (Çevrim içi) 11 Ocak 2008 tarihinde, http://www.epcglobaltr. org/ images/rfid_etiketi.JPG ! adresinden eriildi. [7] Pasif ve aktif RFID etiketleri. (Çevrim içi) 5 Ocak 2008 tarihinde, http://www.rfidturkey.com/web/index.php?do=questions/start! adresinden eriildi. [8] Sarma, S., Brock, D., ve Engels, D. (2001). Radio Frequency and the Electronic Product Code. IEEE Micro. s.50. (Çevrimiçi) 10 Ocak 2008 tarihinde,  http://computer.org/publications/dlib ! adresinden eriildi. [9] Anderson, N.J. (2001). Challenges of Total Asset Visibility. Army Logistician, 33(1), 8. (Çevrimiçi) 11 Ocak 2008 tarihinde, http://faculty.ed.umuc.edu/ ~meinkej/inss690/burns.pdf! adresinden eriildi. [10] Sharp, K. R. (2000). Why You Need a Full Tool Belt. Supply Chain Systems Magazine. (Çevrimiçi) 12 Ocak 2008 tarihinde, (Çevrimiçi) 10 Ocak 2008 tarihinde, http://faculty.ed.umuc.edu/~meinkej/inss690/burns.pdf! adresinden eriildi. [11] Ammunitions Inventory Management System. RFID Tracking. (Çevrimiçi) 10 Ocak 2008 tarihinde, www.autoscan.biz/images/PDF/Ammo%20Inventory %20.pdf ! adresinden eriildi. [12] Sharp, K. R. (1999). Look Before You Make The [RFID] Leap. Supply Chain Systems Magazine. (Çevrimiçi) 8 Ocak 2008 tarihinde,  http://faculty.ed. umuc.edu/~meinkej/inss690/burns.pdf! adresinden eriildi. [13] Burns, D.R. (2002).Total Asset Visibility-Air Force (Tav-Af): Justifying The Capital Investment In Radio Frequency Identification (RFID) Technology On U.S. Air Force (USAF)“Smart” Weapons. (Çevrimiçi) 7 Ocak 2008 tarihinde, http://faculty.ed.umuc.edu/~meinkej/inss690/burns.pdf! adresinden eriildi.

47

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

48

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara REAKTF TABLET KULLANILAN ZIRH SSTEMLERNN ÇUKUR MLA JET DELME DERNLNE ETKLER

Nüket KOL (a), R. Orhan YILDIRIM (b)

(a) (b)

ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada, bir metal plaka ve arkasndaki ince bir patlayc tabakasndan oluan reaktif tabletin, küçük kalibreli bir çukur imla mühimmatnn oluturduu jetin delme derinliine olan etkisi aratrlmtr. Ana zrh üzerine dorudan yerletirilen belirli bir reaktif tablet konfigurasyonu kullanlmtr. Çukur imla ile ana zrh arasndaki ara mesafe sabit tutularak, NATO açsnn delme derinliine olan etkileri deneysel olarak incelenmitir. Anahtar Kelimeler: Çukur mla, Çukur mla Jeti, Reaktif Tablet, Penetrasyon, Patlayc Reaktif Zrh. ABSTRACT

In this study, the peformance of explosive pill, which is formed by a metal plate backed by a thin layer of explosive, against small caliber shaped charge jet penetration is investigated. A certain reactive tile configuration is placed directly on the main armour. Having fixed the standoff distance between the shaped charge and the main armour, the effects of NATO angle on penetration are investigated experimentally. Keywords: Shaped Charge, Shaped Charge Jet, Explosive tile, Penetration, Explosive Reactive Armor (ERA). 1. GR

Kaln zrhlarn etkisizletirilmesinde yüksek miktarda patlayc içeren mühimmatlar ile kinetik enerjili ve kimyasal enerjili mühimmatlar kullanlmaktadr. Yüksek patlayc içeren mühimmatlar genellikle zrh deforme ederek ve arka ksmndan parça kopmalarna sebep olarak zrh sistemine etki etmektedir. Kinetik enerjili mühimmatlar ise sahip olduklar yüksek hz ve younluk nedeniyle birkaç santimetre çapndaki alana yüksek bir enerji younlamasn salayarak zrhn delinmesinde kullanlmaktadr. Ancak bu mühimmatn istenilen yüksek hzlara ulaabilmesi için yüksek kalibreli namlulardan sabotlu mermi olarak atlmas gerekmektedir. Kaln zrhlarn 49

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara delinerek imha edilmesinde etkili yöntemlerden biri de kimyasal enerjili mühimmatlarn kullanlmasdr. Çukur imlal bu mühimmatlarn zrha çarp hz çok önemli olmadndan harp bal omuzdan atlan ve hedefe göreceli olarak düük hzda çarpan füze sistemleri ile de hedefe sevk edilebilmektedir. Çukur imlal bir harp bal, yüksek younluklu metalden yaplan bir konik astar, bir silindirik klf ve ikisi arasna doldurulmu yüksek patlaycdan oluur. Hedefe sevk edilen çukur imla mühimmat hedefe ara mesafe denilen belirli bir uzaklkta aktive edilir. Bu ara mesafe genellikle konik astarn taban çapnn 4 6 kat civarndadr [1, 2]. ekil 1’de tipik bir çukur imla harp balnn kesiti ve ana parçalar ematik olarak gösterilmitir.

ekil 1. Çukur mla Parçalar

Çukur imla mühimmatnn kaln zrh sistemlerine kar etkili olmas, içindeki patlaycnn bir fünye tarafndan atelenmesi ile konik astarn jet formunu almas salanr. Silindirik klf içinde oluan basnç dalgas astarn konik yüzeyine büyük bir basnç uygulayarak astar malzemesini koni eksenine doru büyük bir hzla iter. Koni ekseninde çarpan astar malzemesi akma dayanmnn çok üzerinde bir basnca maruz kaldndan kat özelliini yitirerek akkan gibi davranmaya balar. Bu ekilde eksende çarpan astar malzemesi koninin ekseni boyunca yüksek hzl bir jet oluturur. Jetin uc ksm 6-8 km/s’lik hzla ilerlerken, jetin kuyruk ksm göreceli olarak daha düük bir hzla (2-3 km/s) uc ksmn takip eder. Bu durum çukur imla jetinin ileriye doru hareketi srasnda uzamasna neden olur. Belirli bir uzunlua erien çukur imla jeti, ana zrha çarptnda çok küçük bir alanda çok yüksek gerilmeler oluturduundan zrh delmeye balar. Ana zrh üzerinde jetin çarpt noktada oluan basnç genelde ana zrh malzemesinin (örnein RHA çeliinin) mukavemet deerinin çok üzerinde olmas nedeniyle jet ve zrh malzemeleri çarpma bölgesinde akkan gibi davran gösterir. 50

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Jetin delme derinlii konik astarn taban ile ana zrh arasndaki mesafe ile ilikilidir. Öyle ki, delme derinlii ara mesafe olarak adlandrlan bu mesafe artrldkça artar ve belirli bir deerde maksimuma ular. Maksimum deerin elde edildii mesafe, optimum ara mesafesi olarak adlandrlr. Çukur imlann, ana zrha optimum ara mesafesinden daha düük veya daha yüksek bir mesafeden atelenmesi durumunda hedefdeki delinme miktarnda düü gözlenir. Jetin sabit olmayan ve kuyruundan ucuna kadar artan hz bileeni, jetin gittikçe uzamasna neden olur. Bu nedenle, jet belirli bir uzunlua eritikten sonra, düzenli olarak daha fazla uzayamayacandan, eksenel yönde kopmalar oluur. Patikülasyon olarak adlandrlan bu parçalanma sonucu jet delme etkisini ksmen yitirmeye balar. Bu nedenle partikülasyonun olumaya balamadan hemen önceki konumuna yerletirilen ana zrh ile çukur imlann ilk pozisyonu arasndaki mesafesi optimum ara mesafesini verir. lk kez Birkoff, McDoughall, Pugh ve Taylor sabit hzl bir jet için hedefin malzeme mukavemetini ve viskozitesini ihmal ederek, jetin delme derinliini hidrodinamik teori ile açklamlardr [3]. Daha sonra model, jetin uzunluu boyunca dorusal olarak deien hz düünülerek yeniden düzenlenmitir [4]. Zaman içinde Bernoulli prensibini ya da uzun çubuk delme modellerini baz alan, jet ve hedef mukavemetleri ile sktrlabilme etkilerini, partikülasyon sonucunda jetin kopma ve saçlma etkilerini hesaba katan baka modeller de sunulmutur [5]. 2. PATLAYICILI REAKTF ZIRH SSTEMLER

Çukur imla jetinin ana zrh delip geçmesinin önlenebilmesi, daha kaln zrh blou kullanlmas ile veya jeti deforme edecek dier baka sistemlerin uygulanmas ile mümkün olmaktadr. Kaln monoblok ana zrh ile korunan araçlarn arlklar da artacandan, aracn hareket kabiliyeti olumsuz yönde etkilenir. Bu amaçla çukur imla jetinin delme kabiliyetini önemli ölçüde azaltan reaktif patlaycl zrh sistemleri gelitirilmitir [6]. Patlaycl reaktif zrh (ERA) sistemi çukur imla jetinin hareket dorultusuna göre eik olarak ana zrhn üzerine yerletirilmektedir. ERA sistemleri genellikle ince metal plaka veya plakalardan ve bu plakalar harekete geçiren tabaka eklindeki patlayclardan olumaktadr. Genellikle çukur imla jetinin delme etkinliini büyük ölçüde azaltma kabiliyetlerinden dolay bu çeit mühimmatlara kar bir çeit add-on hafif zrh sistemi olarak kullanlabilmektedir [7]. Patlaycl reaktif zrhlarda, ön ve arka plaka olarak adlandrlan, patlayc madde ile temasta olan ve patlaycnn aktive olmas ile jete doru havalanan ince metal plakalar jetin uçu rotasnda sürekli olarak delinmesi gereken birer engele dönüürler. Jet ekseni ile kesiecek ekilde hareket eden plakalar ile çukur imla jetinin sürekli etkileimi jeti havada durdurmaya yetmese de jetin büyük bir ksmnn rotasndan sapmasna ve saçlmasna neden olur [7]. Bu 51

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara etkileimden sonra ana zrha eriebilen jet parçalar delme kabiliyetini önemli ölçüde yitirir. Reaktif tablet ana zrh yüzeyinin üzerine dorudan yerletirilen ince bir tabaka patlayc ve onun üzerine konan metal plakadan oluur. Ancak burada önemli olan reaktif tablet sisteminin dolaysyla ana zrh yüzeyinin çukur imla jeti dorultusuyla aç yapacak ekilde konumlandrlmasdr. Bu durumda çukur imla jetinin aktive ettii patlayc hemen üzerine yerletirilmi bulunan ince metal plakay dier ERA sistemlerinde olduu gibi ivmelendirerek, jet ile etkileime girmesini ve jetin delme etkinliinin azaltlmasn salar. Reaktif tablet sisteminin performans jet ile ön plakann normali arasndaki NATO açs olarak adlandrlan açya, hareketli plakann hzna, malzemesine ve geometrisine, ana zrh ile çukur imla koni taban arasndaki ara mesafeye baldr. Bu çalmada reaktif tabletin NATO açsnn çukur imla jetinin derinliine olan etkisi deneysel olarak aratrlmtr. Reaktif konfigürasyonu, ara mesafesi, çukur imla ve ana zrhla ilgili parametreler sabit tutularak sadece NATO açs 0°,15°, 30°, 45°, 60° deitirilmitir.

delme tablet bütün olarak

3. DENEYSEL ÇALIMA 3.1 Deney Düzenei

Deneylerde küçük çapl bir çukur imla mühimmat kullanlmtr. Ana zrh olarak AISI 1016 malzemesinden 300 mm x 100 mm x 50 mm boyutlarnda monoblok parçalar hazrlanmtr. lk önce çukur imlann belirlenen ara mesafede ve reaktif tablet kullanmadan ana zrh ne kadar deldii yaplan deneyle belirlenmitir. Reaktif tabletli deneylere geçildiinde, yaklak 30 g arlnda Kompozit C4 patlaycnn dorudan monobloun 50 mm x 300 mm’lik yüzeyine 3 mm kalnlnda olacak ekilde yerletirilmitir. St 37 malzemesinden hazrlanan 150 mm x 50 mm x 3 mm boyutlarndaki plakalar dorudan patlaycnn üzerine yerletirilerek zrh bloklar ile temas halinde olan reaktif tabletler oluturulmutur. Test edilen NATO açs ekil 2’de gösterilen düzenekler kullanlarak salanmtr. Çukur imla mühimmatnn reaktif tabletli ana zrha göre olan pozisyonu, mühimmatn ekseninin reaktif tabletin ön plakasnn orta noktas ile kesiecek ekilde ayarlanmtr. Çeitli düzenekler kullanlarak, çukur imlann farkl NATO açlarnda atelenebilmesi salanmtr. Bütün testler çukur imla mühimmatnn elektrikli fünye ile aktive edilerek sabit ara mesafesinden ana zrha atelenmesi ile gerçekletirilmitir. Bütün deneyler, MKE Barutsan Roket ve Patlayc Fabrikas’na ait poligonda EOD (patlayc malzeme imha - explosive ordnance disposal) timlerince gerekli tüm emniyet koullar alnarak gerçekletirilmitir. Bu ekilde poligonda 52

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara patlama sonucunda ortaya çkan parçacklarn ve oluan basncn çevreye zarar vermesi önlenmitir. Bu seri deneylerin tamamlanmasndan sonra delme derinliklerinin bulunabilmesi için monobloklar, jetin oluturduu delik eksenleri boyunca kesilmi ve delme derinlikleri ölçülmütür. Delik dibine biriken çukur imla malzemesi de dikkate alnarak toplam delme derinlii ölçülmütür.

ekil 2. Test Düzenei

3.2 Deneysel Veriler

Deneysel çalmada ara mesafe olarak 177 mm alnmtr. Bu deer daha önce yaplm bir çalmadan alnmtr [8]. Söz konusu çalmada yaplan saysal hesaplar 177 mm’ye kadar jetin uzadn ancak jet partikülasyonunun bu mesafeden sonra gerçekletiini göstermitir. Deneysel çalmada 177 mm mesafeye yerletirilmi çukur imla, reaktif tablet kullanlmadan ana zrh yüzey normali ile 0° aç yapacak ekilde atelenerek maksimum delme derinlii 140 mm olarak elde edilmitir. Deney yine ayn koullarda ancak reaktif tablet kullanlarak tekrar edilmi ve delme derinlii 127 mm olarak bulunmutur. Bu açda (0° NATO açs) patlaycnn ve uçan plakann etkisinin marjinal olduu anlalmaktadr. Bunun sebebi, uçan plakada sadece küçük bir deliin delinmesine ve uçu halindeki plakann jeti rahatsz etmemesine balanabilir. Reaktif tablet yerletirilmi ana zrha yaplan atlarda NATO açlar 15° ile 60° arasnda seçilerek deneyler gerçekletirilmitir. Deney sonrasnda ana zrhlarn delik eksenleri dorultusunda kesilmesi ile ölçülen delme derinlikleri Çizelge 1’de verilmitir. Çizelge 1’de gösterilen farkl NATO açlar için elde edilen delme derinlikleri ekil 3’de verilen grafikte gösterilmitir. Grafikten de 53

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara görülebilecei gibi NATO açs artrldkça, çukur imla jetinin delme performans azalmaktadr. Jetin hareket dorultusuna göre ana zrh eimi arttkça (bir baka deyile NATO açs arttkça) reaktif tablet ile jetin etkileim süresi uzamaktadr. Ön plaka tarafndan deforme edilen jet ana zrha ulaamadan enerjisinin büyük bir ksmn kaybetmektedir. Test numunelerine ait fotoraflar ekil 4 ve ekil 5’de gösterilmitir. Çizelge 1. Farkl NATO Açlar için EKÜTLE ve EBOLUK Deerleri

(Ara mesafe = 177 mm, 3 mm Ön Plaka/3 mm C4/Ana Zrh)

Ana Hedef Blou

NATO açs

EKÜTLE

EHACM

0°

Delme Derinlii (mm) 140

AISI 1016

1.00

1.00

AISI 1016

0°

127

1.07

1.05

AISI 1016

15°

108

1.25

1.23

AISI 1016

30°

78

1.70

1.65

AISI 1016

45°

70

1.86

1.78

AISI 1016

60°

35

3.31

2.98

Testlerde elde edilen jet delme derinlikleri kullanlarak kütle ve hacim etkinliklerinin (srasyla EKÜTLE ve EHACM) belirlenmesi için, reaktif tablet kullanlmam olan ana zrha 177 mm ara mesafeden 0° NATO açs ile atelenen çukur imla mühimmatnn gerçekletirdii 140 mm delme derinlii (Çizelge 1, satr 1) referans deer olarak alnmtr. Farkl NATO açlar ile gerçekletirilen testlerde elde edilen delme derinlikleri ve bu delme derinliklerine göre hesaplanan EKÜTLE ve EHACM deerleri Çizelge 1’de verilmitir.

4. SONUÇ

Kaln zrhlara kar kullanlan çukur imlalarn delme etkinliinin azaltlmasnda reaktif zrhlarn (ERA) çok etkin olduu bilinmektedir. Zrhn dorudan üzerine yerletirilmi olan ve bir ERA çeidi olan reaktif tabletin etkinlik derecesi bu çalma ile deiik NATO açlar için aratrlmtr. ekil 3’de görüldüü üzere NATO açsnn artmas ile ana zrhtaki delme derinliinin deiimi kullanlan

54

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Jet Ekseni Boyunca Delme Derinlii [mm]

140 120 100 80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

70

NATO Açs

ekil 3. Deneysel Aratrma Sonuçlarnn Karlatrlmas

ekil 4. 30° NATO Açsnda Atelenen Çukur mla Jetinin Reaktif Tabletli Ana Zrh Delme Derinlii

ekil 5. 60° NATO Açsnda Atelenen Çukur mla Jetinin Reaktif Tabletli Ana Zrh Delme Derinlii

çukur imla ara mesafesi ve tablet konfigürasyonu için dorusal bir ekilde azald görülmütür. 0°’lik NATO açsnda dahi toplam 6 mm kalnlktaki reaktif tabletin kullanlmas delme derinliini yaklak 13 mm (% 9) azaltmtr. NATO açs 60°’ye çktnda ise delinme miktar 140 mm’den 35 mm’ye (% 75 orannda) azalmtr. Buradan da anlalaca üzere tehditin ana zrha çarpma açsnn yüksek olduu açlarda reaktif tabletin çok etkin olduu anlalmaktadr. Zrhn kütle ve hacim etkinlii de artan NATO açs ile artmaktadr. Bu ise 60°’lik NATO açsnda % 70 hafiflemeye ve % 66 hacim olarak daha az yer igal etmesine karlk gelmektedir. Ancak reaktif zrhn yanllkla aktive olmas durumunda çevreye zarar verme ihtimali düünülerek uygulanmasnda baz tasarm deiikliklerinin yaplmas gerekir. 55

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

TEEKKÜR

Yazarlar, MKEK Genel Müdürlüü ve Barutsan Roket ve Patlayc Fabrikas Müdürlüü’ne deneylerin yaplmas srasnda gösterdikleri özverili çalmalar ve malzeme tedarikleri için, ayrca 1011 Ana Tamir Fabrikas Müdürlüü’ne deneyde kullanlan ana zrh temin ettikleri için teekkür ederler. KAYNAKÇA

[1] R. DiPersio, J. Simon, (1964), “The Penetration-Standoff Relation for Idealized Shaped-Charge Jets”, U.S Army Ballistic Research Lab. [2] M. Held (1983), “Characterising Shaped Charge Performance by Stand-off Behaviour”, Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics. [3] G. Birkoff, D.P. MacDoughall, E.M. Pugh, G. Taylor, (1948), “Explosives with Lined Cavities”, Journal of Applied Physics, 19, 563-582. [4] G.R. Abrahamson, J.N. Goodier, (1962) “Penetration by Shaped Charge Jets of Nonuniform Velocity”, Journal of Applied Physics, Vol 34, Number 1, 195-199. [5] W.P. Walters, J.A Zukas, (1989) “Fundamentals of Shaped Charges” Chapter 9, John Wiley and Sons, Inc., 130-170. [6] M. Held, M. Mayseless, E. Rototaev (1998) “Explosive Reactive Armour” Proceedings of the 17th International Symposium on Ballistics, Volume 1, 3346. [7] H.S. Yadav, P.V. Kamat, (1989), “Effect of Moving Plate on JetPenetration”, Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 14,12-18. [8] . Canba, (2003), “Effects of ERA on SC-Jet Penetration”, Mechanical Engineering Department, M.Sc., METU.

56

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara BETON HEDEFLERN OJV UÇLU YÜKSEK HIZLI ÇUBUKLARLA DELNMESNE ÇUBUK BOYUNUN VE ÇAPININ ETKS

Gökhan ÖZTÜRK(a), R. Orhan YILDIRIM(b)

(a) Ara. Gör. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride, yüksek hzla beton hedefe çarpan ojiv uçlu som tungsten alam çubuklarn belirli bir çap için boylarndaki ve belirli bir boy için çaplarndaki deiimin hedef içine gömülme derinliine etkisi, dorusal olmayan açk yapsal çözümleme hidrokod yazlm AUTODYN kullanlarak incelenmitir. Çözümleme srasnda 30 mm çapnda ve boylar 300 mm ile 800 mm arasnda deien som tungsten alaml çubuklar kullanlmtr. Ayrca, 600 mm boyunda ve çaplar 25 mm ile 55 mm arasnda deien çubuklarla da çözümlemeler yaplmtr. Çubuklarn hzlar 1500 m/s olarak sabit alnmtr. Bu deikenlerin 35 MPa dayanml beton hedeflere gömülme derinlii üzerindeki etkileri aratrlmtr. Anahtar Kelimeler: Darbe, Penetrasyon, Gömülme, Hidrokod, Beton, Tungsten Çubuk. ABSTRACT In this paper, the effects of change of lengths and change of diameters of solid tungsten alloy high speed rods on penetration depth into concrete targets are analyzed by the help of a non-linear explicit hydrocode solver software, AUTODYN. During analysis, solid tungsten alloy rods of diameter 30 mm and lengths varying between 200 mm and 800 mm are being used. In addition to this, rods with a length of 600 mm and diameters varying between 25 mm to 55 mm are analyzed. Speeds of the rods were taken to be 1500 m/s. The effects of these changes on penetration depth into concrete with 35 MPa compressive strength are examined. Keywords: Impact, Penetration, Hydrocode, Concrete, Tungsten Projectile.

1. GR Beton, stratejik öneme sahip birçok yapnn ana malzemesini oluturur. Bunlarn banda sivil amaçl olarak binalar, köprüler, tüneller, nükleer reaktörler, savunma sanayine yönelik olarak ise pistler, komuta snaklar gibi

57

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yaplar gelir. Bu yaplarn birçou stratejik olarak son derece önemlidir ve olas saldr ve kazalara kar hazrlkl olmalar, saldr sistemlerindeki gelimelere göre kendilerini yenilemeleri gerekmektedir. Örnein hazrlksz bir nükleer reaktöre kar yaplacak bir saldr ölümcül ve etkisi yllarca sürecek sonuçlar dourabilir. nfilak ve kinetik enerjili mühimmatlar bu tip yaplar için ana tehdit unsurlardr. Kinetik enerjili mühimmatlar arasnda ise ojiv uçlu çubuklar kaln zrhlara ve beton yaplara kar kullanlan mermi profilindedirler. Bu nedenlerle beton hedeflerin ojiv uçlu çubuklarla delinmesi, gerek sivil uygulamalar gerekse savunma amaçl uygulamalar açsndan analiz edilmesi gereken, stratejik öneme sahip bir konudur. 2. KULLANILAN YAZILIM (HDROKODLAR) Yaplan aratrmalarda ticari bir hidrokod yazlm olan AUTODYN kullanlmtr [1]. Bu yazlm, dorusal olmayan açk bir hidrokod yazlmdr ve cisimlerin yüksek hzlarda çarpmalarnn analizlerinde ve benzetimlerinde kullanlmaktadr. 2.1. Hidrokod Bir malzeme üzerindeki gerilmeleri, gerinimleri, hzlar ve ok dalgalarnn ilerlemesini zaman ve pozisyona bal olarak hesaplayabilen bilgisayar programlarna “hidrokod” ad verilmektedir. Hidrokod benzetimlerinde, dinamik bir yüke maruz kalan sürekli bir ortamn tepkisi, kütlenin, enerjinin ve momentumun korunumu yasalar ile beraber durum denklemi ve dayanm modeli kullanlarak belirlenir. Durum denklemi, ortamn skabilirliini younluk ve iç enerjinin bir fonksiyonu olarak belirlerken, dayanm modeli ortamn kayma direncini gösterir[2].

Yazlm, açk zaman entegrasyonu için zaman araln Courant-Friedrich-Levy (CFL) ölçütüne göre belirler. CFL ölçütüne göre, t zaman aral, bir dalgann, elemann en küçük boyutunu ( x) c dalga hzyla gidip gelmesi için geçen süreden daha ksa olmaldr [2].

2.2. Hidrokodlarla Malzeme Modellenmesi Dinamik malzeme problemlerini çözmek için kütlenin, momentumun ve enerjinin korunumu yasalarnn uygun balangç ve snr koullaryla birlikte uygulanmas gereklidir. Çözüm, ayrca, gerilmeleri deformasyonlar ve enerjiyle ilikilendirecek malzeme modellerine ihtiyaç duyar. Hidrokod yazlmlarnda bu ilem genelde toplam gerilme tensörünün hidrostatik basnç ve sapma gerilmesi olarak ikiye ayrlmasyla gerçekleir. Durum denklemi, hidrostatik basncn younluk ve enerjiyle (ya da scaklkla) ilikisini düzenlerken, dayanm modeli sapma gerilmesinin kayma direnciyle ilikisini belirler. Yani durum denklemi ve dayanm modeli, maddenin kuvvet altnda gösterdii

58

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara srasyla hacimsel ve çarplma eklindeki deiimleri gösterir. Yaplan analizlerde beton için RHT (Riedel, Hiermaier, Thoma) dayanm modeli [3] ve P- durum denklemi, tungsten alam için ise Johnson ve Cook dayanm modeli [4] ve ok durum denklemi kullanlmtr [5]. 2.3. Çözücüler 2.3.1. A Temelli Lagrange Lagrange çözücüsünde, a elemanlarnn ekli, malzeme ekliyle beraber bozulur. Bu yöntem teknik hesaplama açsndan verimlidir ve malzeme ara yüzünü uygun bir ekilde betimler. Ancak gömülme benzetimlerinde, mermiye yakn yerlerdeki elemanlar çok fazla bozulmaya urayacandan çözüm çok küçük zaman aralklarna bölünecek, bu da verimlilii düürecektir. Sonuçta elemanlar çok fazla deforme olacak ve iç içe geçecek, bu da çözümü durduracaktr. Verimlilii artrmak için, çok fazla bozulmu elemanlarn plastik ya da geometrik gerinimlerine göre silinmesine dayal erozyon algoritmas kullanlabilir. Erozyon ilemi gerçek hayatta karl olmayan bir ilemdir ve malzemeyle beraber bir miktar iç enerjiyi de yok edebilir [6]. 2.3.2. Euler Euler çözücüsünde, elemanlar uzayda sabit bir konumdadr ve malzeme bu eleman ann içinden akar. Bu özelliiyle gömülme gibi yüksek deformasyon oluan analizlerde kullanlmaya son derece uygundur ve küçük zaman aralklarna da neden olmaz. Ancak Euler çözücüsü Lagrange’a oranla daha az verimlidir. Ayrca malzeme ara yüzlerinin betimlenmesinde ve beton için gerekli olan karmak yapsal modellerin oluturulmasnda zorlular çkarabilir [6]. 2.3.3. A Temelli Olmayan Lagrange AUTODYN yazlmndaki SPH (Düzgün Parçack Hidrodinamii) çözücüsü, çözüm ana ihtiyaç duymayan bir Lagrange tekniidir ve yüksek deformasyonlu problemlerin çözümünde erozyona gerek duymadan sonuca ular. Ayrca a temelli Lagrange çözücüleri için yazlm karmak yapsal modeller, bu çözücüde de aynen kullanlabilir. Bununla beraber Euler çözücüsü kadar sk bir çözüm ana gerek duymaz [7]. Ancak SPH teknii dier tekniklere oranla yenidir ve a temelli çözücüler kadar olgunlam deildir. Bu nedenle baz safhalarda hatalar verebilir [6]. 3. MODEL BLGLER Analizlerde 2 boyutlu eksenel simetrik modeller kullanlmtr. Daha önce de bahsedildii gibi, hedef için 35 MPa dayanml beton, çubuk için ise tungsten alam malzemeleri tercih edilmi, çubuk hz 1500 m/s olarak belirlenmitir. Malzeme parametreleri hidrokod yazlmnn kendi malzeme kütüphanesinden kullanlmtr. Toplamda 11 adet at yaplm, bu atlar için kullanlan çubuklarn geometrik ölçüleri Çizelge 1’de sunulmutur. Beton hedeflerin

59

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara derinlii 6 metre olarak sabit tutulurken hedef çap, atlan çubuun çapnn 10 kat olacak ekilde ayarlanmtr. Çizelge 1’de verilen ksaltmalarn açklamalar ekil 1 ve 2’de gösterilmektedir.

Ölçü Ad At No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Rog [mm] 60 60 60 60 60 60 110 90 80 70 50

Çizelge 1 Ölçüler Rend [mm] 15 15 15 15 15 15 27,5 22,5 20 17,5 12,5

L [mm] 800 700 600 500 400 300 600 600 600 600 600

h [mm] 150 150 150 150 150 150 275 225 200 175 125

Çözücü olarak ise, beton için SPH, çubuk için a temelli Lagrange çözücüleri kullanlmtr. Beton hedef 4 mm büyüklükte SPH parçacklaryla modellenmi, hareket etmemesi için de çevresinden snr koullaryla sabitlenmitir. Çubuun uç ksm, yarçap dorultusunda 10 adet a elemanyla, arka taraf ise yarçap dorultusunda 10, boy dorultusunda 100 elemanla modellenmitir. Bu a düzeni kabaca ekil 3’te gösterilmitir. Modelde, tungsten alamna %150 Birikmeli Geometrik Gerinim erozyon ölçütü uygulanmtr. Beton hedef ise a temelli olmayan bir çözücüyle modellendiinden, herhangi bir erozyon ölçütüne ihtiyaç duymamtr. 4. YAZILIM SONUÇLARI Yaplan bilgisayar çözümlemeleri sonucunda elde edilen veriler Çizelge 2 ve 3, ekil 4, 5 ve 6’da sunulmutur.

ekil 1 Ojiv Uç Ölçüleri

60

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2 Model Ölçüleri

ekil 3 Çubuun Çözüm A Görünümü

Çizelge 2 Boy Deiimi Analizi Sonuçlar Çap Boy Gömülme Derinlii

Boy Deiimi Analizi 30 30 30 300 400 500 801 986 1131

30 600 1296

30 700 1453

30 800 1607

[mm] [mm] [mm]

45 600 1484

55 600 1702

[mm] [mm] [mm]

Çizelge 3 Çap Deiimi Analizi Sonuçlar Çap Boy Gömülme Derinlii

Çap Deiimi Analizi 25 30 35 600 600 600 1233 1296 1366

40 600 1418

ekil 6 Çözüm Sonras Betonda Oluan Hasar (At No: 3)

61

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4 Boy Deiimi Analizi Sonuçlar

ekil 5 Çap Deiimi Analizi Sonuçlar

62

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. SONUÇ Yazlm sonuçlarndan da görülebilecei üzere, tungsten alam yüksek hzl çubuklarn beton hedeflere gömülme derinlii, çubuk boyu ve çap büyüdükçe artmtr. Çubuk hznn, malzeme özelliklerinin ve duvar kalnlnn sabit olduu da göz önünde bulundurulursa, bu sonuç çubuk kütlesinin artmasna balanabilir.

Bununla beraber ekil 4. ve 5’ten görülecei üzere, çapn 25 mm’den 50 mm’ye artrlmas gömülme derinliini 1,3 katna çkarrken boyun 400 mm’den 800 mm’ye artrlmas gömülme derinliini 1,6 katna çkarmtr. Ancak çapn 2 katna çkarlmasnn kütleyi 4 katna çkaraca, boyun 2 katna çkarlmasnn ise kütleyi sadece 2 katna çkaraca göz önüne alnrsa, daha yüksek gömülme derinlii elde etmek için çubuk boyunun artrlmasnn daha etkin bir yol olduu anlalmaktadr. Ancak hem yazlmn hem de modelin içerdii baz varsaymlar ve yaklamlar göz önüne alnrsa (örnein erozyon ölçütü, gerçek malzemelerle yazlmn kulland modeller arasndaki uyumazlklar gibi), bu verilerin sadece karlatrmal olarak kullanlmas ve mutlaka deneylerle dorulanmas gerektii görülmektedir. Sonuç olarak, analizlerde kullanlan çubuk ölçülerinin mevcut kinetik enerjili mermilerle benzer ölçüler tadn göz önüne alndnda; bu verilerin, var olan ya da yeni ina edilecek yaplarda bir takm iyiletirilmelere gidilmesi için kullanlabilecei deerlendirilmektedir. 6. TEEKKÜR Analiz sürecinde bilgisayar altyapsnn kullanlmasna izin verdikleri için ODTÜ BLTR Merkezi yetkililerine teekkürü bir borç biliriz. 7. KAYNAKÇA [1] AUTODYN (2005), Theory Manual, Revision 4.3, Century Dynamics Inc. [2] C.Y. Tham (2005), “Reinforced Concrete Perforation and Penetration Simulation Using AUTODYN-3D”, Finite Element in Analysis and Design, 41 pp. 1401-1410 [3] W. Reidel, K. Thorma, S. Hiermaier,E. Schmolinske (1999), “Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500, Numerical analysis using a new macroscopic concrete model for hydrocodes”, Proceedings of 9th International Symposium on Interaction of the Effects of munitions with Structures, pp. 315–322, Berlin [4] G.R. Johnson, W.H. Cook (1983), “A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures”, Proceedings of the 7th Int. Symp. on Ballistics

63

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [5] H. Hansson, P. Skoglung (2002), “Simulation of Concrete Penetration in 2D and 3D with the RHT Material Model”, FOI-R--0720--SE [6] O.F.J. Meuric, J. Sheridan, C. O’Caroll, R.A. Clegg, C.J. Hayhurst (2001), “Numerical Prediction of Penetration into Reinforced Concrete using a Combined Grid based and Meshless Lagrangian approach”, 10th International Symposium on Interaction of Munitions with Structures, California [7] O. Ayst, R.O. Yldrm (2006), “nce Metal Plakalara Hiper Hzlarda Parçack Çarpmas”, SAVTEK 2006, Savunma Teknolojileri Kongresi, ODTÜ, Ankara

64

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAYISAL SMÜLASYON YÖNTEMLER KULLANILARAK HAFF ZIRHLI ARAÇLARDA MAYINA KARI KORUMA SEVYESNN GELTRLMES

Atl ERDK (*), Namk KILIÇ (*), Korkut KBAROLU (*)

(*) (*) (*)

OTOKAR A.., Ar-Ge Direktörlüü, BDM Birimi, 54580, Sakarya, [email protected] OTOKAR A.., Ar-Ge Direktörlüü, BDM Birimi, 54580, Sakarya, [email protected]

OTOKAR A.., Ar-Ge Direktörlüü, Askeri Araçlar Müdürlüü, 54580, Sakarya, [email protected]

ÖZET

Düzenli ordu harekatlarnn taktik görevlerine yönelik zrhlandrlm olan hafif zrhl araçlar, asitmetrik tehdidin yüksek olduu görev alanlarnda anti-araç ve anti-tank maynlarna kar daha üst koruma seviyelerine ihtiyaç duymaktadr. Gerçek boyutta mayn ve araçlar kullanlarak yaplan fiziksel denemeler, organize edilmesinde karlalan güçlüklerin yannda yüksek maliyetler de oluturmaktadr. Fiziksel denemelere alternatif olarak, mayn patlamasnn araç yaps üstüne etkilerinin saysal simülasyon yöntemleri kullanlarak öngörülmesi, bahsedilen kstlamalar çözüp araç gelitirme sürecini hzlandracaktr. Simülasyon yöntemi literatürdeki pek çok çalmada öncelikle, düük patlayc miktarlaryla gerçekletirilen plaka modellerinde denendikten sonra, elde edilen bilgilerle araç tasarmna geçilmitir. Bu çalmada farkl olarak, araç yapsn temsil eden bir fikstür tasarlanarak geometrik yapnn etkilerini de dahil ederek bir dorulama süreci amaçlanmtr. Yaplan fiziksel denemelerle saysal simülasyon sonuçlar karlatrlarak, araç tasarmna referans olacak modelleme yöntemi belirlenmitir. Anahtar Kelimeler: Patlama, Çarpma, Hafif Zrhl Araç, MMALE, Saysal Simülasyon. ABSTRACT

Aiming to regular tactical operations, light-weight armored vehicles need superior protection level against anti-vehicle and anti-tank mines in terms of anti-symmetric threats. Experimental test, in which full-scaled prototypes and mines used, involves some difficulties in addition to its high cost throughout preparation process. As an alternative to physical trials, investigating for influence of mine blast on vehicle structure using numerical simulation techniques, would be a fresh breath to restrictions mentioned above and would probably improve the development process. 65

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara In short, field test results and numerical calculations were compared in order to build up a novel modeling methodology for light-weight, mine-protected vehicles. Keywords: Explosion, Impact, Light-Weight Armored Vehicle, MMALE, Numerical Simulation. 1. GR

Bilinen yöntemlerle aracn vurulabilirliini azaltmak için anti-mayn koruma sistemlerinin iyiletirilmesi, youn deneysel test çalmalar gerektirmektedir. Bu test programlar, patlamann araca yapt hasar ve testin hazrlanma safhalar gözönüne alndnda oldukça maliyetli ve zaman harcaycdr. Oysa gelitirme safhasndaki arac dorulamak için saysal yöntemler kullanlp aracn mayn patlama analizleri yapldnda, aracn vurulabilirliini gözlemlemek için patlama sonucunda oluan hasar tahmin etmekte oldukça tatminkar sonuçlar alnabilir. Analizler, maliyeti büyük rakamlara ulaan deneysel testlerin saysn asgariye düürürken, ayn zamanda da test sonuçlarn yorumlamaya yardm eder. Ek olarak, arazi koullarnn ve dier faktörlerin farkl etkenlerden dolay deiken olmas, her bir patlama testinin bir takm yönlerden bir dieri ile farkllk göstermesine sebep olur. Bu durum da, örnein iki farkl patlama testinin birbiri ile mukayesesini oldukça güçletirmektedir. Patlama etkilerinin ve her bir yap cevabnn doru olarak çkarlmas, patlama koruma seviyelerindeki iyiletirmeler için oldukça önemlidir. Bu da simülasyon yetenei ile direkt ilikilidir. LS-DYNA [1], patlama uygulamalar için oldukça uygun bir nonlineer sonlu elemanlar kodudur. 2. SMÜLASYON YÖNTEMNN BELRLENMES

Doru bir mayn patlama simülasyonu, ancak araç üstüne doru patlama yüklerinin uygulanmasyla elde edilebilir. Bu konuda yaplan ilk çalmalardan biri, patlamada oluan basnçlar hesaplamak için Brode tarafndan 1970 ylnda gelitirilmitir [2-4]. ALE yöntemiyle, hesaplama alanndaki düüm noktalar, Langrange eleman gibi hareket edebilir veya Euler eleman gibi sabit kalabilir. Bu yöntemle patlama sonucu oluan ok dalgasnn hava içinde ilerlemesi ve oluturduu basncn yap üstüne etkileri modellenebilmektedir. 3. MAYIN PATLAMASININ MODELLENMES VE SMÜLASYONU

Patlama analizlerinde gerçek hayata yakn sonuçlar ancak doru modelleme teknikleri kullanlarak elde edilebilir. Hem yapsal modelin hem de akkan modelinin detay miktar arttkça gerçeklie yaklalrken dier yandan da analizin çözüm süresi artar, süreksizlik eilimi fazlalar. 66

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.1 PATLAMA (MMALE) MODEL

Simülasyonda basnç, incelenen yapya indirekt olarak uygulanmaktadr. Basncn zamanla akkan içerisindeki yaylm Ls-Dyna algoritmas tarafndan, patlayc ve akkan modelleri için belirlenen durum denklemleri kullanlarak hesaplanmaktadr. ALE modelinin geçerli olabilmesi için patlayc, patlaycy çevreleyen sistem ve akkanlarn da modellenmesi gerekmektedir. Mayn *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN malzeme modeli kullanlarak modellenmitir. Lagrangian ve Eulerian elemanlarn birbirleriyle olan ilikisi *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP_OPTION ile salanmtr. Patlamann yaratt basnç dalgas hava vastasyla, Ls-Dyna gaz-yap etkileim algoritmas *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID kullanlarak yap ile etkileime girmitir. Sonuç olarak yapda oluan gerilme, uzama, hz ve ivme gibi fiziksel deerleri hesaplanmtr [2]. 3.2 TEMEL DENKLEMLER: PATLAYICI VE HAVA DENKLEMLER

nfilan balamas ve patlama reaksiyonu ürünlerinin olumas için simülasyonda ampirik Jones-Wilkins-Lee Denge Denklemi kullanlmtr (*EOS_JWL_TITLE) [1];

P

ª ª w º  R1V w º  R2V wE A «1   B «1   »e »e V ¬ R1V ¼ ¬ R2V ¼

(1)

Burada; P=P(x,y,z,t) V=P/Vi Vi E A,B,R1,R2,w

: Basç alan : O anki basnçtaki patlayc malzeme hacmi : Tepkimeye girmemi patlayc malzemenin ilk hacmi : Özgül ilk enerji : Deikenler

A,B,R1,R2,w parametreleri aadaki koullar salamas için (1) No'lu denklemde yerlerine konmutur (Lee, Horning, Kury, 1968); 1. Ölçülmü Chapman-Jouget durumu 2. Silindir testinde ölçülmü genileme davran 3. Büyük genilemenin termodinamik snrlar 4. Hidrodinamik süreklilik TNT için Dobratz ve Crawford, 1985, aadaki parametreleri vermilerdir [5]; Tablo.1 TNT'ye ait JWL parametreleri A (MBar) B (MBar) R1 R2 w 3,71213 0,0323 4,15 0,95 0,3

67

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Hava, ok dalgalarnn hareketini salamak için modellenmitir. Havann davran farkl denklemler ile saysal olarak hesaplanabilir (Örn, Gruneisen denklemi, ideal gaz denklemi, Lineer Polinom denklemi). Lineer polinom denklemi havann davrann gerçee uygun olarak simüle etmesi için kullanlmtr.

P

C 0  C1 m  C 2 m 2  C 3 m 3  (C 4  C 5 m  C 6 m 2 ) E

(2)

Burada;

U U  1 'dir. , o anki younluun ilk younlua oran, Cx ,sabittir. Gazlar U0 U0 için C 0 C1 C 2 C 3 C 6 0 , C 4 C 5 J  1 'dir. Burada , özgül s m

orandr. ve (2) nolu denklem düzenlemeler yapldktan sonra aadaki (3) No'lu denkleme dönüür;

P

(J  1)

U E U0

(3)

Tablo.2 Hava'ya ait lineer polinom parametreleri U 0 (kg / m 3 ) C4 C5 J

Hava

1,025

1,4

0,4

0,4

3.3 PATLAYICININ MODELLENMES

NATO ülkeleri tarafndan bu konuda ortak bir yöntem belirlemek amacyla patlama ortamn ve patlayc boyutlarnn tanmland belli bir test prosedürü hazrlanmtr. Her ne kadar, patlamann yaplaca toprak yaps hakknda belirleyici tanmlamalar yaplsa da, testlerin tekrar edilebilirlii ve simülasyonlarla dorulanmas srasnda oluacak üphelerin azaltlmas amacyla, yine ayn test prosedüründe tanml toprak altnda patlamay temsil eden çelik patlama çana kullanlmtr (ekil.1) [2].

ekil.1 Mayn patlama çana ve sonlu elemanlar modeli

Uygulanan yöntemin dorulanmadan komple araç gövdesinde kullanlmas, sonuçlarn deerlendirilmesinde pek çok açk noktay beraberinde getirecektir. Genelde yöntem dorulamalar basit düz plaka düzenekleri ve düük miktarda patlayc kullanarak yaplmaktadr. Araç tasarmnda patlaycya direk maruz kalan yüzeyden ziyade, personeli tayan iç yapnn davrannn bilinmesi ve 68

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yapnn temel geometrik sorunlarnn araç testlerine gidilmeden anlalmas için aracn d yapsn temsil eden ksmi modeller kullanlmasna karar verilmitir. Dolaysyla farkl tasarmlar test ve analiz ederken, araç yapsn (arlk, yapsal dayanm, yere basma noktalar) simüle eden bir test düzenei tasarlanmtr. (ekil.2) 3.4 YAPISAL MODEL

Simülasyon için gerekli parametre kartlar sonlu elemanlar modeline (ekil.3) Ls-prepost2.2 ön ilemcisinde girilmitir. Sistemin sonlu elemanlar modelinde kullanlan eleman tipleri ve saylar Tablo.1'deki gibidir.

ekil.2 Test düzenei

ekil.3 Test düzeneinin SE modeli

Yapdaki tüm kabuk elemanlar iki entegrasyon noktal Belytschko-Tsay elemanlarndan olumaktadr. Hava, çanak ve mayn için kat eleman tipi olarak tek entegrasyon noktal ALE elemanlar tercih edilmitir. Tat gövdesinde zrh çelii ve adi çelik malzemeleri kullanlmtr (ekil.4). Zrh çelii, alüminyum ve adi çelik için patlama analizlerinde yüksek doruluk salayan *MAT_JOHNSON_COOK_TITLE malzeme modeli seçilmitir. Çanak için ise *MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE kullanlmtr. Kullanlan malzemelerin mekanik özellikleri Tablo.2'de sralanmtr [6]. Tablo.1 Model detaylar Toplam düüm noktas says Toplam eleman says Eleman Kabuk Tipi Kat Rijit Esnek Punto kayna

Tablo.2 Malzeme özellikleri

715353 Malzeme

LS-DYNA Kartlar (cm, g, us, 10MN)

691897 *MAT_JOHNSON_COOK_TITLE 223989 467908 55591 636306 924

RO E PR D1 Alüminyum 2,66 0,7 0,33 0,2 Zrh Çelii 7,86 2,06 0,3 0,1 Adi Çelik 7,86 2,1 0,3 0,2 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE HH-çelik 7,86 2,06 0,3 -

69

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3.5 SONUÇLAR

Analiz sonucunda elde edilen enerji bilgisi bize simülasyonun gerçee yaknl hakknda önemli fikirler verir. Enerji denklemi patlamann herhangi bir annda korunmaldr; 0 E kin  E iç  E sür  E sön  E hg E kin  Eiç0  Wd (4) Toplam Enerji (4) No'lu denklem enerjinin korunumu ilkesine göre dengede kalmaldr. Sistemin iç enerjisine baklarak, yapsal parçalarn elastik birim uzama enerjileri ve yaplan d i miktarlar bulunabilir. Yapdaki kalc deformasyon ise sistemdeki iç enerjinin aça çkmasyla oluur. ekil.6'da görülecei üzere t=0 annda mayn infilak eder, t=200 s'de ok dalgas V-karna çarpar. Basnç bu anda V-karna ular ve gövdenin alt bölgesini ezmeye balar. Patlamadan 600 s sonra alt yap üst yap ile etkileime geçer ve beraber hareket etmeye balarlar. t=4400 s'de V-karnn elastik uzamas maksimum deerine eriir ve bu pik noktasndan itibaren elastik uzama dümeye balar. Son olarak Vkarnn nihai eklini ald plastik uzama deerine varr. Patlamann üst tabanda oluturduu kalc ve elastik deformasyonu ölçebilmek amacyla, patlama srasnda sabit kalan fikstür alt tabanna balanm kurun borular kullanlmtr. Kurun borularn yerleimi ekil.5'da verilmektedir.

ekil.5 Elastik ve plastik deformasyon ölçümü için kurun borularn yerleimi

ekil.7’deki grafik incelendiinde, ölçüm alnan noktalarda test ve simülasyon sonuçlarnn birbirlerine çok yakn olduklar görülebilir. Grafik üzerindeki bölgeler; 1 V-karn, z-yönü uzama; V-karn, x,y,z - bileke uzama; 3. V-karn destek, bileke uzama; 4 Kabin taban, z-yönü uzama.

70

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil.6 Sistemdeki enerji dalm

Araç çin Kritik Görülen Bölgelerin Yer Deitirme Miktarlar Yer Deitirme [1 Birimlik Uzama]

12,0 10,0 8,0

Simülasyon

6,0

Test 4,0 2,0 0,0 1

2

3

4

Bölge No

ekil.7 Simülasyon ve test sonuçlarna göre kritik bulunan bölgelerdeki uzamalar

Simülasyon sonuçlarnn saha testleriyle örtümesi, analiz yaplrken aadaki kriterlerin gözönünde bulundurulmasyla açklanabilir; 1. 2. 3.

Problemin eksiksiz ve tam olarak anlalmas, Simülasyon için oluturulan modelin, gerçek hayata yakn sonuçlar verebilecek nitelikte ve hassasiyette olmas. Patlamann doasn en doru biçimde yanstan malzeme ve akkan modellerinin kullanlmas.

Simülasyon sonucunda gövdede oluan gerilme dalm ile patlamann test fikstürüne yapt etki ekil.8'deki gibidir.

71

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Saysal Simülasyon - gerilme dalm

Saha testi - Fikstür

ekil.8 Test ve analiz sonuçlarn karlatrlmas 4. DEERLENDRME

Bu çalmada, konsept bir aracn mayn patlamas esnasnda patlamadan en çok etkilenen bölgesi, tat alt gövdesi bir fikstür üzerine sabitlenmitir. Fikstür belli bir arlktaki maynn infila sonucu ok dalgasna maruz kalm ve yapnn patlamaya kar direnci gözlenmitir. Daha sonra ayn fiziksel koullar salayan sonlu elemanlar modeli oluturulmu ve mayn patlama simülasyonu yaplmtr. Simülasyon sonucunda test verilerine çok yakn deerler elde edilmitir. Askeri tatlarn ve mürettebatn mayn tehditlerine kar korunmas ve patlama seviyelerinin iyiletirilmesi, savunma sanayi aratrmalar alannda oldukça önemli bir yer tekil etmektedir. Hem deneysel aratrmalar hem de hesaplamal analizler bu dorultuda önemli bir rol oynar. ayet analizler deneysel testler ile bir kez dorulanrsa, sistemin nihai haline ulamasn salayan tasarm arac olarak kullanlabilir. Analizler, maliyeti büyük rakamlara ulaan deneysel testlerin saysn asgariye indirirken, ayn zamanda da test sonuçlarn yorumlamaya yardmc olur. 5. TEEKKÜR

Bu makale, Otokar Otobüs Karoseri Sanayi A..'nin, Ar-Ge Direktörlüü'ne bal Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) ve Test ve Validasyon Birimleri'nin ortak bir çalmas olup, "Mayn Patlama Testleri ve Simülasyonlar" projesinin bir ürünüdür. Otokar A.'ye bu makalenin yaynlanmasna verdii izinden dolay teekkür ederiz.

72

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

KAYNAKÇA

[1] J.Hallquist, "Ls-Dyna Keyword User's Manual Version 971", Ls-Dyna Manual, (LSTC, Livermore, CA, USA), (2007). [2] Z.M. Vulitsky, J. McMullen, “Ship Structures Subject To High Explosive Detonation”, 7th International Ls-Dyna User Conference, 6.27-6.33, (2002). [3] R.F. Recht, T.W. Ipson, “Ballistic Perforation Dynamics”, Journal of Applied Mechanics, 30, 385-391, (1963). [4] W.T. Thomson, “An Approximate Theory of Armor Penetration”, Journal of Applied Physics, 26, 80-82, (1955). [5] J. Awerbuch, “A Mechanics Approach to Projectile Penetration”, Israel Journal of Technology, 8, 375-383, (1970). [6] J. Wang, "Simulation of Landmine Explosion Using Ls-Dyna3D Software", Defence Science And Technology Organisation, 1-18, (2001)

73

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

74

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ALÜMNA SERAMK / ALÜMNYUM AA 2024 T4 KOMPOZT ZIRH SSTEMLERNN BALSTK ETKNLK ANALZLER

Mehmet EVCM (a), R. Orhan YILDIRIM (b)

(a) (b)

Roketsan, 06780, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada 7.62mm zrh delici mermi çarpmasna kar deiik konfigürasyonlardaki koruyucu sistemlerin etkinlii aratrlmtr. Bu sistemler AA 2024 T4 malzemesinden oluan bir bloun tek bana ve alümina seramik ön katman ile birlikte kullanld deiik çarpma açl durumlar içermektedir. Balistik etkinlik hem analitik yöntemle hem de bilgisayar destekli eksplisit sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmitir. Ayrca sonuçlar literatürde bulunan veriler ile de dorulanmtr. Anahtar Kelimeler: Alümina Seramik, Balistik Limit Hz, Penetrasyon Derinlii, Eksplisit Sonlu Elemanlar Yöntemi, Açl Çarpma, Autodyn ABSTRACT

In this paper, ballistic performance of different systems against 7.62 mm armor piercing (AP) bullet impact is investigated. These systems consist of AA 2024 T4 blocks with and without alumina ceramic front cover with different impact angles. Ballistic performance is studied by means of analytical methods and explicit finite elements approach. Additionally, results are verified with available data in the literature. Keywords: Alumina Ceramic, Ballistic Limit Velocity, Depth of Penetration, Explicit Finite Elements Method, Oblique Impact, Autodyn

75

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Terimler

A a ap B C hs

Statik akma gerilmesi Edeer yarçap Mermi yarçap Sertleme katsays Gerinim hz katsays

HEL ti

Hugoniot Elastik Limit Katman kalnl

VBL

Balistik limit hz

H kopma

Kopma gerinimi

H Um Us Vm T

Normalize plastik gerinim hz Metal younluu

*

Seramik kalnl

hm

Metal kalnl

Mp

Mermi kütlesi

m n

Scaklk etkisi üssel katsays Sertleme üssel katsays

Seramik younluu Kopma gerilmesi Eim (çarpma) açs

1. GR

Günümüzde zrh sistemlerinin daha hafif ve daha etkin olmas büyük önem tamaktadr. Farkl malzemelerin üstün özelliklerinin birletirilmesi amacyla katmanl tasarmlar zrh uygulamalarnda skça kullanlmaktadr. Yüksek basma ve hasar sonras dayanmlar ile düük younluklar nedeniyle seramikler zrh uygulamalarnda yaygn kullanma sahiptir. Seramikler, çounlukla ön tabaka olarak kullanlmakta ve ikinci bir metal katman tarafndan desteklenmektedir. Böylece mermilerin kinetik enerjisi düürülmü, mermi burnu ciddi biçimde deforme edilmi ve güvenlik arttrlm olmaktadr. Zrh etkinliini arttrmann bir dier yolu da, merminin yüzeye mümkün olduunca eik çarpmasn salamak ve böylece yap içinde alnan yolu arttrarak merminin daha fazla enerjisinin zrhta emilmesini salamaktr [1]. Uygun çarpma açsnda mermiyi yüzeyden sektirmek bile mümkün olabilmektedir (ricochet). Zrh performans tahmininde testlerin yan sra analitik çözümler ve saysal analiz yöntemleri kullanlabilmektedir. Özellikle son yllarda artan ilemci yetenekleriyle üç boyutlu modellerde ksa sürede çözüme ulalabilmektedir. Bu çalmada 7.62 mm çapnda zrh delici özellie sahip mermi darbesine kar %99.5 saflkta Alümina ve AA 2024 T4 katmanlarndan oluan kompozit zrhn (ekil 1) deiik konfigürasyonlarnn balistik etkinlik analizleri gerçekletirilmitir. ncelenen konfigürasyonlar Çizelge 1’de verilmitir. Çizelge 1 Balistik etkinlikleri incelenen zrh konfigürasyonlar (AA kalnl 60 mm)

Zrh Konfigürasyonlar Seramik Kalnl (mm) Çarpma Açs (Derece)

0 0

30

2 45

0

76

30

4 45

0

30

6 45

0

30

45

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 ncelenen konfigürasyonlardan 6 mm seramikle güçlendirilmi düz blok geometrisi

Çalmalarda kullanlan 7.62 mm zrh delici mermi; sert çelik çekirdek, paslanma gibi d etkilere kar koruyucu ceket malzemesi ve dolgu malzemesinden olumaktadr (ekil 2). Çekirdek malzemesinin sert olmas delme etkisini arttrmakla birlikte, özellikle eik çarpma durumlar için, merminin krlma riskini de arttrmaktadr.

ekil 2 7.62 mm zrh delici mermi konfigürasyonu [2]

2. TEOR

Penetrasyonun analitik çözümüyle ilgili literatürde birçok model bulunmaktadr. Burada Sadanandan ve Hetherington [4] tarafndan gelitirilen yöntem kullanlacaktr. Bu yöntem eimli Alümina/AA 5083 ve Alümina/Grade 43A Çelik zrhlarn 7.62 mm AP mermilere kar etkinliklerini incelemek amacyla gelitirilmitir. Seramik ve metal zrhlarn düz çarpma durumlar için balistik limit hzlar aadaki formüllerden hesaplanabilir:

f (a)

M p /  M p   hs U s  hm U m S a 2 S a 2

(1)

VBL

H kopmaV hm / 0.91 f (a) M p

(2) 77

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Düz çarpma durumunda dairesel ekle sahip olan sabit ekil deitirme hatlarnn, eik çarpmada eliptik ekil ald gözlemlenmitir (ekil 3).

ekil 3 Eimli çarpma srasnda hedefte oluan eliptik sabit ekil deitirme konisi

Çarpma yüzeyinde oluan elipsin yarçaplar ap ve ap/cos ’dr. Arka yüzeydeki elipse ait yarçaplar ise aadaki Eitliklerden bulunabilir:

D

ap / cos T  hs tan T

E

(3)

ap  hs tan T

(4)

Eliptik elemanda depolanan enerjinin ayn alana sahip dairesel bir elemannkine eit olduu varsaylrsa aadaki eitlik elde edilir [5]:

S a 2 S DE

Ÿa

 ap / cos T  hs tan T  ap  hs tan T

(5)

Bu Eitlikden elde edilen edeer yarçap Eitlik 2’ de yerine konularak balistik limit hzna ulalr. Zrh etkinliklerini karlatrmada sk kullanlan bir dier yöntem de “alansal younluk”tur (Areal Density). Alansal younluk (AY), zrh oluturan her bir katmann kalnlk ve younluk çarpmlarnn toplamna eittir [9]. n

AY

¦t U i

(6)

i

i 1

Test sonuçlar deerlendirildiinde açl çarpma durumunda alansal younluk için aadaki bant bulunmutur [4]:

AYT

AYnormal cos T

(7)

3. SAYISAL ÇÖZÜMLER

Penetrasyon olay yüksek hzda, bölgesel ve youn ekil deitirmeleri içerdii için benzetim çalmalarnda eksplisit sonlu elemanlar kodu olan Autodyn® yazlm kullanlmtr. 78

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.1. Malzeme Modelleri

Yüksek gerinim hzlarnda malzeme davrannn benzetimi için gerinim ve gerinim hz etkilerini içeren bir malzeme modeli kullanlmaldr. Bu çalmada mermi çekirdei için Johnson – Cook, seramik için Johnson – Holmquist ve AA 2024 T4 için de Steinberg – Guinan malzeme modelleri kullanlmtr. Mermi çekirdeinde kullanlan çeliin dinamik özellikleri bulunamad için benzer sertlik ve dayanm deerlerine sahip bir çelie ait veriler kullanlmtr [8]. Alümina seramik [6] ve AA 2024 T4 [7] malzeme bilgileri yine literatürde bulunan kaynaklardan alnmtr. Johnson - Cook Malzeme Modeli Johnson-Cook malzeme modeli Von Mises edeer akma gerilmesini; edeer plastik gerinim, gerinim hz ve scakln fonksiyonu olarak ifade etmektedir (Eitlik 8). m ª A  B  H n º ª1  C ln  H* º ª1  T * º ¬  

¼ ¬«  ¼»  

¼ ¬

V akma -3

Gerinim Etkisi 3 -1

Gerinim Hz Etkisi

(8)

Scaklk Etkisi

Model 10 –10 s gerinim hz aralnda kullanlabilmektedir. Metaller için en çok kullanlan malzemel modellerinden birisidir. Johnson – Holmquist Malzeme Modeli Bu model, özellikle seramik ve cam gibi krlgan malzemelerde elastik limit davrannn benzetimi amac ile gelitirilmitir. JH modeli, basnca bal dayanm, hasar, krlma, krlma sonras dayanm, ylarak ekil deitirme (bulking) ve gerinim hz etkilerini içermektedir. Bu modelde dayanm; hasar, gerinim hz ve basncn bir fonksiyonudur. Dayanm ve basnç, Hugoniot Elastik Limit (HEL)’deki deerler kullanlarak normalize edilirler. Malzemenin dayanabilecei en büyük normalize basnç deerinden elde edilir. Malzemede hasar biriktikçe dayanm dümektedir. Bu da artan edeer plastik gerinime bal kademeli dayanm kaybnn modellenmesine olanak salamaktadr [6]. Steinberg – Guinan Malzeme Modeli Bu modelde, malzemelerin kesme ve elastik modüllerinin basnçla doru orantl ve scaklkla ters orantl olarak deitii kabul edilmitir [7]. Yüksek gerinim hzlarnn olutuu balistik uygulamalarda skça kullanlmaktadr. 3.2. Sonlu Elemanlar Modeli

Sonlu elemanlar analizi için Autodyn® ticari yazlm kullanlmtr (ekil 1). Merminin etrafnda bulunan ceket malzemesi (pirinç) ve ön ve arka taraftaki dolgu malzemesi (kurun) dayanmnda önemli bir etkiye sahip olmad için modellenmemitir. Mermi ilk hz 850 m/s olarak tanmlanmtr. Zrhn yanal yüzeylerindeki serbestlik dereceleri tutulmutur. Seramik ve alüminyum parçalar Lagrange çözüm a ile modellenmitir ve temas ara yüzünde ortak düüm noktalarna sahiptir. Bu iki parçaya erozyon 79

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gerinimi tanmlanmtr. Mermi ise, yüksek ekil deitirme ve parçalanmaya maruz kalmas beklendii için, “Düzletirilmi Parçack Hidrodinamii” (SPH:Smoothed Particle Hydrodynamics) çözüm a ile doldurulmutur. 4. ANALZ VE HESAPLAMA SONUÇLARI

Sonlu elemanlar analizi sonuçlar ekil’de gösterilmitir.

ekil 4 AA 2024 T4; a) düz durum b) 30 derece eim c) 45 derece eim ve AA 2024 T4 / 4 mm Alümina; d) düz durum e) 30 derece eim f) 45 derece eim için analiz sonuçlar. (Hasara urayan seramik bölgesi krmz gösterilmitir.)

Analitik çözüm ve Autodyn yazlm çktlar Çizelge 2 ve ekil 5-6’de karlatrlmtr. Normal durum için verilen alansal younluk deerlerinin açl duruma uyarlanmasnda Eitlik 7 kullanlmtr [4]. Çizelge 2 Hesaplama ve sonlu elemanlar analizi (SEA) sonuçlar karlatrmas Eim Açs

Penetrasyon Derinlii (mm) 0 mm Seramik Hesaplama

SEA

2 mm Seramik

4 mm Seramik

Hesaplama

SEA

Hesaplama

SEA

6 mm Seramik Hesaplama

SEA

0

20.9

25.0

18.2

19.5

15.5

14.6

12.8

13.4

30

19.5

17.9

16.7

13.6

14.3

11.8

11.3

11.6

45

17.6

16.0

14.9

13.2

12.2

12.8

9.44

11.5

80

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Penetrasyon Derinliinin Eim Açsyla Deiimi Penetrasyon Derinlii (mm)

25,00 0 mm Analitik

23,00

0 mm SEA

21,00

2 mm Analitik 19,00

2 mm SEA

17,00

4 mm Analitik 4 mm SEA

15,00

6 mm Analitik 13,00

6 mm SEA

11,00 9,00 0

10

20

30

40

Eim Açs

50

Penetrasyon Derinliinin Seramik Kalnlyla Deiimi

Penetrasyon Derinlii (mm)

25,00 23,00 0 Eim Analitik

21,00

0 Eim SEA

19,00

30 Eim Analitik

17,00

30 Eim SEA

15,00

45 Eim Analitik 45 Eim SEA

13,00 11,00 9,00 0

1

2

3

4

Seramik Kalnl (mm)

5

6

7

ekil 5-6: Penetrasyon derinliinin eim açs ve seramik kalnlyla deiiminin sonlu elemanlar analizi (SEA) ve hesaplama sonuçlar karlatrmas

5. SONUÇ

Balistik etkinlik (Al2O3/AA 2024T4) hem analitik yöntemle hem de bilgisayar destekli eksplisit sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmitir. Bu incelemelerde Johnson-Cook, Johnson-Holmquist ve Steinberg-Gunian malzeme modelleri kullanlmtr. Analitik ve sonlu elemanlar yöntemiyle elde dilen sonuçlarn benzer olduu gözlenmitir. 6 mm seramik ve 45° çarpma açs konfigürasyonunun, penetrasyon derinlii ve mermiyi krma/deforme etme yetenei bakmndan en iyi performans salayaca deerlendirilmitir. KAYNAKÇA

[1] L. W. Thomas, L. P. Kevin, “Penetration of 6061-T6511 Aluminum Targets by Ogive-Nosed VAR 4340 Steel Projectiles at Oblique Angles: 81

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Experiments and Simulations”, International Journal of Impact Engineering 25, 993–1022, (2001) [2] Sidney Chocron et. al., “Impact of the 7.62-mm APM2 Projectile Against the Edge of a Metallic Target” International Journal of Impact Engineering 25, 423-437, (2001) [3] M. Vemuri et. al., “An Experimental Study of Penetration Resistance of Ceramic Armor Subjected to Projectile Impact”, International Journal of Impact Engineering 32, 337–350, (2005) [4] S. Sadanandan, J. G. Hetherington, “Characterisation of Ceramic/Steel and Ceramic/Aluminium Armours Subjected to Oblique Impact”, International Journal of Impact Engineering 198, 11-819, (1997) [5] A. L. Florence, “Interaction of Projectiles and Composite Armor: Part II” Army Materials and Mechanics Research Centre, Watertown, MA, Vol. 9 (1969) [6] G. R. Johnson, T. J. Holmquist, “An Improved Computational Constitutive Model for Brittle Materials”, High Pressure Science and Technology Vol.2, pp. 981-984, (1993) [7] D. J Steinberg, “Equation of State and Strength Properties of Selected Materials”, Lawrence Livermore National Laboratories, (1991) [8] T. H. Lee, “An Experimental and Theoretical Investigation for The Machining of Hardened Alloy Steels”, PhD Thesis, Seoul National University of Technology, (2004) [9] M. Übeyli, R. O. Yldrm, B. Ögel, “On the Comparison of Ballistic Performance of Steel and Laminated Composite Armors” Materials and Design 28, 1257-2162, (2007)

82

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara PATLAYICIYLA EKLLENDRLM DELCLERN OLUUMUNDA ASTAR KALINLIININ DELC HIZINA ETKS

Serkan ÖZEL (a), R. Orhan YILDIRIM (b)

(a) (b)

Dz.K.K.l, Teknik Bakanlk, 06110, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Patlaycyla ekillendirilmi deliciler, özellikle zrh delmede çok etkili olan ve çok yaygn kullanm olan harp balklarnn en önemli ksmdr. Hedefte yaratlan tahribat ve delme derinlii açsndan deerlendirildiinde 2’nci kuak zrh deliciler, patlaycyla ekillendirilmi delicilerdir. Bir tarafnda fünye, dier tarafnda parabolik metal astar bulunan silindir eklindeki patlayclara “Patlaycyla ekillendirilmi Delici-PD” (explosively formed penetrator-EFP) ad verilmektedir. Patlaycyla ekillendirilmi delicinin oluumunu etkileyen bir çok parametre vardr. Metal astarn ve d muhafazann kalnlklar, younluklar, dayanmlar, metal astar çap ve geometrisi, patlayc tipi, patlaycyla ekillendirilmi delicinin oluumunu etkileyen en önemli parametrelerdir. Bu çalmada, harp balnn bir parças olan metal astarn kalnlnn patlaycyla ekillendirilmi delicinin hzna etkisi, AUTODYN£ paket program kullanlarak incelenmi ve sonuçlar verilmitir. Anahtar Kelimeler: Zrh Delici, Patlaycyla ekillendirilmi Delici (PD), EFP, Patlayclarla Metallerin Etkileimi

ABSTRACT

Explosively formed penetrators are essential parts of warheads, which are very efficient and commonly used in armour penetration. Explosively formed penetrators are the second generation of armour penetrators in terms of destruction and penetration depth at the target. A cylinder of explosive with a hollow cavity lined with parabolic metal in one end and a detonator at the opposite end is known as Explosively Formed Penetrator (EFP). There are a number of parameters that affect the proper formation of EFP. Thicknesses, densities and strengths of liner and case, diameter and shape of the liner, and the type of explosive are the most important parameters that affect the formation of EFP. In this study, the effect of thickness of the liner which is the main component of the warhead, on the velocity of EFP is investigated and the results are evaluated. 83

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Keywords: Armour Penetrator, Explosively Formed Penetrator, EFP, Formation of EFP, Explosively Driven Metal

1. GR

Patlaycyla ekillendirilmi delici, bir tarafnda tahrik patlaycs, dier tarafnda ise parabolik metal astar bulunan silindir eklindeki patlaycnn aktif hale gelmesi ile oluan yüksek basnçl gazlarn etkisi altnda metal astarn ekil deitirmesi neticesinde elde edilen yüksek hzl bir mermidir. Mühimmat konfigürasyonuna bal olarak mermi hz 3 km/s’ye kadar çkabilmektedir. Bu çalmann bundan sonraki bölümlerinde “Patlaycyla ekillendirilmi Delici” ifadesinin yerine “Mermi” ifadesi kullanlmtr. Merminin elde edildii mühimmatn genel görünüü ekil 1’de gösterilmitir. Mühimmatn ana parçalar d muhafaza, tahrik patlaycs, ana patlayc ve metal astardr. Ana patlaycnn aktif hale gelmesi ile oluan patlama ok dalgalar patlayc içinde ilerlerken patlaycnn sahip olduu kimyasal enerji kinetik enerjiye dönüür ve parabolik metal astar mühimmatn ekseni boyunca ivmelenir. Parabolik metal astar, mühimmatn geometrisine, malzeme parametrelerine ve patlama gaz basncna bal olarak sürekli ekil deitirir [1] ve bu ilem mermi kararl bir hz dalmna sahip oluncaya kadar sürer. Parabolik metal astarn ekil deitirmesine ilikin genel bir süreç ekil 2’de gösterilmitir.

Parabolik Tahrik Metal

Patlaycs

Ana Patlayc

D Muhafaza

(a)

(b)

ekil 1. Mühimmatn Ana Parçalar ve Mühimmatn Boyuna Kesit Görünüü

84

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

(a)

(b)

(c)

(d)

ekil 2. Metal Astarn ekil Deitirmesine likin Genel Bir Süreç a) t0=0, b) t1> t0, c) t2> t1, d) tkararl hz>t2

Bir hedefi delmek ve parçalamak için mermiye kazandrlmak istenen en önemli özellik yüksek kinetik enerjidir. Ancak gerek konvansiyonel mermilerin atelendii silahlarn özellikleri gerekse malzeme özelliklerindeki kstlamalardan dolay konvansiyonel ateli silahlar ile mermiye kazandrlan kinetik enerji snrldr. Mermilerin delme kabiliyetinin arttrlmas için yaplan çalmalar neticesinde; mühimmat konfigürasyonlarna bal olarak merminin konvansiyonel ateli silahlarn mermisine kyasla daha yüksek kinetik enerjiye sahip olduu tespit edilmitir [2]. Bu nedenden dolay PD’ler büyük merak konusudur. Parabolik metal astarn arl ile hznn fonksiyonu olan kinetik enerjinin mühimmat geometrisine göre optimum deeri, hedefte yaratlmak istenen tahribat açsndan büyük önem arz etmektedir. Parabolik metal astarn ve d muhafazann kalnlklar, younluklar ve dayanmlar, metal astar çap ve geometrisine ile patlayc tipi merminin oluumunu ve hzn etkileyen en önemli parametrelerdir. Bu çalmada, parabolik metal astar kalnlnn mermi hzna etkisi, bir baka deyile mermi kinetik enerjisine etkisi AUTODYN£ paket program kullanlarak incelenmi ve sonuçlar tartlmtr.

85

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. MERMNN MODELLENMES

Parabolik metal astar kalnlnn mermi hzna etkisini incelemek için, modellenen mühimmatlarn parabolik metal astar kalnl haricindeki dier tüm özellikleri sabit tutulmutur. Bu maksatla AUTODYN£ yazlmnda modellenen parabolik metal astarlarn kalnlklar srasyla 1.0 mm, 1.5 mm ve 2.0 mm’dir. Mühimmat modelleri belirtilen kalnlk deerlerine göre srasyla model1, model2 ve model3 olarak adlandrlmtr. Modellenen mühimmatlarn fiziksel özellikleri ve malzeme bilgileri Çizelge 1’de verilmitir.

Çizelge 1. Mühimmatn Fiziksel Özellikleri ve Malzeme Bilgileri Malzeme Kalnlk Boy Çap [mm] [mm] [mm] Model1 Ÿ 1.0 Metal Astar Bakr 50.0 Model2 Ÿ 1.5 Model3 Ÿ 2.0 ç : 34 D Muhafaza AISI 4340 4 74 D : 42 Tahrik Patlaycs Tetryl 12.5 19

Ana Patlayc

TNT

-

-

34

lem süresini ksaltmak amacyla mühimmat eksenel simetri eksenine göre modellenmitir. Modellenen ana parçalar metal astar, d muhafaza, tahrik patlaycs ve ana patlaycdr. Metal astar ve d muhafaza “lagrange” modeli ile, tahrik patlaycs ve ana patlayc ise “euler” modeli ile modellenmitir [3]. Yazlmn algoritmasna esas modelleme ayrntlar bu çalma kapsam dnda tutulmutur. Ana parçalarn birbiri ile etkileimi yazlm algoritmasna uygun olarak; parabolik metal astar ile d muhafazann birbirini karlayan yüzeyleri “lagrange-lagrange” etkileimi ile, parabolik metal astarn ve d muhafazann patlaycyla etkileim yüzeyleri ise “lagrange-euler” etkileimi ile tanmlanmtr. Mermiye ait hz, momentum ve kinetik enerji gibi kinematik deerlerin tespit edilmesi amacyla; metal astarn simetrik bölümüne, kalnl 1 mm olan parabolik metal astar için örnei ekil 3’te gösterilen, sensörler yerletirilmi ve her bir sensörün elde ettii deerler programn iletimi süresince kaydedilmitir. Bahsedilen sensörler 113’ten 119’a kadar numaralandrlmtr. 3. MODEL SONUÇLARI Parabolik metal astar, patlaycnn aktif hale gelmesi ile oluan ve küresel ilerleyen yüksek basnçl ok dalgalarnn etkisi altnda ekil deitirir.

86

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 3. Parabolik Metal Astar Üzerindeki Sensör Yerleimi

Bütün modellere ait tahrik patlayclar t=0 annda aktif hale getirilmitir. Modellenen mühimmatlara ait parabolik metal astarlar ve ana patlayc arlklar srasyla ekil 4 ve 5’te gösterilmitir.

Metal Astar Arl [gr]

.

ekil 4 ve 5’te görüldüü üzere, parabolik metal astar kalnl arttkça; parabolik metal astar arl dorusal olarak artmakta, ana patlayc arlnda ise çok az bir azalma olmaktadr. ekil 4 ve 5’teki parabolik metal astar ve ana patlayc arlklarnn deiimi deerlendirildiinde, parabolik metal astar kalnl arttkça merminin ulaaca maksimum hzn azalmas öngörülmektedir.

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

Metal Astar Kalnl [mm]

ekil 4. Modellerin Metal Astar Arlklar

87

2.2

.

85

Ana Patlayc Arl [gr]

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

84.5

84

83.5

83 0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Metal Astar Kalnl [mm]

ekil 5. Modellerin Ana Patlayc Arlklar

Öngörünün geçerliliinin tespiti amacyla modellenen mühimmatlarn metal astarlarna ait hz ve kinetik enerji dalmlar srasyla ekil 6 ve 7’de gösterilmitir. Model1, Model2 ve Model3’ün parabolik metal astarlarnn maksimum hzlar srasyla 2.57 km/s, 2.03 km/s ve 1.68 km/s olarak hesaplanmtr. Mermi, patlamay takiben olumaya baladktan sonra simetri ekseni boyunca sahip olduu hz dalmndan dolay uzar. ekillendirilmi patlaycyla elde edilen merminin en tipik özellii, tasarmnda öngörülen süreçte istenilen boya kadar uzamas, böylelikle parçalara ayrlmadan uçuuna devam etmesidir. Merminin parçalara ayrlmamas, delme imkan ve kabiliyeti için önemli bir unsurdur [4].

3

.

2.5

Hz [km/s]

2

Model1

1.5

Model2 Model3

1 0.5 0 0

10

20

30

40

50

Zaman [microsaniye]

ekil 6. Modellerle Elde Edilen Mermilere Ait Zamana Bal Hz Erisi

88

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

.

30

Kinetik Enerji [kJ]

25 20

Model1

15

Model2 Model3

10 5 0 0

10

20

30

40

50

Zaman [microsaniye]

ekil 7. Modellerle Elde Edilen Mermilere Ait Zamana Bal Kinetik Enerji Erisi

Merminin simetri ekseni boyunca sahip olduu hz dalm, zamana ve merminin malzemesine bal olarak mermi profilinin eksenel yönde uzamasna ve radyal yönde daralmasna neden olur [5]. Ad geçen hz dalmnn zamana bal deiimi ekil 8’de gösterilmitir. 3.5

Ortalama Hz

Hz [km/s]

.

3

Sensör # 113

2.5

Sensör # 114

2

Sensör # 115

1.5

Sensör # 116 Sensör # 117

1

Sensör # 118

0.5

Sensör # 119

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Zaman [microsaniye]

ekil 8. Mermi Üzerindeki Sensörlere Ait Hz Erileri

ekil 8’de görüldüü üzere mermi üzerinde deiken ivmeler mevcuttur, ancak merminin uçuu sürecinde farkl ivmelenmelere sahip mermi ksmlar malzeme özelliklerine bal olarak birbirleri ile etkilemekte ve sonucunda da mermi kararl bir hza ulamaktadr.

89

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. SONUÇ Saysal çözümleme program olan AUTODYN® yazlm ile modellenen ve konfigürasyon bilgileri bu çalmada özetlenen mühimmatlarn (Model1, Model2 ve Model3) aktif hale gelmesi ile elde edilen mermilerin oluum sürecindeki profilleri literatürdeki profillerle uyumludur [5, 6].

Kullanlan modellerin 1 mm, 1.5 mm ve 2 mm kalnlktaki metal astarlarnn oluturduu mermilerin son hzlar srasyla 2.57 km/s, 2.03 km/s ve 1.68 km/s olarak hesaplanmtr. AUTODYN£ paket program kullanlarak yaplan incelemeler neticesinde, metal astar kalnlnn artmasnn mermi arlnn artmasna ve mermi hznn azalmasna neden olduu tespit edilmitir. Modellerle elde edilen mermilerin kinetik enerjisi, Piercing and Incendiary) mermisinin kinetik enerji çalmada detay bilgileri özetlenen mühimmatlar 12.7x99 mm API mermisinin sahip olduu kinetik sahip olduu görülmütür.

12.7x99 mm API (Armour ile kyaslandnda da; bu ile elde edilen mermilerin enerjinin yaklak 2 katna

Sonuç olarak bu çalmada; patlaycyla ekillendirilmi parabolik metal astar kalnlnn artmasnn mermi hzn oldukça düürdüü ve bunun sonucunda mermi kütlesinin artmasna karn kinetik enerjisinin de dütüü tespit edilmitir. Ancak parabolik metal astar kalnlnn bir alt limitinin olduu ve belirli bir deerin altna dümesi durumunda merminin parçalara ayrlmas gibi baka sorunlarn ortaya çkabilecei deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA [1] G. Birkhoff, D. Mcdougall, E. Pugh and G. Taylor, “Explosives with Lined Cavities”, Journal of Applied Physics, Vol.19, No 6, 563-582, (1948). [2] W.P.Walters, S.K.Golaski, “Hemispherical and Conical Shaped-Charge Liner Collapse and Jet Formation”, Technical Report BRL-TR-2781 (AD-A179 735), (1987). [3] G.E.Fairlie, “The Numerical Simulation of High Explosives Using AUTODYNE-2D and 3D”, Proceeding of 4th Biannual Symposium of Institute of Explosive Engineers, (1998). [4] P.C.Chou, W.J.Flis, “Recent Developments in Shaped Charge Technology”, Journal of Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Vol.11, 99-114, (1986). [5] J.L.M.J. van Bree, W.Duvalois, P.Somogy, “Effects of Design Parameters of an EFP Charge on Projectile Stability”, Proceeding of 16th International Symposium on Ballistics, 585-593, (1996). [6] K.Weimann, “Research and Development in the Area of Explosively Formed Projectiles Cahrge Tecjnology”, Journal of Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Vol.18, 294-298, (1993).

90

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara BOR KARBÜR-ALÜMNYUM ESASLI ZIRH SSTEMLERNN BALSTK PERFORMANSININ BELRLENMES

Gürsoy ARSLAN (a), Aye KALEMTA (b), Nihan TUNÇER (c), Selvin YELAY (d), Ferhat KARA (e) ve Servet TURAN (f)

(a) (b)

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected]

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected] (c)

(d)

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected]

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected]

(e) (f)

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected]

Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eskiehir, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada, ucuz ancak ar olan çelik ve balistik performans yüksek ancak üretimi pahal olan gelimi tek bileenli (bor karbür, silisyum karbür) zrhlara kar alternatif zrh malzemesi olma potansiyeli tayan bor karbür-alüminyum kompozit plakalarn E-cam fiber örgü takviyeli polimer destek plakas ile birletirilerek elde edilen zrh sistemlerinin, MIL-STD-662F standardndaki mermi hzlar esas alnarak balistik potansiyellerinin belirlenmesi hedeflenmitir. 20 cm*20 cm’lik bir alana sahip her bir destek plakasna 5 cm*5 cm’lik bir alana sahip bir kompozit zrh plakas yerletirilmitir. Kompozit ve destek plakalarnn kalnl ise istenilen toplam alansal younluu (36-43 kg/m2) salayacak ekilde ayarlanmtr. Elde edilen ilk verilere göre, alansal younluklar 37.5 kg/m2 olan zrh sistemleri, çarpma hz t 853 m/s olan 7,62 mm Ball M2 mermilerine kar tam koruma salamaktadr. Alansal younluklar d 43 kg/m2 olan zrh sistemleri, çarpma hz t 841 m/s olan 7,62 mm AP M2 mermilerine kar tam koruma salayamazken, çarpma hz t 773 m/s olan mermilere kar tam koruma salad tespit edilmitir. Anahtar Kelimeler: Balistik, Kompozit, Bor Karbür, Alüminyum, Mermi. ABSTRACT

In this work it was aimed to determine the ballistic performance of armor systems, obtained by joining boron carbide-aluminium composites with an Eglass fiber-reinforced polymer backing, as an alternative to cheap but heavy, and high peformance but costly monolithic (boron carbide, silicon carbide) 91

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara armor systems with reference to the bullet velocities given in the MIL-STD662F military standard. On each backing having an area of 20 cm*20 cm was placed an armor composite having an area of 5 cm*5 cm. The thickness of the composite and backing was arranged so as to yield the desired areal density (36-43 kg/m2). Based on the initial results obtained, armor systems with an areal density of 37.5 kg/m2 provide full protection against 7.62 mm Ball M2 bullets having an impact velocity t 853 m/s. While armor systems with an areal density d 43 kg/m2 are unable to fully protect against 7.62 mm Ball M2 bullets having an impact velocity t 841 m/s, they do provide full protection against bullets having an impact velocity t 773 m/s. Keywords: Ballistic, Composite, Boron Carbide, Aluminium, Ammunition. 1. GR

Anadolu Üniversitesi bünyesinde, ulusal zrh teknolojilerinin gelitirilmesine yönelik olarak, üretim maliyeti düük, seri üretime uygun, hafif ve yüksek balistik performansa sahip zrh malzemelerinin üretimini amaçlayan çalmalara 1997 ylnda balanmtr [1]. B4C-Al kompozitler üzerine gerçekletirilen projeler neticesinde, süreç deikenleri optimize edilerek tasarlanan kompozitlerin mikroyaps ve mekanik özellikleri geni bir aralkta ihtiyaca göre ayarlanabilmektedir. Bu çalmalar neticesinde, neredeyse tamam seramik fazlardan oluan kompozitler üretilebildii gibi, neredeyse hiç tepkime ürünü içermeyen seramik-metal kompozitler de üretilebilmektedir. Bu kompozitlerin balistik performanslarnn belirlenmesine yönelik olarak yürütülen ve Tübitak tarafndan desteklenen bir proje ise tamamlanmak üzeredir. Bu projeler kapsamnda B4C-Al sisteminde emdirme mekanizmasnn açklanmas ve süreç koullarnn optimizasyonu çalmalar gerçekletirilmitir [2-5]. Balistik tehditlere kar gelitirilen ilk hafif zrh sistemleri, genellikle alüminyum ya da cam fiber takviyeli plastikten oluan bir destek plakas ve ona yaptrlm olan yaklak 0,8 mm kalnlndaki sinterlenmi Al2O3 seramik plakalardan meydana geliyordu. 1960’l yllarn balarnda, Norton firmas scak preslenmi B4C zrh sistemi ile monolitik seramik zrhlarn gelitirilmesinde öncü rol oynamtr. B4C’nin özgül arlnn Al2O3’e göre daha düük olmas, zrhn arlnda göreceli olarak % 30’luk bir kazanç salamtr. Hem B4C hem de Al2O3 zrhlar askeri helikopterlerde kullanlmak üzere tasarlandndan ve hareketli parçalarda arlk en önemli ölçütlerden biri olduundan, bu tür uygulamalar için B4C zrhlarna yönelik güçlü bir tercih domutur [6]. Hafif ve nispeten yüksek toklua sahip B4C-Al kompozitler dier uygulama alanlarnn yan sra balistik performans yüksek zrh sistemlerinde 92

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kullanlmaktadr [7]. Bu tür seramik matrisli zrh malzemeleri henüz monolitik seramik zrhlar kadar gelitirilememitir. Ancak, monolitik seramik zrhlara oranla darbe esnasnda daha az çevresel hasara neden olmaktadrlar. Bu da malzemenin çoklu çarpmalara kar olan direncini arttrmaktadr [8]. Bor karbür-alüminyum kompozit plakas ve polimer esasl destek plakasndan oluan zrh sistemlerinin balistik testleri MIL-STD 662F standardndaki mermi hzlar esas alnarak gerçekletirilmitir [9]. Bu çalmada, elde edilen ilk balistik test sonuçlar alansal younluklar dikkate alnarak irdelenmektedir. 2. DENEYSEL

Yaplan çalmada kaba (22-59 μm) ve ince (<10 μm) B4C tozlar izopropil alkol ortamnda, belirli oranlarda kartrlarak hazrlanan toz ynlar önce tek yönlü, arkasndan da souk izostatik pres ile ekillendirilmitir. Gözenekli seramik bünyelere 1200oC’de 10 dk süreyle ve Ar gaz ortamnda Al alamlar emdirilmitir. Üretilen kompozit plakalara emdirme sonras sl ilemler uygulanarak kompozitlerin özellikleri iyiletirilmitir. Üretilen kompozitlerin içyaplar taramal elektron mikroskobuyla (SEM) incelenmitir. Seramik-metal kompozit zrh plakalarnn E-cam örgü takviyeli polimer esasl destek plakalar ile birletirilme ilemi zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü’nde gerçekletirilmitir. Her bir destek plakasna 1 adet zrh plakas yerletirilmitir. Bu ekilde oluturulan zrh sistemlerinin (B4C/Al-E cam) balistik testleri FNSS irketinde MIL-STD-662F askeri standardnda belirtilen mermi hzlarnda gerçekletirilmitir. 3. BULGULAR VE TARTIMA

Üretilen çok saydaki kompozit plakalarn SEM incelemelerinden, balistik performans için belirleyici olan içyapnn tekrarlanabilirlii, seramik (!%70) ve metal (<%30) fazlarnn homojen bir ekilde dalm ve yapnn gözeneklerden arndrlm olmas gibi özelliklerin saland görülmektedir (ekil 1). Balistik deneylerde kullanlan merminin türü, çarpma hz, kompozit plakalara ait alansal younluk deeri ve balistik test sonuçlar Çizelge 1’de özetlenmektedir. Balistik deneylere tabi tutulan ve alansal younluklar 43 kg/m2 olan zrh sistemlerinin hiç biri çarpma hz > 841 m/s olan AP M2 zrh delicisine kar tam koruma salayamamtr. Buna karn, hzn > 773 m/s olmas durumunda, alansal younluklar 36 kg/m2 olan zrh sistemlerinin ayn tehdide kar tam koruma salad belirlenmitir (ekil 2). Balistik testin baarl olup olmadna zrh plakasnn arka ksmna yerletirilen 0,5 mm kalnlndaki Al ahit plakasnn  geçirecek ekilde delinip delinmediine baklarak karar verilmitir. 93

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

(b)

(a)

ekil 1. Üretilen B4C-Al kompozitlere ait temsili SEM görüntüleri

(a) 100 X ve (b) 500 X

Çizelge 1. Balistik deney sonuçlar Mermi Türü

AP M2

Ball M2

Çarpma hz

Ualansal

(m/s)

(kg/m2)

841

43,0

786

36,0

784

40,0

774

41,0

773

36,0

864

37,5

853

37,5

851

37,1

864

35,6

94

Sonuç

Tam delinme

Ksmi delinme

Ksmi delinme

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

(a)

(b)

ekil 2. Alansal younluu 36 kg/m2 olan zrh sisteminin AP M2 (hz > 773 m/s) ile gerçekletirilen at sonras (a) önden ve (b) arkadan görünüü

(b)

(a)

ekil 3. Alansal younluu 36 kg/m2 olan zrh sisteminin Ball M2 (hz > 853 m/s) ile gerçekletirilen at sonras (a) önden ve (b) arkadan görünüü

Alansal younluklar 37,5 kg/m2 olan zrh sistemleri, çarpma hz > 853 m/s olan Ball M2 mermilerine kar tam koruma salamtr (ekil 3). ekil 4’de farkl zrh sistemlerinin hz 820 m/s olan AP M2 mermisini durdurmak için gerekli olan alansal younluk deerleri sunulmaktadr [10]. Grafikte açkça görüldüü üzere seramik-metal kompozit zrh sistemlerinin balistik verimleri geleneksel alüminyum ve çelik zrhlara oranla çok daha iyidir. 95

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara B4C-Al kompozitlerinin kullanmyla söz konusu koullarda tam korumann saland alansal younluk deerinde yaklak 4 katlk bir azalma salanmtr. Bu çalmada üretilen zrh sistemleri ile gerçekletirilen ilk balistik denemelerde AP M2 ve Ball M2 mermilerini durdurmak için gerekli olan alansal younluk deerleri ekil 5’de verilmektedir. Bu deerler çarpma hzlar srasyla > 773 m/s ve > 853 m/s olan AP M2 ve Ball M2 mermileri için geçerlidir. Her ne kadar çarpma hz > 841 m/s olan AP M2 zrh delicisine kar alansal younluu 43 kg/m2 olan zrh sistemleri baarl olamam ise de, alansal younluu 36 kg/m2 olan zrh sisteminin, çarpma hz > 773 m/s olan mermiyi durdurmas balistik potansiyelinin literatürde yer alan deerlere yakn olduunu göstermektedir (ekil 4 ve 5). Ayrca bu çalmada destek plakas olarak temini güç ve maliyeti yüksek olmas nedeniyle yüksek balistik özelliklerine ramen Kevlar yerine, yerli üretim olan E-cam örgülü polimer bir destek plakas tercih edilmitir.

ekil 4. Al 6061 T6, zrh çelii ve B4C-Al6061 zrhlarnn hz 820 m/s olan AP M2 mermisini durdurmak için gerekli olan alansal younluklar [10]

96

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 5. B4C/Al-E cam zrh sistemlerinin hz 773 m/s olan AP M2 ve hz 853 m/s olan Ball M2 mermilerini durdurmak için gerekli olan alansal younluklar 5. SONUÇ

Alansal younluklar 43 kg/m2 olan B4C/Al-E cam zrh sistemlerinin çarpma hz > 841 m/s olan AP M2 zrh delicisine kar tam koruma salayamad belirlenmitir. Buna karn, hzn > 773 m/s olmas durumunda, alansal younluklar 36 kg/m2 olan zrh sistemlerinin ayn tehdide kar tam koruma salad görülmütür. Ayrca alansal younluklar 37,5 kg/m2 olan zrh sistemlerinin çarpma hz > 853 m/s olan Ball M2 mermilerine kar tam koruma salad saptanmtr. TEEKKÜR

Yazarlar Tübitak’a 105M349 nolu “Bor Karbür-Alüminyum Kompozit Zrhlarn Balistik Performansnn Belirlenmesi” balkl projeyi destekledii için teekkür etmektedir. KAYNAKÇA

[1] G. Arslan, (2001), “Bor Karbür-Alüminyum Kompozitlerinin Üretimi ve Karakterizasyonu”, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendislii Bölümü, Eskiehir.

97

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [2] G. Arslan, F. Kara ve S. Turan, (2001) “Microstructural Characterization of Melt Infiltrated Boron Carbide-Aluminium Composites”, Inst. Phys. Conf. Ser., 168, 311-314. [3] G. Arslan, F. Kara ve S. Turan, (2002), “Mechanical Properties of Melt Infiltrated Boron Carbide-Aluminium Composites.”, Key Eng. Mat., 206-213, 1157-1160. [4] G. Arslan, F. Kara ve S. Turan, (2003), “Quantitative X-ray Diffraction of Reactive Infiltrated Boron Carbide-Aluminium Composites.”, J. Eur. Ceram. Soc., 85, 1243-1255. [5] G. Arslan, F. Kara ve S. Turan, (2004), “Reaction Model for the Boron Carbide/Aluminium System.”, Key Eng. Mat., 264-268, 1059-1062. [6] B. Matchen, “Applications of Ceramics in Armor Products”, (1996), Key Eng. Mat., 122-124, 333-342. [7] W. R. Blumenthal ve G. T. Gray III (1989), “Structure Property Characterization of Shock-loaded B4C-Al”, Inst. Phys. Conf. Ser., 102, 363-70. [8] D. J. Viechnicki, M. J. Slavin ve M. I. Kliman, (1991), “Development and current status of armor ceramics”, Ceramic Bulletin, 70, 1035-1039. [9] MIL-STD-662F, USA. Department of Defense, (1997), Military Standard: V50 Ballistic Test for Armor. [10] E. A. Charles, (2002), “Developing an Ultra-Lightweight Armor Concept”, ed. J. W. McCauley et. al., Ceramic Armor Materials by Design, Ceramic Transactions, vol. 134, 485-498.

98

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara EKL BELLEKL ALAIMLI TELLER ÇN ELEKTRO-TERMO-MEKANK KARAKTERZASYON CHAZI

Burcu DÖNMEZ(a),F.Suat KADIOLU(b)

(a) TÜBTAK-SAGE, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Mühendislii Bölümü, kad[email protected]

ÖZET

Günümüzde, ekil bellekli alamlardan üretilmi elemanlarn havaclk ve uzay uygulamalarnda kullanmlar giderek artmaktadr. Bu malzemelerin en yaygn kullanm formu olan tellerin mühendislik uygulamalarna entegrasyonlar için bu tellerin modellenmeleri gerekmektedir. Literatürde ekil bellekli alaml tellerin davranlarn tanmlamak için gelitirilen modeller incelendiinde kinematik denklemler içerisinde baz karakteristik parametrelerin kullanld görülmektedir. Bu karakteristik parametreler deneysel metodlarla her tel için ayr ayr belirlenen sabitlerdir. Bu çalmada, literatürde mevcut ve kabul görmü modeller incelenmi ve bu modellerde kullanlan karakteristik parametreler ayrtrlmlardr. Daha sonra bu parametrelerin belirlenmesi için gereken deneyler açklanm ve TÜBTAK-SAGE kapsamnda kurulmu olan elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz anlatlmtr. Ayrca, bu cihaz kullanlarak gerçekletirilen karakterizasyon deneyleri ve sonuçlar açklanmtr. Anahtar kelimeler: ekil bellekli alamlar, ekil bellekli tellerin modellenmesi, ekil bellekli tellerin karakterizasyonu ABSTRACT

Recently, there is an increase in use of shape memory alloy elements in aerospace applications. If the most common form of the SMA elements employed in engineering applications, which is the wire form, is considered, the implementation needs a model to aid the designer through the design process. When the models in the literature derived for the SMA wires are investigated it can be observed that there are some characteristic parameters used in the equations. These parameters are experimentally found constants for each SMA wire. In this work, the models available and accepted in the literature are investigated, and the characteristic parameters used in these models are pointed. Later, the experiments needed to derive these parameters are explained and the electro-thermo-mechanical characterization device build in TÜBTAK-SAGE is described. Also, the experiments conducted using the device are presented with the results obtained. 99

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Keywords: Shape memory alloys, modeling of shape memory wires, characterization of shape memory wires 1. GR

ekil bellekli alamlar (BA) günümüzde “akll” malzemeler olarak adlandrlan aktif metalik malzemelerdir. Bu malzemeler, yüksek teknolojili akll sistemlerde alglayc- eyleyici olarak kullanlrlar [1]. ekil bellei, belirli malzemelerin çok ar deformasyonlardan sonra bile ilk ekillerini hatrlayarak geri dönmeleridir. Bu malzemeler, düük scaklklarda deforme edildikten sonra stlana kadar hep deforme olarak kalrlar, ancak stlmayla orjinal “örenilmi” ekillerine geri dönerler [2]. ekil bellekli alaml elemanlarn mühendislik sistemlerinde kullanlabilmesi için, mühendislere tasarm srasnda yol gösteren saysal bir araç olarak modellemeye ihtiyaç vardr. 2. EKL BELLEKL ALAIM MODELLER

1980’lerin sonu ve 1990’larda BA’larn davranlarn deiik matematiksel formlarda tanmlamaya çalan birçok BA modeli gelitirilmitir. ekil bellekli malzemelerin davranlar gerilme, scaklk, malzemenin faz (östenitik ve martensitik) ve dönüüm termodinamii gibi birçok deiik etkene bal olduu için makroskopik düzeyde yeterli bir yapsal ilikiyi formüle etmek oldukça zordur [3]. Mühendislik yönünden bakldnda en pratik ve verimli yaklamlarn, termomekanik davrann detaylarna hiç deinmeyen, tek eksenli deneysel verilere eri oturturularak elde edilen olgusal modeller olduu söylenebilir [4]. Tarihsel anlamda bu tarzdaki ilk model Tanaka tarafndan önerilmitir [5]. Bu çalmada, literatürde en sk rastlanan modeller olan Tanaka’nn, Liang ve Rogers’n ve Brinson’un modelleri incelenmitir. 2.1 Tanaka’nn Modeli Yapsal ilikinin oluturulmas

Tek boyutlu bir BA elemannn (tel) dönüümü ele alnrsa, termodinamik prensiplerinden enerji dengesi denklemi (1) ve Clasius-Duhem eitsizlii (2) aadaki ekilde ifade edilebilir, [5]:

  Vˆ L  wq / wx  Uq UU sur

0

(1)

US  U.q / T  w / wx(q sur / T ) t 0

(2)

Burada U iç enerji younluu,  gerilme, q sl üretim terimi, qsur s aks, S entropi younluu, T scaklk, x malzeme koordinat ve  younluktur. Bu modele göre tek boyutlu bir BA teli için faz dönüümü üç d deiken: gerilme (), gerinim () ve scaklk (T) ile bir iç deiken olan martensit oran,  100

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara (deiim durumu) ile tanmlanabilir. Malzemenin martensit oran 0 ile 1 arasnda deien, 1’in tamamen martensitik faz tanmlad, scaklk ve gerilmeye bal bir orandr. Burada, Helmholtz serbest enerji denkleminin tanmndan ve belirli manipülasyonlardan sonra denklem (3)’te verilen yapsal denkleme ulalabilir. Bu denklemde 0 indisi, malzemenin ilk durumunu temsil etmektedir.

V  V0

E(H  H 0 )  :([  [ 0 )  T(T  T0 )

(3)

Yukardaki denklemde E elastisite modülü,  tek eksenli dönüüm katsays ve  scaklk uzama katsaysdr. Bir malzeme sabiti olan geri dönütürülebilen en yüksek gerinim, L, malzeme tamamen martensitik fazdayken oluur. Ilk durum 0=0=0=0 ve son durum da =0, 0=L ve =1 olarak tanmlanrsa tek eksenli dönüüm katsaysn veren denklem; : H L .E olarak elde edilebilir. Faz Dönüümü Srasnda Martensit Orannn Belirlenmesi

Tanaka’nn modelinde dönüüm srasnda martensitik orannn belirlenmesi için üstel fonksiyonlar kullanlmtr. Östenit fazdan martensit faza geçite (֟ M) denklem (4)’te verilen fonksiyon önerilmitir. Denklemlerde, Ms ve Mf martensit fazn balama ve biti scaklklardr.

[

1  exp> aM Ms  T  bM V@  [ 0

(4)

Burada, aM ve bM’nin tanmlar ise u ekilde yaplabilir:

2 ln(10) /(Ms  M f )

b M a M / C M (6) (5) CM parametresi; dönüüm scaklklarnn (Ms ve Mf) gerilmeye bal deiimleridir (ekil 1).

aM

 CM

Mf Ms

As

Af

CA

T

ekil 1 Gerilme-Dönüüm Scakl Grafii

Ters dönüüm için (martensitten östenite) (MŸ Ö) kullanlan üstel fonksiyon denklem (7)’de verilmitir. Burada As ve Af östenit fazn balama ve biti scaklklardr. 101

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

[

[ 0 exp> a A T  A s  b A V@

(7)

aA ve bA’nn tanm aadaki ekilde yaplr:

a A 2 ln(10) /( A f  A s ) (8) b M a A / C A (9) Buradaki CA parametresi, östenitik dönüüm scaklklar As ve Af’nin uygulanan gerilmeye göre deiimleridir (ekil 1). 2.2. Liang ve Rogers’n Modeli

Liang ve Rogers’n modelinde Tanaka’nn gelitirdii yapsal denklem kullanlr [6]. Bahsedilen modelde dönüüm orannn belirlenmesinde kullanlan fonksiyonlar Tanaka’nn modelinde kullanlanlardan farkl olup, bu modelde dönüüm trigonometrik (kosinüs) fonksiyonlarla ifade edilir. ֟ M dönüümde denklem (10)’da verilen fonksiyon önerilmitir:

0.5.(1  [ 0 ) cos>A M T  M f  V / CM @  0.5.(1  [ 0 ) (10) Pozitif malzeme katsays AM u ekilde tanmlanr: A M S /(Ms  M f )

[

MŸ Ö dönüümü için kullanlan fonksiyon ise denklem (11)’de verilmitir.

[

0.5.[ 0 ^cos>A A T  A s  V / C A @  1`

AA’nn tanm ise A A

(11)

S /( A f  A s ) olarak yaplr.

2.3. Brinson’nun Modeli Yapsal ilikinin oluturulmas

Brinson’un modelinin termodinamik temeli Tanaka’nn modelinin aynsdr; ancak bu modelde yapsal iliki ve dönüüm oran fonksiyonlar yeni bir iç durum deikeni kullanlarak yeniden tanmlanmlardr. Belirtilen model, martensitik dönüümü; scakla bal oran, T, ve gerilmeye bal oran, S, olarak iki ksma ayrr. Tanaka’nn modelindeki yapsal ilikiye = S+ T tanm da eklenir. Faz Dönüümü Srasnda Martensit Orannn Belirlenmesi

Bu modelde deneysel olarak bulunan iki malzeme sabiti daha tanmlanr: fcr ve scr. Martensitik dönüüm scaklklarnn fcr ve scr gerinimlerinin altndaki gerinim deerlerinde sabit kald varsaym kullanlmtr (ekil 2). Bu modelde dönüüm, 3 deiik durum için incelenmitir.

102

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

i

iii

ii

ekil 2 Deitirilmi Gerilim-Dönüüm Scakl Grafii ([6])

i.Östenitten deforme olmu martensite (Ö Ÿ Md) dönüüm, T>Ms ve uygulanan cr gerilimin aral V cr S  CM T  Ms  V  V f  C M T  Ms olduu durumlar için martensit oranlar aada verilen fonksiyonlarla tanmlanr.

[S

[T

º ª S 0.5.(1  [ S0 ) cos « cr V  V crf  C M (T  Ms ) »  0.5.(1  [ S 0 ) cr ¼ ¬ VS  V f [ T 0  [ T 0 ([ S  [ S0 ) /(1  [ S0 )





(12)

(13) ii.T<Ms ve uygulanan gerilme scr<< fcr aralnda olursa kullanlan martensitik oran tanmlar denklem (14) ve (15)’te verilmitir.

[S

[T

º 1  [ S0 ª 1  [ S0 S cos « cr V  V crf »  cr 2 2 ¼ ¬ VS  Vf [ T 0  [ T 0 ([ S  [ S 0 ) /(1  [ S 0 )  ' T[





(14) (15)

' T[ tanm, Mf
0.5(1  [ T 0 )^cos>A M T  M f @  1`

dier durumlarda ise, ' T[

0 olarak yaplr.

AM ‘nin tanm ise Liang ve Rogers’n modelindeki tanmla ayndr. cr iii.T>As ve uygulanan gerilme V cr S  C M T  M s  V  V f  C M T  M s aralnda olursa kullanlan martensitik oran fonksiyonlar denklem (16) ve (17)’de verilmitir. AA’nn tanm da Liang ve Rogers’n modelindeki tanmla ayndr.

[S

[ S0  ([ S 0 / [ 0 )([ 0  [) (16) [ T [ T 0  ([ T 0 / [ 0 )([ 0  [) (17) Burada [ 0.5.[ 0 ^cos>A A T  A s  V / C A @  1` olarak tanmlanr. ncelenen modelerin, mühendislik kodlamalarna uygulanmalar saysal problemler veya artan kodlama ve çözüm zamanlar açsndan model seçimini etkileyebilir. Kullanlacak model uygulamann isterleri ve deney yeteneklerine bal olarak seçilmelidir. 103

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. KARAKTERSTK PARAMETRELER VE BELRLENMELER

ekil bellekli elemanlarn kullanmnda uygulamann tasarm ve modellenmesinden önce seçilen BA’larn karakterizasyonu gerekmektedir. Bu bölümde modellerin içerisinde geçen parametreler ayrtrlm ve bu parametrelerin belirlenmesi için gereken deneyler açklanmtr. Gereken sabitler ve ilikili modeller Tablo 1‘de verilmitir. Tablo 1 Modellerin kullanm için belirlenmesi gereken sabitler

Serbest dönüüm scaklklar Elastisite modülü Gerilme - dönüüm scakl deiimi katsays Kritik gerilme Geri dönütürülebilen en yüksek gerinim

Martensit Östenit Birim

Model

Ms0, Mf0

As0, Af0 °C

Tanaka, L&R, ve Brinson

Em

Ea

MPa

Tanaka, L&R, ve Brinson

CM

CA

MPa/°C Tanaka, L&R, ve Brinson

scr, fcr

-

MPa

Brinson

-

Tanaka, L&R, ve Brinson

L

3.1.Serbest dönüüm scaklklarnn belirlenmesi

Serbest dönüüm scaklklar, BA malzemelerin üzerinde herhangi bir gerilme olmakszn dönüümün görüldüü scaklklardr. Bu scaklklarn belirlenmesinde kullanlan en yaygn yöntem DSC (diferansiyel taramal kalorimetre) cihazdr. Bu teknik, çok küçük miktarda seçilen numunenin sourduu veya yayd snn ölçülmesi esasna dayanr. 3.2. Elastisite modülünün belirlenmesi

Malzemenin elastisite modülü, standart çek-bas testleri ile belirlenebilir. Ancak bu parametre malzemenin fazna göre deitii için, martensitik modülün (Em) belirlenmesinde malzeme; martensiti balangç scaklnn (Ms0) altna soutulmal, östenitik modülün (Ea) belirlenmesi için östenit biti scaklnn (Af0) üstüne stlmaldr. 3.3. Gerilme - dönüüm scakl deiimi katsays

BA tellerin gerilme-dönüüm scakl deiimi katsaylar (CM ve CA), deiik sabit gerilmeler altnda termal döngü uygulanp dönüüm scaklklarnn belirlenmesiyle hesaplanabilir. Belirlenen dönüüm scaklklar gerilmelere göre çizdirilirse çkan dorularn eimleri bu katsaylar verir (ekil 1). 3.4. Kritik gerilmelerin belirlenmesi

Deforme olmu martensit için belirlenen kritik gerilme deerleri (scr ve fcr), deiik sabit scaklklarda gerçekletirilen gerilme-gerinim testleriyle 104

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belirlenebilir. Brinson’un modelinde martensit balama scaklnn (Ms0) altndaki scaklklarda dönüüm gerinimlerinin scaklktan bamsz olarak sabit kalmas beklenmektedir. Bu testlerde elde edilen dönüüm gerilmeleri scaklklara kar çizdirilirse ekil 2’de verilen grafik elde edilebilir. 3.5. Geri dönütürülebilen en yüksek gerinimin belirlenmesi

Geri dönütürülebilen en yüksek gerinim (L), sabit gerilme altnda termal döngü uygulanmasyla belirlenebilir. Gerinim verisi toplanarak döngü srasnda ulalan en yüksek gerinim belirlenebilir. 4. BA TELLERN KARAKTERZASYONU

Bu bölümde ince BA tellere sabit gerilme altnda elektro-termal döngü uygulanabilmesini salamak amacyla tasarlanm deney düzenei anlatlmtr. Bahsedilen düzenekte tellerin mutlak elektrik direnci, scaklk ve gerinim verileri 10 Hz sklnda toplanmaktadr. Bu çalmada 200 m kalnlnda ksalma için eitilmi nikel-titanyum alaml telin 90-206 MPa aralnda sabit eksenel gerilmeler altnda gerinim-scaklk, direnç-scaklk ve histerisis davranlar belirlenmitir. 4.1. Karakterizasyon Cihaznn Tantm

ekil 3’te ematik çizimleri görülen elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz, profil bir mekanik yap, LVDT (dogrusal degisken differensiyel dönütürücü), sinyal jeneratörü, elektronik yük ve güç kaynandan olumaktadr. BA tel, silikon kapl tutucularla düzenee balanmakta, ucuna da deitirilebilen sabit arlklar aslmaktadr. Çerçeve

Güç Kayna

BA tel

Balantlar

Scaklk Akm

Sinyal Üreteci

Elektyonik Yük

BA tel

DAQ Voltaj

LVDT

Uzama

Arlk

ekil 3 Elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz ematik çizimleri

Telin gerinimi BALLUFF BTL05 model çözünürlüü 2 m olan dogrusal degisken differensiyel dönütürücü (LVDT) ile, scakl ise elektrik yaltkan105

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yüksek sl iletken OMEGA BOND 101-16 ile yaptrlm 0.125 mm kalnlnda sl çift kullanlarak ölçülmektedir. Sistemde güç INSTEK PST3202 marka güç kaynandan salanmaktadr. Tellere verilen akm MITech 9301 marka sinyal jeneratörünün salad voltaj ile iç dirençi deierek akm kontrolünü salayan DATEL marka DTL32A-LC elektronik yük ile salanmaktadr. DAQ Book 2020 veri toplama sistemi ile akm, voltaj, scaklk ve uzama verileri sürekli olarak toplanmaktadr. 4.2. Karakterizasyon Testleri

200 m tel üzerinde deiik gerilimler altnda gerçekletirilen karakterizasyon testleri sonucunda veriler, MATLAB ortamnda ilenerek BA tel için scaklkgerinim (ekil 4a) ve scaklk-direnç grafikleri elde edilmitir. Gerinim-scaklk verileri kullanlarak deiik gerilme seviyelerinde dönüüm scaklklar teet yöntemiyle belirlenmi, daha sonra bu noktalar birletirilerek oluturulan dorularn eimleri ile katsaylar hesaplanmtr (ekil 4b) (CA=7.1 MPa/°C, CM=5.4 MPa/°C). Scaklk-gerinim grafiinden geri dönütürülebilen en yüksek gerinim de % 3.5 olarak bulunmutur.

Under Various Loading Conditions 0.5

240

90 MPa 120 MPA 170 MPa

0

220 200

-0.5

Gerilme (MPa)

180

Stress (MPa)

Gerinim(%) Strain (%)

-1

-1.5

-2

160 140 120

CA=7.1 MPa/C

100 80

CM=5.4 MPa/C

-2.5

60 -3

40 20

-3.5

0 -4 20

40 40

60

80

100 120 Temperature (C)

140

160

180

200

Scaklk(°C)

(a)

45

50

55

60 65

70

75

80

85

90

95 100 105 110 115 120 125 130

Temperature Scaklk (°C) (°C) Temperature (C)

(b)

ekil 4 Testlerde elde edilen (a) scaklk-gerinim (b) Gerilme-dönüüm scakl

5. SONUÇ

Bu çalmada BA modelleri incelenmi, TÜBTAK-SAGE’de kurulan karakterizasyon test cihaznda 200 m tel kullanlarak yaplan karakterizasyon testleri açklanmtr. Karakterize edilen tel için hesaplanan CA, CM katsaylarnn ve scaklk-gerinim, scaklk-direnç davranlarnn literatürde sunulan ([7]) dier çalmalarla uyum içinde olduu görülmektedir. 106

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA [1] Srinivasan AV, McFarland DM. Smart Structures: Analysis and Design. Cambridge, UK: Cambridge University Press; 2001. [2] Wayman C.M., Duerig T.W., Melton K.N., An Introduction to Martensite and Shape Memory, Engineering Aspects of Shape Memory Alloys, Butterworth-Ileinemann, 1990. [3] ehitolu H., Gall K. and Chumlakov Y., NiTi Experiments versus Modeling: Where do we stand?, Smart Structures and Materials, SPIE Vol 3992, 536-547, 2000. [4] DeGiorgia V. G., et al, A Comparison of a Few Shape Memory Alloy Constitutive Models, SPIE Conference on Mathematics and Control in Smart Structures, SPIE Vol. 3667, 730-737, 1999. [5] Brinson L.C., One-Dimensional Constitutive Behavior of Shape Memory Alloys, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 4, 229242,1993. [6] Brinson L.C. and Huang M.S., Simplifications and Comparisions of Shape Memory Alloy Constutive Models, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 7, 108-114,1996. [7] Nascimento M. and Araujo C., Electro-Thermomechanical Characterization of Ti-Ni Shape Memory Alloy Thin Wires, Materials Research, Vol. 9, 1519, 2006.

107

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

108

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ELEKTRONK KARTLARIN YÜKSEK GÜVENLRLK ÇN LEHMLEME SÜREC

lknur BAYLAKOLU(a) , Ü. Cem SARIKAYA(b), Serdar ÖZCAN(c), Melike Gürün TEMUR(d)

(a)

Bauzman Aratrmac, TÜBTAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected] (b)

Aratrmac, TÜBTAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected]

(c)

Aratrmac, TÜBTAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected]

(d)

Aratrmac, TÜBTAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Elektronik kartlarn sradan bir süreç gibi görünen lehimleme ilemi, uzun dönem ömür döngüsü içerisinde kartlarn güvenilirliini etkileyen çok önemli bir süreçtir. Elektronik kartlar, kullanm ömür süresi içerisinde, bulunduklar ortam, kullanm ekli ve kartlarn kendi elektriksel çalma döngüsüne bal olarak, scaklk, titreim, nem ve voltaj yükselmesi gibi farkl ypratc etkenlere maruz kalmaktadr. Lehim balantlar, bu çevresel etkilere kar en zayf bölgelerdir. Bu bildiride, lehimleme ileminin öneminden yola çklarak yüksek güvenilirlik ihtiyacnn önemli olduu uzay, askeri, havaclk vb. uygulamalarda kullanlan elektronik ünitelerin güvenilirlik isterlerinin salanmas amacyla lehimleme süreci ve bu sürece etki eden parametreler arasnda olan kart tasarm, kullanlan komponent ve lehim malzemelerinin seçimi, lehimleme metotlar ve tamir süreci irdelenmitir. Elektronik kartlarda lehim balantsndan kaynaklanan hatalar ve hata mekanizmalar anlatlmtr. Hata tespit etme metotlar anlatlarak örnekler verilmitir. Ayrca kurunsuz lehim kullanmnn güvenilirlik açsndan getirdii sorunlar irdelenmitir. Anahtar Kelimeler: Lehim balant güvenilirlik, yüksek güvenilirlik için lehimleme, kurunsuz lehim güvenilirlii ABSTRACT

Soldering process is very important step during the assembly process although it seems such a regular process. During its life time, PCBs are facing with different sorts of aging effects that comes through environmental conditions, handling and internal work-cycle of PCBs. Such effects can be said as temperature cycles, high humidity, random or constant vibrations and sudden voltage changes during system turn-on/off. And, solder joints are the most vulnerable area of the PCBs against those effects. In this document, by realizing its importance, soldering processes are told with its stages and elements that affecting the reliability of soldering process in 109

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara order to achieve the high reliable electronic assemblies which is a necessity in the applications of areas such as space, aviation, army, etc. The parameters which affect the soldering process, such as PCB design, component selection, soldering material selection, soldering methods and repair processes are investigated. Solder joint induced failure mechanisms and modes are told, and failure detection method examples are given. Important facts of lead-free soldering concerns are also mentioned in terms of reliability. Keywords: Solder joint reliability, soldering process for high reliability, leadfree solder joint reliability 1. GR

Lehimleme, ergimi dolgu malzemesinin (lehim) birbirine balanacak iki metal yüzeyi de slatmas ve daha sonra katlamas ile oluturulan metalürjik bir ba teknii olarak tanmlanr. Tanmndan da anlalaca üzere, lehimlenecek metaller ergimeye uramaz, balant iki metalin ara yüzünde oluur. Bu durumdan dolay lehimleme kalitesi, ergimi alamn (krem lehim gibi) komponent veya kartn iletken yüzeyini slatabilme ve lehimlenebilir hale getirme baarsna baldr. Lehimlenebilirlik kabiliyeti kullanlan lehim alam, lehim pastas ve lehimlenen yüzey kaplamalarnn fiziksel ve kimyasal yaps ve uygulanan lehimleme sürecinde meydana gelen etkileimlere baldr. Yüksek kalitede lehim balant elde edilmesi için lehimleme ileminin öncesini ve sonrasn da kapsayan bütün süreç önem kazanmaktadr. 2. YÜKSEK GÜVENLRLK ÇN LEHM BALANTILARI

Güvenilir lehim balantlarnn elde edilmesi, kabul görmü ve onaylanm standartlar dorultusunda, elektronik kart tasarm, komponent seçimi ve yerleimi gibi tasarm unsurlarnn uygun belirlenmesi, uygun lehimleme materyallerinin seçimi, lehimleme aletlerinin ve lehimleme prosedürünün doru belirlenmesi, teknik içilik gerektiren durumlarda gerekli dikkatin gösterilmesi ve lehimleme sonras lehim balants kalite kontrollerinin sertifikal persomel tarafndan yaplmas ile salanr [4]. Yüksek güvenilirlik gerektiren ürünlerin lehim balant güvenilirlikleri için dikkat edilmesi gereken dier baz konular unlardr: x Lehim balantlarn ilevselsizliine neden olan hata mekanizmalarndan en çok karlalan durum çip malzemesi ile kart malzemesinin sl genleme katsaylarnn (CTE) birbirine uygun olmamas nedeni ile scaklk deiimlerinden kaynaklanan yorulmalardr. Lehim balant güvenilirlii açsndan bu ve benzeri yorulma hatalar belirlenmeli ve bunlarn ömür tahmini deerlendirilmelidir. x Bütün maddelerin sl genleme katsaylar (CTE) uygun olsa dahi güç dalm maddelerde yorgunluklara sebep olabilmektedir. Eer snma, güç dalmndan kaynaklanyorsa, sl döngü analizleri yanl sonuçlara yönlendirir. Bu durumlarda güç döngüsü analizi uygulamak daha uygundur. 110

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara x

Tasarm esnasnda kartn çalma koullarnn özelliklerine (askeri veya uzay) göre kalifiye edilmi komponenet seçimi gerekmektedir [9].

3. LEHMLEME SÜRECN ETKLEYEN FAKTÖRLER 3.1. Tasarm Güvenilir lehim balants elde etmek için, devre tasarm srasnda göz önüne alnmas gerekenler aada verilmitir: x Güvenilir lehim balants elde etmek için, lehim balantlarndaki sl ve mekanik gerilimlerin önlenmesine yönelik tasarmlar yaplmaldr [8]. Özellikle BGA gibi lehim balant güvenilirlii hassas olan komponentlerin üzerinde mümkün olan en düük sl ve mekanik gerilim olumaldr [4]. x BGA lehimlerinin iç çeperdeki lehim balantlar radyoskopik X-n cihazlar kullanarak incelenebilmektedir. Bu incelemeyi kolaylatrmak için lehim balant yüzeyleri göz damlas eklinde çizilmelidir [4]. x Lehimleme scaklk profiline dayanabilecek komponentler seçilmelidir [11]. x Lehim alam olarak lehimleme srasnda krlgan yeni alamlar oluturabilecek malzemeler seçilmemelidir. x Kart delik çap bacak çapnn 2.5 katndan büyük ve bacak çap art 0.1 mm‘den küçük olmamaldr. Pad’ler delik çapnn 3 katndan büyük olmamaldr. x Kart ile arasndaki sl genleme katsays (CTE) fark en az olan komponentlerin seçilmesine dikkat edilmelidir [4]. x Komponentlerin lehimleme yüzey kaplamalar kullanlacak lehimleme prosesine (kurunlu yada kurunsuz lehimlemeye göre) uygun olmaldr. x Kurunsuz lehimlemede kullanlacak komponentler için bacak kaplamalarndaki kalay alamnn saflk derecesi %97’den fazla olmamaldr. Aksi takdirde kaplama yüzeyinde “whisker” olarak adlandrlan mikro uzantlar oluabilmekte, ve bu uzantlar bazen ksa devre oluturacak kadar uzayabilmektedir. x Sonlu eleman analizinde (SEA), krmk eni küçük, taban kalnl fazla ve lehim top çap daha büyük olan LFBGA (Low Profile Fine-Pitch BGA)’lerin güvenilirlik açsndan ömrünün daha uzun olduu görülmütür. BGA taban lehim top dizilerinin tam olmas (full array) veya s uzaklatran lehim top (thermal balls) seçeneinin olmas, eskime ömrünün uzamasna yardmc olmaktadr [1]. 3.2. Krem Lehim ve Lehim Pastas Kullanlacak lehim pastas olarak “no-clean” diye adlandrlan lehimleme sonras temizlik gerektirmeyecek ürünler seçilmelidir [5]. Suda çözülebilen asit içerikli lehim pastalar alkol gibi yanc maddeler içermediklerinden çok yüksek scaklklarda kullanlabilmektedir. Fakat bu tür

111

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara lehim pastalar kullanldklar takdirde lehimleme sonras lehim pasta kalntlar derhal temizlenmelidir [5]. Krem lehimler, içerisinde lehim pastas ve lehim alam parçacklar bulundurmakta ve yüzey montaj komponentlerinin lehimlenmesinde kullanlmaktadr. Krem lehim kullanmnda da lehimleme sonras artklar olabilmektedir. “No-clean” özellii yannda artk miktar düük (LRSP – low residue solder paste) krem lehimler tercih edilmelidir. Krem lehim artklar devre yollar arasnda iletim salayan bir direnç etkisi göstermekte ve gürültü oluturabilmektedir. Özellikle yüksek frekansta (5-50MHz ve yukars) bu gürültünün etkisi artmaktadr [12]. Krem lehim artklarna kar lehim sonras uygun temizleyiciler kullanlabilir. BGA’lerde uygulanan krem lehim miktar önemlidir. Balant yüzeyleri üzerine çok fazla krem lehim uygulanmas köprü oluma riskini getirirken, çok az krem lehim kullanlmas ise zayf lehim balants oluturacaktr [4]. 3.3. Lehimleme lemi Lehimleme ilemi srasnda uygulanan lehim, kart üzerindeki lehimleme yüzeyinin tamamn ergiyerek kapatmaldr. Kullanlan komponente göre ilgili standartlar çerçevesinde (ECSS-Q70-38A gibi) uygulanan lehim, komponent bacann kritik temas yüzeyini doldurmal fakat ar yüksek olmamaldr. Lehim, komponent veya kart üzerinde metalik olmayan bölgelere tamamaldr [4]. Elektronik kartlar, gerektii durumlarda, lehimleme yaplmadan önceki 8 saat içerisinde temizlenmeli ve nemi giderilmelidir. Nemi almak için, kart 90°C ila 120°C aras bir scaklkta en az 4 saat tutularak frnlamadan geçirilebilir, ya da düük scaklkta vakum kurutmasna tabi tutulabilir. Frnlama ilemi, lehimleme srasnda lehim yüzeyinde bulunabilecek nemden kaynaklanan su parçacklarnn genleme etkisi sonucu lehimde hava boluklarnn veya yarklarnn olumasn (popcorn effect) önlenmesi açsndan önemlidir [5]. Lehimleme proseslerinden biri olan dalgal lehimleme ilemi yüzey montaj ve delik içi geçili komponentleri içeren kark komponent lehimlemelerinde kullanlan bir lehimleme tekniidir. Yüksek güvenilirlik açsndan önem arzeden yüzey montaj komponentleri ve özellikle BGA lehimlemeleri için ise daha verimli olan reflow lehimleme ilemleri tercih edilmektedir. Yüksek güvenilirlik uygulamalar için; buhar faz (Vapour Phase) reflow lehimleme, hava ile sl yaylm (Forced Air Convection) ve kzlötesi (Infrared) reflow lehimleme [6] yöntemleri kullanlmaktadr. Lehimleme srasnda komponentte herhangi bir hasar olumamas için, belirtilen azami komponent yüzey scakln geçmeyecek scaklk profilleri uygulanmaldr. Güvenilir balantlar için, kart üzerindeki kritik scaklk bölgeleri belirlenerek, montaj srasnda kabul edilebilir en düük lehim balant scaklna ulalmas ve önerilen en yüksek reflow scaklk deerinin üzerine çklmamas gerektii dikkate alnmaldr [3].

112

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Yaplan bir incelemede, denenen iki ayr reflow profili sonucu hata verdiren en etkili parametrenin kullanlan elek kalnl olduu sonucuna varlmtr, elek açklnn, elek kalnlna oran, 1.5’den büyük olmaldr. Hata vermeden en fazla sayda döngü için, optimum artlar: pad çap=0.66 mm, elek kalnl, 0.2 mm, ve en üst reflow scakl ise 235 ºC olarak belirlenmitir [2]. Lehimleme süreci için komponetler, nem hassasiyet seviyesine göre IPC/JEDEC Standart J-STD-020C’ye göre deerlendirilerek seçilmelidir. 3.4. Temizlik Lehimleme ileminden sonra kalan lehim pastas artklar uygun çözücüler ile 24 saat içerisinde temizlenmelidir. Yüzeyde kalan kalntlar, elektrokimyasal yaylma mekanizmas ile iletken yollar arasnda ksa devre oluumuna neden olabilir. Montaj yaplm kartlarn temizlilik testi, SIR (yüzey izolasyon direnci, NaCl iyonik kirlilik deeri ) ölçülerek yaplmaldr. Temizlilik kontrolü, uzay uygulamalar için, ECSS-Q-70-01A’ a uygun olmaldr. 3.5. Tamir, Onarm Tamir ve onarm ilemleri kurunsuz ve Sn-Pb lehimlerin güvenilirliini düürmektedir. Kurunsuz lehim tamiri srasndaki yüksek scaklk bask devre lehim maskesine ve delik içi geçilere zarar vermektedir. Farkl alamlarn kullanm, teknisyenlerin hangi alamn kullanldn gözle ayrt etmelerini zorlatrmaktadr, bu konuda eitim almaldrlar. Lehim alamlar, kontrolsüz alam oluumuna sebep olmamal, birbirleri ile uyumlu olmaldr.Azot kullanm kurunsuz lehimlerdeki baz sorunlar hafifletmektedir. Farkl alamlarla olumu lehim balantlarn tamiri veya slah esnasnda lehim balantlarnda demir, bakr, gümü, nikel gibi baz maddeler kalabilmektedir. • Maksimum ön stma seviyesi bask devre kartnn cams geçi scakl (Tg) deerinden 10°C aa olmaldr [11]. • Eer tamir yaplacak kart neme hassas ise veya neme hassas komponentler bulunduruyorsa, 125°C de 24 saat boyunca frnlama yaplmas gereklidir [11]. • Komponentin çkarlmasndan sonra, kart üzerinde kalan lehim toplar ve kalan lehim kalntlar olabildiince giderilmelidir. Bu yüksek kurun içerikli kalntlar yeni lehim pastasnn erime noktasnn artmasna sebep olur [11]. • Ar scaklk uygulayarak komu komponentlere zarar verilmemesi için scak hava ak direkt olarak komponent üzerine tutulmaldr [10]. • Lehimleme esnasnda s uygulanan operasyonlarda malzemelere, dier lehim balantlarna, iletken yollara ve karta zarar vermemek için sy ileten termal elek kullanlmaldr. • Hasarl ya da krlm iletken yollarn tamiri yaplmamaldr. • Lehim balantlarn soutulmasnda basnçl hava kullanlmamaldr. Balantlar sadece oda scaklnda soutulmaldr.

113

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara •

letkenin delik içi lehimlenmesi esnasnda s deliin sadece bir tarafndan uygulanmaldr [8].

4. LEHM BALANTI HATALARI VE MEKANZMALARI

Lehim balantlarndan kaynaklanan hatalar, bu hatalar oluturan mekanizmalar ve sebep olan faktörler aadaki çizelgede gösterilmitir. Çizelge 1 Lehim balantlarda hata oluumu Hata Oluum Sebepleri

Hata Mekanizmas

Olas Hata Modu

CTE çok farkl olmas, Tg ‘nin uygun olmamas, Montaj srasnda karlalan scaklk farklar, Lehimleme scaklk snrlar ve bekleme süreleri, Istma / soutma hzlar

Lehim Balant Yorulmas

Çatlaklar, ayrlmalar

Komponent sonlandrmalarnda ve lehim alamnda kalayn %97’den fazla olmas

Klcal Uzama

Ksa devre , Yüksek frekansta gürültü oluumu

Lehimleme prosesinde komponent üzerinde sl yaylmn eit olmamas, Düzensiz krem lehim basks, Komponent bacak yüzeylerinin eit olmayan lehimlenebilirlii

Kalkk kopmonent oluumu (tombstoning)

Açk devre oluumu, Mekanik hata verme

Lehim toplar içerisinde boluklar olumas ve buradaki nemin scaklkla ani genlemesi

Msr patla oluumu ve tabaka ayrlmalar

Mekanik hata verme, Elektriksel ve sl iletkenliin azalmas, açk devre oluumu

Lehim balant noktasnda gerilim oluumu Ar snma ile sl gerilim, yorulma, kirlilik nedeni ile kimyasal yaylm

Lehim balantsnn geometrik yapsndaki bozukluklar Tasarmn çok youn olmas

Lehim kalkmas, kopmas Ksa devre, açk devre

Lehim balantlar genelde souma srasnda hasar görürler. Bu hatalarn en aza indirilmesi için, tasarm srasnda hata aac analizi veya hata türü, etkileri ve kritiklik analizi yaplarak gerekli iyiletirmeler yaplmaldr. 5. LEHM GÜVENLRLK, KALTE KONTROL ve HATA TESPT TESTLER

Lehim güvenilirlik testleri lehim balantlarnn ilevsellik kontrol testleri deil, elektronik kartn kullanm ömrü süresince tabi kalaca ortam koullarna uygunluu ve dayanklln saptama testleridir. Lehim güvenilirlik testleri için genel olarak sl çevrim ve titreim testleri uygulanmaktadr. Ayrca lehim kalite kontrol uygulamas olarak yada güvenilirlik testleri sonras hata tespiti için tahribatsz optik ve X-n incelemeleri ve tahribatl mikro-kesit alma ilemleri yaplabilmektedir. X-n incelemesi ile BGA içerisinde herhangi bir eksik lehim topu veya köprü lehim oluumu çok rahat görülebilmektedir. BGA lehim balantlarnda krem lehimin ergiyerek (reflow) yeterli dalm 114

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara göstermemesi veya açk devre olmas durumlar da X-n ile açl inceleme yaplarak tespit edilebilmektedir[4]. Lehim balantlarndaki çatlaklarn tahribatsz inceleme ile görülmesi çok zor olabilmektedir. Çatlak ve süreksizlikler için lehim balantlar mikro-kesit alma ve parlatma ilemi sonras mikroskop incelemesi yaplarak kontrol edilebilir[4]. Boya emdirme testi de lehim balant yüzeylerindeki çatlaklarn testbit etmek için kullanlan bir tahribatl test yöntemdir. Elektronik kart yüzeyine uygulanan boyann lehim balantlarndaki ve yüzeyindeki olas çatlaklara szmas salanr. Lehim balants söküldükten sonra balant yüzey alannn %25’inden fazlasnda boya varsa lehim balants hatal kabul edilir[4]. 5. KURUNSUZ LEHM KULLANIMI

Avrupa Birlii(AB) tarafndan yaynlanan ve içinde kurunun da bulunduu bir dizi elementin kullanmnn yasaklanmasyla birlikte lehim malzemelerinde farkl karmlar kullanlmaya balanmtr. Kurun içerikli lehimlerin yerini kurunsuz lehim alamlarna brakmas lehimleme süreçlerinde deiiklikler yaplmasn gerektirdii gibi beraberinde baz güvenilirlik sorunlar da getirmektedir. Kurunsuz lehimleme ilemi için düzenek veya süreç deiikliklerin yaplmasn zorunlu klan en temel neden kurunsuz lehim alamlarnn ergime scaklklarnn kurunluya göre çok daha yüksek olmasdr. Ergime scaklklar Sn-Pb alamlar için 183°C iken kurunsuz alamlar için 220°C civarndadr. Hatta Sb5Sn95 alamnn ergime scakl 238°C ile çok daha yüksektir [13]. Kurunlu ve kurunsuz lehimleme malzemelerinin birlikte kullanlmasndan kaçnlmaldr. Aksi takdirde oluabilen baz sorunlar unlardr [7]: x Kurun içerikli komponent bacaklarnda (veya lehim toplarnda) yaplan lehimleme srasnda bizmut (Bi) içerikli kurunsuz lehim kullanldnda ergime scakl düük olan bir metalik kombinasyon oluabilmektedir (Sn51Bi32Pb, ergime scakl: 96°C). Lehim balant yüzeyindeki bu metalik oluum çatlamalar yaparak hataya sebep olmaktadr. x Kurunlu lehim için üretilen komponentlerin lehimlemesinde gümü (Ag) içerikli kurunsuz lehim kullanlmas durumunda ise souma srasnda kalay-kurun-gümü metalik bileeni oluabilmektedir (62Sn36Pb2Ag, ergime scakl=179°C). Bu alam hava boluu (voids) etkisi gösterebilmektedir. x Kurunlu (Sn-Pb) lehim yüzeyi kaplamal HASL PSB elektronik kartlarn geçili komponent lehimlemesinde kurunsuz kalay-gümü (Sn-Ag) alaml lehim kullanlmas, lehim çatlamas ve kalkmasna (fillet lifting) neden olabilmektedir. Ayn ekilde, ergime scakl lehimleme ergime scaklna göre nispeten düük olan yeni bir alamn (Sn36Pb2Ag) olumas ve kart yüzeyine çkmas sonucunda, souma srasnda en son katlaacak olan bu yüzey bölgesi zayf lehim balantsna neden olmaktadr. x Kurun kaplamal HASL PCB elektronik kartlarn lehimlemesinde kurunsuz kalay-gümü-bakr (SnAgCu) alaml lehimlerin kullanlmas ise 115

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hava boluklar (voids) içeren zayf balantlarn olumasna neden olabilmektedir. x Ayrca kurunsuz lehimleme için üretilen komponent ve kartlarn kurunlu lehimleme ilemine tabi tutulmas da (backward assembly) nispeten daha düük scaklk profiline tabi tutulacandan dolay, BGA yüzey montaj komponentindeki kurunsuz SnAgCu lehim toplarnda souk lehim olumas riski vardr. Ayrca içindeki Bizmut (Bi) oran %4’ten fazla olan kurunsuz lehim kaplamal komponent veya kartlarn kurunlu lehimlenmesi zayf balant oluturabilmektedir. 6. SONUÇ

Savunma ve Uzay Sanayi uygulamalarndaki ürünler, maruz kaldklar çevresel koullar ve performans beklentileri gerei, yüksek güvenilirlikte olmak durumundadr. Lehim balant bölgeleri de ürünün beklenen güvenilirliini salayacak düzeyde olmaldr. Lehim balantlar yüksek güvenilirlik için tasarm safhasnda balayan, komponent ve malzeme seçimi, üretim ve tamir süreçleri, muhafaza etme, sevkiyat ve ürünün fonksiyonel safhas da dahil, göz önüne alnmasn gerektiren kriterler mevcuttur. Bu sektörde faaliyet gösteren firmalar kendi iç süreçlerini, kalifikasyon ve dorulama planlarn, ilgili standartlarn isterleri dorultusunda hazrlamal ve gerekli muayene yöntemlerini uygulayarak, lehim balantlarn kalitesinin istenen güvenilirlik düzeyini salayacak ekilde olduunu belirlemesi gerekmektedir. KAYNAKÇA

[1]

[2]

[3]

[4] [5] [6]

[7]

Tee, Y.T., et al., “Board Level Solder Joint Reliability Modeling of LFBGA Package”, STMicroelectronics Pte. Ltd. 2000 Int'l Symp on Electronic Materials & Packaging. Arulvanan, P. et al., “Effects of process conditions on reliability, microstructure evolution and failure modes of SnAgCu solder joints“, Microelectronics Reliability, v 46, 432–439, (2006). Friedrich-Wilhelm Wulfert, “Bleifreie Elektronik – Alles im Griff ?“ Technologies and Standards Motorola SPS EMEA Quality, Schatzbogen 7, 81829 München, (16 Ocak 2004). “High-reliability soldering for surface-mount and mixed technology”, ESA Standard, ECSS-Q-70-38A, (26 Ekim 2007). “The manual soldering of high-reliability electrical connections”, ESA Standard, ECSS-Q-70-08A, (06 Au 1999). “Surface Mounting Technology – Part 1: Standard method for the specification of surface mounting components (SMDs)”, IEC Standard, IEC-61760-1, (2006). M. Osterman, “Lead-free and Mixed Assembly Awareness”, UMDCALCE Study/Works, CALCE Short Course, (2007). 116

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [8] [9] [10] [11] [12]

[13]

”Soldered Electrical Connections”, NASA-STD-8739.3 w/change, 2439, (2 Aralk 1997). http://www.nasa.gov/offices/oce/llis/0275.html, (ubat 2008). “Assesment of the Reliability of Solder Joints to Ball and Column Grid Array Packages for Space Applications”, ESA STM-266, (Eylül 2001). “Generic Standard on Printed Board Design”, ANSI Standard, ANSI/IPC-2221, (ubat 1998). A. Beikmohamadi, “Effect of Post-Reflow No-Clean Solder Paste Residue on Electrical Performance”, IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol:16, No:8, (Eylül 1993). B. Z. Hong, “Thermal Fatigue Analysis of a CBGA Package with Leadfree Solder Fillets”, InterSociety Conference on Thermal Phenomena, (1998).

117

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

118

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DAITIK MMARL SAVUNMA SSTEMLERNDE FÜZYON KATMANLARININ BRLETRLEREK ZLEME BAARIMININ YLETRLMES

Mübeccel DEMREKLER (a), Emre ÖZKAN (b),Yücel ÖZBEK(c), Melih GÜNAY(d), Berrin ÖZER(e).

(a) Prof. Dr. ODTÜ, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (b) Ara. Gör. ODTÜ, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (c) Ara. Gör. ODTÜ, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (d) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (e) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET

Günümüzde birçok savunma sistemi çeitli tip ve sayda sensörler ile bunlarn bir üst seviyede bal olduu sistem boumlarndan olumaktadr. Bu tip çoklu sensörlü sistemler, hem ilem yükünü hafifletmek hem de haberleme kanallarn uygun bir ekilde kullanabilmek amacyla datk sistem mimarisi içerisinde tasarlanmaktadrlar. Literatürde datk yapda gerçeklenen bu sistemlerde iz füzyonu problemi için çeitli yöntemler önerilmitir. Bu çözümler genellikle raporlama sorumluluuna dayanmakta olup II. Seviye ve daha üst seviye füzyon sonucunda tüm sahaya ait iz resmini vermektedirler. Bu çalmada, datk mimari yaklam kaybedilmeden I. ve II. seviye füzyon katmanlar tek bir seviyeye indirgenmi ve daha iyi füzyon baarm elde edilmitir. Bu yap sistem boumlarnda ortak iz resmini salamakta ve tek bir füzyon seviyesi kullanarak hedef konumlarn daha hassas bir ekilde elde edebilmektedir. lem ve haberleme yükünün en uygun bir ekilde datlabilmesi için de bölgelere ayrmaya dayanan bir yap öngörülmütür. Bu yapda sensörlerin kapsama alanlar göz önüne alnarak izleme alannn belirli alt bölgelere ayrlmas prensibi benimsenmitir. Her bir alt bölge bir sistem boumunun sorumluluuna atanm olup, kesien bölgelerde raporlama sorumluluuna dayanan bir yap oluturulmutur. Bu sistem MATLAB ortamnda gelitirilmi ve yapay olarak oluturulan senaryolarla denenmitir. Deney sonuçlar sistemin baarmnn beklenen düzeyde olduunu göstermitir. Anahtar Kelimeler: z Birleme, Datk Füzyon Mimarisi, Ortak Resim Oluturma, Kalman ve Berk Süzgeçleri

119

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ABSTRACT

Today, most defense systems consist various types and numbers of sensors and nodes connected to each other. Such multi-sensor systems are designed in a distributed fashion for both decreasing computational load and exploiting the communication channels efficiently. In the literature, there are several methods proposed for fusion problem in these distributed systems. These solutions generally are based on reporting responsibility technique and generate the air picture after II. or more level fusion. In this study, while not giving up the distributed fusion approach, I. and II. level fusion is combined to one single level and better fusion performance is achieved. The proposed structure can provide common air picture at the sysytem nodes and obtain track positions more accurately by using single fusion level. For distribution of computation and communication load, a region seperation method is performed at the study. Taking into account sensor coverage regions, tracking region is divided into predetermined subregions. Each region is assigned to a responsible system node and reporting responsibility technique is carried out in the intersection regions. This structure was designed in MATLAB environment and tested by using simulated tracks. Experimental results gave out expected system performance. Keywords: Track Fusion, Distributed Fusion Architecture, Integrated Air Picture, Kalman and Robust Filtering 1. GR

Bu çalmann temel amac karaya konulu hava savunma sistemleri gereklerini analiz ederek bir sensör füzyon algoritmasnn oluturulmasdr. Bu amaç dorultusunda bir sistem tasarm yaplm ve MATLAB ortamnda gerçeklenmitir. Oluturulan sistem çeitli testler yaplarak snanmtr.

ekil 1 Karaya konulu füzyon sistemleri için basitletirilmi sistem yaps

120

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Ana hatlar ile sistem, ilgili Füzyon Merkezi’ne gönderilen tüm sensör izlerini birletirerek ortak hava resmi oluturmay amaçlamaktadr. Sistemin ortak resim oluturmas datk mimaride gerçekletirilmitir. Bu gerçekletirim ortak resmin ayr parçalarnn ayr füzyon merkezlerinde oluturulmas anlamna gelmektedir. Yap, Bolüm 3 de ayrntl olarak anlatlacaktr. Sensör iz füzyonunda temel amaç farkl sensörlerden gelen bilgileri en iyi ekilde kullanarak, hedefler hakknda tek bir sensörden edinilecek bilgiden daha doru, daha kapsaml bilgi elde etmektir. Literatürde bulunan sistemlerde sensör füzyonu deiik biçimlerde yaplmaktadr[1,5]. Bu konudaki bir yaklam radarlarn elde ettikleri ham verilerin füzyon merkezine birletirilerek izlerin oluturulmasdr [1]. Bu tür yöntemler iletiim kanallarndaki snrlamalar nedeni ile çok fazla uygulanamamaktadr. Bir baka yöntem grubu ise radarlarn oluturduu izlerin durum vektörlerinin (tipik bir örnek olarak pozisyon ve hz bilgileri) füzyon merkezinde birletirilmesi esasna dayan [2]. Bu durumda salkl birletirme yaplabilmesi için veriler aras krorelasyonun kaldrlmas gerekmektedir. Bu da durum vektörlerinin yan sra çeitli Deiinti (kovaryans) matrislerinin de bilinmesini gerektirir. Sözü edilen yöntem zaman içinde ardarda gelen durum vektörlerinin sadece anlk deerleri ile ilgilenir ve birletirme ilemlerini buna göre yapar. Literatürde var olan dier bir snf algoritma u ekildedir; füzyon merkezi gelen sensör izlerini kullanarak kendisi yeni birletirilmi izler oluturur ve gelen sensör izleri ile devaml olarak bunlar güncelleyerek takip eder [2]. Bu tür yöntemler, durum vektörlerinin ayn hedeften gelmelerindeki korelasyonun yan sra ayn sensörden ardarda gelen veriler arasndaki korelasyondan da etkilenirler. Bu çalmada füzyon metodu olarak, gelen izlerden yararlanarak füzyon merkezinde yeni, birletirilmi izler oluturan yap seçilmitir. Bu seçimin nedeni eldeki verinin radarlardan gelen ve önemli ölçüde nicemlemeye uram izler olmasdr. Sistem izlerinin füzyon merkezinde tekrar oluturulmasnn nicemlemenin ve dier iz bozukluklarnn etkisini azaltlaca düünülmütür. Bildiride 2. Bölümde füzyon sistemi, 3. Bölümde ise ortak resmin oluturulmas anlatlmaktadr. Son olarak deney sonuçlarna dayal genel deerlendirme verilmitir. 2. FÜZYON SSTEM Bu bölümde füzyon sisteminin ana yapsn genel çerçeveyi çizerek anlatacaz. Sensörlerden gelen izlerin birletirimi, farkl zaman aralklarnda çalan iki ana birletirme ünitesi tarafndan yaplmaktadr. Bu ünitelerden birincisi sabit periyotlarla çalan ‘izlerin ayn olduuna karar verme ‘eleme (association) birimi’, dieri ise her yeni veri geldiinde ilgili izi güncelleyen

121

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ‘güncelleme birimi’dir. Eleme birimi müzayede (auction) [7,8,9] algoritmasnn bir türevini kullanmaktadr. Eleme, sistem izleri ile sensör izleri arasnda olmakta, bu eleme sonucu hem yeni izler hem de mevcut izler hakknda karar verilmektedir. z güncelleme bölümünde ise, gelen iz verileri mevcut izleri yenilemek için kullanlmaktadr. Mevcut izleri yeni gelen verilerle yenilemekte iki alternatif yöntem kullanlmaktadr. Bunlardan birincisi Kalman süzgeçleme [3], dieri ise berk (robust) süzgeçlemedir [4]. Gelitirilen füzyon sistemi yapsnda her sensör için kendi iz listesi tutulmakta ve bu iz listesi sensörlerin kendi ölçümleri kullanlarak güncellenmektedir. Güncellenen izler daha sonra Füzyon Merkezi’ne gönderilmektedir. Füzyon Merkezi ise kendi iz listesini tutmakta ve tüm sensörlerden gelen izleri kendi listesindeki izlerle karlatrp, uygun eletirmeler yaparak, iz listesini güncellemektedir. Sensör izleri farkl zaman aralklaryla güncellendikleri için, ayn hedefe ait farkl zamanlarda alnm ölçümler, Füzyon Merkezleri’ne deiik anlarda gelebilirler. Sensör iz füzyonu algoritmas, bu tür zaman farkllklarn göz önünde bulundurarak, ölçümleri doru bir biçimde birletirip, Füzyon Merkezi iz listesine yine tek bir iz olarak eklemelidir. Bu amaçla algoritma belirli ilemleri, periyodik olarak, belirli srayla gerçekletirmektedir. 2.1 Farkl Sensörlerden Gelen zlerin Elenmesi Her sensörün kendi ölçümlerini ileyip, hedeflere dair kendi izlerini oluturup sakladklar, çoklu sensör uygulamalarnda önemli bir sorun da farkl sensör izlerinin, ayn hedefe ait olup olmadna, ne ekilde karar verileceidir. Bu problem z Eletirme problemi olarak adlandrlr [6].

Farkl sensörlerden gelen izlerin eletirilmesi sonucu ortaya çkan izler, sistem izleri olarak tanmlanr. Sistem izleri, kendilerini oluturan sensör izlerinin numarasyla beraber, Füzyon Merkezi iz listesinde tutulur. Bu çalmada iz eleme algoritmas periyodik olarak belli zaman aralklaryla çaltrlmaktadr. Sisteme ilk defa gelen sensör izleri için ise farkl bir yaklam izlenmektedir. Bu durumda eleme zaman beklenmemekte, bu iz daha önce ayn sensörden gelen izlerle elenmemi herhangi bir sistem izine geldii anda elenebilmektedir. Eer sisteme ilk defa gelen sensör izi elenebilecei tüm sistem izlerinden uzaktaysa annda yeni bir sistem izi olarak balatlmaktadr. Sistemde eskiden beri var olan sensör izleri için ise bir önceki füzyon zamanndaki elemeler kullanlmaktadr. Dolays ile füzyon zamanlarnda yeni iz balatma yaplmamakta sadece eski füzyon kararlar gözden geçirilmekte; sistem izlerinin silinmesi, eleme kararlarnn silinmesi gibi operasyonlar gerçekletirilmektedir. Eleme periyodu belirlenirken ksa periyotlarn hesaplama maliyetini (computational cost) artraca daha da önemlisi karmaa (clutter) etkisiyle 122

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hava resminin gereksiz yere deiebilecei buna karlk uzun periyotlarda çok seyrek eletirme yapma nedeni ile iz birletirme hatasnn uzun sürecei göz önünde tutulmaldr. Genel sistem yaps, her eleme annda güncellenen her sensöre ait ‘uyumluluk matris’lerine dayanmaktadr. Uyumluluk matrisleri sistem izleri saysnda sütuna ve ilgili sensörün izleri saysnda satra sahip olan matrislerdir. Matris elemanlar olaslk veya olabilirliklere karlk gelmektedir, dolays ile sfrdan büyük saylardr. P sensörlü bir sistemde K. eleme anndaki uyumluluk matrislerini U Ki , i = 1...P ile gösterilmitir. Bundan sonraki bölümde amacmz bu matrislerin [K K+1] aralnda gelen veriye göre güncellenmesi olacaktr. Örnek olarak K eleme annda N sistem izi olduunu varsayalm. i numaral sensörün Li hedefi izlediini varsayarsak sistemde P kadar uyumluluk matrisi bulunacak ve i’ninci uyumluluk matrisinin boyutlar ( Li u N ) olacaktr. Bu balangç noktasndan balayan algoritma, K+1 eleme anna kadar geçen sürede gelen verilere dayanarak bu matrisleri güncelleyecektir. Güncellemede [K K+1] zaman aralnda i numaral sensörün j izine ait yeni bir veri geldiinde bu sensöre ait uyumluluk matrisinin j izine ait satr güncellenir. Bu güncelleme için tüm sistem izleri veri geli anna ötelenir ve aralarndaki uzaklklar yenilenerek yeni U Ki oluturulur. 2.1.1 Eleme Kararlarnn Güncellenmesi Eleme kararlar müzayede algoritmasnn deitirilmi bir biçimi kullanlarak verilmektedir. Öngörülebilecei gibi müzayede algoritmasnda kullanlan uyumluluk matrisleri kare matrisler deildir dolaysyla asimetrik yap gelitirilmitir. Yaplan sistemde ‘fiyat savalar’na kar önlemler alnmtr. Ayrca radarlardan gelen baz izlerin hiçbir sistem iziyle elenemeyecekleri karar alnarak bu izlerin mevcut sistem izlerinin güncellenmesinde kullanlmamas esneklii de sisteme eklenmitir. 2.2 z Güncelleme z güncellemesi deiik süzgeçleme yöntemleri ile yaplm ve bu yöntemlerin performans karlatrlmtr. Füzyon algoritmasnda kullanlan aada listelenen dört deiik süzgeç yönteminin verdii sonuçlar arasnda genel olarak büyük farklar gözlenmemitir: i. Kalman süzgeci sabit hz modeli, ii. berk süzgeç sabit hz modeli, iii. berk süzgeç sabit ivme-sabit hz karma modeli, iv. Karma parametresinin (iii) modelinde deiken olduu sürüm.

123

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Özellikle berk süzgeç kullanlan (ii)—(iv) yöntemlerinin verdii sonuçlarn kendi aralarnda çok küçük farklar vardr. En belirgin farklar, seyrek de olsa, Kalman süzgeci ve berk süzgeçler arasnda görülmütür. Temel olarak berk süzgeçlerin geçirgenlii Kalman süzgece oranla daha yüksek frekanslara çkmakta ve dolaysyla bunlarn ürettii izler radar verilerine daha yakn olmaktadr. Bir baka deyile berk süzgecin yumuatma (smoothing) etkisi Kalman süzgecine göre daha azdr. Öte yandan, berk süzgeçte kullanlan performans parametresi (J) ile oynayarak yumuatma seviyesi ayarlanabilmektedir. 3. ORTAK RESM OLUTURULMASI Bu çalmann ana amac sistem içerisindeki füzyon merkezlerinde ortak hava resminin oluturulmasdr. Ortak hava resmi, füzyon merkezlerinin ürettikleri izlerin tek bir merkezde tekrar birletirilmesi ile oluturulabilir (Merkezi Füzyon). Bu yöntem enuygun yöntem olmasna ramen hem merkezdeki ilemsel gücün hem de sistem haberleme kanallarnn youn kullanmn gerektirmektedir. Dier bir yöntem ise I. seviye füzyon gerçekletirdikten sonra II. seviye füzyon yaparak ortak hava resmini elde etmektir. Bu yöntem enuygun çözüm olmamakta ancak haberleme ve ilem yükünü merkezler arasnda databilmektedir.

Bu çalmada izlenen yöntem ise böyle bir yaklam yerine ortak resmin ayr parçalarnn ayr füzyon merkezlerinde oluturularak hava resminin sorumluluunun füzyon merkezleri arasnda datlmasdr. Bu oluturma srasnda dorudan sensör izleri kullanlr. Böylelikle hem enuyguna daha yakn füzyon yaplmakta hem de ilemsel güç ve haberleme kanal kullanm merkezler arasnda paylalabilmektedir. Bu yöntemle I. ve II. seviye füzyon katmanlar tek bir seviyeye indirgenebilmitir. Ana hatlar ile sistem, ortak resmin deiik parçalarn izlere katk yapan tüm sensör izlerini kullanarak füzyon merkezlerinde oluturup tüm birimlere datr. Böyle bir yapda ilgili Füzyon Merkezi’ne kendine bal olan sensörlerle birlikte gerektiinde kendine bal olmayan sensörlerden de iz bilgisi gelmektedir. Bu gönderim ilgili izin Füzyon Merkezi’nin sorumlu olduu bölgede olmas durumunda yaplmaktadr. ‘Bölgelere ayrma’ olarak adlandrdmz bu yap aada detaylar ile anlatlmtr. Datk olarak karar oluturmak için sistem taranan bölgeyi alt bölgelere ayrmakta ve her alt bölgenin sorumluluunu bir Füzyon Merkezi’ne vermektedir. Bu durumda her Füzyon Merkezi kendi sorumluluk alannda olan izleri dorudan sensör izlerini kullanarak oluturmakta ve dier merkezlere iletmektedir. Bölgelere ayrma, ilemlerin paylalmas anlamna geldiinden Füzyon Merkezilerinin ilem yükü önemli ölçüde az olacaktr. Önerilen sistem haberleme trafik younluu açsndan da incelenmi ve herhangi bir sisteme göre dezavantajl bulunmamtr. 124

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2 Bölgelere ayrma yönteminin 2 füzyon merkezli duruma uygulanmas

Oluturulan ‘bölgelere ayrma yöntemi’nde önce Füzyon Merkezlerinin sorumlu olduklar bölgeler bulunmaktadr. Bu amaçla bir Füzyon Merkezine bal bütün radarlarn belirli bir referans noktasna göre konumlar ve menzilleri ve her bir radarn kapsama alan (daire eklinde) belirlenir. Daha sonra bir Füzyon Merkezi’nin tüm radarlarnn kapsama alanlarn içine alacak en küçük dikdörtgen alan o Füzyon Merkezi’nin bölgesi olarak ayrlr. Bu ilem bütün Füzyon Merkezleri için yaplr. Füzyon Merkezleri’nin bölgeleri teker teker belirlendikten sonra eer varsa kesime alanlar saptanarak ortak bölgelerin köe koordinatlar hesaplanr. Oluturulan sistem veri alverii yönünden irdelendiinde snrl sayda sensör izinin dier Füzyon Merkezlerine gönderilecei görülecektir. Bunun dnda oluturulan tüm üst düzey füzyon izleri tüm Füzyon Merkezlerine gönderilmektedir. 4. SONUÇLAR VE RDELEME Oluturulmu olan sistem birçok yapay veride denenmitir. Bu denemeler srasnda algoritmalarda çeitli iyiletirme çalmalar yaplm ve parametreler ayarlanmtr. Sonuçlarla ilgili objektif deerlendirmeler de yaplmtr. Bu deerlendirmeler için kullanlan ve ayn ekip tarafndan gelitirilmi olan sistem bu konferansta “ z Füzyonu Sistemlerinde Füzyon Baarmnn Ölçülmesi” adnda sunulacaktr. Deerlendirmeler oldukça karmak olduundan biz burada tek bir örnek vermekle yetiniyoruz.

125

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 3’te verilen her üç bölgeden de geçen iz sorunsuz bir ekilde takip edilmi olup tüm sistem boumlarnda ayn ekilde elde edilmitir. Bu örnekten de görülebilecei gibi sistem oldukça baarl birletirmeler yapmakta ve ortak izin daha doru bir iz olmasn salamaktadr.

ekil 3 Sistem hava resmi deney sonucu TEEKKÜR Bu çalmaya yapm olduklar katklardan dolay Prof.Dr. Mustafa Kuzuolu (ODTÜ), Prof. Dr. Hitay Özbay (BLKENT Üniv.), Ahmet C. Durgun (ODTÜ), . Yücel Özbek (ODTÜ), ASELSAN çalanlar Elif Yavuztürk, Osman S. Tapkan, Bar Özdere ve Mehmet Akangöl’e teekkürlerimizi borç biliriz. KAYNAKÇA [1] M.E. Liggins II, et al., “Distributed Fusion Architectures and Algorithms for Target Tracking”, Proceedings of the IEEE, Vol. 85, No. 1, Jan 1997. [2] Y. Bar-Shalom and X.R. Li, Multitarget-Multisensor Tracking : Principles and Techniques, Storrs, CT: YBS Publishing, 1995. [3] X. Chen and K. Zhou, “H Gaussian filter on infinite horizon,” IEEE Trans. On Circuits and Systems – I: Fundamental Theory and Applications, vol. 49, 2002, pp. 674—679. [4] C. Foias, H. Özbay, A. Tannenbaum, Robust Control of Infinite Dimensional Systems, Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol.209, Springer-Verlag, Berlin,1996.

126

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [5] C.Y. Chong, et al., “Architectures and Algorithms for Track Association and Fusion”, IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, Vol. 15, No. 1, Jan. 2000. [6] C.Y. Chong et al., Multisensor Multitarget Tracking: Advanced Applications, Y. Bar-Shalom ed., Norwood, MA: Artech House, 1990. [7] D. P. Bertsekas, “An Auction Algorithm for Shortest Paths”, SIAM J. on Optimization, October 1990 [8] D. P. Bertsekas and D. A. Castanon, a forward/reverse auction algorithm for asymmetric assignment problems, January 1993 [9] D. P. Bertsekas, D. A. Castanon,3 and H. Tsaknakis, reverse aucton and the soluton of nequalty constraned assgnment problems, SIAM J. on Optimization, Vol. 3, 1993, pp. 268-299, March 1992

127

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

128

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Z FÜZYONU SSTEMLERNDE FÜZYON BAARIMININ ÖLÇÜLMES

Mustafa KUZUOLU(1), Hitay ÖZBAY(2), Ahmet Cemal DURGUN(3), Osman Siraceddin TAPKAN(4), Elif YAVUZTÜRK(5)

(1) Prof. Dr. ODTÜ, Elektrik Müh. Böl.,06531, Ankara, [email protected] (2) Prof. Dr. BLKENT, Elektrik Müh. Böl.,Ankara, [email protected] (3) ODTÜ, Elektrik Müh. Böl.,06531, Ankara, [email protected] (4) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (5) ASELSAN A.., Radar Elektronik Harp ve stihbarat (REHS) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET z füzyonu gerçekletiren bir sistemin baarmn ölçmek amacyla yeni bir yöntem gelitirilmitir. lk adm olarak, kullanlacak baarm ölçütleri saptanmtr. Daha sonra, füzyon sisteminin deerlendirilmesinde ‘senaryo zorluu’nu göz önüne alacak bir yaklam tantlmtr. ‘Senaryo zorluk derecesi’nin niceliksel ifadesi, senaryodan bamsz bir deerlendirme yaklam tanmlamak ve sistemin baarm düzeyinde uygun bir deiim oluturmak amacyla kullanlmtr. Saptanm bir senaryoda ‘normal’ ve ‘indirimli’ baarm gösteren ve karlatran bir örnek sunulmutur. Anahtar Kelimeler: z füzyonu.

ABSTRACT

A new method has been developed for the performance evaluation of a track fusion system. The initial step is the identification of the performance measures to be utilized. Next, an approach has been introduced to take into account the ‘scenario difficulty’ in the evaluation of the fusion system. A quantitative expression of the ‘scenario difficulty level’ is used to define an evaluation scheme independent of the scenario and to induce an appropriate modification in the overall performance level of the system. An example is included to illustrate and compare the ‘normal’ and ‘reduced’ performance for a specific scenario. Keywords: Track fusion.

129

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara I-GR

Çoklu radar ve çoklu hedef izleme sistemlerinde, radarlar tarafndan oluturulan izlerin füzyonunun (ayn hedefe ait olan farkl radar izlerinin birletirilmesi) gerçekletirilmesi gerekmektedir. Füzyon ileminin baarmnn ölçülmesi için baz yöntemler gelitirilmitir [1-4]. Bu yöntemlerde, izleme hatalarnn deerlendirilmesinin yansra, doru ve yanl olarak elenen izlerin deerlendirmesine yönelik snflandrma (taxonomy) yaklamlar da gelitirilmitir. Bu bildiride, bir izleme füzyon sisteminin (‘izleme füzyon sistemi’, bildiri boyunca ksaca ‘sistem’ olarak adlandrlacaktr) baarm incelenmitir. Sistemin özellikleri ve çalma ekli aada özetlenmitir: x x x x

Sisteme bal radar(lar) bulunmaktadr. Sistem tarafndan izlenmesi beklenen hedef(ler) vardr. Her radar, izleyebildii hedeflere ilikin radar izlerini üretir. Radarlar tarafndan üretilen radar izleri, sistem tarafndan birletirilerek sistem izleri oluturulur.

Bu çalmada, yukarda ana hatlaryla tanmlanan sisteme ilikin olarak, ‘senaryo zorluk derecesi’ni göz önüne alan niceliksel baarm ölçümüne yönelik bir yaklam irdelenmektedir. 2. BAARIM ÖLÇÜTLER Sistemin baarm ölçütlerinin salkl bir ekilde çkarlabilmesi için olas izleme hatalarnn snflandrlmas gerekmektedir. Bu hatalar, iz duyarll ve iz kimliklerinin doruluu olarak iki grupta incelenebilir. 2.1. z Duyarll Balca nedenleri hedeflerin kinematii (ivmelerinin büyüklüü ve deikenlii) ve ölçüm hatalar (gerçek hedef izi ile radar izi arasndaki fark) olan iz duyarllyla ilgili hatalar iki ana balk altnda deerlendirilebilir:

x x

zleme hatas(tracking error):Gerçek iz ile ona ait sistem izi arasndaki fark z seirmesi (track jitter)

zleme hatas, kimlii doru olarak bulunmu bir iz için sistemin oluturduu iz ile gerçek iz arasndaki farkllama olarak tanmlanr. Bu ölçüt matematiksel olarak yazlrsa:

130

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Ei

1 Ni

Ni

¦ ( x (k )  xˆ (k )) i

2

(1)

i

k 1

ifadesi elde edilir. Bu ifadede xi (k ) , k annda i numaral hedefin gerçek durum vektörünü, xˆ i (k ) ise bu durum vektörünün sistem tarafndan bulunmu kestirimini göstermektedir. Verilen eitlikte de görüldüü gibi gerçek iz ile kestirilmi iz arasndaki farklar, her bir ize ait veri says olan N i ile normalize edilmektedir. zleme hatas ölçütünün yan sra bir de iz seirmesi (jitter) olarak adlandrabileceimiz bir ölçüte gereksinim vardr. Bu ölçüt de aadaki denklemle tanmlanmtr:

J i (k  1)

ei (k ) T ei (k  1)ei (k ) ei (k  1)  ei (k ) T ei (k )

(2)

Bu denklemde ei (k ) , k annda i no.lu izin pozisyonu ile onun kestirilmi deeri arasndaki

farktr.

Formülden

anlalabilecei

gibi

J i (k  1) ,

ei (k  1)

vektörünün ei (k ) ’ye dik olan bölümünün normuna eittir. Dolays ile arka arkaya gelen hata vektörleri ayn dorultuda olduklarnda bu terim sfr olacaktr. Hata vektörlerinin ayn yönde olmas izin hatal da olsa oldukça düzgün bir yaps olduunu gösterir. Bir iz için iz seirmesi ölçütü tüm zamanlardaki iz seirmelerinin ortalamas alnarak bulunabilir. 2.2-z Kimliklerinin Doruluu Bu bölümde, verilen bir senaryodaki izlere karlk üretilen sistem izlerinin doruluuna yönelik ölçütler belirlenecektir. Bu amaçla önce baz tanmlar yaplacaktr.

Bildirinin bundan sonraki bölümlerinde iz üreteci tarafndan üretilmi izler için ‘doru iz’, bu doru izlere karlk sistem tarafndan üretilmi olan kestirilmi izler için de ‘sistem izi’ ifadeleri kullanlacaktr. Baarm ölçme sisteminde, tüm izler deiik gruplara ayrlarak ‘sistem izi atama baar faktörü’nün hesaplanmasnda bu gruplarda bulunan iz saylar kullanlacaktr. Bu gruplarn tanmlar aada verilmitir: Ana iz: Ana iz deyimi senaryo boyunca devam eden ve bir doru ize karlk gelen iz için kullanlacaktr. ii. zimsiler: Sistem tarafndan üretilmi, fakat hiçbir doru ize karlk gelmeyen izlerdir. Performans ölçümünde tüm izimsiler ‘stenmeyen izler’ kategorisine dahil edilecektir.

i.

131

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara iii. Kimlik Sorunlular: Bir izde iki türlü kimlik sorunu yaanabilir. Bunlardan ilki daha önce bir iz numaras verilmi olan bir izin yeni bir iz gibi deiik bir kimlik numaras ile ortaya çkmas, dieri ise daha önce bir doru izle elenmi olan bir izin bir baka doru izle elenmi duruma girmesidir. iv. stenmeyen zler: Bu küme tekrarlanan ve anlam olmayan tüm izlerin topland kümedir.

Bir füzyon sisteminde karlalabilecek bütün izler yukardaki gibi snflandrldktan sonra bu snflandrma yardmyla sistemin ‘Sistem zi Atama Baarm’ hesaplanabilir. Ancak bu hesaplamaya geçmeden önce yine baz tanmlara gereksinim duyulmaktadr. Bu tanmlar aada verilmitir. Kapsama Derecesi (KD): zlenen doru izlerin toplam doru ize orandr. KD = Ana z Says/ Gerçek z Says ii. Verimlilik Katsays (VK): Ana iz saysnn toplam iz saysna orandr. VK = Ana z Says/ (Ana z Says + stenmeyen z Says) iii. stenmeyen z Oran (O): stenmeyen iz saysnn ana iz saysna orandr. O = stenmeyen z Says/ Ana z Says iv. Kimlik Deitirme Oran (KDO): Kimlik deitiren iz saysnn ana iz saysna orandr. KDO = Kimlik Deiimi Says/ Ana z Says; i.

Bu tanmlar dorultusunda, bir senaryo için sistem izi atama baarm u ekilde hesaplanr:

Normal zleme Baars (NB) = (KDxVK)/(1+O+KDO)

(3)

Yukardaki ifadenin yardmyla bir sistemin izleme baarm saysal olarak hesaplanabilir. Ancak herhangi bir izleme sisteminin baarmnn doru bir ekilde deerlendirilebilmesi için senaryonun zorluu (eleme zorluu) ve sistemin izleme baarsnn birlikte deerlendirilmesi gerekmektedir. 2.3-Senaryo Zorluunun Hesaplanmas Senaryo zorluu bir çok bileeni olan karmak bir kavramdr. Burada söz konusu bileenler temel olarak iki ana grup altnda incelenebilir. Bu gruplardan birincisi radar izlerinin doru izlerle ne kadar örtütüü, ikincisi ise sensör izlerinin ne kadar kolay birletirilebildiidir. ‘Kolay birletirilebilme’ radar izlerinin doru ize yaknl ile komu izlere olan uzaklnn bir fonksiyonu olmakla birlikte ayn zamanda doru izlerin radarlar tarafndan ne kadar baarl bir biçimde izlendiklerinin de fonksiyonudur.

132

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.3.1-Eleme Zorluunun Hesaplanmas Bu bölümde gerçek bir iz için eleme zorluu ve senaryo için toplam eleme zorluu hesaplanmaktadr. Bu deerleri elde ederken, her bir iz için iki çeit Öklit uzakl hesaplamak gerekmektedir. 1-) ç-uzaklk: Her bir gerçek izin kendi radar izine (izlerine) olan uzakl ‘içuzaklk’ olarak adlandrlmtr. 2-) D-uzaklk: Her bir gerçek izin kendisine ait olmaya radar izine (izlerine) olan Öklid uzaklnn bir fonksiyondan geçirilmesiyle tanmlanmaktadr. z çin Eleme Zorluu: z için eleme zorluu ‘ç-uzaklk ile ‘D-uzaklk’ deerlerinin toplanmasyla bulunur. Bu zorluk her eleme annda bulunduundan, zamana kar gerçek izin eleme zorluu bir fonksiyon seklinde çizilebilir. i no.lu gerçek iz için iç-uzaklk ( U i ) aadaki ekilde hesaplanmaktadr:

U i

1 NR ¦ dij NR j 1

(4)

NR : Radar says dij : I no.lu gerçek iz ve j no.lu radar izi arasndaki Öklit uzakl dij ( xi  rx j )T R ( xi  rx j ) xi : i no.lu ize ait üç koordinat ve üç hz bileeninden oluan alt-boyutlu vektör rx j : xi gerçek izine kar oluan j no.lu radar izi

R : Arlk matrisi ( 6 u 6 köegen (diagonal) olan bu matrisin köegen elemanlar, koordinat ve hz bileenlerine eit arlk verilecek ekilde alnmaktadr.) i no.lu gerçek iz için d-uzaklk ( DU i ) aadaki ekilde hesaplanmaktadr: NT NR

DU i

¦¦ f  D i , jr

j 1 r 1 j zi

NR : Radar says NT : z says Di, jr : i no.lu gerçek izle j no.lu gerçek ize karlk gelen r no.lu radar izi arasndaki Öklit uzakl

Di , jr

( xi  rx jr )T R ( xi  rx jr )

Bu ifadede de yukarda verilen xi ve R tanmlar geçerlidir.

rx jr : x j gerçek izine kar oluan r no.lu radar izi 133

(5)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

f . dönüüm fonksiyonu öznel ve nesnel deerlendirmelerin tutarl olmasn salayacak ekilde seçilmitir. 2.3.2- Radar zi Baarmnn Senaryo Zorluuna Yanstlmas Buradaki temel yaklam, öncelikli olarak radarlar tarafndan oluturulan resimde istenmeyen izleri ve kimlik deitiren izleri bularak bunlarla ilgili bir indirimi (eksi bir say) I (istenmeyen iz says) ve KD (kimlik deitiren iz says) deerlerine eklemektir. ndirimin hesaplanmas için gerekli formülasyonu yapmadan önce baz tanmlara gereksinim duyulmaktadr.

I k : k no.lu radar tarafndan sözü edilen doru iz için üretilmi istenmeyen iz says

K Dk : k no.lu radar tarafndan sözü edilen doru iz için üretilmi kimlik deitiren iz says Bu saylar radar izinin baarm hakknda bilgi vermektedir ve radarlarn baarmnn sisteme etkisi bulunurken arlklandrmada kullanlacaktr. Önce radar izi arln bk deeri olarak öyle bulacaz:

mk

I k  KDk ve bk

E

(6)

1  mk

Bu formülasyonda, radar düzgün çalt zaman, ( mk küçük olduunda) arlk fazla olmaktadr. E says normalizasyon amaçl olup

¦b

k

1 olacak

k

ekilde bulunur. Bu katsaylar kullanlarak her izin I ve KD deerleri arlkl olarak birletirilir. Birletirme sonucu elde edilen saylar -0.6 katsays ile çarplarak sistem izinin karlk gelen deerlerine eklenir. Formülasyonun matematiksel olarak yazlm öyledir:

ª ¦ bk I k º », 0.6 « k «¦ bk K Dk » »¼ «¬ k Sistem izi performans I ve KD deerleri ~ ª I º « ~» ¬ KD ¼

ª Iˆ º « ˆ» ¬ KD ¼

~ ª I º ª I º « KD »  « ~ » ¬ ¼ ¬ KD ¼

(7)

ˆ deerleri yerine Iˆ ve KD kullanlarak bulunur. Bu formülasyondaki 0.6 deeri sistemin baz hatalar düzeltecei beklentimize karlk gelmektedir. 3. SSTEMN YAPISI VE SONUÇLAR Gelitirilen baarm ölçme sistemi iki ana bölümden olumaktadr. lk bölümde senaryo küçük zaman aralklarna ayrlmakta ve senaryonun zorluu (eleme zorluu) zamana baml bir fonksiyon olarak eleme anlarnda

134

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hesaplanmaktadr. kinci bölümde ise sistemin izleme baarm ilk bölümde belirlenen eleme zaman aralklarnda elde edilerek zamann bir fonksiyonu olarak bulunmaktadr. Oluturulan yapda sistemin izleme baarm iki farkl ekilde hesaplanmaktadr. Bunlar ‘normal izleme baarm’ ve ‘indirimli izleme baarm’ olarak adlandrlmtr. Normal izleme baarm hesaplanrken sistem izleri ve gerçek izler dikkate alnr. ndirimli izleme baarmnn hesaplanmasnda ise sistem ve gerçek izlere ek olarak radar izleri de dikkate alnr. Sistemin izleme baarmnn hesaplanabilmesi için ‘Deerlendirme Dizisi’ ad verilen bir diziden yararlanlr. Deerlendirme dizisi dört elementten oluan bir dizidir ve aadaki ekilde gösterilebilir. Ana z

stenmeyen z

Kimlik Deiimi

Gerçek iz

(Var, yok)

(Var, yok)

(Var, yok) (zimsi) Says

x Ana iz: Eleme aralnn balangç zamanna en yakn iz ana iz olarak adlandrlr ve deerlendirme dizisinin bu eleman 1 deerini alr. ayet eleme aralnda hiçbir sistem izi yoksa, bu eleman 0 deerini alr. Ana iz için ayrca izin kimlik bilgisi farkl bir yerde tutulur. x stenmeyen iz says: Ana iz dnda kalan izlerinin toplam saysn gösterir. x Kimlik deiimi: Kimlik deiiminin olup olmadna izin u anki ve önceki eleme zaman aralndaki kimlik bilgilerine baklarak karar verilir. Kimlik bilgisi deimi ise deerlendirme dizisinin bu eleman 1, deiim yoksa 0 deerini alr. x Gerçek iz: Yukarda belirtildii üzere deerlendirme dizisi eleme aralndaki her bir iz için oluturulmaktadr. Bu eleman ilgili gerçek izin bu aralkta olup olmadn göstermektedir. Varsa 1, yoksa 0 deerini alr. Deerlendirme dizisi her bir zaman aralnda bulunan her bir iz için bulunarak, daha önceki bölümlerde verilen formüllerle normal izleme baarm hesaplanr. Birden fazla iz için sistemin normal izleme baars bulunurken her bir eleme aralndaki izleme baars toplanarak eleme aralndaki toplam iz saysna bölünür. Sistem baarmnn senaryo zorluu da göz önüne alnarak hesaplanabilmesi için ise yine her bir zaman aralnda gerçek bir ize ait her bir radar izi için ‘Radar Deerlendirme Dizisi’ oluturulur. Daha sonra her bir radar için hesaplanan radar deerlendirme dizileri ve sistem izlerinden elde edilen deerlendirme dizileri yukarda verilen formüllerle birlikte kullanlarak indirimli deerlendirme dizisi hesaplanr. ndirimli deerlendirme dizisi de indirimli izleme baarmnn hesaplanmasnda kullanlr. 135

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Örnek: ekil 1’de bir tane gerçek iz için oluturulan alt sistem izi görülmektedir. Sistemin Normal ve ndirimli zleme Baarmlar Tablo I ve Tablo II’de verilmektedir.

z no: 2

z no: 1

z no: 5

z no: 3

Gerçek iz

E. Aralk: 1

E. Aralk: 2

z no: 6

z no: 4

E. Aralk: 3

E. Aralk: 4

E. Aralk: 5

ekil 1. Tek gerçek iz ve alt sistem izi Tablo I Normal izleme Baarmnn hesaplanmas

Aralk

Deerlendirme Dizisi

KA

VK

O

KDO

NB

1

1/1

1/(1+0)

0/1

0/1

1

0

1

1/1

1/(1+2)

2/1

0/1

1/9 = 0,11

0

1

1

1/1

1/(1+0)

0/1

1/1

½ = 0,5

1

2

1

1

1/1

1/(1+2)

2/1

1/1

1/12 = 0,08

1

0

1

0

1/1

1/(1+0)

0/1

1/1

0

No

Az

stz

KD

Giz

1

1

0

0

2

1

2

3

1

4 5

Tablo II ndirimli zleme Baarm

Aralk

ndirimli Deerlendirme Dizisi

ndirimli zleme

No

Az

stz

KD

Giz

1

1

-0.15

-0.15

1

1,68

2

1

1.52

-0.36

1

0,18

3

1

0

0.8

1

0,55

4

1

1.52

0.64

1

0,12

5

1

0

1

0

0

136

Baarm(B)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TEEKKÜR Bu çalmaya yapm olduklar katklardan dolay Prof.Dr. Mübeccel Demirekler (ODTÜ), Emre Özkan (ODTÜ), . Yücel Özbek (ODTÜ), ASELSAN çalanlar Melih Günay, Berrin Özer’e teekkürlerimizi borç biliriz. KAYNAKÇA

[1] G.W. Pulford, ‘Taxonomy of Multiple Target Tracking Methods’ IEE Proceedings on Radar Sonar Navigation; Cilt 152, No 5, Ekim 2005, s.: 291304 [2] Chee-Yee Chong, ‘Problem Characterization in Tracking/Fusion Algorithm Evaluation’ IEEE AESS Systems Magazine; Temmuz 2001, s.: 12-17 [3] O.E. Drummond, ‘Methodologies for Performance Evaluation of Multitarget Multisensor tracking’ Proceedings of SPIE ; Cilt 3809, Kasm 1999, s.: 355369 [4] K. Manson, P.A. O’Kane ‘Taxonomic Performance Evaluation for Multitarget Tracking Systems’ IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems ; Cilt 28, No 3, Temmuz 1992, s.: 775-782

137

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

138

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ALGORTMADAN UYGULAMAYA: VDEO HEDEF :ZLEYC BRM

Sevda ERDODU (a), Emine ÖZER TÜRKAY (b), Kenan KÜREKL(c), lker GÜREL(d), Koray AKÇAY(e)

(a)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (b)

(c)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

(d) (e)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET

Video Hedef zleyici Birimi; video görüntüsünden hedef tespit ve takip yetenekleri ile keif, gözetleme ve izleme amaçl görüntüleme cihazlarna sahip askeri ve anayurt güvenlii sistemlerinin vazgeçilmez bir unsurudur. Video hedef izleme; video görüntüsünde olas hedeflerin tespit edilerek otomatik olarak veya kullanc tarafndan seçilen bir hedefin takip edilmesi için gerekli bilgilerin oluturulmasdr. Elde edilen bu bilgi görüntüleme cihazlarnn, silah sisteminin veya dier bir sistemin hedefe yönlenmesinde kullanlr. Bu bildiride, içerdii algoritmalar ve bu algoritmalarn donanm üzerinde uygulanmas açsndan stratejik bir ürün olan Video Hedef zleyici Birimi’nin, algoritmadan balayarak ürüne dönüme süreci ve bu süreç içerisinde karlalan teknolojik problemler ve çözümleri anlatlmaktadr. Video Hedef zleyici Birimi özgün donanm ve yazlm ile gerçeklenen algoritmalarn gelitirilmesinde, Üniversite-Sanayi ibirliinin ald önemli rol açklanmaktadr. Anahtar Kelimeler: Video Hedef zleyici, Görüntü leme, Algoritma ABSTRACT

Video Target Tracker is the most critical part of homeland security and military systems equipped with imaging device of surveillance, reconnaissance and tracking abilities. ‘Video target tracking’ is detecting probable targets and forming necessary information to track the automatically/manually selected target. The generated information by video target tracker is used to direct imaging device/weapon system/any other system towards the target’s new position.

139

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara As a good example of university-industry cooperation, the design of original video target tracker algorithms is a success story to present the design cycle of the Aselsan Video Target Tracker from algorithms to implementation process into software and hardware. Keywords: Video Target Tracking, Image Processing, Algorithms 1. GR

Video hedef izleme, TV ya da termal kamera gibi video kaynaklarndan ald video görüntüsünde olas hedefleri tespiti ederek kullanc tarafndan seçilen bir hedefin otomatik olarak takip edilmesidir. Görüntüden elde edilen takip bilgisi ile kullanlan sisteme bilgi verilerek sistemin daima takip edilen hedefe yönelmesi salanr.

Servo

Video Hedef zleyici Birimi

ekil-1 Örnek Sistem

Video hedef izleme, video sinyaline dayal olarak izleme gereksinimi duyulan; Hava Savunma Sistemleri (uçaksavar vb.), Kara Silah Sistemleri (tank vb.), Düman Tespit/zleme Sistemleri (snr güvenlii vb.), Özel Saha Güvenlik Sistemleri (tesis, bina, snr vb.), Polis Araç/Kii Takip Sistemi (helikopter vb.) gibi birçok sistemin en önemli unsurudur. Bu bildiride; özgün olarak gelitirilen Aselsan Video Hedef zleyici Birimi (VHB) algoritmalar, algoritmalarn özgün yazlm ve donanm ile gerçeklenmesi, gerçekleme esnasnda izlenen test yöntemleri anlatlacaktr. 2. ALGORTMA

Otomatik olarak takip edilecek hedefler için iki temel varsaymda bulunulmaktadr: Hedefler arka plandan koyuluk olarak farkldr ve/veya arka plandan bamsz olarak hareket etmektedirler. Bu sebeple hedef tespitinde yöntem olarak paralel olarak görüntülerde koyuluk miktaryla arka plandan büyük oranda farkl olan bölgeler ile arka plandan bamsz hareket eden bölgeler bulunarak hedef tespiti yaplmaktadr. Tespit edilen hedef bilgileri 140

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara görüntüler geldikçe takip edilmekte ve bu ekilde hedef karakteristii oluturulmaktadr. Oluturulan hedef karakteristii güvenilirlii arttrmak için hedef tespiti içine geri beslenmektedir. Bir döngü eklinde çalan VHB algoritmasnn ak emas ekil-2’de gösterilmitir.

Resimler arasndaki fark eikleme

Sistem hareketi tespiti

Koyulua göre ayrma

Arkaplandan bamsz hareket eden bölgeler maskesi

Maske birletirme Koyu bölgeler maskesi

Tespit edilen hedef bilgileri

Geri besleme

zleme Algoritmalar

zleme Bilgisi

ekil-2 VHB Algoritmalar

Kameradan alnan görüntüler için öncelikle gürültü giderme ilemleri yaplmaktadr. Bu amaçla yaplan süzme ilemlerinden sonra elde edilen görüntüler koyulua göre ön plan arka plan ayrtrmasnn yapld “koyulua göre ayrma” blounda ilenir. Bu blokta uyarlanr bir eikleme yöntemiyle koyuluk olarak arka plandan farkl olan bölgeler bölütlenir. Bölütleme sonucunda ikilik bir resim elde edilir. Koyu cisimlerin maskesi olarak adlandrlan bu ikilik resimde arka plandan farkl koyuluktaki pikseller iaretlenir, dier pikseller iaretlenmez. Koyulua bal bölütleme ilemine paralel olarak arka plandan bamsz hareket eden bölgelerin bulunmas ilemi yaplmaktadr. Bu ilem sabit kamera görüntülerinde ardk resimlerin farknn bulunmas ve bu farkn eiklenmesi eklinde gerçekletirilmektedir. Eer kamera hareketliyse, arka plandan bamsz hareket eden bölgelerin bulunmas, görüntüler arasndaki hareketin giderilmesinden sonra fark alnmas ve eiklenmesiyle yaplr. Bu sebeple öncelikle kamerann hareketli olup olmadnn algland “sistem hareket tespiti” blou kullanlr. Eer kamera hareketi yoksa ardk resimler arasndaki fark bulunarak eiklenir. Kamera hareketi varsa önce ardk görüntülerde bu hareket etkisi yok edilir. Daha sonra yine bu resimler 141

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara arasndaki fark bulunarak eiklenir. Sonuçta arka plandan bamsz hareket eden piksellerin iaretlendii ve dier piksellerin iaretlenmedii ikilik görüntü, arkaplandan bamsz hareket eden bölgeler maskesi elde edilir. Koyu bölgeler maskesi ile arka plandan bamsz hareket eden bölgeler maskesi “maske birletirme” blou içinde hedefin tespit edilmesi için kullanlmaktadr. Bu blokta her iki maskeden elde edilen bölgeler uygun ekilde elenerek olas hedef bölgesi/bölgereleri bulunur. Bu bölgelerden elde edilen boyut, en boy oran, pozisyon gibi bilgiler “izleme algoritmalar” blouna gönderilir. Bu blok içinde çaltrlan uyarlanr süzgeçler yardmyla hedefin yeni gelecek olan görüntüdeki tahmini yeni boyutu, en boy oran, pozisyonu gibi bilgiler elde edilir. Bu bilgiler hedef tespitinde deerlendirilmek üzere hedef tespit alt bloklarna geri beslenir. VHB çalma durumlar ekil-3’te özetlenmitir.

CT Baarsz s

CT

lkleme

CT Hatas

letmeye Hazrlk letme Hedef Tespit Hedefi Kaybetme Hedef zlemeden Çk Komutu

Hedef Bulunamad

Hedef zleme Komutu

zlemeye Alma

Hedefi Yeniden Yakalama

Kilitlenme

Kayp i Hedef

Hedefi Kaçrma Hedef zleme

ekil-3 VHB Çalma Durumlar

VHB’nin kullanld platformun hedef izleme yapabilmesi için hedefin görüntü merkezinden uzakl VHB tarafndan bu platforma ait servo sistemine beslenir. Servo sistemi bu fark kapatmak üzere platform taretini sürekli olarak hareket ettirerek hedefi görüntü merkezine getirir. Tüm ilemler kapal bir döngü eklinde gerçek zamanl olarak gerçeklemektedir.

142

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. GERÇEKLEME

Üniversite ile yürütülen video hedef izleme algoritmalar gelitirme çalmalarnda donanm ve yazlm mühendisleri de görev alarak algoritmalar ile ilgili yazlmsal ve donanmsal yönlendirmeler yapmlardr. Gelitirilen algoritmalar, donanm ve yazlm mühendislerince donanm ve yazlm üzerinde çalabilecek ekilde paylatrlmtr. Bu paylam ekil-5’de görülmektedir. Yazlm ve donanmca ortaklaa gerçeklenen algoritma bloklarnda, donanm ve yazlmn paralel çalmas hedeflenmitir. Algoritmalarn yazlm/donanm paylam yapldktan sonra ilemci üzerine düen algoritma bloklar gerçeklenmitir. Bu aamada kod optimizasyonu çalmalar balamtr. Kod optimizasyonunun yeterli olmad noktalarda algoritma optimizasyonu yaplmtr. Yazlmn kotuu ilemci üzerinde Altivec yaps bulunmaktadr. Kullanlan görüntü ileme algoritmalarnn bir ksm vektör ilemeye uygun olduundan bu yapya göre kodlanmtr. Yazlm gelitirme çalmalar Aselsan SST Grubu Yazlm Sürecine (ekil-6) uygun olarak yürütülmütür. lk aamada yazlm gerekleri oluturulmutur. Gereklerin oluturulmasndan sonra tasarm aamasna geçilmitir. Tasarm sonrasnda yazlm kodlanm ve testleri yaplmtr. Yeterlilik testlerinin ardndan yazlm ürün dokümanlar hazrlanmtr.

ekil-4 VHB Donanm

143

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Donanm

Polarite

Yazlm Gürültü Filtreleme

Donanm & Yazlm Gri Seviye Maskesi

Hareket Maskesi

Hedef Bilgileri Oluturma Hedef Seçimi & zleme Algoritmalar Kullanc Arayüzü

Parametre Güncelleme

ekil-5 VHB Donanm/Yazlm Paylam

ekil-6 Yazlm Gelitirme Süreci

144

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Kamera1 CCIR

Kamera2 RS170

Video Çk

Ekran Seri Kanal RS232

VHB Video Giri2

Yazlm Gelitirme Ortam

Ethernet Video Giri1

Ethernet

VME Kasa HUB

ekil-7 VHB Yazlm Gelitirme ve Test Düzenei

ekil-8 VHB Masa Üzeri Testleri Yazlm çalmalar, algoritmalar hem PC üzerinde Windows ortamnda VHB’den bamsz olarak hem de VHB üzerinde çaltrlabilecek ekilde yürütülmütür. Bu yaklam algoritmalarn gelitirilmesi/deitirilmesi/test edilmesi süreçlerini kolaylatrmtr. VHB yazlm UML tabanl olarak gelitirilerek, deiiklik/ekleme yaplmasnn kolaylatrlmas, anlalrln artrlmas hedeflenmitir. 145

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara VHB; Microsoft Windows XP iletim sistemi ortamnda yaplan algoritma testlerinden (ekil-8), VHB üzerinde yaplan laboratuar testlerinden (ekil-7) ve kullanlaca sistemlere entegre edildikten sonra kara, hava ve deniz hedefleri ile yaplan arazi testlerinden (ekil-9) baaryla geçmitir.

Hava hedefleri testi

Kara hedefleri testi

Deniz hedefleri testi

ekil-9 VHB Arazi Testleri 4. SONUÇ

Video Hedef zleyici Birimi çalmas, görüntü ile takip yapan sistemlerin teknoloji kritik bir parçasnn özgün algoritma, yazlm ve donanm tasarm ile milli olarak kazanlmasn salamtr. Üniversite-sanayi ibirlii ile ortaya konulan özgün Video Hedef zleyici Algoritmalar, sahip olunan bilginin ürüne dönüme sürecinde üniversiteler ile yaplacak ortak çalmalarn ne kadar baarl olabileceini göstermitir. Video Hedef zleyici Birimi tasarm çalmalar esnasnda elde edilen bilgi birikimi, tasarm ve üretim yeteneklerini arttran yeni teknolojiler, silah sistemlerinde yer alan at kontrol bilgisayarlarnn tamamen milli olarak gerçeklenmesi sadece Aselsan için deil ülkemiz için büyük bir kazanç olmutur. 5. KAYNAKÇA

[1] Video Hedef zleyici Birimi Algoritma-Yazlm-Donanm Tasarm Dokümanlar, 2003-2007, Aselsan A.., Ankara, Türkiye

146

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara HPERSPEKTRAL GÖRÜNTÜLEMENN SAVUNMA TEKNOLOJLER UYGULAMALARI VE SPEKTRAL ERLTME SAYESNDE YÜKSEK TANIMA BAARIMI

Begüm Demir (a), Sarp Ertürk (b)

(a) (b)

KOÜ, Elektronik ve Haberleme Müh. Böl., 41040, Kocaeli, [email protected]

Prof. Dr. KOÜ, Elektronik ve Haberleme Müh. Böl., 41040, Kocaeli, [email protected]

ÖZET

Bu bildiride, hiperspektral görüntülerde snflandrma performansnn arttrlmas amac ile dorusal olmayan bir yöntem olan frekansta eriltme yönteminin kullanlmas gösterilmektedir. Önerilen yöntemde, hiperspektral görüntülerin spektral verileri ile ilikili frekans bileenleri, frekansta eriltme kullanlarak spektral eksen boyunca dorusal olmayan dönüüm ilemine sokulmaktadr. Farkl frekans eriltme parametreleri kullanlarak elde edilen deneysel sonuçlar uygun eriltme paremetreleri kullanlarak snflandrma performansnn artrlabilecei göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Hiperspektral Görüntüleme, Spektral Eriltme, Vektör Makineleri. ABSTRACT

This paper presents the utilization of spectral warping, which is a non-linear transformation that warps the frequency content of a signal, to increase hyperspectral image classification accuracy. In the proposed approach, the frequency content corresponding to spectral data of the hyperspectral image is non-linearly transformed along the spectral axis using warping. Experimental results are obtained for different values of the warping parameter and it is shown that applying spectral warping can increase classification accuracy for appropriate warping parameters. Keywords: Hyperspectral Images, Spectral Warping, Vector Machines 1. GR

Askeri, savunma, medikal, tarm, hayvanclk gibi birçok alanda uygulamas bulunan hiperspektral görüntüleme birçok dar dalga boyu bandna ait imge verilerini elde etmekte ve bunun sonucunda dalga boyuna göre bir ayrm salamaktadr. Bu sayede sahne içerisindeki bölgelerin snflandrmas veya belirli malzeme ve nesnelerin tannmas standart görüntü alglayclarna oranla çok daha yüksek bir baarmla salanabilmektedir. ekil 1’de örnek bir pikselin spektrumu gösterilmektedir. 147

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 Hiperspektral görüntülerdeki her piksel için dalga boyuna bal spektrumun elde edilmesi

Hiperspektral görüntülerin askeri uygulamalarna örnek olarak, [1]’de Kanada askeri kuvvetleri için gerçekletirilmekte olan HYMEX (HYperspectral iMage EXploitation) projesi ile elde edilen önsel sonuçlar verilmitir. Bu projede hedef alglama ve tanma, bitki örtüsü toprak analizleri, su renk haritalanmas olmak üzere üç alanda çallmtr. Askeri araçlarn, kamuflaj ve arka plan durumunda hiperspektral veriler kullanlarak tannmas üzerine [2]’de çallmtr. ABD hükümeti tarafndan yaynlanan [3]’deki çalmada 1998 ylnda tasarm aamasnda olan HRST (Hyperspectral Remote Sensing Technology) programndan bahsedilmektedir. HRST program ABD Deniz Kuvvetlerinin ihtiyacn karlamak üzere [3]’de hiperspektral görüntüleme sistemi kullanlarak dünyadaki ky bölgelerinin karakterize edilmesi konusunu içermektedir. ABD kara kuvvetlerinin doal kaynaklar ve çevre kuruluu tarafndan bitki örtüsü haritalanmas, tahrip edilen bölgelerin tekrardan planlanmas ve bir, be ve on yllk deiimlerin alglanmas amac ile balatlan proje [4]’de anlatlmtr. Bu bildiride, hiperspektral görüntülerde snflandrma performansnn artrlmas amac ile spektral eriltme (frekansda eriltme) [5] ileminin her bir spektral veri için uygulanmas ele alnmaktadr. Spektral eriltme bir iaretin frekans bileenlerinin frekans ekseni boyunca deitirilmesi amac ile önerilmitir ve çok çeitli sinyal ileme uygulamalarnda iareti ilemeye daha uygun biçime dönütürmek için kullanlmaktadr. Çok çeitli uygulamalarda [69] kulllanlm olan spektral eriltme yöntemi, hiperspektral görüntülerde snflandrma performansnn artrlmas amac ile [10]’da önerilmitir. Bu 148

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara çalmada, hiperspektral görüntülerin her bir pikseli ile ilikili spektral verilere spektral eriltme yönteminin, snflandrma ilemi öncesinde uygulanmas gercekletirilmektedir ve önerilen yöntemin snflandrma baarmn arttrd gösterilmektedir. 2. TEOR

Bu çalmada spektral eriltme (warping) [5] yönteminin hiperspektral görüntülerde her bir pikseli ile ilikili spektral verilere snflandrma baarmnn arttrlmas için uygulanmas önerilmektedir. Spektral eriltme ileminde, frekans bileenleri, spektral eksende dorusal olmayan ekilde deitirilmektedir ve bu ilem, birinci dereceden seri tüm geçiren süzgeçler kullanlarak elde edilmektedir. ekil 2’de her bir spektral veriye uygulanan eriltme a gösterilmektedir. Giri iareti zamanda terslenerek ilk tüm geçiren süzgeçe uygulanmaktadr. Çk verisinin son örnei, eriltme ilemi uygulanan yeni verinin ilk örneini oluturmaktadr. Sonrasnda süzgeçlenmi veri, ikinci tüm geçiren süzgeçe uygulanmaktadr ve elde edilen verinin son örnei, çk verisinin bir sonraki örnek deerini oluturmaktadr. Bu ilemler her bir süzgeç için gerçekletirilmektedir. Elde edilen spektral eriltme ilemi uygulanm veri örnei says, filtre says ve dolaysyla hiperspektral bant saysna eittir. Orijinal ve spektral eriltme uygulanm örnek bir spektral veri ekil 3’de gösterilmektedir.

ekil 2 Spektral eriltme a

ekil 3 Orijinal ve frekansta eriltme (FE) uygulanm örnek bir spektral veri

149

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Destek vektör makineleri (DVM) [11] ve lgililik vektör makineleri (VM) [12] snflandrma yöntemleri kullanlarak, frekansta eriltme ileminin DVM ve VM snflandrma yöntemleri üzerindeki performans incelenmektedir. Bu iki yöntem, literatürde mevcut dier yöntemlerden daha yüksek snflandrma baarm salayabildii için tercih edilmitir. Yer sknts nedeniyle bu yöntemler hakknda çok fazla bilgi verilememekte olup, okuyucularn ilgili kayna incelemesi önerilmektedir. DVM [11] denetimli (supervised) snflandrma ve regresyon için yüksek baarm salamaktadr. DVM iki snfa ait örnekler arasndaki karar yüzeyini olutururken yüzeyin iki snfa olan uzakln en yüksek dereceye çkarmaya çalmaktadr. Test aamasnda yeni giri verileri, eitim ilemi sonucunda elde edilen model parametreleri kullanlarak snflandrlmaktadr. Eitim verisi dorusal olarak ayrlamyor ise DVM snflandrmada kernel yaklam kullanlmaktadr. Kernel yöntemleri orijinal giri uzayn, yüksek boyutlu kernel özellik uzayna yanstmaktadr. Bu sayede uygun kernel parametreleri kullanlarak daha iyi snflandrma sonuçlar elde edilebilmektedir. DVM’de Mercer koullarn salayan ve simetrik kesin pozitif olan kernel fonksiyonlarnn kullanlmas gerekmektedir. Literatürde deiik uygulamalar için çeitli kernel fonksiyonlar bulunmaktadr, fakat bu çalma kapsamnda en yaygn kullanlan kernel olan radyal taban fonksiyonu kullanlmtr. DVM temelli snflandrmann olaslksal çk verememe, ödünleim parametre hesab gereksinimi ve Mercer kernel fonksiyonlarna bamllk gibi dezavantajlar vardr. DVM için bahsedilen bu dezavantajlar, DVM’nin Bayes davran gösteren biçimi olan VM snflandrma yöntemi kullanlarak çözülebilmektedir. Ayrca VM daha az sayda kernel fonksiyonu gerektirmektedir. Bu nedenle VM’de snflandrma (test) süresi, daha az kernel fonksiyonu kullanlmas nedeniyle DVM’ye göre azalmaktadr. Snflandrma sonuçlar farkl eriltme parametreleri için, 220 bant içeren 1992 ylnn Haziran aynda kuzeybat Indiana’nn Indian Pine test alannda alnan hiperspektral görüntü [13] kullanlarak elde edilmitir. Kullanlan hiperspektral görüntünün tek bandnn görüntüsü ve snf bilgilerinin içeren görüntü (yer dorusu, ground truth) ekil 3 (a) ve ekil 3 (b)’de srasyla gösterilmektedir. Uygulamada atmosferik gürültü içeren bantlar atlarak 200 bant kullanlmtr. Özgün veride 16 snf bulunmaktadr. Fakat, baz snflarn eleman says çok düük olduundan, veri miktar büyük olan 9 snf seçilerek, bu snflar 4757 eitim verisi ve 4588 test verisi elde etmek için kullanlmtr. Her snf için seçilen eitim ve test verilerinin miktarlar Çizelge 1’de gösterilmektedir. Bu çalmada VM ve DVM snflandrma için radyal taban fonksiyonu kerneli kullanlmtr. Hzl eitim süresi salad için çoklu DVM ve VM snflandrma için bire-bir çoklu snflandrma [11,12] kullanlmtr. Farkl eriltme parametreleri kullanlarak gerçekletirilen frekansta erilte ilemi sonucunda elde edilen yeni hiperspektral verinin DVM ve VM snflandrma baarmlar Çizelge 2’de gösterilmektedir. Deneysel sonuçlar uygun eriltme parametreleri 150

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kullanlarak snflandrma baarmnn VM için %2 , DVM için %1 orannda artrlacan göstermektedir.

(a)

(b)

ekil 3 (a): Hiperspektal görüntünün tek band (b): snf bilgisi verisi Çizelge 1 9 snf için eitim ve test verisi miktarlar

Snf

Eitim

Test

S1-Corn-no till S2-Corn-min till S3-Grass/Pasture S4-Grass/Trees S5-Hay-windrowed S6-Soybean-no till S7-Soybean-min till S8-Soybean-clean till S9-Woods Toplam

742 442 260 389 236 487 1245 305 651 4757

692 392 237 358 253 481 1223 309 643 4588

Çizelge 2 Farkl Spektral Eriltme Parametreleri (SEP) için DVM ve VM Snflandrma Baarmlar (SB)

SEP 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

DVM 92.67 93.43 93.39 93.48 93.41 93.76 93.67 93.72 93.83 92.95

SB VM 90.32 91.93 92.48 92.76 92.56 92.72 92.69 92.63 91.67 90.58

SEP -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9

151

DVM 84.89 77.65 70.74 64.93 59.59 56.86 56.22 55.47 52.74

SB VM 85.87 82.21 78.83 77.15 73.08 68.78 65.14 57.32 55.86

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

5. SONUÇ

Bu çalmada, hiperspektral verilerinin snflandrma baarmlarnn arttrlmas amac ile frekansta erilme ileminin kullanlmas gösterilmektedir. Farkl eriltme parametreleri için deneysel sonuçlar verilmektedir ve uygun parametrelerde frekansta eriltme ilemi kullanlarak DVM ve VM snflandrma baarmnn artrlabilecei gösterilmektedir. Önerilen yöntem ile elde edilen sonuçlar son zamanlarda yaygn olarak kullanlan DVM ve VM snflandrma baarmn arttrmas nedeni ile hedef alglama, hedef tanma ve askeri araçlarn, kamuflaj ve arka plan durumunda tannmas gibi savunma uygulamalarnda kullanlmas uygundur. KAYNAKÇA

[1] J.-P. Ardouin, J. Lévesque, T. A. Rea, (2007), “A Demonstration of hyperspectral image exploitation for military applications”, 10th International Conference on Information Fusion, July 9-12, Canada. [2] R.P. Bongiovi, J.A Hackwell, T.L. Hayburst, (1996), “Airborne LWIR hyperspectral measurements of military vehicles”, Proceedings Aerospace Applications Conference, February 3-10, Aspen, CO, USA. [3] T. Wilson, R. Felt, (1998), “Hyperspectral remote sensing technology (HRST) program”, IEEE Aerospace Conference, March 21-28, Aspen, CO, USA. [4] K.L Steinmaus, D.E. Irvin, A.J. Stephan, S. Kruger, P. Nissen, (1998), “Innovative environmental management using remote sensing at the USArmy's Yakima Training Center, Yakima, Washington”, IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings, July 6-10, Seattle, WA, USA. [5] C. Braccini, A. V. Oppenheim, (1974), “Unequal Bandwidth Spectral Analysis Using Digital Frequency Warping”, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, Signal Processing, 22, 236–244. [6] S. Ertürk, (2007), “Warped Discrete Cosine Transform Based Low Bit-Rate Block Coding Using Image Down-Sampling”, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Article ID 43948. [7] D. Bailey, W. Allen, S., Demidenko, (2004), “Spectral warping revisited”, IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications, Perth, Australia. [8] J. H. Chang, (2005), “Warped Discrete Cosine Transform-Based Noisy Speech Enhancement”, IEEE Transactions on Circuits and Systems II, 52, 535 – 539.

152

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [9] L. Lee, and R. Rose, (1998), “A Frequency Warping Approach to Speaker Normalization”, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, 6, 4959. [10] B. Demir, S. Ertürk, (2008), “Improved Classification and Segmentation of Hyperspectral Images Using Spectral Warping”, International Journal of Remote Sensing, Accepted for publication. [11] F. Melgani, L. Bruzzone, (2004), “Classification of Hyperspectral Remote Sensing Images with Support Vector Machines”, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 42, 1778-1790. [12] B. Demir, S. Ertürk, (2007), “Hyperspectral Image Classification Using Relevance Vector Machines”, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 4, 586-590. [13] NW Indiana’s Indian Pines 1992 data set [Online]. Available:ftp://ftp.ecn.purdue.edu/biehl/MultiSpec/92AV3C (orijinal files) and ftp://ftp.ecn.purdue.edu/biehl/PC_MultiSpec/ThyFiles.zip (ground truth).

153

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

154

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TEHDT DEERLENDRME VE SLAH TAHSS ALGORTMASI: DNAMK UYGULAMA

nci YÜKSEL1 (a), Taner GÜLEZ(a), Meysun AVCI ÖZGÜN(a), Dilek ARSLAN(a), Seçil ARSLAN(a), Ömer KIRCA (b)

(a) (b)

ASELSAN A.. 06370, Ankara

Prof. Dr. ODTÜ, Endüstri Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bir grup hava savunma silahnn, taarruz için yaklaan hedeflere en etkin ekilde elenmesi için, “Tehdit Deerlendirme ve Silah Tahsisi (TDST)” algoritmalar kullanlmaktadr. TDST algoritmalar, silah özelliklerinin ve hava resminin bir anlk durumu için, bir önceki durumdan bamsz yeni bir çözüm oluturuyorsa statik olarak adlandrlr. Sava ortamnda silah özelliklerinin ve hava resminin anlk durumlar belirli bir zaman dilimi içinde birbirinden bamsz deildir. Bu nedenle, statik TDST algoritmalar hava savunmasnda tehdit deerlendirme ve silah-hedef eleme problemlerinin çözümünde yetersiz kalmaktadr. Silah-hedef elenmesinin, silah özellikleri ve hava resminin zamana bal deiimi de dikkate alnarak en uygun ekilde yaplmas dinamik TDST algoritmalar tarafndan salanr. Bu bildiride, mevcut bir statik TDST algoritmasna, sava ortamndaki zaman boyutunu da göz önünde bulundurma yeteneinin kazandrlmas ile gelitirilen “Dinamik Tehdit Deerlendirme ve Silah Tahsisi” (d-TDST) algoritmas tantlmtr. Ayrca statik algoritmadan dinamik algoritmaya geçite belirlenen esaslar ve çözüme ulamak için kullanlan yaklam anlatlmtr. Anahtar Kelimeler: silah-tehdit elemesi, tehdit deerlendirme, dinamik tehdit deerlendirme ve silah tahsisi algoritmalar ABSTRACT

Threat Evaluation and Weapon Allocation (TEWA) algorithms are used in order to allocate a group of air defense weapon to attacking threats in the most effective way. TEWA algorithms are called static if they solve the problem for weapon attributes’ and air picture’s instantaneous state independently from previous states. However, in a combat situation instantaneous states of weapon attributes and air picture are not independent from each other for a time period. Thus, static TEWA algorithms are insufficient to solve threat evaluation and weapon allocation problems for air 1

letiim için, [email protected]

155

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara defense. Dynamic TEWA algorithms provide the most appropriate weaponthreat allocations that are performed by considering time variation of weapon attributes and air picture. In this paper, “Dynamic Threat Evaluation and Weapon Allocation” (d-TEWA) algorithm, which is developed by acquiring the static TEWA algorithm the ability to account for time dimension in the combat environment, is introduced. In addition, the essences of transition from the static algorithm to the dynamic algorithm and the approach employed to achieve the solution is presented. Keywords: Weapon-threat allocation, Threat evaluation, Dynamic threat evaluation and weapon allocation algorithms. 1. GR

Hava savunmasnda silah tehdit elemesini belirli bir zaman aralnda uygun ekilde yapabilmek için kullanlan TDST algoritmas muharebe koullarnn bu zaman aralndaki deiimini dikkate almaldr. Statik TDST algoritmasnn her bir anlk durum için ard ardna çaltrlmas ile elde edilen silah-tehdit elemeleri her bir anlk durum için en uygun çözümdür. Fakat anlk durumlar birbirinden bamsz deildir ve bu anlk durumlar arasndaki iliki birbiri ardna çaltrlan statik algoritma tarafndan yok saylmaktadr. Dolays ile statik algoritmann ürettii ardk çözümlerin belirli bir zaman aral için oluturduklar küme bu zaman aral için en uygun silah-tehdit elemelerine eit deildir. Belirli bir zaman aralnda en uygun silah-tehdit elemelerini bulmak için kullanlmas gereken metot, muharebe koullarndaki zamana bal deiiklikleri de dikkate almaldr. Bu nedenle dinamik TDST algoritmas gelitirilmitir. Tehdit deerlendirme ve silah tahsisi problemi adndan da anlalaca üzere iki farkl aamada çözülen bir problemdir. Buna göre ilk aamada tehdit tehlike seviyeleri ve silahlarn bu tehditlere kar etkinlik seviyeleri deerlendirilmekte, ikinci aamada ise yaplan deerlendirmeye göre tehdit-silah elemesi yaplmaktadr. Önerilen TDST algoritmasnda Analitik Hiyerari Süreci (AHP) tabanl bir yaklam ile tehditlerin tehlike seviyesi ve silahlarn tehditleri etkisiz hale getirebilme yetenekleri deerlendirilerek her bir olas silah-tehdit elemesi için etkinlik deerleri hesaplanmakta ve bu deerlerin ençokland bir dorusal program çözülerek tehdit-silah elemesi yaplmaktadr [4]. Statik TDST algoritmas tasarm srasnda bu algoritmann kullanlaca muharebe ortamnn özellikleri deerlendirilmi ve muharebe ortamnn özelliklerinin oldukça dinamik bir karar verme yaps gerektirdii görülmütür. Bu durum iki karar verme an arasndaki sürenin ksa olmasna ve de karar anlar arasnda algoritmann girdileri arasnda büyük farkllklar olumasna neden olmaktadr. Dolays ile karar modeli ile ileriye dönük planlama yaplmas uygun olmamaktadr. Karar modeli oluturulurken bu duruma dikkat edilmesi gerekmitir. 156

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Silah-Tehdit Eleme literatürü kapsamnda, dümana en çok zararn verilmesi, dost birliklere verilecek zararn en aza indirilebilmesi, en az mühimmat ile en çok faydann salanabilmesi ve tehdit-silah elemesi ile ortaya çkacak etkinliin ençoklanmas gibi örneklerin bulunduu görülür [4]. Statik TDST algoritmas tasarm srasnda silah tahsisi modelinde uzman görüüne dayal olarak bulunan etkinlik parametrelerinin kullanlmasna karar verilmitir. Bu kapsamda, statik TDST tasarm çalmalarnn önemli bir bölümünü etkinlik parametrelerinin nasl hesaplanacann bulunmas oluturmutur. Statik TDST algoritmasnda her bir tehdit silah çifti için, tehdidin tehlike seviyesi ve silahn bu tehdide ne etkinlikle savunma yapabilecei bu tehdit-silah çiftinin etkinlik parametresi olarak adlandrlmtr. Etkinlik parametreleri hesaplanrken kullanlan kriterlerin uzman görüüne dayal olarak arlklandrlmas için AHP metodunun kullanlmasna karar verilmitir. Bir grup uzmana yöneltilen sorular sonucunda elde edilen bilgiler AHP kullanlarak birletirilmi ve etkinlik parametrelerinin hesaplanmasnda kullanlan her bir kriterin arl hesaplanmtr. Bu arlklar karar vericiler tarafndan deerlendirilerek uygun bulunmutur. Daha sonra farkl senaryolar kullanlarak statik TDST algoritmas test edilmi ve senaryo çözümleri yine karar vericiler tarafndan incelenip çözümlerin uygunluuna karar verilmitir. Fakat statik TDST algoritmas anlk çözümler üretmesi nedeni ile dinamik muharebe ortam için yetersiz kalmtr. Bu nedenle, statik TDST algoritmasnn anlk çözümlerinin uygun olduuna karar verilmesinden sonra, muharebe ortamndaki zaman boyutunu da dikkate alan dinamik TDST algoritmasnn tasarm çalmalarna balanmtr. Bu makalede ele alnan statik ve dinamik yaklam, tehdit deerlendirme için ayn yöntemi kullanmaktadr. Statik ve dinamik TDST algoritmalarnn temel farkll silah-tehdit eleme probleminin tanmlanma ve tanmlanan problemin çözüm eklidir. Statik silah tahsisi modeli, tek bir hava resmindeki tehditlerin mevcut silahlara, tanmlanan amaç fonksiyonunu eniyileyecek ekilde atanmasn kapsar. Dinamik silah tahsisi problemi en basit ekli ile statik silah tahsisi problemine zaman boyutunun eklenmesidir. Dinamik silah tahsisi probleminin çözümünde, her bir silah-tehdit elemesinin balama zaman ve bir anda bir tehdide kaç silah elenecei kararlar verilir. Bir baka deyile, statik silah tehdit eleme probleminden farkl olarak, silahlarn tehditlere elenme zamanlar çizelgelenir. Bu çizelgeleme yaplrken kullanlan at doktrinine göre her tehdit ve silah için, bir tehdide ardk olarak yaplacak iki at arasndaki en az zaman ve silahn özelliklerine göre bir silahn ardk iki at arasndaki minimum zaman kst olarak modele eklenir. Dinamik TDST algoritmas için literatür taramas yapldnda birkaç farkl tipte yaklam yapld görülmütür. Bunlar, 1. Sabit olaslk deerlerini kullanan, 2. Tehditlerin yön ve hzlarnn sabit olduunu varsayan, 3. Senaryo banda çizelgelemeyi yapan, 4. Erkenden angajman yapmay ve bitirmeyi hedefleyen, 157

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. Arka arkaya iki saldr senaryosundan oluan ve bu senaryolar aras geçilerde eldeki mühimmat en iyi seviyede tutmay hedefleyen yaklamlar olarak tanmlanabilir [1]. Hedeflerin kurtulma ihtimalinin minimize edildii statik silah-tehdit eleme probleminin NP-complete bir problem olduu Lloyd ve Witsenhausen [2] tarafndan kantlanmtr. Hedeflerin kurtulma ihtimalinin minimize edildii dinamik silah-tehdit eleme problemi [3]’te analiz edilmi, problem çözümünün statik problemin çözümünden daha zor olduu fakat dinamik model çözümünün statik modele göre yaklak iki kat daha iyi olduu sonucuna varlmtr. [4]’te önerilen statik TDST algoritmasnda kullanlan modelin amaç fonksiyonunda etkinlik deerlerinin toplam ençoklanm ve problemin çözümü bu ekilde optimal olarak gerçek zamanl ekilde elde edilmitir. d-TDST algoritmasnda ise literatürde görülen dinamik silah-tehdit eleme algoritmalarndan farkl bir yaklam izlenmitir. d-TDST algoritmas statik TDST algoritmasnn, her bir anlk hava resmi için belirli kurallar çerçevesinde deitirilerek ve mevcut angajman bilgisinin de deerlendirilerek çözüm üretilmesini kapsamaktadr. Bu yaklamn en önemli özellii muharebe annda kullanma uygun olduu deerlendirilen çözümleri gerçek zamanl olarak oluturabilmesidir. 2. d-TDST ALGORTMASI

Dinamik TDST algoritmasnn, statik TDST algoritmasndan en temel farkll muharebe annda hava resminde ve silah durumlarnda meydana gelen deiiklikler ile devam eden silah-tehdit elemelerinin durumlarn göz önünde bulundurmas ve yalnzca gerektii durumlarda yeni çözüm üretmesidir. Bu durumda, d-TDST algoritmas statik algoritmadan farkl olarak operasyonel durumda bir silah tehdit eleme kümesinin olduu gibi korunmas veya bu kümedeki baz silah-tehdit elemelerinin deitirilmesi veya bazlarnn sona erdirilip yenisinin balatlmas arasndaki etkinlik farkn ölçebilmelidir. Tasarm aamasnda yeni bir algoritmann batan tasarlanmas yerine var olan statik TDST algoritmasna bu yetenein kazandrlmas için çallmtr. Dolays ile d-TDST algoritmasnn gelitirilmesi için ilk aamada statik durumdan dinamik duruma geçite göz önünde bulundurulmas gereken faktörler belirlenmitir. Herhangi bir anda var olan bir silah-tehdit eleme kümesindeki herhangi bir elemenin bozulup yerine yenisinin yaplmas ya da var olan durumun korunmas arasndaki farkn belirlenmesi ve hava resmindeki deiikliklerin bu belirleme srasnda etkin olarak kullanlmas d-TDST algoritmasnn en belirgin özellii olarak karmza çkmaktadr. Statik TDST algoritmasnn bu yetenei kazanmas için, izlerin zamana bal hareketleri ve angajman deiikliklerinin operasyonel açdan gereklilii algoritma içinde sürekli deerlendirilmelidir. Bu deerlendirmeler ek ilem yükü getireceinden TDST algoritmasnn yalnzca gerekli durumlarda çözüm üretmesi salanmaldr. Amaç fonksiyonu statik TDST modeli ile ayn olan dinamik TDST modeli, statik TDST modeli içindeki kstlar belirli durumlar için farkl kurallar ile kullanmaktadr. Ayrca, yeni 158

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yetenekleri sebebi ile dinamik modele yeni kstlar da eklenmitir. d-TDST algoritmasnn bileenleri u ekilde sralanabilir: • Algoritmann yeniden koturulmasn gerektirecek durumlarn tanmlanmas • Tehditlerin hz ve yönünün etkinlik hesaplarna katlmas • Silah-tehdit elemelerinin çok sk deimesini engelleyen kurallar tanmlanmas Yukardaki bileenler kapsamnda, tehdit ve silahlarn birbirlerine göre bal hzlar ve konumlar göz önüne alnarak çeitli durumlar tanmlanmtr. Bu durumlar farkl tehlike seviyelerini belirtmekte ve algoritma içinde dinamik bir alan kavram oluturmaktadr. d-TDST algoritmas, temel olarak statik TDST algoritmasnn durumlara göre ve yukardaki bileenleri içerecek ekilde deitirilerek yine yukardaki bileenler dâhilinde tanmlanan kurallara göre çaltrlmas ile elde edilmitir. 2.1 d-TDST Algoritmasnn Bileenleri: Algoritmann yeniden koturulmasn gerektirecek durumlar: d-TDST algoritmasnn zaman içindeki deiikliklere en ksa sürede cevap verebilecek yapda olmas amaçlanmtr. Bu nedenle, algoritmann sürekli çalmasna karar verilmitir. Fakat algoritma sürekli çaltnda baz durumlarda hep ayn sonuçlar üretecek, baz durumlarda ise çözümü, problemin çözülme amacna fayda salamayacak ekilde deitirecektir. Her iki durum da gerek zaman performansnn gerekse çözüm performansnn dümesine neden olacaktr. Bu nedenle, algoritmada angajman deiikliklerinin problemin çözüm amacna fayda salayaca durumlar belirlenmi ve algoritmann bu durumlarn oluup olumadn sürekli kontrol edip yalnzca gerekli durumlarda çözüm üretmesi salanmtr. Böylece algoritmann sürekli çözüm üreterek sisteme getirecei operasyonel yük de azaltlmtr. Tehditlerin hz ve yönünün etkinlik hesaplarna katlmas: d-TDST algoritmasnn tehditlerin zaman içindeki hareketlerini göz önünde bulundurmas amaçlanmtr. Bunun için tehditlerin hz ve yönleri hesaba katlmak zorundadr. Çünkü TDST algoritmas ile önerilen silah-tehdit elemesi, kabul edildii durumda ancak silahn reaksiyon süresi kadar sonra gerçekletirilebilecektir. Bu reaksiyon süresi algoritmann ardk iki çalmasndan daha uzun bir süre olabilir. Bu nedenle tehdit-silah çiftlerinin etkinlikleri hesaplanrken, tehditlerin silahlarn ate edebilecekleri andaki konumlarnn (ötelenmi konumlar) kullanlmasnn uygun olduu görülmütür. Etkinlik deerleri hesaplamalarnda, etkinlik hiyerarisinin bir kolu olan uzaklk, ötelenmi konumlara göre hesaplanan uzaklk olarak hesaplamalara dâhil edilir. Angajmanlarn çok sk deimesini engelleyen kurallar: Hava resminin dinamiklii ve etkinlik deerlerinin hava resmindeki küçük deiimlere hassasiyeti nedeni ile d-TDST algoritmasnn, sonucu etkilemeyecek angajman deiimlerinin olduu durumlarda çözümü raporlamamas ve eski angajman setini korumas gerekmektedir. Etkinlik parametreleri, tehdit-silah

159

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara çiftlerinin durum ve konumunu etkileyen parametrelerin herhangi birinin az miktarda deiimine duyarldr. Etkinlik deerlerinin deiimi, statik TDST algoritmasnda tehdit-silah elemelerini de etkilemektedir. Fakat etkinlik deerindeki deiim miktar ile bu deiimin operasyonel duruma fayda veya zarar olarak etkisi arasnda bire bir balant kurmak yanltr. Çünkü tehditsilah elemelerinin sk deimesi, operatöre ate etmesi için önerilen tehdidin çok sk deimesine, dolays ile operatöre karar destei amac ile yaplan sistemin operatörü karasz brakmasna sebep olacaktr. Sonuç olarak, algoritma tarafndan bulunan etkinliklerin en fazla olduu durum operasyonel açdan her zaman en iyi durum olmayacaktr. Bir angajmann hangi koullarda bozulmas ya da sabitlenmesi gerektii karar bir takm kurallara bal olmaldr. Bu kurallar birbirine elenmesi planlanan silah ve tehditlerin tiplerine göre deimektedir. Angajmanlarn çok sk deimesini engelleyen kurallar bildirinin bundan sonraki bölümlerinde sabitleme kurallar olarak adlandrlmtr. 2.2 d-TDST Algoritmasnda Tehdit ve Silahlarn Konumlarna Bal Durumlar: Angajman sabitleme kurallarnn kolay uygulanmas için tehdit-silah çiftleri ve silah tiplerine göre bir takm durumlar belirlenmitir. Her senaryo için öncelikle bu senaryonun hangi durum tanmna uygun olduuna baklmakta daha sonra matematik model için gerekli kstlar belirlenmektedir. Bu durumlar, ortamda bulunan tüm tehdit-silah çiftleri arasndaki reaksiyon sürelerine göre ötelenmi uzaklklara dikkat edilerek belirlenmitir. Durumlar ile ilgili uzaklk snrlamalar ise uzman görüüne bal olarak belirlenmitir. Buna göre en tehlikeli durum, tehlikeli durum ve uyar durumu olmak üzere üç adet durum tanmlanmtr. 2.3 d-TDST Algoritmasnda Özel Durumlar: d-TDST algoritmasnda yukarda verilen bileen ve durumlarn belirledii kurallara ek olarak aadaki özel durumlara bal kurallar da silah tahsisi modeline eklenmektedir: x En tehlikeli durumda bulunan tehditlere yaplan silah tahsisinin bu tehdit hava resminden çkana kadar ya da bu durumdan baka bir duruma geçene kadar bozulmamas gerekmektedir. x Operatör tarafndan uygun görülen silah-tehdit elemeleri, operatör bu elemeyi bozana kadar algoritma tarafndan bozulamaz. x Operatör tarafndan iptal edilen silah-tehdit elemeleri, operatör bu elemeyi yeniden önerene kadar tekrar yaplamaz. 2.4 d-TDST Algoritmasnn leyii: d-TDST algoritmas sürekli olarak çalp muharebe durumuna göre var olan silah-tehdit elemelerini deerlendiren ve silah-tehdit elemelerinin deimesi gerektii durumda silah tahsis problemini çözen bir algoritmadr. Silah tahsis modelinin çözümü ise muharebe durumuna ve var olan silah-

160

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tehdit elemelerine göre deimektedir. Dolays ile algoritma eer çözüm gerektiine karar vermi ise muharebe durumunun geçerli zamana ve geçmie ait verilerini hava resmine ve silah özelliklerine göre deerlendirerek istenen duruma göre kstlar ekledii silah tahsis modelini oluturur. Fakat istenen duruma ait silah tahsisi modeli silah-tehdit saylar, tehditlerin tehlike seviyeleri veya algoritmaya eklenen özel koullar gibi nedenler ile her senaryo için olurlu sonuç vermeyebilir. Bu nedenle her bir durum için algoritmann göz önünde bulundurmas gereken kstlar ve bu kstlarn ne srayla ve ne ekilde bozulabilecei incelenmitir. Her bir durum için var olan kstlarn olursuzluk durumlarnda belirli bir sraya göre kaldrlp olurlu sonuç elde edilene kadar çözüm yaplmas d-TDST algoritmas tarafndan salanmaktadr. Bir senaryo için d-TDST algoritmas kapsamnda çözülen silah tahsisi modelinin olursuzluk nedeni ile yaplan tekrarl çözüm says arttkça elde edilen çözüm ayn durumun statik algoritma çözümüne yaklamaktadr. d-TDST algoritmas, durumlar ile belirlenen muharebe anndaki toplam tehdit seviyesine göre tehlikeli olarak görülen tehditlere ate younluu olutururken tehlike seviyesinin düük olduu durumlarda uzaktaki tehditlere silah elemesi yaparak erken ikaz görevini de yerine getirebilir. Bu yetenek tehdit-silah konumlarna göre tanmlanan durumlarn kullanlacak sabitleme kurallarn, kullanlacak sabitleme kurallarnn da silah tahsis modelindeki kstlar belirlemesi ile salanr. Tehdit-silah durumlarna göre belirlenen sabitleme kurallarnn model kstlarn belirlemede kullanm ekline göre alternatif algoritmalar gelitirilmitir. Bu algoritmalarn avantaj ve dezavantajlar belirlenen senaryolar üzerinde test edilmektedir. d-TDST algoritmasnn ak diyagram ekil 1’de verilmitir. Gizlilik ve güvenlik sebepleri ile ak diyagram daha fazla detaylandrlamamtr. 3. SONUÇ

Bildiride hava savunmas için kullanlan bir grup silahn taarruz için yaklaan tehditlere elemesini muharebe koullarnn zaman içinde deiimini de göz önüne alarak en uygun ekilde gerçekletiren dinamik tehdit deerlendirme ve silah tahsisi algoritmasnn mevcut bir statik tehdit deerlendirme ve silah tahsisi algoritmas kullanlarak gelitirilmesinde kullanlan yaklam anlatlmtr. Bildiride anlatlan d-TDST algoritmasnn test edilmesi için bir senaryo oluturma arayüzü gelitirilmitir. Bu senaryo oluturma arayüzü ile gerçee uygun hedef saldr profilleri ve silah konulanmalar kullanc tarafndan deitirilerek yine gerçee uygun senaryolar kolayca yaratlabilmektedir. Oluturulan senaryolar üzerinde gelitirilen alternatif dTDST algoritmalarnn çözümleri karlatrlabilmektedir. Bu ekilde yaplan test ve karlatrmalar halen devam etmektedir. Bunlarn yannda, gelitirilen d-TDST algoritmasnn operasyonel çalma durumuna adaptasyonunun yaplmas çalmalar devam etmektedir.

161

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 d-TDST Algoritmas Ak Diyagram

KAYNAKÇA

[1] C. Huaiping , L. Jingxu , C. Yingwu & W. Hao, "Survey of the Research on Dynamic Weapon-Target Assignment Problem",Journal of Systems Engineering and Electronics, Vol. 17, No. 3 , 2006, pp. 559-565, (2005). [2]S.P. Lloyd and H.S. Witsenhausen, “Weapons Allocation is NPComplete”,Proceedings of the 1986 Summer Computer Simulation Conference,pp. 1054-1058, (1986). [3] P.A. Hossein, “A Class of Dynamic Nonlinear Resource Allocation Problems”, Phd. Thesis, Massachusetts Insttute of Technology, (1989). 162

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [4] T. Gülez ,. Yüksel, M. Avc Özgün, D. Arslan, S. Arslan, Ö. Krca, S. Meral, S. Batun, Z. Kirkizolu, F. Soykan, L. Acun, Ü. Kyak, C. Somer ,“Tehdit Deerlendirme ve Silah Tahsisi Algoritmas: Bir Uygulama”, 2. Ulusal Savunma Uygulamalar Modelleme Simülasyon Konferans, Nisan 18-19, ODTÜ, Ankara, Turkey, (2007).

163

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

164

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara FÜZE SEYRÜSEFER SSTEMLER ÇN MANYETOMETRE DESTEKL MEMS AÖB UYGULAMALARI

Uur KAYASAL (a), M. Kemal ÖZGÖREN (b), Osman MERTTOPÇUOLU(c), Koray S. ERER (d), Bulent SEMERCI (e)

(a)

ROKETSAN, Sistem Mühendislii Md. , 06780, Ankara, [email protected] (b) (c)

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ROKETSAN, Sistem Mühendislii Md. , 06780, Ankara, [email protected]

(d)

ROKETSAN, Sistem Mühendislii Md. , 06780, Ankara, [email protected]

(d)

ROKETSAN, Sistem Mühendislii Md. , 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bilindii gibi ek bir cihazla desteklenmeyen ataletsel seyrüsefer sistemlerinin, özellikle ucuz MEMS (mikro elektromekanik sistem) tabanl seyrüsefer sistemlerinin, raksayan bir davran vardr. Günümüzde çou seyrüsefer sistemi GPS ölçümlerini destek amaçl olarak kullanmaktadr. Ancak, GPS ölçümlerinin kullanlamad durumlar da vardr. Özellikle, yüksek yuvarlama açsal hzna sahip sistemlerde, GPS kullanm oldukça zordur. Ayrca, GPS dorusal konum ve hz bilgisi salarken, açsal konum bilgisi de kestirim filtreleri kullanlarak elde edilir. Açsal konum bilgisi için alternatif bir destek kayna da, üç eksenli manyetometre kullanmdr. Manyetometreler, günümüz seyrüsefer sistemlerinde sadece pusula ilevi görmektedir. Bu çalmada, gelitirilen MEMS tabanl bir Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB)’nde, manyetometre ölçümleri, dünya manyetik alan modeliyle birlikte kullanlarak, yönelim bilgilerini içeren bir vektörel ölçüm elde edilmitir. Çalma kapsamnda, hareket halindeki bir sistem için hem analitik yönelim belirleme denklemleri, hem de stokastik kestirim denklemleri türetilmitir. Analitik yöntem, dönüölçerlerin ölçüm aralnn yetmedii yüksek açsal hzlarda yönelimin belirlenebilmesi için kullanlmaktadr. Kalman Filtresi kullanmnda ise, manyetometre ölçümleri, seyrüsefer hata denklemleri ile birletirilerek hem yönelim bilgileri hem de dönüölçer hata parametrelerinin kestirimi yaplr. Sistem performans, hem Monte Carlo benzetimleri hem de deneysel çalmalarla dorulanmtr. Anahtar Kelimeler: Ataletsel Ölçüm Birimi, Manyetometre, Kalman Filtresi. ABSTRACT

It is a fact that unaided inertial navigation systems, especially low cost MEMS based navigation systems have a divergent behavior. Nowadays, many 165

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara navigation systems use GPS aiding to improve the performance, but GPS may not be applicable in some cases. Especially, GPS utilization is not an easy task in the systems with high roll rates. Also, GPS provides the position and velocity reference whereas the attitude information is extracted through estimation filters. An alternative reference source is a three axis magnetometer, which provides direct attitude measurements. Magnetometers are generally used for north finding. In this study, Magnetometer measurements are integrated with a MEMS based Inertial Measurement Unit (IMU) ,using World Magnetic Model (WMM), thus a measurement vector for attitude information is obtained. In the scope of the study, both analytic and stochastic attitude determination formulations are derived for a vehicle in motion. The analytic formulation is used for determinaton of attitude at high angular rates which can not be measured by gyros due to saturation problem. In the Kalman Filter formulation, magnetometers are integrated with inertial navigation error propagation model to obtain attitude and gyro error estimates. The system performance is verified by Monte Carlo simulations and experimental studies. Keywords: Inertial measurement unit, Magnetometer, Kalman filter 1. GR Ataletsel Seyrüsefer Sistemlerinde (ASS) kullanlan ivmeölçerler ve dönüölçerler, yaplar itibariyle mükemmel olmaktan oldukça uzaktadrlar. Hangi teknolojiyle yaplm olurlarsa olsun, bu alglayclarn çktlar, rastlantsal gürültü, sabit hata, orant katsays hatas gibi hatalar içermektedir. Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) kullanan seyrüsefer sistemlerinin performansn iyiletirmek için birçok destek yöntemi vardr [1], ancak bu yöntemlerin birçou düük maliyetli ve otonom sistemler için tercih edilmemektedir. Klasik seyrüsefer sistemlerinde yönelim matrisi, gövde üzerindeki dönüölçerler ile açsal hzlarn ölçülmesi ve ilenmesi ile elde edilmektedir. Bunun dnda, yönelim matrisi, referans (Dünya) ve gövde eksen takmlarndaki vektörlerin ölçülmesi ile bulunabilir. Bu vektörler, ölçülebilen herhangi bir vektörel büyüklük olabilir, örnein yerçekimi ivmesi, Dünyann açsal hz ve manyetik alan vektörü. Yönelim matrisinin bulunabilmesi için birbirinden bamsz en az iki vektör ilikisine ihtiyaç vardr [2,4]. Sabit konumda olan bir sistem için, yeterli hassasiyette olmas artyla, AÖB ile yerçekimi ivmesi ve Dünya açsal hz ölçülerek yönelim matrisi bulunabilmektedir. Hareket halindeki sistemler için, bu iki vektör ilikisi de kullanlamaz. Bu durumda, manyetik alan vektörü uygun bir seçim olacaktr. 3 eksenli bir manyetometre, gövde üzerindeki manyetik bozucu etkilerden yeterince yaltld sürece, dünyann manyetik alann ölçerek, gövdenin yönelim bilgilerini içeren bilgiyi sisteme salar. Bu bilgi ile, 3 Euler açsndan herhangi biri, dier iki Euler açsnn verilmesi artyla bulunabilir. Birçok füze sistemi, itki kaçkl gibi hatalar telafi etmek için yüksek yuvarlanma açsal hzlarna sahiptir. Bu yüksek açsal hzlar ölçebilmek için, oldukça yüksek ölçüm aralnda, dolaysyla yüksek maliyete sahip bir dönüölçer kullanlmas

166

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gerekmektedir. Bu çalmada, 3 eksenli manyetometre kullanm ile düük maliyetli bir seyrüsefer sistemi oluturulmas önerilmektedir. Manyetometre kullanm sayesinde, tam bir AÖB ile gereinden fazla ölçüm elde edilmektedir. Bu sayede, Kalman Filtresi kullanlarak, hem yönelimin, hem de dönüölçer sabit hatas gibi hata parametrelerinin kestirimi yaplabilmektedir. Yönelim hatas ile dönüölçer sabit hatas, seyrüsefer performansn en çok etkileyen hata bileenleridir[1,3,5]. Kestirim algoritmalar ile, seyrüsefer performansnda ciddi bir art salanmaktadr. Bu makaledeki çalmalar, manyetometrelerin hava araçlarndaki kullanm üzerine younlamaktadr. lk olarak matematiksel teori anlatlmaktadr. Daha sonraki bölümlerde, benzetim ve deney çalmalarnn sonuçlar verilmektedir. 2.

YÖNELM BELRLEME YAKLAIMLARI

2.1. Yuvarlanma Açsnn Analitik Olarak Belirlenmesi

Gövde eksen takm ile referans(Navigasyon) eksen takm arasndaki yönelim ilikisi, Euler 3-2-1 aç sralamas ile yandönme, yunuslama ve yuvarlanma açlar kullanlarak ifade edilebilir. lgili yönelim matrisi, 3 temel dönüüm matrisinin birletirilmesi ile ifade edilir. Cˆ bn \ , T , I

R3 \ R2 T R1 I

Euler açlar, manyetik vektör ölçümleri kullanlarak bulunacaktr. Bu sorunu çözmek için,ikinci bir vektör ölçümü kullanmak yerine, sisteme üç Euler açsndan iki tanesini salamaktr. Örnein, yunuslama ve yandönme açlar verilirse, yuvarlanma açs manyetik ölçümler ile bulunabilir [3]. Referans manyetik alan (H) ve manyetometre ölçümleri (B) arasndaki iliki u ekilde ifade edilebilir; Cˆ bn (\ , T , I ) B

H

R32 (\ , T ) R1 (I ) B

0 º ª B1 º ª1 0 « R1 (I ) B 0 cos I  sin I » « B2 » « »« » ¬«0 sin I cos I ¼» «¬ B3 »¼

ª B1 0 0 º ª 1 º « 0 B  B » «cos I » 2 3 « »« » «¬ 0 B3 B2 »¼ ¬« sin I ¼»   

M

M

H

R32 M\ Ÿ \

I

 R32 M

1

H.

arctan 2 \ 3 ,\ 2

eklinde bulunabilir. Burada dikkat edilmesi gereken durum, manyetometre ölçüm vektörünün ilk eleman sfr olursa, M’nin tersi alnamamaktadr. Bu, 167

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara son derece istisnai bir durum olup, manyetik alan vektörünün birinci gövde eksenine dik olmas anlamna gelmektedir. Gerçek uçu koullarnda, böyle bir durumun oluma olasl son derece düüktür, olusa bile bu sadece anlk bir durum olacaktr. 2.1. Kalman Filtresi ile Yönelim Kestirimi

Burada açklanan stokastik yöntem, yönelim hata modeli ile manyetometre ölçüm modelinin Kalman Filtresi ile tümleimini içermektedir. Kestirilen durum deikenleri, 3 eksendeki yönelim hatalar ve 3 eksendeki dönüölçer sabit hatalardr. lem gürültüsü, dönüölçer gürültülerinden olumaktadr. Ölçüm gürültüsü ise, 3 eksendeki manyetometre ölçümlerindeki gürültüleri kapsamaktadr. Yönelimin kendisi yerine yönelim hatalarnn ifade edilmesinin temel sebebi, Kalman Filtresinin yaps itibariyle alçak geçirgen bir filtre olmasdr. Yönelimin kestirilmesine kalkldnda, yüksek frekanslardaki anlaml bilgi kaybolmakta ve sistemin bant genilii azalmaktadr. Yönelim hatalarnn kestirilmesi ile, yönelimdeki yüksek frekansl anlaml bilgi korunmaktadr. vmeölçer, dönüölçer ve manyetometre gürültüleri, gözlemlenemeyen dier hatalar (orant katsays hatas, ivmeye duyarl sabit hata vb.) da içermektedir. Tablo 1’de, kullanlan sembollerin açklamalar yer almaktadr. Tablo 1 Hata ve ölçüm modellerinde kullanlan semboller Gövde eksen takmnn ataletsel eksen takmna göre, gövde eksen takmnda ifade edilmi açsal hz Navigasyon eksen takmnn ataletsel eksen takmna göre, navigasyon eksen takmnda ifade edilmi açsal hz

GZbb i

Cˆ bn

Gövde ve Navigasyon eksen takmlar arasndaki gerçek yönelim matrisi

Jn

Yönelim matrisindeki hatalar ifade eden eksenel kaçklk vektörü

Cbn

Gövde ve Navigasyon eksen takmlar arasndaki hatal yönelim matrisi

H

Rastlantsal ölçüm gürültüsü

G Cbn

Hatal ve gerçek yönelim matrisleri arasndaki farkl ifade eden hata matrisi



lgili vektörün, vektörel çarpm matrisini gösteren simge

Zbb i

Znn i

Sx

G sxbias 2.1.1.

Orant Katsays hatas

Sabit hata

GZnn i

mxx

G sxrnd

Gövde eksen takm ile ataletsel eksen takm arasndaki açsal hz ölçümündeki hatalar Navigasyon eksen takm ile ataletsel eksen takm arasndaki açsal hz ölçümündeki hatalar

Eksenel Kaçklk Hatas

Gürültü

Yönelim Hata Modeli

Yönelim hata modeli [1,3], filtrenin temelini oluturmaktadr. Yönelim ilerleme denklemi aadaki gibidir; C bn CbnZ bb i  Z nn i Cbn . 168

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Yönelim hata modeli olarak [1]’de de verilen aadaki dorusal model kullanlmtr. J n CbnGZbb i  Z nn iJ n  GZnn i Dönüölçer hatalarndan sadece sabit hata ve gürültü modellenmitir. öyle ki, GZbb i ZBias  ZNoise ; Z Bias 0, ZNoise H 1V 2.1.2.

Manyetometre Ölçüm Modeli

Gövde eksen takmndaki üç eksenli manyetometre ölçümleri (orant katsays, sabit hata gibi hatalarn çevrimiçi kalibre edildii [3] varsaylmaktadr) tipik bir vektör ölçümü eklinde ifade edilir; H Cˆ bn  B  H Yönelim hata matrisi ile birlikte denklemin son hali aada yer almaktadr; H  Cbn B Cbn B u J n  CbnH



2.1.3.



AÖB Hata Modeli

Birçok hata parametresinden, sabit hata, orant katsays hatas, eksenel kaçklk ve gürültü gibi navigasyon performansnda dorudan etkisi olan parametreler modellenmitir. Gerçek ve ölçülen alglayc çktlar arasndaki iliki u ekildedir;

ª sx º « » «sy » «¬ sz »¼

§ · T bias rnd ¸ ¨ 0 º ª mxx mxy mxz º ª sx º ªG sx º ªG sx º ª S x 1 0 « 0 S 1 0 » ¨ « m m m » « sT »  «G s bias »  «G s rnd » ¸ y « » ¨ « yx yy yz » « y » « y » « y » ¸ «¬ 0 0 S z 1»¼ ¨¨ «¬ mzx mzy mzz »¼ «¬ szT »¼ «¬G szbias »¼ «¬G szrnd »¼ ¸¸  

¨  

¸ orant katsays matrisi © eksenel kaçklk matrisi ¹.

Benzetimlerde ve deneysel çalmalarda kullanlan alglayclarn performans özellikleri aada yer almaktadr. Tablo 2 Alglayc Özelikleri Dönüölçer [ Benzetim| Deney] Ölçüm Aral > ± [ 300 | 300 ] deg/s Orant Katsays < [ 3000 | 10000] ppm Hatas < [ 100 | 10800 ] deg/h Sabit Hata Eksenel Kaçklk Gürültü

Manyetometre[ Benzetim| vmeÖlçer[ Benzetim| Deney] Deney]

± [ 50 | 10 ] g

± [ 2 | 2 ] Gauss < [ 3000 | 10000 ] ppm < [ 750 | 1000 ] ppm [ 10 | 20 ] mg

[ 0.5 | 1 ] mGauss

[ 10 | 15 ] mrad

[ 3 | 15 ] mrad

[ 5 | 5 ] mrad

[ 3 | 10 ] deg/h

< [ 20 | 10 ] mg RMS

< [ 0.1 | 0.2 ] mGauss

169

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3.

YÖNELM BELRLEME YAKLAIMLARININ DEERLENDRLMES

3.1. Benzetim Çalmalar

Her iki yönelim belirleme yaklam da, alt serbestlik dereceli jenerik bir füze benzetimi ile test edilmitir. Benzetimde, füzenin ilk yunuslama ve yandönme açlar srasyla 25 ve35 derecedir. Yönelim belirleme yaklamlarnn baarm, alglayc hatalarnn deitii Monte Carlo analizleri ile incelenmitir. Dönüölçer ölçüm aral limitinin Etkisi ekil 1’de, görülmektedir. Dönüölçer, satürasyon nedeniyle, 0.35 saniye süresince, 9.5 rad/s’lik yuvarlanma açsal hzn ölçememektedir. ekil 1’de bu etkinin sonuçlar gözükmektedir.

ekil 1 Gerçek ve satüre olmu dönüölçer ile yörünge ve Euler açlar

3.1.1.

Birinci Yaklam ile Seyrüsefer Benzetimi

Birinci yaklam ile yaplan benzetim çalmalarndaki yuvarlanma açsndaki hatann standart sapmas ekil 2’de verilmitir. lk iki saniyelik güdümsüz safhada, hatann salnm yapt görülmektedir. Salnmlarn temel sebebi, füzenin dinamiinden dolay, gövde etrafndaki manyetik alann dalmnn deimesidir. Salnmlarn frekans, füzenin yuvarlanma açsal hznn yaklak iki katdr. Manyetik alan bileenlerinin herhangi bir yuvarlanma açsndaki etkisiyle, yarm tur sonraki etkisi ayndr.

. ekil 2 Yuvarlanma Açs Hatas Standart Sapmas.

170

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.1.2.

kinci Yaklam ile Seyrüsefer Benzetimi

Benzetimler, ilk yönelim bilgisi için 3 derece standart sapmal belirsizlik kullanlarak yaplmtr. ekil3’de, yönelim açlarnn kestirimi görülmektedir. Ölçüm modelinden dolay, filtrenin dinamii ile gövde etrafndaki manyetik alann dalm dorudan birbirine baldr. lk iki saniyelik güdümsüz uçuta, yönelim kestirimi göreceli olarak daha yava iken, güdüm balad zaman yaknsama hz artmaktadr. Ayn ekilde, sabit hata kestiriminin yaknsama hz da ekil 4’de görüldüü gibi, güdümün balamas ile birlikte artmaktadr. Tablo 2’de, manyetometre destekli ve desteksiz navigasyon sistem performanslar verilmitir. Performans art, özellikle Euler açlarnda, dolayl olarak da füzenin yörüngesinde kendini göstermektedir. Bununla birlikte, manyetometre destekli sistemdeki konum hatalar telafi edilemeyen ivmeölçer hatalarndan kaynaklanmaktadr.

ekil 3 Yönelim ve Sabit Hata Kestirim Hatas Standart Sapmas

Tablo 3 Benzetimlerde manyetometre destekli ve desteksiz durumlar için konum ve yönelim hatalarnn standart sapmas Zaman (s) Stand. INS Sapma INS/Mag.

8.65

Kuzey (m)

Dou (m)

Yükseklik (m)

Toplam (m)

Yuvarlanma (derece)

Yunuslama (derece)

Sapma (derece)

10.03

30.15

12.06

33.99

3.51

3.36

3.34

10.93

11.13

11.02

19.10

0.18

0.35

0.16

3.2. Deneysel Çalmalar

Ticari bir AÖB ve manyetometre kullanlarak, ikinci yaklamn deneysel dorulamas da yaplmtr. Sistem, arazi koullarnda kapal döngü yörüngelerde test edilmitir. Deney sonuçlar Tablo 4'te gösterilmitir. Tablo 4 Deneylerde elde edilen konum ve yönelim hatalar Zaman (s) Stand. INS Sapma INS/Mag.

13.79

Kuzey (m) 101.79 47.70

Dou (m) 251.76 25.32

Yükseklik (m) 71.94 5.07

171

Toplam (m) 277.88 30.04

Yuvarlanma (derece) 6.11 0.49

Yunuslama (derece) 8.23 0.41

Sapma (derece) 13.30 0.65

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tablo 4'te de görüldüü gibi, desteksiz AÖB’nin konum hatalar oldukça yüksek iken, manyetometre destekli AÖB ile, yönelim ve dönüölçer hatalar en aza indirgendii için konum hatas oldukça düüktür. Manyetometre destei ile konum hatasnn daha düük olamamasnn sebebi, arlkl olarak ivmeölçer hatalardr. 5. SONUÇ

Manyetik alan alglayclar genel olarak ucuz ve hassastrlar. Bu avantajlarla sistem ihtiyaçlar birletirildiinde, bu çalmada yer alan manyetometre algoritmalar düük bir maliyetle hem analitik olarak hem de Kalman Filtresi ile yüksek hassasiyet salamaktadr. Yüksek yuvarlanma açsal hzna sahip füzelerde yuvarlanma dönüölçerinin satüre olmas sorunu, analitik olan birinci yaklamla çözülmütür. Bu yaklam ile, yüksek ölçüm aralna sahip pahal bir AÖB yerine daha düük maliyetli bir AÖB ve manyetometre kullanlarak, satürasyon sorunu çözülebilmektedir. Kalman Filtresi kullanmna dayanan ikinci yaklam ile de, navigasyon performansnn artt gösterilmitir. Bu yaklam, GPS gibi uydu destek sistemlerinin kullanlamad durumlar için kabul edilebilir konum hassasiyeti ile yüksek yönelim hassasiyeti salamaktadr. Bu makalede, manyetometrelerin, özellikle hava araçlar için uygulamalarna odaklanlmtr. Ancak, gelitirilen yöntemler kara ve deniz araçlarna da uygulanabilir.

KAYNAKÇA

[1] Titterton, D. H., Weston, J. L. (2004). Strapdown Inertial Navigation Technology, American Institute of Aeronautics and Astronautics & Institution of Electrical Engineers. [2] Wahba, G. (1965). A Least Squares Estimate of Spacecraft Attitude, SIAM Review, Vol. 7, No. 3, p. 409. [3] Kayasal, U. (2007). Modeling and Simulation of a Navigation System with an IMU and a Magnetometer, METU Thesis. [4] Schuster, M. D., Oh, S. D. (1981). Three-Axis Attitude Determination from Vector Observations, Journal of Guidance and Control, Vol. 7, No. 1, pp. 70-77. [5] Erer, K.S. ,Kayasal, U., Semerci B., Magnetometer Aided INS in Rolling Airframe Applications, SET-104, Symposium on Military Capabilites Enabled by Advances in Navigation Sensors, p.9.1-12.

172

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DAITIK KOMUTA KONTROL SSTEMLERNDE KALTE ÖZNTEL HTYAÇLARI VE BUNLARIN DDS ARAKATMANI LE KARILANMASI

Hüseyin KUTLUCA(a), zzet E. ÇETN (b), Ertan DENZ (c) Bar BAL (d)

(a) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (b) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (c) Yazlm Mühendisi, [email protected] (d) Yazlm Mühendisi, [email protected] (MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara,)

ÖZET

Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü datk mimarilerde tasarlanmaktadr. Bu sistemlerin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli performans, hataya dayankllk gibi kalite öznitelii ihtiyaçlarnn sistem mimarileri seviyesinde çözülmesi gerekmektedir. OMG (Object Management Group) tarafndan standard oluturulan DDS (Data Distribution Service) Arakatman temel olarak veri merkezli (data-centric) ve yaymla-abone ol (publish-subscribe) mimarisine dayal ve zengin servis kalitesi özellikleri olan bir arakatmandr. MilSOFT, kendi DDS arakatmann gelitirmi ve Sava Yönetim Sistemleri, Çoklu Veri Link lemcisi, nsansz Hava Arac Görüntü Kymetlendirme projelerinde kullanmtr. Bu makalede Komuta Kontrol sistemlerindeki kalite öznitelikleri ihtiyaçlar ve DDS arakatmannn bu ihtiyaçlar karlamak üzere sunduu servis kalitesi çözümleri anlatlmaktadr. Anahtar Kelimeler: Arakatman, DDS, Datk Sistemler, Gerçek Zamanl Sistemler, Kalite Öznitelii, OMG, Servis Kalitesi, Yaymla-Abone Ol. ABSTRACT

Nowadays, Command Control Systems are being designed in distributed architecture due to technical and operational requirements. For these systems to successfully carry out their responsibilities, the quality attribute needs like real-time performance and fault tolerance have to be solved at system architecture level. Data Distribution Service (DDS) middleware, which is standardized by Object Management Group (OMG), provides rich quality of service support together with its data-centric publish-subscribe architecture. MilSOFT has developed its own DDS Middleware and utilized it in its Combat Management System, Multi-Link Data Processor and Unmanned Air Vehicle Image Exploitation projects. This paper presents quality attributes required for 173

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Command Control systems together with solutions provided to these problems by DDS Middleware. Keywords: DDS, Distributed System, Middleware, OMG, Publish/Subscribe, Real-Time System, Quality Attribute, Quality of Service. 1. GR

Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü datk mimaride tasarlanmaktadr. Bu sistemlerin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli performans, hataya dayankllk gibi kalite öznitelikleri ihtiyaçlarnn sistem mimarileri seviyesinde karlanmas gerekmektedir. Kalite öznitelikleri arakatman yazlm servis kalitesi özellikleri ile salanabilmektedir. Bu açdan performans, hataya dayankllk, genileyebilirlik gibi kalite öznitelikleri daha detayl olan servis kalitesi özelliklerini içermektedir. Arakatman yazlmnn servis kalitesi özellik çeitlilii, veri iletim hz ve komuta kontrol sistemlerinin kalite özniteliklerini karlamak açsndan önemlidir. Görev kritik yazlmlara sahip komuta kontrol sistemlerinin tek nokta arzasna (no-single point of failure) kar dayankllk ihtiyacnn arakatman seviyesinde karlanmas yöntemi uygulama yazlmlarnn tasarmnda avantaj salamaktadr. Arakatman yazlmlarnn söz konusu ihtiyac karlamakta yetersiz kald durumlarda ise, arakatman yazlmlarnn üzerine kontrol servisleri (checkpoint service) gibi ilave servisler gelitirme yoluna gidilebilmektedir. Günümüz komuta kontrol sistemlerinin sürekli deien teknolojilere kolaylkla uyum salamas ve buna karn düük maliyette bakmidame frsatlar sunacak çözümlere sahip olmalarnn yolu datk ve açk mimarilerin kullanm ile uluslararas standartlara uyulmasndan geçmektedir. MilSOFT tarafndan, OMG standardna uygun olarak ve dünyadaki benzerleriyle ayn dönemde gelitirilen DDS Arakatman temel olarak veri merkezli, yaymla-abone ol mimarisine dayal ve zengin servis kalitesi özellikleri ile, komuta kontrol sistemlerinin gerçek zamanllk ve hataya dayankllk gibi kalite öznitelik ihtiyaçlarn karlayabilmektedir[1,2,3,4]. 2. DDS ARAKATMANI

OMG, arakatman ile nesneye dayal yazlm gelitirme teknolojilerinin tanmlanmas ve standartlatrlmasn hedefleyen, kâr amac olmayan uluslararas bir kurulutur. Daha önce UML ve CORBA standardn gelitirmi olan OMG, gerçek zamanl sistemler için hazrlanm DDS arakatman standardn Haziran 2004’te yaymlamtr. DDS, temel olarak veri merkezli (data centric) ve yaymla-abone ol (publishsubscribe) mimarisine dayal bir arakatmandr. DDS mimarisi, verinin üretenden (publisher) kullanana (subscriber) belirlenmi servis kalitesi 174

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara özelliklerine göre ulatrlmasn temel aldndan veri merkezlidir. Bu yaklamn alternatifi ise, CORBA’da olduu gibi, farkl bir noktadaki bir servisten hizmet almay salayan servis merkezli arakatmandr. Yaymla-abone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanann birbirinin varlndan habersiz olmasn salamaktadr. Böylece, DDS kullanan komuta kontrol sistemlerine yeni modüllerin entegrasyonu, sadece mevcut verilere abone olunmak suretiyle gerçekletirilebilmektedir. DDS arakatmannn sunduu servis kalitelerinin çeitliliine örnek olarak, “Güvenilirlik (reliability)” servis kalitesi verilebilir: Komut gibi teslimat mutlaka gerçeklemesi gereken veriler için güvenli (reliable), periyodik olarak güncellenen veriler için ise mümkün olan en iyi (best effort) servis kalitesini seçme imkan vardr.

3. MilSOFT DDS ARAKATMANI

MilSOFT, Sava Yönetim Sistemi ve onun altyapsn gelitirmek üzere balatt GEMKOMSS AR-GE projesi kapsamnda MilSOFT DDS ürününü gelitirmitir. Gelitirme çalmalar 2004 yl banda DDS standardnn taslak sürümü üzerinden balam ve bu sayede standardn resmi olarak 1.0 versiyonu olarak yaymland Haziran 2004 tarihinden daha önce MilSOFT DDS arakatmannn tasarm oluturulabilmitir.

ekil 1 MilSOFT DDS Arakatman

175

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Gelitirilen MilSOFT DDS arakatman, GEMKOMSS Sava Yönetim Sistemi uygulamalarnn veri alveriini salamakta kullanlmtr. Bunu takip eden süreçte arakatman yazlm iyiletirme çalmalar devam etmi, yaymlanan yeni sürümler ile uygulama yazlmlar sürekli olarak test edilmi; tespit edilen sorunlarn giderilmesi ve yeteneklerin artrlmasna yönelik çalmalar yaplmtr. Bu çalmalar kapsamnda DDS’te yaplmas gerekli iyiletirmeleri planlayabilmek için, uygulamalarda verinin iletim süresi ve toplam kapasite gibi performans parametreleri de devaml olarak izlenmitir. MilSOFT DDS arakatmannn Ocak 2007’de OMG DDS standardnn en son yaymlanan 1.2 sürümüne uyumlu MilSOFT DDS arakatman hale getirilme çalmalar da tamamlanmtr. Gelitirilen DDS arakatman OMG standardna göre “Minimum Profile” seviyesini salamaktadr [5]. Buna ek olarak Sava Yönetim Sistemi için gerekli olan ve durum (status) verisini kapanp/çöken ve yeniden balayan uygulamalara ileten “Persistency Profile” ve alnacak verinin sorgu ile filtrelenmesini salayan “Content Subscription Profile” özellii de MilSOFT DDS’e kazandrlmtr. C++ programlama dili ile gelitirilmi olan MilSOFT DDS, gerçek zamanl sistemlerde gerekli olan “uygulamalara sistem balama zamanndan sonra hiç bellek tahsis edilmemesi (no dynamic memory allocation after initialization)” özelliini de barndrmaktadr. OMG tarafndan yaymlanm olan RTPS (Real-Time Publish Subscribe), UDP/IP üzerinde çalan bir protokoldür. Veri iletimi için TCP, 1553 ve paylalan bellek gibi iletiim altyaplarn entegre etmeyi mümkün klmaktadr. Bu protokolün gerçekletirimini ve entegrasyonunu da yapan MilSOFT, DDS’in dier DDS arakatmanlar ile protokol seviyesinde uyumunun salandn yapt denemelerle de görmütür[6]. Bu sayede farkl üreticiler tarafndan gelitirilen ve DDS standardna uyumlu sistemlerin birbirleri ile bilgi paylamasnn pratikte salanabildii görülmütür. MilSOFT, DDS arakatmann gelitirirken bir yandan da DDS’in datk bir yapda etkin ve hatasz kullanmn salayacak yardmc araçlar da gelitirmitir. Bu araçlar “DDS Otomatik Kod Üreteci” ve “DDS Ajan”dr.

(a) DDS Otomatik Kod Üreteci

(b) DDS Ajan

ekil 2 MilSOFT DDS Yardmc Araçlar

176

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3.1. DDS Otomatik Kod Üreteci (DDS Code Generator – DDS CG)

DDS Otomatik Kod Üreteci, uygulama yazlmlarnn DDS ile arayüzü için gerekli kodu üretmekte ve uygulama yazlmclarnn arakatman ayrntlaryla urama zorluunu ortadan kaldrmaktadr (ekil-2a). DDS CG, veri tipine dayal bir programlama arayüzü salamak için o tipte iletiimi salayan kodun otomatik olarak üretilmesini salar; arakatman ilklendirme, abone olunacak yada yaymlanacak verilerin tanmlanmas ve bunlarla ilgili servis kalitesi özelliklerinin ayarlanmas faaliyetleri için gerekli kodu üretir. Bu yöntem modele dayal gelitirme yaklamna uygundur. DDS CG, sistem içindeki ara yüzlerin tek bir araç tarafndan gelitirilmesini ve yönetilmesini saladndan, modüller aras entegrasyonu kolaylatrmakta ve sistem arayüzlerinin tek bir noktadan kontrolü imkann vermektedir. 3.2. DDS-Ajan (Spy) Arac

Dier bir yardmc araç olan DDS-SPY ise sistemde bulunan modülleri ve yaymlanan ve/veya abone olunan verileri izlemek için kullanlmaktadr (ekil2b). Ayrca, test amaçl olarak ihtiyaç duyulan verilerin kopyala-yaptr yöntemi ile tekrar sisteme verilebilmesini salayan DDS Ajan, uygulama yazlmclarna, test mühendislerine ve sistem bakm grubuna önemli kolaylklar salamaktadr.

4. SERVS KALTES HTYAÇLARI ÇÖZÜM YAKLAIMLARI

Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü datk mimarilerde tasarlanmaktadr. Bu mimaride verinin datm için datm arakatmanlar kullanlmaktadr. Komuta kontrol sistem üreticileri ihtiyaçlarna yönelik arakatmanlarn gelitirdikleri gibi, tedarik makamlarnn açk mimarilere yönelmesinden dolay rafta hazr (COTS) ve standart arakatmanlar daha çok tercih etmektedir. JMS, CORBA ve DDS bu anlamda yaygn olarak kullanlan arakatmanlardr. JMS ve CORBA veri iletimini salayabilmelerine karlk servis kalitesi özellikleri açsndan yeterli deildir. CORBA ve CORBA Event servisi uygulama yazlmlarnn ihtiyaçlarn tam olarak karlamad için zaman içinde Real-time CORBA standard çkmtr [7]. CORBA üreticileri eksik kalan özellikleri standart d kabiliyetler olarak müterilerine sunmaktadr. TAO RT Event Service, TAO FTRT Event Service ve TAO RT Notification Service [8] de bunlara örnektir. CORBA ve JMS arakatmanlar yüksek hzlarda ve birden fazla uygulamaya gitmesi gereken verilerin CORBA arakatmanndaki noktadan noktaya iletimi 177

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sebebi ile gecikmelere sebep olmaktadr. DDS arakatmannn bu sorunlara nasl çözüm getirdii ve güçlü bir alternatif oluturduu bir sonraki bölümde ele alnmaktadr. CORBA yada JMS arakatman kullanan sistem gelitiricilerinin uyguladklar dier bir yaklam ise bu standart arakatman üzerine kendi ihtiyaçlarn karlamak üzere “checkpoint service”, “fault tolerance service” gibi ek servisler gelitirmeleridir [9]. Bu yaklamn en büyük dezavantaj kullanlan arakatman üzerine gelitirilen bu ek servislerin ve ek katmanlarn firmaya özel olmas ve bu özellikleri nedeni açk mimarinin temel gereksinimlerinden birini salayamam olmalardr. 5. SERVS KALTES HTYAÇLARI VE DDS ARAKATMANI

DDS arakatman veri merkezli yaymla-abone ol mimarisine sahiptir. Yaymlaabone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanann birbirinden habersiz olmasn salamaktadr. Bunun sonucunda, sisteme yeni modüller kolaylkla entegre olabilmekte ve sistemde bir deiiklik yapmadan mevcut verilere abone olunup gerektiinde yeni veriler üretilebilmektedir. Bu özellii ile DDS arakatman Komuta kontrol sistemlerinin modülerlik (modularity), ölçeklenebilirlik (scalability) ve genileyebilirlik (extendibility) kalite öznitelikleri ihtiyaçlarn karlar. DDS arakatman sayesinde komuta kontrol sistemleri gerçek zaman isterlerine tam olarak yant vermektedir. Örnein, CORBA temelli sistemlerde, 200 Hertz seviyesi bir hzdaki platform verileri ayrlm bir veri hattndan iletilirken, DDS kullanan komuta kontrol sistemlerinde ayn veriler, yüksek hzdaki (100-150 mikro saniye içinde veri iletimi gibi) DDS arakatman sayesinde, ortak sistem veri an rahatlkla kullanabilmektedir. Mevcut komuta kontrol sistemlerinde radar, elektro optik gibi sensör videolar veri yolundan bamsz noktadan noktaya bir video a ile tanmakta ve özel donanmlarla konsollarda sergilenmekte yada kaydedilmektedir. Bu yaklam daha fazla kart ve kablo ihtiyacna sebep olduu gibi video üzerinde yaplabilecek ilemleri de sadece gösterme ve yeniden oynatma ile kstlamaktadr. DDS arakatmannn yüksek veri aktarm kapasitesi ve düük iletiim yükünden dolay komuta kontrol sistemlerinde verinin DDS ile aktarlmas mümkün olmaktadr[1]. Videonun veri yolu üzerinden iletilmesi bu veri üzerinde yaplabilecek veri ileme, görüntü kymetlendirme, zamansal ve mekansal indeksleme gibi birçok avantaj beraberinde getirmektedir. Videonun DDS üzerinden aktarlmas nsansz Hava Arac Görüntü Kymetlendirme projesinde kullanlmaktadr. Bu kabiliyet ile ayn zamanda insansz hava/deniz/denizalt araçlarndan edinilen bilgilerin dier komuta kontrol sistemlerine tam entegrasyonu mümkün olabilmektedir.

178

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çok sayda farkl uygulama yazlmnn fonksiyonel olarak bir bütün oluturduu komuta kontrol sistemlerinde, zaman kritik ilemlerin gerçek zamanl olarak gerçekletirilmesi kendi bana yeterince karmak bir problemdir. Gelitirilen yüksek performanstaki DDS arakatman yazlm, gerçek zamanl performans ve beraberinde getirdii çok sayda servis kalitesi özellii ile tehdit deerlendirme ve at gibi gerçek zaman ihtiyaçlarnn karlanmasnda büyük rol oynamaktadr. Sava yönetim sisteminde zaman kritik komutlar DDS üzerinden etkin bir ekilde aktarlabilmektedir Örnein, daha hzl iletilmesi gereken periyodik veriler için kullanlacak servis kalitesi özellii BEST-EFFORT olurken, iletilme kesinlii olmas gereken komut verileri için RELIABLE servis kalitesi kullanlmaktadr. Zaman bazl olarak filtrelenmesi gereken veriler, TIME_BASED_FILTER servis kalitesi kullanlarak iletilmektedir. Örnein yüksek frekanslarda yaymlanan geminin yalpa ve dikey yalpa deerlerine silah at sistemi saniyede 10 defadan fazla ihtiyaç duyar iken konsollar için saniyede bir kere güncellemeleri alp ekranda sergilemek yeterlidir. Bu durumda ayn veriye konsol yazlm TIME_BASED_FILTER servis kalitesini kullanarak eriebilmektedir. Sistemde hiç kaybolmamas gereken veriler için TRANSIENT yada PERSISTENT servis kalitesi kullanlmaktadr. Bu servis kalitesi kullanlarak komuta kontrol sisteminin veri seviyesi hataya dayankll salanmaktadr. Uygulamalar kendi durum bilgilerini arakatman seviyesinde tutmaktadr. stem d sonlanan uygulamalar yeniden balatldnda bu durum bilgilerini arakatmandan alarak kaldklar noktadan itibaren çalmaya devam etmektedir. Bu yaklam Sava Yönetim Sistemi projelerinde ve Çoklu Veri Link lemcisi projelerinde hataya dayankllk ihtiyacnn karlanmasnda kullanlmaktadr. DDS arakatmannn yaymla/abone ol mimarisi komuta kontrol sistemlerinin test edilebilirlik kalite öznitelii özellii için olanak salamaktadr. Sistem yapsn deitirmeden arakatman seviyesinde test verisi sisteme iletilebilmekte ve komuta kontrol sistemleri etkin olarak test edilebilmektedir. MilSOFT DDS Otomatik Kod Üreteci ve DDS Ajan araçlarnn yan sra, halen gelitirilmekte olan dier bir araç ile söz konusu testlerin otomatik olarak koturulmas ve bu sayede test zamanlarnda büyük zaman kazanc mümkün olacaktr. DDS arakatman DDS standardnn oluturulmas aamasndan balayarak RTI ve Thales firmalar tarafndan desteklenmi; RTI firmas kendi DDS arakatman ürününü RTI-DDS olarak kullanma sunmutur [10]. RTI DDS komuta kontrol sistemleri dahil birçok projede uygulama alan bulmutur. Thales firmas ise kendi DDS altyapsn Prismtech firmasna devretmi ve Prismtech tarafndan gelitirilen Open-DDS ürünü, bata Thales Tacticos Sava Yönetim Sistemleri olmak üzere, çeitli projelerde kullanlmaktadr [11]. Standartlara dayal DDS ürününün birden fazla firma tarafndan desteklenmesi ve geni bir kullanm alan bulmas açk mimariyi destekler durumdadr. 179

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DDS zengin servis kalitesi özelliklerinden dolay komuta kontrol sistemlerinin yan sra simülasyon sistemlerinde de kullanlabilmektedir [2]. 6. SONUÇ

Komuta kontrol sistemlerinin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli gerçek zaman, hataya dayankllk gibi kalite öznitelikleri ihtiyaçlarnn arakatman seviyesinde servis kalitesi özellikleri ile karlanmas gerekmektedir. DDS arakatman, gerçek zamanl sistemlerin gerçek zaman ve hataya dayankllk kalite öznitelikleri ihtiyaçlarn karlamak üzere geni bir servis kalitesi destei sunmaktadr. Bu özellikleri ile DDS arakatman komuta kontrol sistemlerinin modülerlik, ölçeklenebilirlik ve genileyebilirlik, gerçek zamanl performans, hataya dayankllk ve test edilebilirlik ihtiyaçlarn karlamaktadr. MilSOFT kendi gelitirdii DDS ürününü Sahil Güvenlik Komutanl Arama Kurtarma Gemisi Komuta Kontrol sistemi, nsansz Hava Arac Görüntü Kymetlendirme projesi ve Çoklu Veri Linkleri projelerinde hazr ticari ürün olarak kullanm olup; müteakip projelerde de kullanmay planlamaktadr. MilSOFT DDS arakatman standartlara dayal ve dier firmalarn ürünlerini ikame edebilir olduundan firma bamll yaratmamaktadr. KAYNAKÇA

[1] E. Deniz, H Kutluca, (2007), “Video Over DDS”, OMG Technical Meeting, DDS Information Day, Belgium. [2] H Kutluca, . Emre Çetin, E. Deniz, Bar Bal (2007), MilSOFT DDS Arakatman ve DDS’in Sava Yönetim Sistemlerinde Simülasyon Amaçl Kullanm” USMOS 2007, Ankara, Türkiye. [3] H. Kutluca . E. Çetin, M. Kilic, U. Cakir, (2007), “Developing MilSOFT DDS Middleware “OMG Real-time And Embedded Systems Workshop, Arlington, VA USA. [4] I. E. Cetin, H. Kutluca, “Applying OACE And OMG Standards To The Development Of CMS Systems”, Maritime Systems and Technology Conference, Genoa, Italy. [5] OMG, (2006): “Data Distribution Service for Real-Time Systems Ver 1.2”, http://www.omg.org. [6] OMG, (2006), The Real-Time Publish-Subscribe Wire Protocol OMG revised Submission, http://www.omg.org. [7] OMG, (2006), Real-Time Corba Specification, http://www.omg.org. [8] CORBA and services , http://www.vanderbild.edu. 180

formal/2005-1-4.pdf,

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [9] H. Souami, 2006, “CORBA Fault Tolerance for Mission and Safety Critical Systems”, OMG RTES Workshop. [10] RTI-DDS , http://www.rti.com [11] Open-DDS , http://www.prismtech.com

181

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

182

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TABUR GÖREV KUVVET MUHAREBE YÖNETM SSTEM UYGULAMALARI VE A MERKEZL HARP YETENE

Metin KABASAKALOLU(a), Koray AKÇAY(b), Elif CEYLAN(c), Abdullah S. NCE(d)

(a) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (b) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (c) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (d) ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET

Tabur Görev kuvveti içerisinde yer alan manevra birlikleri, A Merkezli Harp konseptinin etkinlii açsndan yüksek önem tamalarnn yan sra, a merkezli yetenein sunduu avantajlardan en çok yararlanacak unsurlardan olacaklardr. Bu unsurlara saysal ortamda komuta kontrol ve veri haberlemesi yetenekleri kazandracak olan Muharebe Yönetim Sisteminin salayaca fonksiyonel özellikler, taktik sahada kullanmn gerektirdii operasyonel ihtiyaçlar karlayacak nitelikte olmaldr. Bu bildiride, Muharebe Yönetim Sistemlerinin kullancya salayaca balca fonksiyonel özellikler sunulmakta, bu özelliklerin yan sra mobil platformlarda saysal veri haberlemesi ve komuta kontrol, sensör ve silah sistemleri bata olmak üzere araç üzerindeki elektronik sistemlerle entegrasyon, etkin ve kolay kullanm, dier taktik saha komuta kontrol sistemleri ile saysal entegrasyon konularn da içeren özel sistem gereksinimleri incelenmektedir.

Anahtar Kelimeler: Muharebe Yönetim Sistemi, A Merkezli Harp, Komuta Kontrol Haberleme Bilgisayar, Taktik Saha Komuta Kontrol Sistemleri, Dost Birliklerin Takibi

ABSTRACT

Maneuver units of the battalion task force are both the key components and beneficiaries of Network Centric Warfare concept. Battle Management Systems which will enable these units in digital command and control and data communications are required to be capable of meeting the requirements of the 183

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tactical area of operations. This paper presents the common properties of the Battle Management Systems and elaborates on the key requirements on tactical data communications, on vehicle electronics systems integration, efficiency and ease of use and integration with other C4I systems. Keywords: Battle Management System, Network Centric Warfare, C4I, Tactical Level Command Control Systems, Blue Force Tracking

1) GR

Tabur Görev Kuvveti (Tb.G/K), Düman kuvvetlerini imha etmek veya etkisiz hale getirmek amacyla Ate Gücü, Manevra, stihbarat ve Destek faaliyetlerinin birletirildii; muharebe, muharebe destek, muharebe hizmet destek ve komuta kontrol birlik ve unsurlarnn birletirilmesiyle oluturulan temel muharebe birlii olarak tanmlanmaktadr. Bu tanm dorultusunda Tb.G/K’ni meydana getiren balca birlik ve unsurlar Muharip Birlikler (Piyade, Mekanize Piyade, Tank ve Keif Unsurlar), Muharebe Destek Birlikleri (Havan, stihkâm, Topçu ve NBC unsurlar), Muharebe Hizmet Destek Birlikleri (Bakm ve Shhiye Takmlar) ve Komuta Kontrol Birlik ve Unsurlar olarak dört ayr grup altnda ele alnmaktadr. Tb.G/K, vazifenin yerine getirilmesini salayacak ekilde kuruluunda yer alan unsurlarn yan sra Tugay ve Tümen seviyesindeki unsurlar tarafndan da desteklenebilmekte, taktik görevin baarlmas için belirtilen unsurlarn uygun ekilde gruplandrlmas ile muharebe için farkl ekillerde tertiplenebilmektedirler. Tb.G/K’leri bölük ve takm seviyesindeki unsurlarnn yan sra, tabur seviyesinde bulunan Taktik Harekât Merkezi ve dari Lojistik Harekât Merkezi’ndeki karargâh personeli faaliyetleri ile Tb.G/K harekâtnn planlanmasn ve icrasn yönetmekte ve Tugay seviyesindeki komuta unsurlar ile koordinasyonu salamaktadr (ekil 1). Çok sayda farkl unsuru bünyesinde barndrmas, muharebe ihtiyaçlarna bal olarak tertiplenme/organizasyon yapsnn deiik ekillerde oluturulabilir olmas, tabur seviyesindeki karargâh yapsndan balayarak, bölük, takm ve daha ast seviyelerdeki mobil ve düman ile dorudan temas salayacak unsurlar içermesi sebebi ile Tb.G/K komuta kontrol faaliyetleri özel gereksinimler oluturmakta ve Tb.G/K içerisinde kullanlacak bir Komuta Kontrol Haberleme ve Bilgi Sisteminin de önemini arttrmaktadr.

184

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 Tabur Görev Kuvveti

2) MUHAREBE YÖNETM SSTEM UYGULAMALARI Tb.G/K yapsnda yer alan muharip ve destek unsurlarnn ihtiyaçlarna yönelik komuta kontrol sistemleri, Komuta Kontrol Haberleme ve Bilgi Sistemleri gelitirmekte olan pek çok NATO ülkesi tarafndan kullanlmaktadr. Bu sistemler genel olarak sistemin salad en önemli özelliklerden biri olan dost birliklerin taktik durum takibine vurgu yaplmas amac ile “Blue Force Tracking” veya “Battle Management System” yani “Muharebe Yönetim Sistemi” bal altnda ele alnmaktadr [1].

Muharebe Yönetim Sistemlerini yaygn olarak kullanmakta olan ülkeler arasnda FAUST (Führungsausstattung Taktisch) sistemi ile Almanya, FBCB2 (Future Battle Command Brigade and Below) sistemi ile ABD ve SIT (Système d'Information Terminal) sistemi ile Fransa yer almaktadr[1,2,3]. NATO üyesi pek çok dier ülkenin ve NATO haricindeki dier ülkelerin de Komuta Kontrol Haberleme ve Bilgisayar sistemleri gelitirme ve tedarik çalmalar içerisinde Muharebe Yönetim Sistemlerine önem verdii gözlemlenmektedir. Gerçek sava ortamlarnda kullanmn getirdii deneyim ve kazanmlarn nda Tb.G/K içerisinde yer alan manevra birlikleri, A Merkezli Harp kavramnn etkinlii açsndan yüksek önem tamalarnn yan sra, a merkezli yetenein sunduu avantajlardan en çok yararlanacak unsurlar olarak görülmektedir [4]. Bu sebeple, kullanmda olan Muharebe Yönetim Sistemleri, A Merkezli Hap yetenein salayaca avantajlarn deerlendirilmesi için yürütülen pek çok çalma ve aratrmaya konu olarak seçilmektedir. Bu deerlendirmelerde, bu 185

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sistemlerin özellikle, planlama, cari harekatn takibi, hzl ve etkili karar verebilme yönünde salad faydalar vurgulanmaktadr [5,6,7]. 3) TABUR GÖREV KUVVET MUHAREBE YÖNETM SSTEM ÖZELLKLER NATO ülkeleri tarafndan kullanlmakta olan balca Muharebe Yönetim Sistemlerinin salad fonksiyonlar uygulamalardaki benzerliklere paralel olarak ortak balklar altnda izlenebilmektedir. Bu ortak özelliklerden öne çkanlar aada özetlenmitir. x

x

x

x

x

x

Taktik Durum Farkndal: Taktik Durum Farkndal sistemin kullanld tüm unsurlara, muharebe sahasna yönelik ihtiyaç duyduklar bilgilerin gerçek zamanl olarak sunulmas ile salanmaktadr. Bu kapsamda dost birliklerin konum ve durum bilgilerinin, tespit edilen düman ve bilinmeyen unsurlarn bildiriminin, muharebe alanna yönelik dier bilgilerin (engel, kirletilmi bölge, yol, köprü, vb) saysal olarak paylam mümkün olmaktadr. Tb.G/K içerisinde ilgili unsurlara datlan bu bilgilerin saysal haritalar üzerinde askeri semboloji standartlarna uygun ekilde gösterimi ile taktik durum resmi kullanclara sunulmaktadr. Harekât Planlamas, Emir ve Tatbik Krokilerinin Hazrlanmas: Harekâtn planlanmasnn her kademede paralel olarak gerçekletirilmesini destekleyecek ekilde, Ön Emir, Harekât Emri, Münferit Emir ve Deiiklik Emirlerinin hazrlanmas ve saysal olarak datlmasna imkân verilmektedir. Plan ve emirlerle kullanlmak üzere farkl tatbik krokilerin askeri semboloji standartlarna uygun olarak oluturulmas ve saysal haberleme imkânlar ile aktarm salanmaktadr. Lojistik Durum Takibi: Ast unsurlarn lojistik bilgilerini saysal olarak üst unsurlara bildirmesine, ast unsurlara ait bilgilerin otomatik olarak birletirilmesi ile birlik lojistik durum raporunun oluturulmasna imkân verilmektedir. Askeri Rapor ve Mesajlar: Askeri rapor ve mesajlarn (NBC Mesajlar, Durum Raporlar, Temas Raporu, Gözetleme Raporu, vb ) oluturulmas ve saysal haberleme yolu ile gönderilmesine imkân verilmektedir. ntikal Planlamas ve Takibi: ntikal edilecek güzergâhn saysal harita üzerinde tanmlanmasna, saysal olarak iletilmesine ve intikalin takibine imkân verilmektedir. ntikal planlamas srasnda intikal edecek unsurun araç özellik ve yetenekleri, güzergâh bilgisi ile beraber analiz edilerek planlama çalmalar desteklenmektedir. Corafi Bilgi Sistemlerinin Kullanm: Muharebe Yönetim Sistemleri tarafndan salanan fonksiyonlar destekleyecek ekilde Corafi Bilgi Sistemleri youn olarak kullanlmakta, taktik durum resmi ve tatbik krokileri vektör ve raster saysal haritalar üzerinde gösterilebilmektedir. Bunun yan sra saysal harita ve yükseklik bilgilerine dayal analiz fonksiyonlar, arazi kesiti, görünürlük analizi, mesafe ve alan ölçümü gerçekletirilmektedir.

Ksaca özetlenen bu özelliklerin pek çou KKK’l tarafndan taktik sahada 186

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kullanlmakta olan dier fonksiyonel alan sistemleri tarafndan da salanan özelliklerdir. Bildirinin geri kalan ksmlarnda gelitirme çalmalar srasnda ele alnan A Merkezli Harp konseptinin, komuta kontrol sistem teknolojilerindeki gelimelerin ve taktik saha komuta kontrol sistem uygulamalarndan elde edilen tecrübelerin, Muharebe Yönetim Sistemi uygulamalarna getirdii özel ihtiyaçlar incelenmektedir. Veri Haberlemesinin Yönetimi Taktik saha komuta kontrol sistemlerinin tamamnn baarsnda veri haberleme altyapsnn etkin kullanm büyük önem tamaktadr., Bu durum, Muharebe Yönetim Sistemi uygulamalarnda, Tb.G/K içerisinde yer alan unsurlarn özelliklerinden dolay daha da öne çkmaktadr.

Tb.G/K yaps içerisinde, farkl fonksiyonlar yerine getiren deiik askeri unsurlar yer almaktadr. Bu unsurlarn Tb.G/K yaps ve bölük timi içerisinde operasyonel ihtiyaçlar dorultusunda emir, komuta ve destek ilikilerindeki düzenlemelere bal olarak esnek bir ekilde yaplandrlabilir olmas gerekmektedir. Bu ihtiyaç, organizasyonel yapya ve unsurlarn taktik sahadaki dalmna göre yaplandrlan haberleme çevrim yapsnn da organizasyonel deiikliklere çabuk ekilde uyum salayabilmesi ve çabuk yaplandrlabilmesi ihtiyacn dourmaktadr (ekil 1). Unsurlarn görevi gerçekletirmesi srasnda sürekli hareket halinde olmas Görü Hatt (Line Of Sight) prensibi ile çalan VHF ve UHF bandndaki veri haberlemesinin, arazi ekillerine ve mesafeye bal olarak kaybna sebep olabilmektedir [1]. Görü Hatt haberlemesinin kaybolduu durumlar için, HF haberleme sistemleri üzerinden snrl veri aktarm, uydu haberleme sistemlerinin kullanlmas gibi haberleme teknolojilerinin yan sra çevrim yaplarnn Muharebe Yönetim Sistemlerince yönetimi ile çözümler oluturulabildii görülmektedir [1,8]. Birliklerin sürekli hareket ve dümanla yakn temas halinde görev yapmasnn, haberleme altyapsnda hassasiyet oluturduu dier bir konu, çevrim geçi noktalarndaki unsurlarn görev d kalmas durumunda, ast unsurlarla üst unsurlarn haberlemesinin de kesiliyor olmasdr. Bu durumun çözümü için ele alnan yol ise, operasyonel süreklilii salamak amac ile birimlerin birbirini yedeklemeye hazr olmasdr. Yedekleme durumuna hzl bir ekilde ve kullancnn müdahalesini en aza indirecek ekilde geçilebilmesi de yine istenilen bir özelliktir. Haberleme cihaz ve sistemlerindeki ve komuta kontrol teknolojilerindeki gelimelere ramen, taktik sahada bant geniliinin etkin ekilde kullanm halen büyük önem tamaktadr. Bu amaçla bit tabanl formatl mesajlarn ve mesajlarn çoklu olarak gönderilmesine imkân veren yöntemlerin (multicast, broadcast gibi) kullanm gündeme gelmektedir. Haberleme sistem teknolojilerindeki gelimeler, Yazlm Tabanl Telsizleri (Software Defined Radio) ve taktik saha haberleme sistemlerini Manevra Yönetim Sistemlerinin kullanmna sunmaktadr. Ancak yukarda açklanan 187

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara haberleme ihtiyaçlar dorultusunda ve A Merkezli Harp yeteneinin etkin bir ekilde kazandrlmas amac ile bu sistemlerin ve haberleme alt yapsnn Manevra Yönetim Sistemlerince idaresi önem kazanmaktadr. Komuta Yeri Analiz ve Karar Destek Fonksiyonlar: Muharebe Yönetim Sistemlerinin Tb.G/K bünyesinde kullanlmas, harekâtn planlama, komuta kontrol ve takip faaliyetlerini yürüten tabur esas komuta yeri ve geri komuta yeri karargâh personelinin de, harekâtn geliimi ve harekât alannn durumu hakkndaki çok sayda bilgiye gerçek zamanl olarak eriimine imkân vermektedir.

Tabur karargâh personelinin, askeri karar verme sürecinde uygulad planlama çalmalar, harekâta yönelik deiik Hareket Tarzlarnn oluturulmas, Hareket Tarzlarnn etkinlik ve risk açsndan incelenmesi ve en uygun hareket tarznn seçilmesi gibi faaliyetleri içermektedir. Zamann kstl olduu durumlarda, karar verme sürecinin etkin bir ekilde yürütülebilmesi ve hataya sebep olabilecek durumlarn en aza indirilebilmesi amac ile karar verme ve planlama sürecinin, analiz yetenekleri ve karar destek fonksiyonlarnca desteklenmesi önem tamaktadr. Askeri karar verme sürecinde Muharebe Yönetim Sistemlerince salanacak fonksiyonlar ile hareket tarzlarnn oluturulmas, uygun hareket tarznn belirlenmesi, süreç içerisinde gerçekletirilecek brifinglere girdi salanmas, icra matrisi ve dier matrislerin saysal olarak oluturulmas, lojistik durumu, personel durumu ve muharebe gücü deerlendirmelerinin saysal olarak yaplmas, harekâtn provasnn saysal olarak gerçekletirilmesi, planlama sürecinde oluturulan ürünlerin karargâh içerisinde saysal olarak paylam ile etkin ve bir arada çalma imkânnn salanmas, Muharebe Yönetim Sistemlerinin karargâh personeline salayaca balca fonksiyonlar olarak görülmektedir. Taktik Seviye Komuta Kontrol Sistemleri ile Entegrasyon: Tb.G/K Muharebe Yönetim Sisteminin, Tugay seviyesinde kullanlan üst kademe komuta kontrol sistemleri ve manevra taburu içerisinde yer alan dier fonksiyonel alan komuta kontrol sistemleri ile entegrasyonu, bütünleik bir komuta kontrol sistem yaps salamak açsndan önem tamaktadr.

Manevrann ihtiyaç duyduu ate desteinin planlanmas ve harekatn geliimine göre ani çkan hedefler için ate isteklerinin çabuk bir ekilde iletilmesi için muharebe destek unsurlarndan ate destek sistemleri ile entegrasyon gereklidir. Tugay üzerindeki seviyelerde deiik fonksiyonel saha sistemleri aras karlkl çalabilirlik Taktik Saha Muharebe Sisteminin (TASMUS) salad yüksek bant geniliine sahip veri haberleme alt yaps üzerinden salanabiliyorken, mobil unsurlarn yer ald tabur ve alt seviyelerde, taktik telsiz haberleme alar üzerinde formatl mesajlarn kullanm ile gerçekletirilebilmektedir. Ate destek sistemleri ile tabur ve bölük seviyesinde planlarn oluturulmas, öncelikli hedeflerin belirlenmesi, hedef listelerinin oluturulmas, bölük ve 188

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara takm seviyelerinde ise ate isteklerinin iletimi ve at görevlerinin takibi için standart mesaj yaplarnn ve veri modellerinin kullanm, uygulama seviyesi prosedürlerin ve haberleme sistemlerinin karlkl uyumu Muhabere Yönetim Sistemi tarafndan ele alnmas gereken konular arasndadr. Araç Üstü Sistem ve Sensörlerle Entegrasyon: Manevra Yönetim Sistemlerinin salad fonksiyonlarn balcas araç üzerinde bulunan konumlama sistemleri (GPS, INS) ile salanan entegrasyon yardm ile tüm dost platformlarn konum bilgisinin, Tb.G/K içerisinde otomatik olarak datm yolu ile ortak durum farkndalnn salanmasdr. Konum bilgisinin yan sra, A Merkezli Harp kavramnn hedefleri arasnda yer alan, birlik ve platform durum bilgilerinin de kullanc müdahalesini en az seviyede gerektirecek ekilde otomatik olarak paylam önem kazanmaktadr. [6]

Araç üzerindeki sensör sistemlerinden alnabilecek, yakt ve mühimmat lojistik durum bilgileri, at kontrol sisteminden alnabilecek gerçekletirilen görev bilgileri ve silah sistemlerinin yönelim bilgileri, radar ve elektro optik tespit sistemlerinden ve dost düman tanma sisteminden alnabilecek hedef tespit bilgileri, kendini koruma sistemlerinden alnabilecek tehdit bilgileri ve araç elektronik sistemlerinin durum bilgileri taktik durum farkndalnn arttrlmasna katk salayacak bilgilerin balcalardr. Bu bilgilerin araç üzerindeki elektronik sistemlerden alnmas, uygun ekilde deerlendirilmesi ve gerekli zamanda gerekli unsurlara otomatik veya yar otomatik olarak datmn salamak, Manevra Yönetim Sisteminin karlayaca ihtiyaçlar arasnda yer almaktadr. Komuta Kontrol Donanmlarnn Etkin Kullanm: Manevra Yönetim Sistemlerinin, içinde yer aldklar araç platformlarnda kullanclara kolay kullanm imkânlar sunmalar, bu sistemlerin etkinlii açsndan önem tamaktadr.

Bu amaçla sunulan özelliklerin banda, dokunmatik ekranl komuta kontrol donanmlarnn kullanm ile kullancnn klavye ve iaretleyici kullanmn en aza indirilmesi gelmektedir. Dokunmatik ekran kullanm, komuta kontrol uygulamalarnn kullanc arayüzü tasarmlarn etkilemekte, dokunmatik ekran ile etkileimi etkinletirecek kolay seçilebilir menü arayüz yaplar sunulmasn, kullanc tarafndan klavye kullanmn en aza indirecek çok seçenekli listelemelerin youn kullanmn öne çkarmaktadr. Dokunmatik ekran kullanm, özellikle planlama aamasnda taslak krokilerin, serbest çizim yöntemi ile çabuk ekilde oluturulabilmesine imkân vermekte ve kât kalem kullanm rahatln bilgisayar ortamna tayabilmektedir. Manevra Yönetim Sistemleri Tb.G/K içerisindeki unsurlarca, pek çok farkl araç platformunda ve farkl özellik ve boyutlardaki komuta kontrol donanmlar ile kullanlabilmektedir. Bu durum gelitirilecek kullanc arayüzlerinin, farkl kullanm özelliklerine sahip komuta kontrol donanmlarnn tamam üzerinde etkin kullanlabilir veya kolayca uyarlanabilir olma yeteneine sahip olmalar ihtiyacn getirmektedir. Muharebe Yönetim Sistemlerinin, muharebe alanndaki kullanmna yönelik 189

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yaplan incelemeler, bu sistemlerin planlama, hazrlk ve görev sonras deerlendirme aamalarnda etkin olarak kullanldn, ancak dümanla temas srasnda ve hemen öncesinde, kullanclarn platform üzerindeki dier sistemlerin kullanmna öncelik vererek, Manevra Yönetim Sistemi ekran üzerindeki gelimeleri aktif olarak takip etmediini göstermektedir [6]. Kullanclarn Manevra Yönetim Sistemi’nin salad bilgilerden, dümanla temas srasnda sistem arayüzlerine bakamad durumlarda da haberdar olabilmesi için, Manevra Yönetim Sistemi’nin platform üzerindeki ç Konuma Sistemi ile entegre olarak, kullancnn dikkatini datmayacak ekilde, gelimenin önem ve tipine bal olarak farkl ekillerde kullancy sesli olarak uyarabilmesi önem tamaktadr [9]. Araç D Kullanm: Muharebe Yönetim Sisteminin, Tb.G/K içerisinde yer alan tank ve mekanize piyade unsurlarnca araç içerisinde kullanmnn yan sra, araç dnda görev yapmakta olan unsurlarn kullanmna sunulabilmesi gerekmektedir.

Müstakil olarak görev yapmakta olan piyade unsurlarnn, taktik telsizler üzerinden veri haberlemesi yapmas, yeni nesil telsiz ve askeri bilgisayar teknolojilerindeki gelimeler ve cihaz boyut/arlk özelliklerinin kolay tama ve kullanma imkân vermesi ile mümkün olabilmektedir. Araç içerisinde görev yapmakta olan personelin, faaliyetlerini geçici olarak araç dnda gerçekletirecei durumlarda ise, Manevra Yönetim Sistemi unsurlarnn araç dna çkarlarak, araç içerisindeki sistemle bir arada kullanmnn sürdürülebilmesi de istenilen özellikler arasndadr. Keif ve gözetleme tim personelinin, keif bölgesindeki faaliyetlerini araç dnda sürdürmesi ve istihbarat bilgilerini dier unsurlara aktarmaya devam edebilmesi, taktik harekat merkezinde görev yapmakta olan personelin, ortak çalma, brifing veya provalar srasnda sistemi araç platformu dnda kullanmaya devam edebilmesi, bu özelliin uygulama alanlarnn balcalar olarak görülmektedir [3]. 4) SONUÇ Modern ordularn Tabur Görev Kuvveti organizasyonlarnda kullanlmakta olan Muharebe Yönetim Sistemleri, gerçek harekât ortamlarnda kullanlan ve A Merkezli Harp konseptinin salad faydalarn deerlendirildii çalmalarda ele alnan balca komuta kontrol haberleme ve bilgisayar sistemleri olarak öne çkmaktadr.

Bu sistemlerin kullanmndan elde edilen tecrübeler, veri haberlemesinin güvenilirliinin ve sürekliliinin salanmasnn, bu sistemlerin etkin kullanm açsndan önemini göstermektedir. Güvenilir ve sürekli veri haberlemesinin yan sra, araç üzeri dier elektronik sistemlerle entegrasyon, komuta kontrol donanmlarnn araç platformlar içinde ve dnda etkin kullanm, gelimi analiz ve karar destek fonksiyonlarnn kazandrlmas ve taktik sahada kullanmda olan dier sistemlerle entegrasyon, Muharebe Yönetim Sisteminin A Merkezli Harp kavramna uygun olarak gelitirilmesinde önemli konular 190

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olarak incelenmitir. KAYNAKÇA

[1] McCarter (2004), “Bigger Role for Blue Force Tracking”, Military Information Technology, Haziran 17, 2004 in Volume: 8 Issue: 4 [2] Adams et al, “Bridging the Gap C4ISR Capabilities and Transatlantic Interoperability”, http://www.gwu.edu/~elliott/faculty/articlenotes/C4ISR%20Gap.pdf [3] Shane (2006), “FBCB2, Past, Present, and Future”, Armor Magazine, Temmuz 2006 [4] Ackerman (2003), “Tactical Operations Enable and Benefit From NetworkCentric Warfare”, Signal Connections, Ekim 15, 2003 Volume 1 Issue 1 [5] Boehmer ve PA Consulting Group (2004), “A Network Centric Operations Case Study: US/UK Coalition Combat Operations during Operation Iraqi Freedom”, 9th ICCRTS 14-16 Eylül 2004 [6] Sparshatt ve Justice, “Future Battle Command And Control System”, Battlespace C4ISTAR Technologies, Volume 5 No 3, Ekim 2002 [7] Gonzales et al, “Networked Forces in Stability Operations”, National Defense Research Institute, http://www.rand.org/pubs/monographs/2007/RAND_MG593.pdf [8] Blair ve Dickinson (2004), “Range Extension Techniques Available to the Army Tactical Communications System”, http://dspace.dsto.defence.gov.au/dspace/bitstream/1947/3693/1/DSTO-TN0573.pdf [9] Krausman (2006), “Effects of Alerts on Army Infantry Platoon Leader Decision Making and Performance”, CCRTS-Command Control Research and Technology Symposium 2006.

191

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

192

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GEMKOMSS: AÇIK MMAR VE ULUSLARARASI STANDARTLARA DAYALI SAVA YÖNETM SSTEM YAZILIMI

zzet Emre ÇETN (a), Hüseyin KUTLUCA (b) Deniz OUZ (c), Yeliz OUZ(d), Onur TORTAMI (e) Özlem KOLSUZ (f) Volkan BEYAZGÜN(g)

(a) Teknik Lider, [email protected], (b) Teknik Lider , [email protected], (c) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (d) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (e) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (f) Lider Yazlm Mühendisi, [email protected] (g) Lider Test Mühendisi, [email protected] (MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres: ODTU Teknokent Ankara)

ÖZET

GEMKOMSS (Gemi Komuta Kontrol Sistemi Yazlm) Sava Yönetim Sistemi (SYS) Yazlm gelitirilmeye balad dönemden itibaren katmanl ve datk bir mimariyi, bakm-idame kolayln (teknik ve maliyet), uluslararas standartlara uyumluluu hedefleyen en son teknolojileri ve SYS mimarilerini temel almtr. MilSOFT, Bu nedenle, bu konuda ba çeken ve teknolojileri belirleyen uluslararas organizasyonlarn (Object Management Group - OMG C4I grup, A.B.D. Deniz Kuvvetleri-Open Architecture Computing EnvironmentOACE gibi) yaklamlarn ve ortaya koyduu standartlar henüz taslak olduklar aamalardan itibaren temel alm ve bunlar uygulamaya koyup hayata geçiren dünya çapnda kurulular arasnda yer almtr. Gelitirilen sistemin en önemli özelliklerinden biri de, bu mimariye sahip sisteme hücumbot gibi en küçük ölçekli konfigürasyondan frkateyn, uçak gemisi ve denizalt gibi en karmak konfigürasyonlara kadar muhtelif platform ihtiyaçlarna göre kolay ölçeklenebilirlik ve adapte edilebilirlik özelliini kazandrmasdr. Bu makalede GEMKOMSS açk sistemi mimarisi ve bu mimarinin temeli olan standartlar anlatlmaktadr. Anahtar Kelimeler: Açk Mimari, OACE, OMG, Sava Yönetim Sistemi.

193

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ABSTRACT

GEMKOMSS Combat Management System Software has been based on; layered and distributed architecture, ease of maintenance (technical and cost), compatibility to international standards, and the latest technologies and architectures from the beginning of its development. MilSOFT has followed the approaches and standards driven by the leading organizations (like US Navy, Object Management Group (OMG)) from the draft phases on and became one of the world leading companies implementing these standards. One of the most outstanding features of GEMKOMSS is its architectures’ scalability and adaptability to be used satisfying various platforms needs from the most simple configuration like a fast patrol boat to most complicated ones like frigates, aircraft carriers and submarines. This paper presents GEMKOMSS architecture and the standards its architecture is based on. Keywords: Open architecture, OACE, OMG, Combat Management System. 1. GR

Günümüzün hzla deien dünyasnda, tehdidin tanm ve nitelii de deimektedir. Deien tehdit tanmna bal olarak, sava sistemlerinde kullanlan teknolojiler, almaçlar ve silahlar da hzla deimekte ve gelimektedir. Askeri amaçl gelitirilen sistemlerin de bu deiime ayak uydurmalar kaçnlmazdr. Deniz platformlar için gelitirilen sistemler açsndan bu, yeni alt sistemlerin ve ilevlerin hzla sistemlere eklenebilmeleri ile mümkündür. Deimekte ve çeitlenmekte olan gereksinimler, askeri almlar da ciddi ekilde etkilemektedir. Dünya donanmalarnn, firma bamls kapal sistemler yerine RAHAT ürünlere ve standartlara dayal sistemleri öngören ve açk mimarilere sahip çözümleri daha çok tercih ettii görülmektedir. Dolaysyla, sistem mimari tasarmlarnda, uluslararas kabul görmü açk standartlarn ve mimarilerin kullanm daha çok ön plana çkmaktadr. 2000 ylndan beri Komuta Kontrol alannda çalmalarn sürdürmekte olan MilSOFT, belirtilen ihtiyaçlar da deerlendirerek, deniz platformlarna yönelik olarak, günümüz ihtiyaçlarn karlayacak modern bir SYS yazlmnn milli olarak ve ArGe yaklam ile gerçekletirilmesi maksadyla 2004 ylnda GEMKOMSS projesi balatmtr. TÜBTAK tarafndan 2006 ylna kadar ArGe destei verilen proje ile ortaya konan GEMKOMSS, Sahil Güvenlik Komutanlnn Arama Kurtarma Gemisi ina projesinde kullanlacak milli SYS yazlm olarak seçilmitir. Ayrca, GEMKOMSS içerdii teknolojik yenilikler nedeniyle, 2007 ylnda gerçekletirilen 7’inci Teknoloji Ödülleri Kongresinde de TÜBTAK-TTGV-TÜSAD tarafndan Teknoloji Baar Ödülüne layk görülmütür. 194

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bu makalede GEMKOMSS sistem mimarisi ve bu mimarinin temeli olan standartlar anlatlmaktadr. 2. GEMKOMSS SSTEM MMARS VE TEMELNDEK STANDARTLAR Deniz platformlar için deien ihtiyaçlara yant verebilecek sistemlerin gelitirilmesinde, uluslararas kabul görmü standartlarn kullanm kaçnlamaz bir seçimdir. Bu noktada, asl kritik olan karar, hangi standartlarn sistemlerin gelitirilmesinde kullanlacadr.

GEMKOMSS gelitirilmeye balad dönemden itibaren katmanl ve datk bir mimariyi, teknik ve mali açlardan bakm-idame kolayln ve uluslararas standartlara uyumluluu hedefleyen en son teknolojiler ile SYS mimarilerini temel almtr[1,2]. Bu kapsamda; ƒ

Komuta Kontrol sistem mimarisi ve bileenlerinin seçiminde A.B.D. Deniz Kuvvetleri tarafndan oluturulan Open Architecture Computing Environment (OACE) [3,4] kullanlmtr.

ƒ

Verinin datk olarak tutulmas ve gerçek zamanl veri datm için OMG tarafndan tanmlanan “Data Distribution Services” (DDS) arakatman yazlm gerçekletirilmitir [5, 6].

ƒ

Tam Link-16 destei için ve gelitirilen tüm taktik yazlm birimlerinde Link-16/Link-22 veri yaplar kullanlmtr [7, 8].

ƒ

NATO gibi parças olduumuz organizasyonlar tarafndan gelitirilen NATO HOSTAC, APP-10D, STANAG 5516 gibi standartlar sistemde uygulanmtr.

3. OMG ve OACE STANDARTLARININ GEMKOMSS’TE KULLANIMI

OACE, A.B.D. Deniz Kuvvetleri birimlerince, sualt, suüstü ve deniz hava platformlar Komuta Kontrol sistemleri için 21.yy muharebe sistemleri tasarmna temel tekil etmek üzere gelitirilmi, katmanl ve her katmanda deiik standartlar öneren teknik bir sistem mimarisidir. 23 Austos 2004 tarihinde sürüm 1.0 olarak yaymlanmtr. Bu teknik mimari ile komuta kontrol sistemlerinin etkinliinin artrlmas, tekrar kullanlabilirlii ve farkl platformlara uygulanabilirlii; standartlara dayal yaplarn ortaya çkmas ile iletme ve iyiletirme maliyetlerinin düürülmesi hedeflenmektedir. Bu mimarinin, DDX, AEGIS, SSDS, LCS, E2-C gibi yeni nesil SYS’lerde kullanlmas zorunluluk olurken, salad yararlar ve avantajlar nedeni ile mevcut sistemlerin de bu mimariye uygun hale getirilmesine çallmaktadr. ki cilt olarak yaymlanan OACE dokümantasyonunun, birinci cildinde uyulmas gereken standartlar en alt seviyedeki donanm bileenlerinden balamak üzere listelenirken ikinci cildi ise, tasarm rehberi olarak düzenlenmitir. GEMKOMSS, kabinet standard gibi donanm standartlar hariç, OACE birinci cildinde belirtilen tüm standartlara uymaktadr [3]. 195

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Tablo 1 OACE Standartlar ve GEMKOMSS Seçimleri

Uygulama Alan

letim Sistemi Veri Transferi letim Ortam Datm Arakatman Uyarlama Arakatman Çerçeve Yazlmlar (Frameworks)

OACE Tarafndan Önerilen Standartlar POSIX Uyumlu IEEE 802, IETF

Standart belirtilmemi, RAHAT ürünlerin kullanm DCOM, CORBA, DDS, RMI, MPI. XML Standart belirtilmemi POSIX tabanl ürünler Standart belirtilmemi

Bilgi Yönetimi SQL, JDO, JDBC Kaynak/Sistem Standart belirtilmemi Yönetimi Zaman NTP, IRIG Senkronizasyonu Programlama SUN Java, ANSI/ISO/IEC Dilleri C++, ISO/IEC ADA

GEMKOMSS’te Kullanlan Standartlar POSIX IEEE 802 Fast ve Gigabit Ethernet X86 RAHAT Bilgisayarlar

DDS Gerek duyulmamtr. POSIX temel alnmtr MilSOFT tarafndan gelitirilen POSIX tabanl süreç, hataya dayankllk, vb gibi çerçeve yazlmlar SQL ve JDO OMG AMSM NTP SUN Java, ANSI/ISO/IEC C++

Tablo 1’de yer alan baz maddelerde OACE standartlar yaymland tarihte henüz olumu bir standart mevcut olmadndan, bu konularda bir standart belirtilmemitir. Örnein, Kaynak/Sistem Yönetimi için, yaym tarihinde olumu bir standart olmamasndan dolay bir standart gösterilememitir. Ancak, daha sonraki tarihlerde OMG tarafndan standart hale getirilen Application Monitoring and System Management (AMSM) standard GEMKOMSS sisteminde gelitirilmi ve uygulanmtr. GEMKOMSS, OACE standardnn ikinci cildinde yer alan tasarm kriterlerini uygulamaktadr [4]. Bu tasarm kriterlerinden önemli görülenler ve GEMKOMSS’in ilgili uygulamalar aadaki gibidir: a. Datk bir mimaride uygulama, veri sergilemesi ve verinin, aralarndaki bamlln azaltlmas maksadyla ayrlmas x nsan Makine Arayüzü (MMI) ve uygulamalarn ayrlmas x Verinin uygulamalar arasnda yaymla-abone ol mimarisinde, DDS veri nesneleri (topic) halinde paylalmas b. Standartlara dayal RAHAT iletim ortamlarnn kullanlmas 196

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara x

X86 ve SPARC mimarileri, LINUX, SOLARIS iletim sistemleri uygulamalarnn fonksiyonel olarak bölümlenmesi x Taktik uygulamalarn, orta büyüklükteki modüller (satr says birkaç bine kadar) halinde gelitirilmesi c. Nesne Yönelimli (Object Oriented) programlama tekniklerinin ve dillerinin kullanlmas ve yazlm birimleri arasnda arakatman teknolojilerinin kullanlmas x Nesne Yönelimli C++ dilinin kullanlmas x Nesne Yönelimli Java dilinin kullanlmas x DDS arakatmannn kullanlmas d. Uygulama detaylarn kullanclarndan saklayan tasarm mekanizmalarnn ve arayüzlerin (API) kullanm x DDS arakatman ve yaymla-abone ol mimarisinin sistemde ana tasarm kalb olarak kullanm e. Uygulamalarn tanabilirlii (portability) ve çalaca fiziksel ortamdan (bilgisayar, ilemci, a, vb.) bamszl x Uygulamalarn çalaca bilgisayardan bamsz olmas ve ilemci havuzu (pool of processor) kavramnn uygulanmas x DDS arakatmannn IP adreslerini uygulamalardan gizlemesi f. Mimari ve tasarm kalplarnn ve çerçeve yazlmlarnn tekrarlanabilir, yüksek kalitede uygulamalar üretilmesi için kullanm x DDS Yaymla-abone ol mimarisi x Katmanl yap x “Gang of Four” (GoF) tasarm kalplarnn kullanlmas g. Uygun yazlm gelitirme ve test araçlarnn tasarm, uygulama ve test aamalarnda kullanm x Tasarmda “Unified Modelling Language (UML) kullanm, gereksinim yönetim gereçlerinin kullanlmas, CPPUNIT ve JUNIT araçlarnn birim testlerinde, MilSOFT tarafndan gelitirilen DDS aracnn (DDS SPY) sistem entegrasyon ve testlerinde kullanlmas, Otomatik derleme araçlarnn kullanm. GEMKOMSS mimarisinin ekillenmesinde OACE standartlar kadar önemli rol oynayan dier standartlar OMG tarafndan gelitirilmekte ve yaymlanmaktadr. OMG, uluslararas katlma açk, kar amac gütmeyen bir standardizasyon kuruluudur. Bünyesindeki deiik gruplar aracl ile yazlm endüstrisinin farkl ihtiyaçlarn karlayacak standartlar oluturmaktadr. GEMKOMSS bünyesinde gelitirilen salam iletim ortam ve ortak servisler, OMG tarafndan gelitirilen/gelitirilmekte olan standartlara uygundur. MilSOFT tarafndan gelitirilen DDS arakatman OMG tarafndan yaymlanan standarda tam olarak uymaktadr. DDS arakatman, GEMKOMSS sisteminde kullanlmakta ve birçok servis kalitesi (Quality of Service) kstasnn salanmasnda önemli rol oynamaktadr.

197

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Datk ve gerçek zamanl sistemleri oluturan birimlerin (uygulamalar, ilemci birimleri, a birimleri, vb.) izlenmesi ve kontrol edilmesi, özellikle deniz platformlar için gelitirilen sistemler gibi karmak ve belirli bir büyüklükteki sistemler için önem arz etmektedir. Sistem Yönetimi amac ile kullanlmak üzere OMG tarafndan yaymlanan AMSM standard GEMKOMSS bünyesinde gelitirilmitir. Bu üründe, AMSM standardnn DDS profili kullanlmtr. DDS arakatman yazlm, Sistem Yönetimi birimi ve dier çerçeve yazlmlar ile birlikte, komuta kontrol sistemleri için salam ve gerçek zamanl bir yazlm ortam sunmaktadr. Gelitirilen bu birimler, MilSOFT bünyesinde gelitirilen dier komuta kontrol sistemlerinin/uygulamalarnn (Link sistemleri, insansz hava aracna yönelik sistemler, vb.) da temel ta olmaktadr. Deniz platformlar için gelitirilen sistemlerde ortak bir yazlm ortamnn yan sra, gerekli olan birçok servis de ortaklk göstermektedir. Bunlardan bazlar, Alarm Yönetimi, Taktik Resim Sergileme altyaps ile gemi ve ortam bilgileri datm sistemleridir. MilSOFT tarafndan gelitirilen “Alarm Warning Information Management” (AWIM) birimi, sistemde oluacak alarmlarn yönetilmesinde kullanlmaktadr. Bu birim, OMG tarafndan gelitirilmekte olan “Alarm Management System” (ALMAS) standardn takip etmektedir. Bu birim dahilinde, oluacak alarmlarn ilgili yazlm birimlerine iletilmesi, ilgili alarm yaam döngülerinin kontrol edilmesi ve daha sonra incelenebilmek üzere kaydedilmesine yönelik fonksiyonlar içermektedir. Komuta Kontrol Sistemlerinin MMI uygulamalarna yönelik olarak gelitirilen “Tactical Picture Infrastructure” (TPI) altyaps, OMG tarafndan standardizasyon faaliyetleri süren “Tactical Situation” (TACSIT) standardn takip etmektedir. Bu birim sayesinde, MilSOFT tarafndan gelitirilen sistemlerin MMI altyaplar ortak bir birim sayesinde salanmaktadr. Bütün bunlarn yan sra, OMG’de standardizasyon çalmalar henüz çok yeni balam olan “Generic Navigation Interface” çalmalar takip edilmektedir. GEMKOMSS sisteminde temel alnan standartlar sadece açk standartlar deildir. Taktik uygulamalara yönelik olarak, özellikle NATO ve dier uluslararas kurulular tarafndan gelitirilen standartlar da youn olarak kullanlmaktadr. Bunlardan bazlar unlardr: ƒ ƒ

Sistemdeki veri yaplar için STANAG 5516 Tactical Data Exchange Link-16 ve STANAG 5522 Tactical Data Exchange Link-22. Gemiden yaplacak helikopter operasyonlar için Helikopter ve Uçak Kontrol Birimi, NATO tarafndan yaymlanan “Helicopter Operations from Ships Other than Aircraft Carriers” (HOSTAC) standardna uygun olarak gelitirilmitir. 198

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ƒ

ƒ ƒ

GEMKOMSS’e entegre Mesaj Yönetimi Sistemi için AdatP-3 Baseline12 Standard temel alnmtr. Bu birim sayesinde formatl ve serbest metin mesajlar, sistem verisi kullanlarak otomatik olarak hazrlanabilmektedir. Arama Kurtarma yazlm birimi “International Maritime Organization” tarafndan yaymlanan “International Aeronautical Maritime Search and Rescue Manual” (IAMSAR)’a uygun olarak gelitirilmektedir. Otomatik Tanma Sistemi (AIS) için ITU-R M.1371-1

Yukarda bahsi geçen standartlar temel alnarak gelitirilmi GEMKOMSS sistemi için temel mimari çizimi ekil 1’de verilmitir. Arakatman ve Sistem Yönetimi seviyesi, gerçek zamanl ve datk komuta kontrol sistemleri için ortak bir iletim ortam sunmaktadr. MilSOFT bünyesinde de bu birimler deiik komuta kontrol sistemi projelerinde kullanlmaktadr. Her komuta kontrol sisteminde ihtiyaç olan ve taktik uygulamalarn görevlerini yerine getirebilmesi için gerekli olan servisler, Ortak Servisler katmannda toplanmtr. Bu servisler için platformdan platforma deiiklik beklenmemektedir. Bu servislere örnek olarak sistemdeki alarmlarn yönetimi için AWIM, komuta kontrol sistemlerindeki operatör arayüz fonksiyonu için ortak bir altyap tekil eden TPI gösterilebilir.

ekil 1 GEMKOMSS Temel Mimarisi

Sava Yönetim Sisteminin ana taktik uygulamalarn içeren “Ortak Fonksiyonlar” katman birimleri de platformlar aras ortaklk gösteren bir yapda olup, tekrar kullanlabilir niteliktedir. Bu katman fonksiyonlar da farkl sistemler arasnda ortak fonksiyonlarn uyumluluu açsndan önemlidir. Bu katmandaki fonksiyonlara örnek olarak, seyir yönetimi, iz yönetimi gibi fonksiyonlar gösterilebilir.

199

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Her platforma özgü almaç ve silahlar sisteme entegre eden altsistem entegrasyon birimleri ve Arama Kurtarma gibi platforma özgü fonksiyonlar en üst katmanda gruplanmtr. Bu birimler, almaç ve silahlar ayn kald sürece ve operasyonel ihtiyaçlar platformlar aras paylald ölçüde tekrar kullanlabilirlik içermektedir.

4. GEMKOMS SSTEMNN TCAR OLARAK KULLANIMI

Yeniden kullanlabilir bir SYS altyapsnn gelitirildii GEMKOMSS projesi 2006 yl sonunda geldii nokta itibari ile MilSOFT’ta iki yeni ürün hattnn (Product Line) oluumuna neden olmutur. Sava yönetim sistemi ortak fonksiyonlar ve ortak servislerini içeren “CMSCORE-PL (Combat Management System CORE Product Line)” adl ürün hatt projesi bunlardan ilkidir. Bu proje en küçük platformlardan (hücumbot, karakol botu gibi), en karmak ve büyük sistemlere (frkateyn, denizalt gibi) kadar farkl ölçeklerde sava yönetim sistemi ihtiyaçlarn karlamak için kullanlabilecek bir ürün hatt mimarisini ve bu mimariye uyumlu ortak temel bileenleri ana varlk olarak gelitirmeyi ve kullanclara sunmay hedef almtr. Halihazrda, “CMSCORE-PL” ürün hatt projesi, Sahil Güvenlik Komutanl Arama Kurtarma Gemisi, Genesis Veri Linkleri Sistemi, Yeni Tip Denizalt ve modernizasyon projeleri için gerekli ürün ve altyaplar sunmaktadr. kinci ürün hatt projesi olan “CE-PL (Computing Environment Product Line)” DDS arakatman, sistem yöneticisi ve çerçeve yazlmlarndan oluan iletim ortam bileenlerinin sürekli olarak gelitirilmesi ve iyiletirilmesini hedeflemektedir. Bu Ürün hatt sadece Sava Yönetim Sistemleri ve ilgili Ürün hatt ile snrl kalmayarak nsansz Hava Arac, Çoklu Veri Linkleri ve Aviyonik yazlm projelerinde de kullanlmaktadr.

5. SONUÇ

GEMKOMSS, açk bir sistem mimarisinde güncel standartlar temel alan bir sava yönetim sistemidir. Sava Yönetim Sistemlerinde sistem fonksiyonlarnn açk mimari anlayna göre deiik seviyelerde gruplanmas ve standartlara dayandrlmas, fonksiyonlarn deiik platformlarda tekrar kullanlabilirliini artrmakta, “bir sefer gelitir / hatalarn düzelt” felsefesinin farkl platformlarda uygulanabilmesine imkan vermektedir. Bu anlay, beraberinde sistemlerin ilk ve hayat döngüsü maliyetlerinin azaltlmasn da getirmektedir. Standartlara dayal sistem gelitirmek tek kaynak bamlln ortadan kaldrmaktadr. Bu anlayla GEMKOMSS ile gelitirilen standartlara dayal altyapnn desteklenmesi ve yeniden kullanlabilmesi amac ile ürün hatt projeleri oluturulmu ve deiik projelerin kullanmna sunulmutur.

200

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA

[1] H.Kutluca, .E.Çetin, E.Deniz, B.Bal (2007), MilSOFT DDS Arakatman ve DDS’in Sava Yönetim Sistemlerinde Simülasyon Amaçl Kullanm” USMOS 2007, Ankara, Türkiye [2] I.E.Cetin, H.Kutluca, “Applying OACE And OMG Standards To The Development Of CMS Systems”, Maritime Systems and Technology Conference, Genoa, Italy [3] PEO IWS OA, (2004), Open Architecture Computing Environment Technologies and Standards (ver. 1.0) [4] PEO IWS OA, (2004), Open Architecture Computing Environment Design Guidance (ver. 1.0) [5] H.Kutluca, .E.Çetin, M.Klc, U.Cakir, (2007), “Developing MilSOFT DDS Middleware “OMG RT & Embedded Systems Workshop, Arlington, VA USA [6] OMG, (2006): “Data Distribution Service for Real-Time Systems Ver 1.2”, [7] STANAG 5516 Tactical Data Exchange Link-16 (Ed.5) [8] STANAG 5522 Tactical Data Exchange Link-22 (Ed.2)

201

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

202

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAVA YÖNETM SSTEMLER ÇN STANDARTLARA DAYALI SSTEM DENETLEME VE UYGULAMA YÖNETM FONKSYONU

Seyfullah ARI (a), Hamza GÖLYER (b), Kurtulu ÖKSÜZTEPE (c), Hüseyin KUTLUCA (d), zzet Emre ÇETN (e)

(a) Yazlm Mühendisi, MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected] (b) Yazlm Mühendisi, MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected] (c) Yazlm Mühendisi, MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected] (d) Lider Yazlm Mühendisi, MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected] (e) Lider Yazlm Mühendisi, MilSOFT Yazlm Teknolojileri A., Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

ÖZET

Görev kritik olan Sava Yönetim Sistemlerinde (SYS) hataya dayanklln salanmas ve sistem bileenlerinin durumlarnn izlenmesi ve takibi amac ile Sistem Denetimi ve Uygulama Yönetimi (SDUY) fonksiyonuna ihtiyaç duyulmaktadr. SDUY, sistemde bulunan bilgisayarlar, a anahtarlarn ve a denetler, uygulamalar yönetir ve istenmeden sonlanan uygulamalar tekrar balatr. Günümüze kadar SYS üreticileri SDUY gereksinimlerini kendi özel çözümleri ile karlamaktayd. Object Management Group (OMG), SYS’de sistem yönetimi fonksiyonlarnn standart bir ekilde salanmas amac ile Application Management and System Monitoring for CMS (AMSM) standardn oluturmutur. MilSOFT bu standarda dayal bir sistem yönetim fonksiyonunu Gemi Komuta Kontrol Sistemi Yazlm (GEMKOMSS) projesi kapsamnda gelitirmitir. Bu makalede, gelitirilen SDUY fonksiyonu, SYS’de üstlendii roller ve dier kullanm alanlar anlatlmaktadr. Anahtar Kelimeler: Sava Yönetim Sistemi, AMSM, Uygulama Yönetimi, Sistem Yönetimi, Datk Sistemler, OMG. ABSTRACT

Mission-critical Combat Management Systems (CMS) require System Monitoring and Application Management (AMSM) functionality to achieve fault tolerance of these systems and monitoring the components of these systems. AMSM manages the computing resources system like computers, network switches and network cards. It also monitors applications and restarts failed 203

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara applications to achieve fault tolerance. Previously, such requirements used to be handled with vendor specific solutions. Object Management Group (OMG) standardized these CMS requirements with OMG AMSM [1] standard. MilSOFT has developed its own AMSM application in GEMKOMSS project. This paper presents AMSM functionalities, its roles in CMS’s and other possible use cases. Keywords: Combat Management System, AMSM, Application Management, System Management Distributed Systems, OMG 1. GR

Günümüz SYS’leri firmaya bamll azaltmak ve idamesini kolaylatrmak açsndan datk mimariye sahip ve genileyebilirlii olan sistemlerdir. Bu tür sistemler genellikle donanm ve yazlm açsndan birçok altyap teknolojileri kullanlarak gelitirilir. Sistem bileenlerinin çou farkl üreticiler tarafndan gelitirilmektedir. Bu ekilde tasarlanm heterojen, gerçek zamanl, görev kritik olan SYS’lerin hataya dayanklln salanmas, sistem bileenlerinin durumlarnn izlenmesi ve takibinde, ortak anlaya sahip, standartlara dayal, Sistem Denetleme ve Uygulama Yönetimi (SDUY) fonksiyonuna ihtiyaç duyulmaktadr. SDUY ihtiyacnn karlanmas için farkl yaklamlar vardr. Bütünletirilmi sistem üreticileri ve sistem bütünletiricileri, bileenlerin denetlenmesi ve yönetimi için özel çözümlerini sunmaktadr. Bu durumda farkl bak açlar ve yaklamlar ortaya çkmaktadr. Ortak bir anlayn olumas için OMG, sektörün öncü firmalaryla birlikte bir standart gelitirmitir. “Application Management and System Monitoring for CMS Systems (AMSM)” [1] adndaki bu standart ihtiyaçlar karlamak için temel oluturmaktadr. Platform bamsz modelin sunulduu standartta, platform özel XML, CORBA/IDL, DDS ve CIM MOF modelleri de tanmlanmtr. MilSOFT GEMKOMSIS projesi kapsamnda OMG’nin yaymlad “AMSM for CMS Systems” standardna uyumlu SDUY’ni gerçekletirmitir. SDUY datk mimariye sahip olan SYS bilgisayarlarnn açlmas, gerekli uygulamalarn ilgili bilgisayarlarda balatlmas, uygulamalarn çalma durumlarnn gözlemlenmesi, gerektiinde devre d kalan uygulamalarn yeniden balatlmas ve a denetlemesi ilevini gerçekletirmektedir. Bu uygulama halihazrda çoklu veri link ilemcisi ve insansz hava arac görüntü kymetlendirme sistemi gibi dier projelerimizde de kullanlmaktadr. 2. “APPLICATION MANAGEMENT AND SYSTEM MONITORING FOR CMS SYSTEMS” STANDARDI

OMG standard oluturulurken, öncelikli olarak platform bamsz modeli tanmlamtr. Daha sonra bamsz modele uyacak platform baml modelleri ortaya konmutur. Platformlardan bazlar unlardr: IDL, XML, CIM, DDS. 204

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Standarda uyacak uygulamalarn kabiliyetleri u ekilde tanmlanmaktadr: a. LW Logging (Hafif Kayt): Bilgi kayd yapabilmek için arayüz salamay tarif eder. b. AMS Management (Yönetim): AMSM servisi için giri noktas. Tanmlanan arayüzler sayesinde durum bilgilerinin alnmas ve bu bilgilere abone olunmas salanr. c. Supported Application Model (Desteklenen Uygulama Paketi): AMSM servisinin destekledii uygulama modellerini tanmlar. d. Application (Uygulama): Uygulamalarn denetlenmesini ve yönetimini salar.

çalma

zamannda

e. Application Specification (Uygulama Tanmlama): Uygulamalarn tanmlanmas ve konfigürasyonlarnn yaplmasn salar. f.

Application Deployment (Uygulama Yerletirme): Çalma zamannda uygulamalarn yerleim konfigürasyonunu salar.

g. Application Deployment Specification (Uygulama Yerleimi Tanmlama): Uygulamalarn çalma zamannda hangi bilgisayarlara yerletirileceinin tanmnn yaplmasn salar. h. Logical Hardware (Donanm): Donanm topolojisini ve durum bilgilerini salar. i.

Logical Hardware Specification (Donanm Tanmlama): Donanmlarn ve bilgisayar alarnn tanmlanmasn salar.

Standarda uyumluluk, tanml profiller araclyla belirlenmitir. Profillerin içerikleri paketlerle verilmitir. Tanml olan paketler u ekildedir: a. Normal Profile (Normal Profil): Temel ve gerçekletirilmesi zorunlu olan profildir. b. Maximum Control Profile (Maksimum Kontrol Profili): Uygulamalarn kontrolünü artrmak amacyla tasarlanm profildir. c. Fault Tolerance Management Profile (Hataya Dayankllk [HD] Yönetim Profili): Hataya dayankll artrmak amacyla tanmlanm profildir. d. Load Balancing Management Profile (Yük Datm [YD] Yönetim Profili): Uygulamalarn ilem yükünü datmak amacyla tanmlanm profildir. e. Hardware System Management Profile (Donanm [Do] Yönetim Profili): Donanmlarn denetlenmesi ve yönetilmesi amacyla hazrlanm profildir. Çizelge 1’de profillerde uyumluluk için gerçekletirilmesi gerekli paketlerin tablosu verilmitir. 205

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 1 Profil - Paket Tablosu Profiller Fault Tolerance

Load Balancing

Maximum Control

T

T

T

+ Do özellikleri

+HD özellikleri

+ YD özellikleri

K

T

T

T

T

K

+HD özellikleri

+ YD özellikleri

+ opsiyonel özellikler

K

+HD özellikleri

+ YD özellikleri

K

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

K

T

K

K

K

U/D

T

U/D

U/D

U/D

Normal LW Logging AMSM Management Supported Application Model

Paketler

Application

Application Specification Application Deployment Application Deployment Specification Logical Hardware Logical Hardware Specification

HW System Mgn T

T K (Do , YD ve HD özellikleri hariç ) T K (YD ve HD özellikleri hariç ) K (YD ve HD özellikleri hariç )

T: Tamam; K: Ksmen; U/D: Uygulanabilir Deil

3. AMSM STANDARDINA UYUMLU MilSOFT SDUY YAZILIMI

MilSOFT, OMG grubu üyesi olarak DDS arakatman standard [2] ve C4I çalma grubunun oluturduu dier standartlara uyum salamaktadr. Bunlarla birlikte oluturulmakta olan yeni standartlar konusunda OMG tarafndan düzenlenen konferans ve teknik toplantlarda kendi yaklamn sunmutur. MilSOFT AMSM standardnda tanmlanan DDS platform özel modelini referans alarak SDUY yazlmn gelitirmitir. DDS arakatman veri merkezli yaymla-abone ol mimarisine sahiptir. Yaymla-abone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanann, birbirlerinin varlndan haberdar olmamasn salamaktadr. Bunun sonucunda, sisteme yeni modüller kolaylkla entegre olabilmekte ve sistemde bir deiiklik yapmadan mevcut verilere abone olunup gerektiinde yeni veriler üretilebilmektedir. 206

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara MilSOFT SDUY yazlm SYS’de çounlukla kullanlmakta olan Solaris, Linux ve Windows iletim sistemlerinde çalacak ekilde gerçekletirilmitir. Bu iletim sistemlerinin heterojen olarak bulunduu sistemlerde MilSOFT SDUY yazlm uyumlu ve entegre bir ekilde çalmaktadr. DDS platform özel modelde, SDUY yazlm ile haberlemeler, modelde tanmlanan DDS arayüzü ile gerçeklemektedir. Kolaylk olmas açsndan genel kullanma uygun olarak SDUY ile çalan grafik arayüzü MilSOFT tarafndan gelitirilmitir. ekil 1’de örnek bir ekran görüntüsü sunulmutur.

ekil 1. Sistem Yönetimi Örnek Kullanc Ekran

Bu ekranda sistemde çalan bilgisayarlarn, Ethernet alarnn ve anahtarlarnn durumlar izlenirken, bilgisayarlar üzerinde çalan programlarn da durumlar kontrol edilebilmektedir. Sistem, aksaklk görülen Ethernet balantsn ve anahtarn devre d brakarak, dier a ve a anahtarna otomatik olarak geçii salamaktadr. Ayrca çöken programlar da verilen profile bal olarak, ayn ya da dier bilgisayarlarda otomatik olarak çaltrlabilmektedir. Bu sayede, SYS’nin görevini, kesintisiz olarak gerçekletirmesi salanmakta, zaman kritik ilevlerde herhangi bir bilgi kaybna imkan verilmemektedir. SDUY yazlm hataya dayankl olarak tasarlanmtr. Ayn anda birden fazla kopyas çalmakta, aktif kopyada hata olumas durumunda pasif olan kopyalardan biri aktif hale gelip, çökenin yerine geçmektedir. 207

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. STANDARDA UYUMLU SDUY YAZILIMININ ÖNEM

Firma baml ve kapal sistemler yerine standartlara dayal sistemleri öngören açk mimarilere sahip çözümler gün geçtikçe dünya donanmalarnca daha çok kabul görmektedir. Bu koullarda, açk ve uluslararas kabul görmü standartlarn ve mimarilerin kullanm, sistemlerin tasarmlarnda ve mimarilerinde daha da önem kazanmaktadr. Örnein, açk mimari yaklamn sualt, suüstü, deniz hava platformlar Komuta Kontrol sistemlerinde yaygn bir ekilde kullanlmasn salamak üzere Amerikan Deniz Kuvvetleri birimleri Open Architecture Computing Environment (OACE) [3,4] standardn oluturmulardr. Bu teknik mimari ile komuta kontrol sistemlerinin etkinliinin artrlmas, tekrar kullanlabilirlii ve farkl platformlara uygulanabilirlii, standartlara dayal yaplarn ortaya çkmas ile iletme ve iyiletirme maliyetlerinin düürülmesi hedeflenmektedir Bu sistem mimarisindeki temel talardan birisi olarak “Sistem Yöneticisi” öngörülmütür. OACE standard yaymland srada herhangi bir Sistem Yöneticisi standard olmad için sadece Sistem Yöneticisi ihtiyaçlar belirlenmitir. Gelitirilen OMG AMSM standardna uyumlu Sistem Yöneticisi ilgili standartta beklenen gereksinimleri tam olarak karlamaktadr. Gelitirilen AMSM uygulamas standart arayüzler ve farkl iletim sistemleri destei ile görev kritik birçok datk sistemde (özellikle komuta kontrol sistemlerinde) kullanlabilir bir altyap yazlmdr. Standart arayüz üzerinden iletiim kuran AMSM uygulamasn kullanan projeler kendi ihtiyaçlarna göre gerekli görsel arayüzü salayabilir ya da AMSM arayüzünü kullanan daha gelimi sistem yönetimi (dinamik yük datm gibi) fonksiyonlarn gelitirebilir. Selex ve Thales firmalar AMSM standardnn CORBA profilini gelitirmi ve kendi sistemlerinde uygulamaktadr [5]. AMSM standardna uyumlu farkl ürünlerin ortaya çkmas bu standardn kabul görmesi ve açk mimari yaklamna geçi açsndan önemlidir. 5. SONUÇ

MilSOFT, gelitirilen DDS arakatman yazlm ve AMSM tabanl Sistem Yönetimi fonksiyonlar [6] ile tamamen açk ve uluslararas standartlara dayal bir iletim ortamn sunmutur. Linux, Solaris ve Windows iletim sistemlerine uyarlanm olan Sistem Yöneticisi, Sava Yönetim Sistemi, Çoklu Veri Link lemcisi ve nsansz Hava Arac Görüntü Kymetlendirme Sistemi projelerinde kullanlmaktadr. Standartlara dayal bir sistem yönetimi fonksiyonu geni bir alandaki datk yapdaki komuta kontrol sistemlerinde kullanm alan bulabilmekte ve bu sistemlerin hataya dayankllk ihtiyacn standartlara dayal bir ekilde karlamaktadr. KAYNAKÇA

[1] OMG (2007): “Application Management and System monitoring for CMS Systems” http://www.omg.org 208

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [2] OMG, (2006): “Data Distribution Service for Real-Time Systems Ver 1.2”, http://www.omg.org. [3] PEO IWS OA, (2004), Open Architecture Computing Environment Technologies and Standards (ver 1.0) [4] PEO IWS OA, (2004), Open Architecture Computing Environment Design Guidance (ver 1.0) [5] D. Crescenzo, F. Marciano, 8th Real-time and Embedded System Workshop, (2007), Management of Applications in a Large and Heterogeneous System [6] I. E. Cetin, H. Kutluca, “Applying OACE And OMG Standards To The Development Of CMS Systems”, Maritime Systems and Technology Conference, Genoa, Italy.

209

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

210

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara NAMLU BENZER FERROMANYETK SLNDRK YAPILARDA OLUAN MKRO ÇATLAKLARIN MANYETK AKI KAÇAKLARI YÖNTEM LE BELRLENMES

Mustafa GÖKTEPE(a) ,Yavuz EGE(b), Osman KALENDER(c), Deniz PERN(a), M.Gökhan ENSOY (b) , Hatice YILLIK (b)

(a)

BAU, Fen Edebiyat Fak.,Fizik Böl., 10100, Balkesir, [email protected], [email protected]. (b)

(c)

BAU, Necatibey Et. Fak.,Fizik Eit. Böl., 10100, Balkesir, [email protected], [email protected]. , [email protected].

Kara Harp Okulu Dekanl, Teknik Bilimler Böl., Bakanlklar, Ankara,[email protected].

ÖZET

Bu çalmada namlu benzeri silindirik geometriye sahip ferromanyetik malzemelerin üretilmesi ya da kullanlmas esnasnda oluan yüzey ve yüzeyalt mikro çatlaklarn manyetik ak kaçaklar yöntemi ile belirlenmesi için yeni bir manyetik tahribatsz test sistemi gelitirilmitir. Gelitirilen manyetik tahribatsz test sistemi, tarayc sistem ve elektronik kontrol arabiriminden olumaktadr. Sistem, hem manuel hem de bilgisayarla kontrol edilebilmektedir. Sistemde silindirik numune üzerindeki çatla belirlemede kullanlan sensör numune üzerinde her noktadan veri alabilmektedir. Bu bildiride, gelitirilen manyetik tahribatsz test sisteminin yapm, kontrolü ve elde edilen deneysel sonuçlar ayrntl olarak tartlmtr. Anahtar Kelimeler: Mikro çatlak, Ferromanyetik, Sensör ABSTRACT

In this paper, a new non-destructive magnetic test system has been developed to detect, through magnetic flux leak method, the surface or subsurface microcracks formed during the producton or wield of barrel-like ferromagnetc cylindrical materials. The system designed consists of the scanner system and electronic control interface. It enables both computer and manual control. The sensor used to detect the crack on the cylindrical sample can receive data from any point of the sample. This paper discusses in detail the design of the magnetic non-destructive testing system, its control, and the experimental results reached. Key Words: Microcrack, Ferromagnetic, Sensor

* Bu bildiri kapsamnda ileri sürülen görüler yazarlarn ahsi görüleridir. Türk Silahl Kuvvetleri ile bir ilgisi yoktur 211

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Günümüzde sivil ve askeri amaçl endüsriyel uygulamalarda, malzemeler tahribatsz muayene teknikleri ile kontrolleri yaplmaktadr. Bu teknikler arasnda ultrasonik, manyetik parçack, sv penetrant, akustik emisyon, girdap akmlar, radyografi ve manyetik ak kaçaklar testi yeralmaktadr [1-12]. Bu tekniklerin kendine özgü baz snrllklar ve uygulama ekilleri vardr. Fakat bunlar arasndaki iki yöntemde malzemedeki çatlaklarn fiziksel özelliklerinin tespit edebilmek için, kullanlan alglaycnn malzeme üzerindeki konumunun net olarak bilinmesi gerekmektedir [2-8]. Bu yöntemler, ultrasonik ve manyetik ak kaçaklar testidir. Bu iki tahribatsz test tekniinde alglayc iki yada üç boyutta hareket edebilen bir aparata monte edilmelidir. Bu dorultuda çalmamzda yeni bir manyetik ölçüm sistemi kurulmutur. Silindirik eklindeki malzemelerin manyetik ak kaçaklar testi için dizayn edilen manyetik ölçüm sisteminin mekanii, elektronik kontrolü ve kullanlabilirlii bu çalma kapsamnda detayl olarak tartlmtr. 2. MANYETK ÖLÇÜM SSTEM 2.1. Tarayc Sistemin Bilgisayarla Kontrolü

Manyetik ak kaçaklar testi için tasarlanan Manyetik ölçüm sistemi, tarayc sistem ve bu sistemin bilgisayarla kontrolünü salayan elektronik üniteden olumaktadr. Tarayc sistemde yeralan mknatslayc bobinin,alglaycnn ve numunenin yanal yüz deiim hareketini adm motorlar salamaktadr. Bu yüzden tarayc sistemin bilgisayarla kontrol edilebilmesi için, bilgisayarn, bu adm motorlarn çk uçlarna uygun verileri göndermesi gerekmektedir. Bu çalmada, verinin gönderilmesi ve verinin alnmas için, bilgisayarn paralel portu kullanlmtr(ekil 1).

ekil 1. Optik izoleli adm motor kontrol devresi[13].

212

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.2. Alglaycdan Bilgisayara Bilgi Aktarm

Tarayc sistem üzerinde silindirik ferromanyetik malzemenin yüzeyindeki manyetik ak deiimini belirleyen alglayc yeralmaktadr. Yanal yüzey taramas esnasnda mknatslayc bobinin tam ortasnda sabit bir konumda durmaktadr. Yanal yüzey taranrken hem mknatslayc bobin hem de alglayc konum deitirmektedir. Yanal yüzey taramas esnasnda alglaycdan gelen analog sinyalin genlii ekil 2’deki ilem basamaklarndan geçerek bilgisayara aktarlmaktadr.

Alglayc

Analog Multiplexer

Yükselteç Devreleri

AC/DC Dönüümü

ADC0804 ve 74LS157 Multiplexer

Bilgisayar

ekil 2. Alglaycdan bilgisayara bilgi aktarm[13].

ekilde analog çoklayc bilgisayar kontrollü olup, birden fazla alglaycdan gelecek sinyallerin hangi srayla bilgisayara aktarlacan belirlemektedir. Analog çoklaycdan geçen analog veri birebir olarak AC sinyali DC sinyale çeviren dönütürücüye gelmekte ve ayn büyüklükte DC analog veriye dönümektedir. DC analog veri analog-dijital çevirici sayesinde bilgisayarn paralel portuna aktarlmaktadr (ekil 3). Yazdmz Microsoft Visual Basic program sayesinde de porttaki dijital veri okutulup, bir text dosyasna yazlmaktadr.

ekil 3. Analog-Dijital çeviriciden paralel porta veri aktarm[13].

213

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.3. 3D Tarayc Sistemin Mekanii

Tarayc sistemde, 4 farkl hareket birbirinden bamsz bir ekilde yaptrlabilecek ekilde tasarlanmtr. Bunlar, mknatslayc sistemin hareketi, alglaycnn hareketi, yanal yüzü tarama hareketi ve yanal yüz deitirme hareketidir. Sistemde, tarama ilemi balamadan önce mknatslayc bobin ve alglaycnn konum ayar yaplabilmektedir. Mknatslayc bobin silindirik malzeme yüzeyine deecek ekilde ayarlandktan sonra ekil 4’de blok diyagram verilen mknatslayc sistem sayesinde mknatslanmaktadr.

Osilatör

Güç Yükselteci

zolasyon Transformatörü

U eklindeki çekirdek

ekil 4. Mknatslayc sistemin blok diyagram[13].

Bu çalmada sinyal kayna olarak HP33120A sinyal jeneratörü, sinyali güçlendirmek için Pioneer A-447 güç yükselteci, sinyalin saf sinüs sinyali olmas için (N1=N2) izolasyon transformatörü kullanlmtr. Bu saf AC akmla U eklindeki çekirdein mknatslanmas salanmtr. Tarayc sistemin mekaniinde manyetik özellik göstermeyen tahta, civa çelii ve kestamit türü malzemeler kullanlmtr. Gelitirilen tarayc sistem ve yaptrlan hareketler ekil 5’de gösterilmektedir. ekil 6’da ise manyetik ölçüm sisteminin bir görüntüsü yeralmaktadr.

ekil 5. 3-D Tarayc sistemin yandan görünümü

214

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 6. Manyetik ölçüm sistemi 3. ÖLÇÜM SSTEMNN KALBRASYONU

Çalmamzda sistemin kalibrasyonu üç aamal olarak gerçeklemitir. lk olarak tarayc sistemin her bir ekseni kontrol eden adm motorlarnda, sistem hareket halindeyken herhangi bir adm kaybnn olup olmad belirlenmitir. ikinci aamasnda sistemdeki alglaycnn, mknatslanm örnei deitirmemek kouluyla ayn konumda ayn veriyi alp almad kontrol edilmitir. Üçüncü ve son aamasnda ise, sistemin herhangi bir konumunda alglaycnn çk voltajnn voltmetrede okunan deeriyle bilgisayara aktarlan deerinin ayn olup olmad belirlenmitir. Yaplan testlerde her üç aama içinde bir hatann olmad bulunmutur. 4. ÖLÇÜM SSTEMNN HASSASYET

Gelitirilen sistemde, yanal yüz taramas 165 P m, mknatslayc sistemi hareketi, alglaycnn hareketi 165 P m ve yanal yüzü çevirme hareketi ise 62.5 P m duyarllkla yaplmaktadr. Sistemin alglama hasasiyeti ise, 19.5 P V’tur. 5. UYGULAMA SONUÇLARI

Çalmamzda çap 6 mm, 8 mm,10 mm ve boylar 40 cm olan metal çubuklar üzerinde çatlak aratrmas yaplmtr (ekil 10a). Alglayc olarak bobin alglayc kullanlmtr. Bobin alglayc, silindirik yapdaki çubuklarn yanal yüzeyine teet olacak ekilde ve mknatslayc çekirdein tam ortasna yerletirilmitir. Daha sonra sistemdeki mknatslayc çekirdee f = 500Hz I=1A AC akm verilerek silindirik çubuun mknatslanmas salanmtr. Sonrasnda ise, tarayc sistem baa çekilerek tarama ekseni boyunca mknatslanm çubuun ufak bir yanal kesiti alglaycyla taranmtr. Her bir 215

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara taramadan sonra çubuk 62.5 P m döndürülerek silindirik çubuun tüm yanal yüzeyi çatlak aratrmasndan geçirilmitir. Bu üç farkl örnekten alnan alglayc voltajlar ilenerek, tarama alanna göre renklendirilmi grafikler haline getirilmitir (ekil 7a).

18

Örnek Çapi : 6 mm 1,8

16

1,6

Algilayicinin Çikis Voltaji (mV)

Silindirin Çevresi (mm)

14 12 10 8 6 4 2

1,4 1,2 1,0 Örnegin 10 mm

0,8

döndülmesinden sonra

0,6 Örnegin 1 mm

0,4

döndülmesinden sonra

0,2

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

0,0

60000

0

11000

Taranan Uzunluk (Pm)

22000

(a)

25,0

44000

55000

66000

(b)

Örnek Çapi : 8 mm 2,0

22,5

Algilayicinin Çikis Voltaji (mV)

1,8

20,0

Silindirin Çevresi (mm)

33000

Taranan Uzunluk (Pm)

17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5

1,6 1,4 1,2 1,0 Örnegin 15 mm

0,8

döndülmesinden sonra

0,6 Örnegin 5 mm

0,4

döndülmesinden sonra

0,2

0,0

0,0

0

10000

20000

30000

40000

50000

Taranan Uzunluk (Pm)

(a)

60000

0

11000

22000

33000

44000

55000

66000

Taranan Uzunluk (Pm)

(b)

ekil 7. (a)Üç numuneden alnan alglayc voltaj deerlerinin tarama alanna göre renklendirilmi deiimi, (b) numunelerin yanal yüzlerinin deiik konumlarndaki alglayc voltaj deiimleri.

ekil 7a’ya bakldnda her üç numunenin de farkl geometride çatlaklar içerdii anlalmaktadr. Çünkü grafiklerdeki siyah bölgeler alglaycnn çk voltajnn hemen hemen sfr olduu bölgelerdir. Dier bir deile kaçak manyetik aknn yüzeye dik bileeninin sfr olduu yerlerdir. Numune yüzeyinde kaçak manyetik aknn varl ve alglaycnn kaçak manyetik aknn yüzeye dik bileeninin deerine göre deiim göstermesi ise numunedeki süreksizlik ya da çatlan varln iaret etmektedir. Çalmamzda ayrca, 216

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 8’de görülen G3 tüfei namlusunun deforme olmu ksmlar sistemimizle taratlmtr. Elde edilen sonuç ekil 9’da verilmitir.

ekil 8. G3 tüfei namlusunun tarama ilemi.

Algilayicinin Çikis Voltaji (v)

0 ,2 6 0 ,2 4 0 ,2 2 0 ,2 0 0 ,1 8 0 ,1 6 0 ,1 4 0 ,1 2

F re k a n s :5 0 0 H z G e n lik :3 V Y ü k s e ltm e : 1 0 0 k a t A lg ila y ic i: B o b in

0 ,1 0 0 ,0 8

1 2 .6 m m

0 ,0 6

1 . Ç a tla k

0 ,0 4 0

2

4

6

2 . Ç a tla k 8

10

12

14

16

18

20

22

24

T a ra n a n Y a n a l Y ü z e y U z u n lu g u (m m )

ekil 9. G3 tüfei namlusunun tarama ileminde, alglayc çk voltajnn taranan yanal yüzey uzunluuna gore deiimi. 6. SONUÇ VE ÖNERLER

Ferromanyetik silindirik malzemelerde herhangi bir nedenden dolay olumu bir çatlan kullanlan sistem ve yöntemle yerinin tespit edilmesi için bobin alglaycnn çk voltajnn tarama alanna göre renklendirilmi grafikleri çizilmelidir. Grafikte alglaycnn çk voltajnn hemen hemen sfr olduu siyah bölgeler çatlan konumunu dorudan vermektedir. Ayrca yöntemimiz çatlan konumunu bulmada herhangi bir snrlama da getirmemektedir. Fakat alglaycnn veri alma aral ne kadar küçük olursa, çatlan taranan bölgedeki konumu o kadar gerçek deere yakn bulunaca unutulmamaldr[13]. Silindirik örnein yanal yüzeyine açlan doal çatlan geniliini tespit etmek için ise tarama sonrasnda çizilen renklendirilmi grafikte, siyah bölgenin tarama eksenindeki balama ve biti konumlar arasndaki mesafeyi direk 217

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara okumak bizim için yeterli olacaktr. Fakat alglaycnn nokta okuma yapan sensör olmasna dikkat etmelidir. Ayrca yöntemimiz çatlan geniliini bulma konusunda da bir snrlama getirmemektedir.Tarama yüzeyine açlan doal çatlan derinlii hakknda bilgi edinebilmek için ise, daha önceden derinliini bildiimiz yapay çatlaklardan elde edilen verilere ihtiyacmz vardr. lgili modelin taranmas sonrasnda bobin alglaycnn çk voltajnn deiim deeriyle, önceden yapay çatlaklardan elde edilen ilgili deer karlatrlarak çatlan derinlii konusunda bilgi edinilebilir. Fakat bu konuda silindirik malzemelerdeki tarama yüzeyine açlan yapay çatlaklarla yaplan deneyler, çatlak derinliinin 1.33 mm’yi geçmesi durumunda çatlan derinliinin bulunamayacan göstermektedir. Çünkü çatlak derinlii 1.33 mm geçen çatlakl örneklerdeki alglaycnn voltaj deerlerinin deiimleriyle, çatlak derinlii 1.33 mm örnekteki voltaj deiimleri ayndr.

KAYNAKLAR

[1] A. Üstüner, (1981), “malat Tekniinden Kaynaklanan Hatalar”, Ankara [2] .Ekinci, (1990), “Tahribatsz Test : Ultrasonik - Seviye I”, Ç.N.A.E.M. Endüstriyel Uygulama Notlar, stanbul [3] T.A. Bubenic, J.B.Nesdroth, RJ.Eiber, B.F.Saffel, (1998), “Magnetic flux leakage (MFL) technology for natural gas pipeline inspection.”, NDT & E International, Volume 31, Issue 5, 379 [4] A.E. Crouch, R.E. Beissner, G.L. Burkhardt, E.A. Creek, T.S. Grant, (1997), “Magnetic flux leakage inspection of gas pipelines.”,NDT & E International, Volume 30, Issue 1, 31 [5] G. Katragadda, W. Lord, Y.S. Sun, S. Udpa, L. Udpa,(1996), “Alternative magnetic flux leakage modalities for pipeline inspection”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 32, No. 3, 1581–1584 [6] E. Altschuler, A. Pignotti, (1995),“Nonlinear model of flaw detection in steel pipes by magnetic flux leakage”, NDT & E International, Volume 28, Issue 1, 35-40 [7] P.C. Porter, (1997), “Use of magnetic flux leakage (MFL) for the inspection of pipelines and storage tanks”, NDT & E International, Volume 30, Issue 1, 33 [8] M. Silk, (1984), “Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing”, Adem Hilger Ltd., Bristol [9] L. Cartz, (1988), “Nondestructive Testing : Radiography, Ultrasonic, Liquid Penetrant, Magnetic Particle,Eddy Current”, ASM Intl, ISBN: 0871705176 [10] P. Prokhorenko, N. Migoun, (1988), “Introduction in Theory of Penetrant Testing”, Minsk: Science & Technology, Russian 218

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [11] A.G. Beattie, (1983), “Acoustic Emission, Principles and instrumentation”, Journal of Acoustic Emission [12] D.J. Hagemaier, (1990), “Fundamentals of Eddy Current Testing”, ASNT, ISBN 0-931403-90-1, 92 [13] Y. Ege, (2005), “Ferromanyetik malzemelerin yüzey manyetik ak profilinin dedeksiyonu ve uygulamalar”, Doktora Tezi

219

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

220

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SEKEN IIN YÖNTEMYLE BÜYÜK VE KARMAIK PLATFORMLARDAN SAÇILMA HESABI VE NÜMERK UYGULAMALARI

Uur SAYNAK (a), Alper ÇOLAK(a), Yasir AVCIBAI(a), Deniz BÖLÜKBA(a), . Hakk TAYYAR(a),(b), Caner ÖZDEMR (a),(c)

(a)

TÜBTAK MAM, Biliim Teknolojileri Enstitüsü, 41470, Gebze, Kocaeli, [email protected], [email protected] , [email protected] , [email protected] (b) (c)

Yard. Doç. Dr. GYTE, Elektronik Müh Böl., Gebze, Kocaeli, [email protected]

Doç. Dr. Mersin Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh Böl., Mersin, [email protected]

ÖZET

Radarla bir hedefin uzak mesafelerden tespit ve tehis edilmesi, o cismin Radar Kesit Alan (RKA) deerinin büyüklüüne baldr. Etkin bir yüksek frekans teknii olan Seken In Yöntemi (SIY), bir cisimden saçlan elektromanyetik alann bulunmasnda ve dalga boyuna göre büyük olan cisimlerin RKA deeri hesaplamalarnda kullanlmaktadr. Bu çalmada, gelitirilen yeni bir SIY analiz kodu tantlmakta ve kullanlan algoritmalar açklanmaktadr. Yazlm dorulamak amacyla elde edilen sonuçlar Zaman Uzaynda Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemini temel alan ticari bir yazlm ile karlatrlmtr. Nümerik bir uygulama için, jenerik bir füzenin 20 GHz frekansnda hesaplanan RKA deerinin, bak açsna göre deiimi incelenerek ön ve arka kanatlarnda yaplacak deiimlerin etkisi analiz edilmi ve bu bildiride sunulmutur. Anahtar Kelimeler: Radar kesit alan, Seken n yöntemi, Saçlan alan hesab. ABSTRACT

To detect and identify a target with radar from long distances depends on the RCS value of it. A high frequency technique named Shooting and Bouncing Ray (SBR) is used to calculate the scattered field of a target and to calculate the RCS values. In this paper, a new developed SBR analysis program is presented and the algorithms are explained. To validate the program, a commercial program is used which is based on Finite Difference Time Domain method. As a numerical example, a generic missile’s RCS is calculated at 20 GHz frequency and the variation of RCS is analyzed at different aspect angles. It’s also presented the analysis of variation of RCS with the number of its blades. 221

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Keywords: Radar cross section, Shooting and Bouncing Ray, Scattered field calculation

1. GR

Askeri amaçlarla kullanlan büyük ve karmak platformlarn (uçak, gemi vb.) RKA deerinin bulunabilmesi için bu hedeflerin elektromanyetik (EM) saçlma analizinin yaplmas gereklidir. Hedeflerden saçlan alan ve RKA deeri, moment metodu veya zaman uzaynda sonlu farklar gibi tam dalga yöntemleriyle hesaplamak nesnenin boyu dalga boyuna göre çok büyük olduu durumlarda yüksek bilgisayar kapasitesi ve uzun ilem süresi gerektirdiinden güçtür. Yaklak bir yüksek-frekans teknii olan geometrik optik, GO, (geometric optic, GO) etkiyen, yansyan ve krlan dalga yaylm problemini çözmekte kullanlmaktadr. GO teknii ile yüksek frekanslarda, cisimlerden saçlan alan iyi bir yaklaklkla bulunabilir. lk olarak Ling, Chou ve Lee tarafndan gelitirilen ve dalga boyuna göre büyük ve yap olarak karmak cisimlerin RKA deerlerinin hzl olarak hesaplanmasna imkân tanyan seken n yöntemi, SIY, (shooting and bouncing ray, SBR), çoklu yol (multi-path) etkilerini de içerdiinden, günümüz ticari yazlmlarnda da sklkla kullanlmaktadr [1]. Bu bildiride TÜBTAK MAM BTE’de yürütülen çalmalar [2] sonucunda gelitirilen SIY temelli, yüksek frekans elektrik alan saçlma ve RKA kodu, T-SIY, tantlacak ve kodun deiik nümerik platformlarda uygulanmasyla elde edilen sonuçlar paylalacaktr. 2. SEKEN IIN YÖNTEM

SIY; yaylan dalgann düzlemsel olarak ilerlediini ve enerjisini belirli bir n tüpünün içinde tad varsaymna dayanan ve GO kurallarnn geçerli olduu bir yüksek frekans elektrik alan saçlma hesab yöntemidir [1]. Elektromanyetik dalgann saçlma davrann görsel olarak analiz etme olana sunmas ve iteratif çözüme dayanmas dolaysyla yüksek boyutlu matris ilemleri gerektirmemesi yöntemin avantajlarndandr. Ayrca kavite gibi çoklu yansma etkilerinin katklarnn etkin olduu durumlarda da yöntem baarldr. Saçlan alann ayrt ve köelerinden kaynaklanan krnm bileenlerini içermediinden bu bileen ayr bir metotla sonuçlara eklenmelidir. Bu çalmada krnm bileeninin katks da yer almamaktadr. Saçlan alanlarn bulunabilmesi için SIY algoritmas temel olarak u admlardan oluur. 1) Saçcya bak yönüne dik bir referans düzlemden düzlemsel dalgay temsil eden youn n demeti gönderilmektedir. In younluu için dalga boyu bana 10 n kullanlmasnn genel olarak gerçek sonuca yaknsanmas için yeterli olmaktadr. Saçcya etkiyen düzlemsel dalgann elektrik alan ifadesi, 222

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Ei ile gösterilsin. Burada k i

i ª Mˆ i E i  Tˆi E i º e jk ˜r d y ¬ ¼

(1)

k0 ( xˆ sin T i cos I i  yˆ sin T i sin I i  zˆ cos T i ) dalga

vektörü, r konum vektörü, Edi , elektrik alann dikey polarizasyonlu bileeni,

E iy , elektrik alann yatay polarizasyonlu bileeni olarak tanmlanmaktadr. Monostatik problemde k i yönünde geri saçlan alan, dolaysyla RKA deeri hesaplanacaktr. 2) Gönderilen nlar geometrik optik kurallaryla takip edilir. Her bir nn saçcda sekme noktalar kümeleri s 1, 2,..., N olmak üzere ( xs , ys , zs ) noktalar ile gösterildiinde nn saçc üzerinde toplam kat ettii yol Denklem (2)’de görülen faz terimini oluturur ve

)

k0 ( xs 1  xs ) 2  ( ys 1  ys )2  ( zs 1  zs ) 2 ile ifade edilir.

3) Inlarn genlik, faz, polarizasyon bilgileri ve izledii yol, her sekmede ortam parametrelerine göre güncellenmektedir. Burada E( xs , ys , zs ) , ( xs , ys , zs ) noktasna ulaan elektrik alan ve [*] yansma katsays matrisi olmak üzere her sekmede elektrik alan ifadesi,

E( xs 1, ys 1, zs 1 ) E( xs , ys , zs ) * s e j)

(2)

olarak güncellenmektedir. Saçcnn snrnda, ortam süreksizliinden dolay oluan yansyan ve krlan nlar olumaktadr. Mükemmel elektrik iletken bir saçcda yalnzca yansyan nlarn takip edilmesi yeterlidir. Uzak alan RKA deeri hesaplamada etkiyen dalga düzlemsel olduundan n tüpünün iki sekme arasndaki raksama (divergence) etkisine karlk gelen katsay formülasyonda yer almamtr. Yansma katsays matrisinin elemanlar ve seken nn elektrik alan yatay, dikey ve çapraz polarizasyonlu elektrik alan bileenleri için ayr ayr hesaplanmaldr [3] 4) Nesneden seken ve alcnn bulunduu ortama gelen tüm nlarn, alc noktasnda oluturduu saçlan alan deerini hesaplamak için, her nn uzak alana katks edeerlik prensibi ve n tüpü entegrasyonu ile hesaplanmaktadr [4]. Bu durumda geri saçlan alan,

E

s

e jk0 r ˆ s [T AT  Iˆ s AI ] r

223

(3)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ile bulunur. An kesit alanna sahip n tüplerinden birinin yön vektörü

( s x , s y , s z ) olsun. In ( xi , yi ) noktasnda saçcdan son kez sektiinde Tˆ s ve Iˆ s yönündeki alcda oluan elektrik alann vektör potansiyelleri A ve A , u T

I

ekilde ifade edilirler.

jk0 2S

AT

AI

jk0 2S

0

(4)

i.n

¦ ( Ex ( xi , yi ) sin I s cosT s E y ( xi , yi ) cos I s cosT s )e jk M c An Ii (5) 0

i.n

Burada M c

Ii

¦ ( Ex ( xi , yi ) cos I s E y ( xi , yi ) sin I s )e jk M c An Ii

s x ( x  xi )  s y ( y  yi ) ile gösterilen faz terimidir. Ii ise,

1 An

³

³

dxdy e

jk0 [(sin T s cos I s  s x ) x  s y (sin T s sin I s  s y ) y ]

(6)

i.n saçcdan çkan tüp

n tüpünün ekil fonksiyonunun Fourier dönüümü olarak yorumlanabilir. SIY metotu ile saçlan alan hesaplamak için Denklem (3) - (6) seti kullanlmaktadr [1]. Saçc, düz geometrik yüzeylerden (üçgen ya da poligon vb.) oluacak ekilde modellendiinde entegrasyon ileminin sonucunun kapal formda hesaplanmas mümkündür. 5) Son aama olarak, RKA deeri, RKA

2

4S A formülü ile bulunabilir.

3. NÜMERK UYGULAMALAR

Seken In Yönteminin RKA deeri hesaplamadaki baarmn incelemek amacyla Bilgisayar Destekli Tasarm, BDT (computer aided design, CAD) dosyas görüntüsü ekil-1’de görülen bikonik reflektörün dikey yönde açsal taramas ve frekans taramas gelitiren yazlm ile hesaplanmtr.

224

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. Bikonik reflektör geometrisinin BDT dosyas

Gelitirilen yazlm T-SIY olarak adlandrlm ve ZUSF metodunu kullanan ticari bir yazlmla 0  24 GHz frekans aralnda RKA deeri karlatrlmtr. ekil-2’de Yatay Polarizasyon, YP ve Dikey Polarizasyon, DP ile gösterilmitir. Bikonik reflektörün T=90 I =0 RKA deðeri

10

5

RKA dBsm

0

-5

-10

-15 ZUSF YP T-SIY YP ZUSF DP T-SIY DP

-20

-25

0

5

10

15

20

24

Frekans (GHz)

ekil 2. Bikonik reflektörün

T

90q ’da hesaplanan deiik frekanslardaki RKA deeri

ZUSF bilindii üzere tam dalga çözümü yapmaktadr. SIY tam dalga çözümü içermemesine ramen yüksek frekanslarda, yüksek doruluk oranlaryla saçlan alan tahmin edebilmektedir. Bu özellik ekil 2’den de açkça görülmektedir. T-SIY kodu krnm katklar eklendiinde sonuçlarn daha iyi yaklaklk göstermesi beklenmektedir. Bu problemin çözümü, ayn bilgisayarda, ZUSF ile 3 saat 4 dakika sürmekteyken, T-SIY ile 15 dakikada çözüm üretilmitir. T-SIY kodunun RKA deerinin hesaplanmasndaki baarm dikey eksende açsal tarama yaplarak incelenmi ve ölçüm sonuçlaryla karlatrlmtr [5]. nceleme srasnda T 90q ’de ki çoklu yansma etkisini görebilmek amacyla yalnzca ilk sekmeden kaynaklanan katk da analiz edilmitir. Sonuçlarn ölçümlerle tutarl olduu izlenmekte ve çoklu yansmann etkisi açkça görülmektedir. 225

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 3. Bikonik reflektörün dikey düzlemde deiik aç deerleri için RKA deerleri

Basit kanonik cisimler kullanlarak kanatsz, 3 ve 4 arka kanata sahip üç füzenin RKA deeri analiz edilmitir. Füzenin geometrisi ekil-4’de görülmektedir.

ekil 4. Üç ve dört kanatl olarak tasarlanan füze modeli

Kanatlarn RKA deerine etkisi f 20 GHz de T açsal deerine göre ekil5’de dikey-dikey polarizasyon için verilmitir. Kanatl modellerin sonuçlar kanatsz modelin sonuçlarna kanat etkilerinin azald burun ve arka ksm için yaknsam, kanatlarn etkili olduu gövdeye kardan baklan açlarda ise kanatl modeller çoklu yansma etkileri sebebiyle daha yüksek RKA deeri göstermitir.

226

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 5. Füze modellerinin (dikey aç;

T ) taramas yaplarak elde edilen RKA deeri

Ayn modellerde RKA deerinin f 20 GHz ve T 90o yönünde yatay eksen ( I ) açsal deiimi için T-SIY yazlmnn dikey-dikey polarizasyon RKA sonuçlar ekil 6’da verilmitir.

ekil 6. Füze modellerinin yatay eksen( I ) aç taramas yaplarak elde edilen RKA deeri

227

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 6 incelendiinde; kanat yüzeylerinin normalleri yönünde düzlem dalgann yüzeyden doruca yansmas ile oluan ayna yansmas etkisi gözlenmektedir. Kanatsz füze modelinde model hatalarnn oluturduu düük salnmlar dnda sabit kald gözlenmektedir. Dört kanatl modeldeki kanatlar bu açdan plakalar aras 90° olan bir ikili kenar yanstc gibi, üç kanatl modeldeki kanatlar ise 120°’lik bir ikili kenar yanstc gibi davranmaktadr. Benzetim frekansnda dalga boyu kanat boyutlarna kyasla büyük olduu için RKA deerinin açyla deiimi fazla olmaktadr. Deiimin kanat yönlerine göre periyodik olmas da dikkat çekicidir. 4. SONUÇ

Bu bildiride SIY metotunun temel formülasyonu verilerek gelitirilen T-SIY yazlm tantlm, yazlmla test edilen ilk nümerik örnekler paylalmtr. Sonuçlar ölçümlerle ve ZUSF yazlm sonuçlaryla karlatrlmtr ve gelitirilen yazlmn yüksek dorulukla RKA hesab yapt gösterilmitir. Yazlmn içerdii SIY’in en büyük avantaj olan hesaplama hz, çallan nümerik örneklerde de kendini göstermitir. Özellikle ZUSF metodu ile karlatrldnda, önemli ölçüde hesaplama zaman avantaj olduu açkça görülmektedir. TEEKKÜR

Bu çalma, T.C. Milli Savunma Bakanl, Savunma Sanayii Müstaarl tarafndan önerilen ve TÜBTAK Kamu Kurumlar Aratrma ve Gelitirme Projeleri Destekleme Program (1007) kapsamnda desteklenen “Kara/Deniz/Hava Platformlarnn Radar Kesit Alanlarnn Hesaplanmas ve Azaltlmasna Yönelik Yazlmlarn Gelitirilmesi Ve Ölçümle Dorulanmas (RKA YAZGEL) Projesi” kapsamnda gerçekletirilmitir. KAYNAKÇA

[1] H. Ling, R.C. Chou, S.W. Lee, “Shooting and bouncing rays: calculating the RCS of an arbitrarily shaped cavity,” IEEE Trans. Antennas Propagat., 37(2), Sayfa 194-205, 1989. [2] RKA YAZGEL Projesi, TÜBTAK - SAVTAG, Proje no: 106A023, 2007. [3] C. A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, John Wiley and Sons, New York, 1989. [4] S.W.Lee, H. Ling, and R. Chou, “Ray Tube Integration in Shooting and Bouncing Ray Method,” Microwave Opt Tech. Lett., Cilt 1, Sayfa 285-289, Ekim 1988. [5] G.T. Ruck, D.E.Barrick, W.D.Stuart, Clarence K.Krichbaum, Radar Cross Section Handbook, Peninsula Publishing, Sayfa:538, 2002. 228

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SÜREKL GÖZLEM YAPAN GPS STASYONLARI AI VE ULUSAL DATUM DÖNÜÜMÜ PROJES (TUSAGA-AKTF / CORS-TR)

Ayhan CNGÖZ(a), Ömer YILDIRIM(b), Kamil EREN(c), Turgut UZEL(ç), Onur LENK(d), M.Ali GÜRDAL(e), Sedat BAKICI(f), Bahadr AKTU(g)

(a) (b)

Yük.Müh.Yzb. Harita Genel Komutanl, 06100, Ankara, [email protected]

Dr.Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lüü, 06100, Ankara, [email protected] (c)

Prof.Dr. stanbul Kültür Üniversitesi, 34510, stanbul, [email protected] (ç)

(d) (e)

Prof.Dr. stanbul Kültür Üniversitesi, 34510, stanbul, [email protected]

Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanl, 06100, Ankara, [email protected]

Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanl, 06100, Ankara, [email protected] (f)

D.Bk. Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lüü, 06100, Ankara, [email protected]

(g)

Dr.Müh.Yzb. Harita Genel Komutanl, 06100, Ankara, bahad[email protected]

ÖZET “Sürekli Gözlem Yapan GPS stasyonlar A ve Ulusal Datum Dönüümü Projesi (TUSAGA-Aktif / CORS-TR)” stanbul Kültür Üniversitesi (KÜ) yürütücülüünde, Harita Genel Komutanl (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüü (TKGM) müterek müteri olmak üzere, 08 Mays 2006 tarihinde balam olup, Aralk 2008 itibariyle tamamlanmas ve proje ile oluturulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmitir.

Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye’de yaklak 145 sabit GPS istasyonu kurularak Diferansiyel GPS ve Gerçek Zamanl Kinematik (RTK) GPS düzeltme verileri salamak, bu verilerle gerçek zamanl ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya olanak vermek ve farkl koordinat sistemleri arasndaki (ED50/WGS-84) dönüüm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral uygulamalar, haritaclk, jeodezik ve bilimsel çalmalar bata olmak üzere savunma ve kalknma amaçlarna yönelik konum bilgisi salamaktr. Söz konusu proje ile elde edilecek hassas konum bilgisinin savunma teknolojileri ile ilgili olarak; her türlü harp silah ve aracnn yönlendirilmesi, araç ve personel takibi, seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanmlarnn (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ate Destek Birimleri, harekât alannn sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetleri gibi hassas konumlama gerektiren birçok uygulamada kullanlabilecei deerlendirilmektedir. Anahtar Kelimeler: TUSAGA-Aktif (CORS_TR), DGPS/RTK, NTRIP, GPS

229

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ABSTRACT

“Project of Research and Implementation Related to the Establishment of Network Based Stationary Real-Time Kinematic (RTK) GPS Terminals and Determination of Cellular Transformation Parameters (CORS-TR / TUSAGAAktif)” has been proposed by Istanbul Kültür University (IKU), jointly with the General Command of Mapping (GCM) and the General Directorate of Land Registry and Cadastre (GDLRC). The project’s started at 08 May 2006 and shall be concluded at September 2008. The Objectives of the project are; to provide DGPS and RTK GPS data corrections and determine real time precise coordinates throughout Turkey via establishing approximately 145 CORS-TR stations, to determine datum transformation models and computations between different coordinate systems (ED50/WGS-84) and serve data for geodetic, terrestrial mapping and cadastre applications. In terms of Defence Technologies; DGPS and RTK corrections acquired via this Project are thought to be used by many applications requiring precise position information such as; guidance of all kinds of army vehicles and weapons, pursuit of vehicle and personel, calibration of positioning equipment in navigation systems, pursuit and control of military unit movements, fire support units, dispatch and management of maneuvers, search and rescue activities. Keywords: TUSAGA-Aktif (CORS-TR), DGPS/RTK, NTRIP

1. GR

10 Mart 2005’de Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Aratrma Kurumu (TÜBTAK) 1007 kodlu “Kamu Kurumlar Aratrma ve Gelitirme Projelerini Destekleme Program” adyla yeni bir program balatmtr. Bu programda belirtilen hedefler dorultusunda, A prensibinde çalan Gerçek Zamanl Kinematik (RTK) GPS prensipli sabit GPS istasyonlarnn kurulmas ve datum dönüüm parametrelerinin belirlenmesine ilikin aratrma ve uygulama projesi stanbul Kültür Üniversitesi (KÜ) tarafndan önerilmi, Harita Genel Komutanl (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüü (TKGM) müterek müteri olarak projeye dahil olmutur. Söz konusu proje 08 Mays 2006 tarihinde balam ve Aralk 2008 itibariyle tamamlanarak proje ile oluturulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmitir. Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye’de yaklak 145 sabit GPS istasyonu kurularak RTK düzeltme verileri salamak ve bu verilerle gerçek zamanl ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya 230

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olanak vermek ve farkl koordinat sistemleri arasndaki (ED50/WGS-84) dönüüm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral, haritaclk, jeodezik ve bilimsel çalmalar için veri sunmaktr (ekil-1).

ekil 1 Kurulmas planlanan TUSAGA-Aktif (CORS-TR) istasyonlar.

TUSAGA-Aktif sisteminin iletilmesi ve düzeltme parametrelerinin hesaplanmas tek bir merkezden yaplacaktr. Kurulacak tüm istasyonlardan toplanacak veriler ADSL ve GPRS/EDGE (ADSL çalmad zamanlarda devreye girecek) yolu ile veri merkezine aktarlacak ve burada düzeltme parametreleri hesaplanarak tüm kullanclara aktarlacaktr. RTK düzeltme verileri en güncel RTCM (Radio Technical Commission for Aeronautics) iletiim formatnda olacak ve GSM, GPRS, NTRIP (Internet Protokolü Üzerinden RTCM Verisinin A Datm) vastalarndan biri veya birkaç yardmyla gezici alclara gönderilecektir (http://corstr.iku.edu.tr/anasayfa.htm). TUSAGA-Aktif ann haritaclk sektöründe youn olarak kullanlmas planlanm olsa da, gerçek zamanl olarak toplanacak GPS verisinin, ulamdan altyap hizmetlerine, corafi bilgi sistemlerinden Savunma Teknolojilerine kadar birçok alanda yaygn olarak kullanlabilecei düünülmektedir. Proje ile oluturulacak sistem faaliyete geçtiinde, corafi bilgi üreten tüm kurumlarn ve özellikle TKGM’nin ve Belediyelerin ülke genelinde RTK ile hzl ve hassas konum belirleme ihtiyac karlanacak ve konumlama hizmetlerinde tasarruf salanacaktr. TUSAGA-Aktif istasyonlarnn yerlerinin seçiminde zemin yaps, elektrik, telefon, nternet ve güvenlik hususlar dikkate alnm ve tüm Türkiye’de gerçekletirilen arazi keifleri neticesinde Devlet Meteoroloji leri Genel Müdürlüü Meteoroloji stasyonlar, Üniversiteler, Belediyeler ile Kamu Kurum ve Kurulularna ait bina ve araziler seçilmitir. 231

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. TUSAGA-AKTF (CORS-TR) SSTEMNN GENEL ÖZELLKLER

Proje kapsamnda kurulacak istasyonlarda birer adet GNSS (GPS+GLONASS) alcs ve alcya bal bir jeodezik GNSS anteni bulunacaktr. Kurulacak olan sistemde, sabit GPS istasyonlar ile kontrol merkezi arasndaki iletiim ADSL üzerinden salanacaktr. Ayrca, ADSL hattnda meydana gelebilecek veri kesikliklerinde mevcut bir Router ile GPRS modem devreye girecek ve veri iletimi GPRS/EDGE ile yaplacaktr. Kontrol merkezinde bulunacak sunucu (server) tüm istasyonlardan gelen anlk verilerden yararlanarak atmosferik modelleme yapacak ve DGPS/RTK düzeltme verileri hesaplayacaktr. Söz konusu düzeltme verileri ise arazide bulunan gezici alclara GPRS üzerinden aktarlacaktr. Bu ekilde tek frekansl bir GPS alcs DGPS verisini kullanarak metre alt dorulukta, çift frekansl bir GPS alcs ise RTK verisini kullanarak 1-10 santimetre dorulukta konum belirleyebilecektir. Veri aktarm format olarak NTRIP kullanlacaktr. NTRIP; diferansiyel düzeltme verisi veya dier tür GNSS verisinin sabit veya gezici kullanclara Internet üzerinden yaynlanmas için Almanya Jeodezi ve Kartorafya Kurumu (BKG) tarafndan gelitirilmi olup, Hypertext Transfer Protokolu (http) esasl genel ve bamsz bir protokoldür. NTRIP; GSM, GPRS, EDGE veya UMTS gibi Mobil IP alar üzerinden internete kablosuz ulam desteklemekte, ayn zamanda RTCM tarafndan da önerilen bir standarttr. NTRIP sistemi üç yazlm bileeninden oluur; NtripClient, NtripServer ve NtripCaster. NtripCaster gerçek http server yazlm olup, NtripClient ve NtripServer http client olarak davranr. NtripServer GPS referans istasyonundan veri almakta ve bunu NtripCaster’a iletmektedir. NtripCaster bir “telefon santral” gibi davranmakta ve NtripClient’lar istedikleri veri dizilerine balamaktadr. Bu türde bir yap yüzlerce gezici alcya ayn anda düzeltme verisi gönderilebilmesi amacyla gelitirilmitir (ekil-2) Günümüzde DGPS ve RTK kullanclar için bir çok veri aktarm format kullanlmakla birlikte en yaygn kullanlan RTCM veri aktarm formatdr [1]. RTCM’in SC-104 isimli komitesi tarafndan 2004 yl ubat aynda diferansiyel GNSS hizmetleri için RTCM 3.0 protokolü kullanma sunulmutur. RTCM 3.0’ün daha önceki versiyonlardan en önemli fark RTK mesajlarn desteklemesidir. Bu protokol GNSS RTK çalmalarna yönelik verinin yan sra, kod, tayc faz gözlemleri, anten ve çevresel parametreleri de içermektedir. Daha da önemlisi, bu format üzerinde deiikliklere olanak verecek ekilde gelitirilmitir (GALILEO, GPS L2C, L5 sinyalleri gibi) [2].

232

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

…

DGPS/RTK Gezici Alc RS232 NTRIP Client

DGPS/RTK Gezici Alc

BlueTooth

..

NTRIP Client

GPRS

HTTP

HTTP

NTRIP CASTER HTTP

ADSL / GPRS

…

NTRIP Server

HTTP

NTRIP Server

COM port Referans Alcs

..

Ref. Alcs

ekil 2 NTRIP genel yaps

3. TUSAGA-AKTF (CORS-TR) SSTEMNN TEKNOLOJLERNDEK KULLANIM OLANAKLARI

SAVUNMA

TUSAGA-Aktif (CORS-TR) projesi ile salanacak DGPS ve RTK düzeltme bilgileri; * Her türlü harp silah ve aracnn yönlendirilmesinde, * Araç ve personel takibinde (gizli veya açk), * Birlik intikallerinin takip ve kontrolünde, * Seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanmlarn (INS, Gyro vb.) kalibrasyonunda, * Ate Destek Birimlerinde, * Harekât alannn sevk ve idaresinde, * Arama ve kurtarma faaliyetlerinde, * Maynlarn harita üzerinde iaretlenmesi ve temizlenmesinde, * Hedef istihbarat uygulamalarnda, * Snr belirleme ve güvenliinde, * ç güvenlik harekatnda, * Hassas Meteorolojik bilgilerin elde edilmesinde, * yonosferde doal veya yapay (füze) sebeplerle meydana gelen deiimlerin belirlenmesinde, * Harita ve corafi veri üretiminde hzl veri toplama çalmalarnda, 233

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ksacas, savunma teknolojileri kapsamnda hassas konum bilgisi gerektiren tüm uygulamalarda kullanlabilecei deerlendirilmektedir. Örnein muharebede, hedef koordinatlarnn süratli ve yeterli duyarlkta (dorulukta) tespit edilerek, at kontrol sistemlerine mümkün olan en ksa sürede iletilmesi çok önemlidir. Bir hedef koordinat belirleme sisteminde, öncelikle termal ya da baka bir yolla tespit edilen hedef, görünmeyen dalga boyunda bir Lazer n ile iaretlenir; hedefe olan mesafe (menzil), istikamet ve yükseli açlar hesaplanr. Hedefe gözetleme yaplan yerin, yani mevziin koordinatlar ise manuel olarak ya da harici bir GPS alcs üzerinden elektronik olarak girilir. Böylece sistem, GPS alcsndan alnan mevzi koordinatlarna hedefe ait istikamet ve yükseli açlar ile mesafe bilgisini de ekleyerek hedef koordinatlarn hesaplamakta ve saysal olarak baka sistemlere aktarlmaktadr. Söz konusu GPS alcsnn Gerçek Zamanl Kinematik düzeltme bilgilerini alabilen bir alc olmas durumunda, mevzi koordinatlar ve dolaysyla hedef koordinatlar daha hassas olarak belirlenebilecektir (ekil-3).

ekil 3 Hedef Koordinat Belirleme Sistemi (www.aselsan.com.tr).

ABD, körfez harekat öncesi Irak’ta öncelikle yatay ve düey yer kontrol alarnn mevcut olup olmadn aratrmtr. Aratrmalar neticesinde, Irak’ta ngilizler (1917) ve Polonyallar (1975) tarafndan deiik amaçlarla ve deiik bölgeler için oluturulmu kontrol alarnn olduu, ancak ülke boyutunda ve tüm ihtiyaçlara cevap verebilecek yeterli dorulua sahip bir an mevcut olmad saptanmtr. Ayrca klasik ölçü teknikleri kullanlarak tesis edilmi kontrol noktalarnn bir çounun tahrip olduu belirlenmitir. Bu nedenle, gereksinim duyulacak güncel ve doru corafi bilgiyi elde etmek üzere öncelikle çift frekansl jeodezik alc ve antenlerden oluan 6 istasyonlu Sabit GPS istasyonlar a kurulmutur (ekil-4). Bu a ile corafi bilgi sistemleri, seyrüsefer sistemleri, toporafik harita üretimi, arazi analizleri ve kadastral ölçümler gibi tüm konuma bal uygulamalarda kullanlmak üzere bir altlk a 234

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tesis edilmitir. Tesis edilen söz konusu GPS tabanl kontrol ana; Irak Konumsal Referans Sistemi (IGRS) ad verilmitir. Bu sistemin sadece sava ve terör koullarnda hizmet vermeyecei, ayn zamanda Irak’n yeniden yaplandrlmasnda da kullanlaca ifade edilmektedir [3].

ekil 4 Irak Sabit GPS stasyonlar A

Sabit GPS istasyonlar ile kurulan a kapsamnda tüm Irak için radyo modemler yardmyla DGPS ve RTK hizmeti verilmektedir. Bu hizmet, çok küçük güç tüketimine sahip (8-10 watt) alclarda güne panelleri ve kesintisiz güç kaynaklar destei ile 24 saat/365 gün kesintisiz olarak verilmektedir. stasyonlarda toplanan ham GPS verileri Badat’ta bulunan kontrol merkezine nternet yolu ile aktarlmaktadr. Böylelikle santimetre doruluunda elde edilen konum bilgileri ile, mayn temizleme, uzaktan alglama ve silah mevziilerinin (topçu, radar, v.s.) konumlandrlmas gibi askeri uygulamalar ile ülke temel GPS a noktalarnn tesisi ve koordinatlandrlmas (200-300 nokta) ve yol yapm gibi sivil projeler gerçekletirilmektedir. DGPS ve RTK verilerinin kullanlabildii dier bir alan ise araç/personel izleme ve bu ekilde oluturulan Yönetim Sistemleridir. Bu sistemlerde araçlar dijital harita üzerinden takip edilebilmekte, araçlarn bulunduklar yerin konum bilgileri, hzlar ve faaliyetleri istenen periyotlarda kurulan izleme merkezinde harita üzerinden izlenebilmektedir. Bunun için araçlar üzerinde birer adet GPS monteli iletiim kiti, anteni ve GSM kart olmas yeterlidir. Her nekadar bu tür uygulamalarda veri iletiminde kriptolu veya kriptosuz telsizler de kullanlmakta ise de, halihazrda proje ile oluturulacak sistemde veri iletimi GPRS üzerinden yaplacandan araçlar üzerindeki GPS alclar DGPS için tek frekansl, RTK için ise çift frekansl alclar olmaldr. TUSAGA-AKTF (CORS-TR) ana benzer alar ABD, Almanya, Japonya gibi birçok gelimi ülkede aktif olarak kullanlmaktadr. Örnein Almanya’da 235

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kurulan SAPOS (Satellite Positioning Service of the German State Survey) a ülke boyutunda 250 istasyon ile hizmet vermektedir [4]. Düzeltme verileri RTCM formatnda GSM ve 2 metre geniliinde radyo frakans ile yaynlanmaktadr. Söz konusu veriler kara ve deniz ulam, güvenlik, mühendislik, hassas tarm ve ormanclk gibi bir çok alanda kullanlmaktadr (ekil-5).

ekil 5 SAPOS/Almanya ann kullanm alanlar.

ABD tarafndan gelitirilen GPS teknolojisinin modernizasyonuna 1999 ylnda balanmtr. Bu modernizasyon projesinin ilk ürünü GPS Block 2R-M1, dier ürünü ise Block IIF uydulardr. Yeni uydular sayesinde sivil kullanclar için halihazrda mevcut olan L2 üzerinde C/A kod yayn ile mevcut L1 ve L2 tayclara ilave olarak L5 tayc frekans da (2012 ylna kadar 18 uydu tarafndan yaynlanabilmesi planlanmaktadr) olacaktr. Burada modernizasyondan amaç, ormanlk alan, ehir merkezi gibi uydu görünürlüünün açk alanlara oranla daha zayf olduu artlarda daha fazla uydu says ile güçlü sinyallerin izlenebilmesidir. Ayrca Amerikan GPS sitemine ek olarak Rus GLONASS (Ocak 2008 itibariyle ancak 13 uydu faal olarak hizmet verebilmektedir) ve Avrupa’nn uzayla ilgili en büyük projesi olan GALILEO’nun devreye girmesiyle gökyüzünde daha çok uydu bulunacandan daha duyarl konum belirlemek mümkün olacaktr. Ancak, 30 uydudan oluacak GALILEO projesinin tam olarak hizmet verebilmesinin 2012 ylndan sonra mümkün olabilecei anlalmaktadr [5]. Konumlama maksatl uydulardaki gelimeler, halihazrdaki yaln GPS ve frekanslarla yeterli uydu görülemeyen yüksek binalarla çevrili ehir merkezlerinde ve aaçlk bölgelerde daha hassas konumlama olana salayacaktr. Böylelikle doru bir konumlama için gerekli olan en az 4 uydu ihtiyac büyük ölçüde giderilmi olacak ve yaln GPS, DGPS ve RTK uygulamalarnda elde edilecek doruluk daha da artacaktr.

236

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. SONUÇ

TUSAGA-AKTF (CORS-TR) projesinin Aralk 2008 itibariyle tamamlanmas öngörülmektedir. Proje ile tüm Türkiye’de yaklak 145 sabit GPS istasyonu kurularak kadastral uygulamalar, haritaclk ve jeodezik çalmalar bata olmak üzere kalknma amaçlarna yönelik gerçek zamanl ve santimetre mertebesinde konum bilgisi salanacaktr. Ancak dünyadaki uygulamalar, DGPS ve RTK düzeltme bilgilerinin yalnzca sivil sektöre hizmet sunan kalknma teknolojilerinde deil, ayn zamanda savunma teknolojilerinde de youn olarak kullanldn göstermektedir. Halihazrda, yalnzca GPRS/EDGE üzerinden sunulmas planlanan ve RTCM formatnda yaynlanacak düzeltme verileri, GPRS modeme sahip tek frekansl (DGPS için) ve çift frekansl (RTK için) alclar ile alnabilecektir. Söz konusu alclar yardmyla savunma teknolojileri çerçevesinde; her türlü harp silah ve aracnn yönlendirilmesi, araç ve personel takibi ve seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanmlarnn (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ate Destek Birimleri, harekât alannn sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetlerinin daha hassas olarak gerçekletirilebilecei deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA

[1] Kahveci,M, Yldz,F (2005), “GPS Teori-Uygulama”, Nobel Yayn Datm. Ankara, Kasm, 2005. [2] Parkinson, B. W., Spilker, J.J. Jr., (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, vols. 1 and 2, American Institute of Aeronautics, 370 L’Enfant Promenade, SW, Washington, DC, 1996. [3] Cheves Media, (2005), “The www.TheAmericanSurveyor.com, Kasm, 2005.

American

Surveyor”,

[4] http://www.sapos.de/pdf/Flyer/2004Heft_e.pdf [5] Grewal, S.Mohinder, et.al.,(2001), “Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration”, John Wiley & Sons, Inc. New York,USA,2001

237

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

238

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAR SSTEMLERNDE GÖRÜNTÜ OLUTURMA ÇN YEN BR YÖNTEM

Aye YAVUZ KONULU (a), Yakup ÖZKAZANÇ (b)

(a)

(b)

SDT A.. UZAY ve SAVUNMA TEKNOLOJLER, Galyum Blok 2.Kat No:2, 06531, Ankara, [email protected] Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendislii Bölümü, 06800, Beytepe, Ankara, [email protected]

ÖZET

Sentetik Açklk Radar (SAR), uçak veya uydu üzerinde uzaktan görüntüleme amacyla kullanlan ve her türlü hava koulunda yüksek çözünürlükte görüntü salayabilen bir radar sistemidir. SAR sistemleri genel olarak erit Haritalama (Stripmap) ve Noktasal Ik (Spotlight) modu olarak iki ayr modda çalabilmektedir. Bu çalmada SAR’ n Noktasal Ik modu incelenmi ve bu mod için zaman düzleminde bir SAR görüntü oluturma algoritmas olarak Kalman filtre tabanl yeni bir yöntem önerilmitir. Geleneksel SAR görüntü oluturma algoritmalar iki boyutlu Fourier dönüümlerine dayanmaktadr. Kutupsal koordinatlardan kartezyen koordinatlara geçiteki ara deerleme (interpolasyon) basama bu algoritmalarn performansn snrlayan bir unsurdur. lintilendirme yöntemini temel alan zaman düzlemi algoritmalarnda ise ilem hacminin büyüklüünden dolay görüntü elde etme zaman uzamaktadr. Bu nedenle gerçek zamana yakn uygulamalarda bu algoritmalar tercih edilmemektedir. Bu çalmadaki benzetimlerde Noktasal Ik SAR ham verisi oluturulmu ve Kalman filtre kullanlarak ilenmitir. Kalman filtre algoritmas sonucunda dier zaman düzlemi algoritmalarna göre makul sürelerde ve frekans düzlemi algoritmalarna göre daha yüksek çözünürlükte SAR görüntüsü elde edilebilmitir. Anahtar Kelimeler: Görüntüleme Radar, Sentetik Açklk Radar, Noktasal Ik SAR, Kalman Filtre.

ABSTRACT

Synthetic Aperture Radar (SAR) is an airborne or spaceborn remote sensing system which can provide high resolution image in all weather conditions. Basic SAR operational modes are stripmap and spotlight modes. In this study, 239

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara spotlight mode is examined and Kalman filter is proposed as a new time domain image reconstruction algorithm. Conventional SAR image reconstruction methods are based on two dimensional Fourier transforms. The interpolation stage for polar to cartesian coordinate tranformation limits the performance of these algorithms. The time domain algorithms which based on correlation takes long time due to computational burden. For this reason, these algorithms are not preferred for near real time applications. In the simulations realized in this study, spotlight raw data is generated and processed by using a Kalman filter. As a result of Kalman filter algorithm, high resolution image is obtained as compared to frequency domain algorithms in a reasonable processing time as compared to other time domain algorithms. Keywords: Imaging Radar, Synthetic Aperture Radar, Spotlight SAR, Kalman Filter 1. GR

Sentetik Açklk Radar, bir bölgenin yüksek çözünürlüklü görüntü veya haritasn elde etmekte kullanlan, ilemcisinde büyük boyutlu bir antene edeer sentezleme gerçekletirerek çapraz menzilde yüksek çözünürlük salayan bir radar sistemidir [1]. SAR’n keif amaçl olarak yeryüzünün corafik özelliklerinin çkarlmas, yer hedeflerinin takibi ve yerküredeki yapsal deiikliklerin takip edilmesi gibi askeri ve sivil bir çok alanda uygulamas bulunmaktadr. Hareketli platform üzerindeki SAR sistemi, platform sentetik açklk boyunca hareket ettikçe görüntülenecek bölgeye darbeler göndermekte ve yüzeyden yüzeyin yansma katsaylarna göre deiip yansyarak gelen sinyalleri toplamaktadr. Toplanan bu yansmalar radar içinde RF ve IF basamaklardan geçtikten sonra sinyal ileme ksmna gelir ve bu ksmda uygulanan görüntü oluturma algoritmalar ile yüzeyin iki boyutlu SAR görüntüsü elde edilir. Askeri keif, gözetleme ve istihbarat sistemlerinde kullanlan SAR sistemleri genel olarak erit Haritalama (Stripmap) ve Noktasal Ik (Spotlight) modu olarak iki ayr modda çalabilmektedir. Bu çalmada SAR’n noktasal k modu için ham veri oluturulmu ve bu ham veri Kalman filtre yöntemiyle ilenerek yüksek çözünürlükte SAR görüntüsü elde edilmitir. Elde edilen sonuçlar zamanda ve frekansta gerçeklenen çeitli algoritmalarn sonuçlaryla karlatrlmtr. 2. NOKTASAL IIK SAR MODU HAM VER OLUTURMA

Noktasal Ik modunda SAR sinyalinin ma örüntüsü, uçak hareket ederken antenin ayn bölgeye odaklanmasn salayacak ekilde deitirilir, bu 240

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara durumda antenin görüntülenecek bölgeye olan bak açs zamanla deimi olur [2]. Noktasal Ik modu benzetiminde uçak üzerindeki SAR’n hareketi sürekli bir hareket olarak deil, bir darbe gönderilip alnana kadar sabit, sonraki darbenin gönderilmesinde dier konuma ilerlemi ekilde kesikli bir hareket olarak düünülmütür [3]. SAR tarafndan bir darbe gönderildiinde, gidip-gelme mesafesinden dolay sinyalin genlik deeri sönümlenmekte ve spot içindeki her noktadan o noktann yansma katsaysnn genlik ve faz deeriyle orantl olarak deiip yansmaktadr. SAR açkl boyunca bütün hareket duraklarnda darbe gönderilmekte, spot içindeki noktalardan yansyan sinyaller almaçta ilenmek üzere toplanmaktadr. Alnan toplam sinyal üzerinde görüntü geriçatm algoritmalar uygulanarak elde edilen yansma katsaylaryla spot bölgesinin görüntüsü elde edilmektedir. SAR tarafndan ötü (chirp) sinyali ile sktrlarak gönderilen a (t ) genlie sahip p (t ) sinyali;

a(t ) exp( jEt  jDt 2 )

p(t )

(1)

D : ötü sinyali faz kuadratik katsays (ötü hz)

E : ötü sinyali faz dorusal katsays eklinde yazlr. Darbe sktrma ileminden geçirilerek SAR tarafndan yüzeye gönderilmi olan p (t ) sinyali, yüzeyin her n noktasndan t dn gecikmeye uram ve V n kompleks yüzey yanstrlk katsays ile deiime uram bir ekilde yansr. Bu sinyalin SAR tarafndan alnrken zamanda ve uzamda örneklenmesiyle eitlik (3)’ teki s (t , u ) sinyali elde edilir [3].

s (t , u )

¦V

n

p (t  t dn )

n

t dn

2rn c

s (t , u )

2 ( X c  x n ) 2  (Yc  y n  u ) 2 c ª 2 ( X  x ) 2  (Y  y  u ) 2 º c n c n » ¦n V n p ««t  c »¼ ¬

Burada,

u : SAR’ n hareketi boyunca bulunduu açklk pozisyonlar rn :

(2)

n. nokta ile SAR arasndaki menzil

( x n , y n ) : n. noktann ( X c , Yc ) merkez noktasna göre koordinatlar ( X c , Yc ) : Bölgenin merkez koordinatlar gösterilmektedir. 241

(3)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. KALMAN FLTRE LE SAR GÖRÜNTÜSÜ OLUTURMA

Bu bölümde SAR tarafndan açklk boyunca toplanm olan sinyaller dorusal olarak modellenecek ve bu dorusal sistem üzerinde Kalman filtre kullanlarak SAR görüntüsünü oluturacak olan yansma katsaylar elde edilmeye çallacaktr. Kalman filtre ile sistem dinamikleri ve sisteme eklenen gürültü göz önüne alnarak durum vektörlerinin deiimi dorusal olarak modellenmektedir. SAR görüntü oluturma problemi de hedef noktalardan yansyp gelen ve dorusal olarak toplanan sinyalleri ilemeye dayandndan Kalman filtre ile modellenebilecek dinamik yaplardan biri olarak görülmektedir. Noktasal Ik modu için elde ettiimiz SAR ham verisinin eitlik (2)’ deki ifadesini, kolon boyunca zaman (t) deiimini ve sra boyunca konum (u) deiimini gösteren bir matris olarak yazacak olursak eitlik (4)’ deki ifadeyi elde ederiz;

s (t , u )

ª s (t1 , u1 ) s (t1 , u2 ) « s (t , u ) s (t , u ) 2 2 « 2 1 « : : « «¬ s (t p , u1 ) s (t p , u2 )

s (t1 , ur ) º .. s (t2 , ur ) »» .. : » » .. s (t p , ur ) »¼ ..

(4)

Burada, p : Bir u noktasnda gönderilen darbenin yansmalarndan alnan toplam örnek says r : Açklk boyunca kaç farkl noktadan darbe gönderildiini gösteren say

u i : SAR’n darbe gönderdii konumlar gösteren deiken t j : SAR’n tek bir u konumunda zamanda kaçnc (j) örneini almakta olduunu gösteren deiken olarak alnmtr. SAR tarafndan belirli bir konumda gönderilen bir darbe tüm hedeflerden yanstclk katsays ile deierek yansmakta ve yansyan toplam sinyal SAR alcs tarafndan örneklenmektedir. SAR alcs tarafndan örneklenecek toplam sinyal, hedeflerden yanstclk katsaylar ile orantl bir ekilde deierek gelen sinyallerin dorusal bir ekilde toplanmasyla oluur. Kalman filtrenin SAR problemine uygulanabilir olmasn salayan dorusallk bu dorusal toplamda mevcuttur. SAR farkl konumlara ilerledikçe gönderdii her darbede görüntülenecek bölgeden gelen yansmalar yine dorusal bir ekilde toplayarak ilerleyecektir. Darbelerden elde edilen örnekler bir vektör eklinde dizilirse ve eitliin dier tarafna yanstclk katsaylarndan oluturulmu vektör yazlrsa aadaki gibi bir eitlik elde edilir. 242

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ª p (t1  t d (u1 , r1 )) « : « « p (t p  t d (u1 , r1 )) « : « « p (t1  t d (u r , r1 )) « : « « p (t  t (u , r )) ¬ p d r 1

ª s (t1 , u1 ) º « : » « » « s (t p , u1 ) » « » « : » « s (t1 , u r ) » « » « : » « s (t , u ) » ¬ p r ¼

s (t , u )

¦V

n

p (t1  t d (u1 , r2 )) .. : .. p (t p  t d (u1 , r2 )) .. : p (t1  t d (u r , r2 )) : p (t p  t d (u r , r2 ))

.. .. .. ..

p (t1  t d (u1 , rn )) º » : » ªV º p (t p  t d (u1 , rn )) » « 1 » » «V 2 » : »˜« » p (t1  t d (u r , rn )) » « » » ¬V n ¼ : » p (t p  t d (u r , rn )) »¼

p (t  t dn )

(5)

(6)

n

Yukardaki gösterimde s(t,u) sinyali tek boyutlu vektör olarak, hedeflerden yansyp gelen p(t) sinyalleri iki boyutlu matris olarak ve V yanstclk katsaylar vektör olarak ifade edilmitir. Bu noktada kalman filtre notasyonuna bir geçi yapacak olursak, V yanstclk katsaylarn dorusal durum dinamiini gösteren x vektörü, alnan toplam s (t , u ) sinyalini ölçüm dinamiini gösteren z vektörü eklinde ifade ettiimizde SAR sinyali u ekilde dorusal olarak modellenmi olur;

z

Hx  v

(7)

Bu modellemede, kaydedilen SAR sinyali z ile, kompleks yansma katsays x ile, ölçümlerdeki gürültü faktörü v ile gösterilirse z ve x vektörleri ile H matrisi aadaki gibi düzenlenir [4]; ª s (t1 , u1 ) º « » : « » « s (t p , u1 ) » « » : « » « s (t1 , u r ) » « » : « » « s (t , u )» ¬ p r ¼

ª p(t1  t d (u1 , r1 )) « : « « p (t p  t d (u1 , r1 )) « : « « p (t1  t d (u r , r1 )) « : « « p(t  t (u , r )) ¬ p d r 1

p(t1  t d (u1 , r2 ))

..

: p (t p  t d (u1 , r2 )) : p(t1  t d (u r , r2 ))

.. ..

..

..

: .. p (t p  t d (u r , r2 )) ..

243

p(t1  t d (u1 , rn )) º ª v1 º » « » : » ªV º « v 2 » 1 p (t p  t d (u1 , rn )) » « » « . » » «V 2 » « . » : »˜« »  « » p(t1  t d (u r , rn )) » « » « . » » ¬V n ¼ « . » : » « » p (t p  t d (u r , rn ))»¼ ¬«v p*r ¼»

(8)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Kalman filtre algoritmas bir blok diyagramla aadaki gibi özetlenebilmektedir [5] ;



ˆ k ) ve hata Önsel kestirimin ( x 

kovaryansnn ( Pk ) girilmesi

Kalman Kazancnn hesaplanmas:

Kk

Pk HTk (H k Pk HTk  R k ) 1

leriye yanstma

xˆ k 1

Ölçüm ( z k ) kullanlarak

A k xˆ k  w k

 k 1

kestirimin güncellenmesi

A k Pk A  Q k T k

P

xˆ k

xˆ k  K k (z k  H k xˆ k )

Güncellenmi kestirim için hata kovaryansnn hesaplanmas

Pk

(I  K k H k )Pk

ekil 1 Kalman Filtre Algoritmas Blok Diyagram

Hata kovaryans matrisi Pk ,belirli bir andaki darbeye ait ölçümlerden kestirilen yansma katsaylar vektörü ile bir önceki darbeye ait ölçümlerden kestirilen yansma katsaylar vektörü arasndaki hatann kovaryansn göstermektedir.

Pk

>

E e k e Tk

@ E>(x

k

 xˆ k )(x k  xˆ k ) T

@

(9)

Bu modellemede yansma katsaylarn gösteren xˆ k vektörü SAR görüntüleme süresi boyunca deimiyor kabül edildiinden A k matrisi birim matris olarak seçilmi, Q k ve R k deerleri için ise sabit deerler atanmtr.

244

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

>

@

E w k w Ti

­Q k , ® ¯0,

>

@

­R k , ® ¯0,

>

@

0,

E v k v Ti

E w k v Ti

i

k

(10)

izk i

k

(11)

izk tüm k ve i ’ ler için

(12)

Kalman kazanc her darbede güncellenen Pk ve H k deerleri ile sabit R k deeri üzerinden aadaki gibi hesaplanm ve bu kazanç deeri bir sonraki xˆ k kestiriminde kullanlmtr.

Kk

xˆ k

Pk H Tk (H k Pk H Tk  R k ) 1

(13)

xˆ k  K k (z k  H k xˆ k )

(14)

Sonuç olarak s (t , u ) matrisi z Hx  v eklinde, x deikeni yüzeyin yansma katsaylarn gösterecek ekilde modellenirse, dorusal dinamik sistemlerin çözümünde kullanlan Kalman filtre yöntemi SAR problemine de uygulanabilir hale gelmektedir. 4. BENZETMLER

Bu çalma kapsamnda noktasal k SAR modu için frekans düzleminde (Dalga Cephesi, Menzil Ynlama, kutupsal biçim ileme) ve zaman düzleminde (lintilendirme ve Geri zdüüm) çeitli algoritmalarla SAR görüntüleri elde edilmi ve Kalman filtre yöntemiyle elde edilen sonuçlarla karlatrlmtr. Bu karlatrma elde edilen görüntü kalitesi ve algoritmalarn ilem süreleri göz önüne alnarak gerçekletirilmitir. Frekans düzlemi algoritmalar Kalman filtre algoritmas da dahil olmak üzere zaman düzlemindeki algoritmalara göre oldukça hzlyken, görüntü kalitesi frekansta ve zamanda gerçekletirilen algoritmalarda birbirine yakn bulunmakta, Kalman filtre yönteminde ise orijinal resme oldukça yakn yüksek çözünürlükte bir SAR görüntüsü elde edilmektedir. Kalman SAR algoritmasyla görüntü ilenirken bu algoritmaya özgü baz özellikler gözlenmitir. Bu algoritmayla tüm ham veriyi toplu ileme gereklilii 245

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yoktur. SAR verisi ksm ksm elde edilse bile bu algoritmaya girdi olabilmekte ve bu algoritmann performansn etkilememektedir. Bu açdan önerilen algoritma Noktasal-Ik SAR görüntüleme için fazla hafza gerektirmeyen ve gerçek zamanda gerçekletirilmeye yatkn bir yap sergilemektedir [4]. Noktasal k modunda pratikte sklkla kullanlan kutupsal biçim ileme (polar format reconstruction) algoritmas, geri izdüüm (backprojection) algoritmas ve kalman filtre algoritmas ile elde edilen SAR görüntüleri görsel bir karlatrma imkan salamalar açsndan aada sunulmutur. Benzetimler kapsamnda algoritmalara girdi olmak üzere yüzey yansma katsaylarn içeren matris ilk once ekil 2’ deki gibi sadece üç noktada belirli bir yanstclk deeri olan bir yüzey matrisi olarak girilmi, daha sonra gerçek bir yüzeye daha benzer bir girdi olmas sebebiyle ekil 3’ deki gibi her pikselinde belirli bir deeri olan siyah-beyaz bir hava fotoraf bir pikseli yüzeydeki bir yanstcya karlk gelecek ekilde bir matrise dönütürülerek girilmitir.

ekil 2

SAR algoritmalarna girdi olacak noktasal (sol) ve gerçekçi (sa) orijinal ekiller

ekil 3 Kutupsal biçim ileme algoritmasyla noktasal ve gerçekçi girdiler için elde edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi ileme süresi = 9.61 )

246

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4 Geri zdüüm algoritmasyla noktasal ve gerçekçi girdiler için elde edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi ileme süresi=17.76 )

ekil 5 Kalman filtre algoritmas ile noktasal ve gerçekçi girdiler için elde edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi ileme süresi=30.26 ) 5. SONUÇ

Zaman düzleminde uygulanan Kalman filtre görüntü oluturma yöntemi ile frekans düzlemi algoritmalarna özgü kutupsal koordinatlardan kartezyen koordinatlara geçiteki ara deerleme (interpolation) basamann performans snrlayc etkisi ortadan kaldrlmtr. Zaman düzlemindeki görüntü oluturma algoritmalarnn ilem hacimlerinin büyüklüü ve dolaysyla hesaplama sürelerinin uzunluu Kalman filtre için de problem olmakla birlikte, hesaplamalarda blok halinde ilem yaplabilmesi sayesinde ilem süresi daha makul seviyelere indirilebilmitir. Kalman filtre algoritmas dier algoritmalardan farkl olarak ayn anda tüm veriyi toplu ilemeye gerek duymamakta, veriyi iledikçe elde edilmek istenen görüntüye biraz daha yaklamaktadr. Bu Kalman filtre tabanl SAR algoritmasnn en önemli avantajdr. Gerçek zamanl uygulamalarda, daha 247

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAR verisinin tamam elde edilmemiken ilk gelen veriler sisteme girilip ilendikçe görüntülenmek istenen bölgenin belirginlemeye balamas operatöre hedef bölge tespiti için zaman kazandracaktr. Zaman düzleminde uygulanan dier algoritmalardan farkl olarak Kalman filtre algoritmasnda görüntü kalitesinden biraz ödün verilerek daha ksa sürede görüntü elde edilmesi salanabilmektedir. Ayrca, paralel ilemciler kullanlarak ilem hznda yeterli art salanrsa, bu yöntemle hem zamandan hem görüntü kalitesinden ödün vermeden yüksek çözünürlükte Noktasal Ik SAR görüntüsü elde edilmesi mümkün gözükmektedir. KAYNAKÇA

[1] Skolnik, M. I., 2001, Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill. [2] Curlander, J. C., McDonough, R.N., 1991, Synthetic Aperture Radar Systems and Signal Processing, John Wiley & Sons. [3] Soumekh, M, 1999, Synthetic Aperture Radar Signal Processing with MATLAB Algorithms, John Wiley & Sons. [4] Yavuz Konulu, A., 2007, SAR Noktasal Ik Modu Benzetimi ve Kalman Filtre Kullanarak Görüntü Geriçatm, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Elektriik ve Elektronik Mühendislii Bölümü [5] Brown, R.G., Hwang, P.Y.C., 1992, Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering, John Wiley & Sons.

248

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ETKN GÖREV PLANLAMASI ÇN SAR SMÜLASYONU

Ozan DOAN (a), Selçuk ÇALLI(b)

(a)

SDT A., Galyum Blok ODTÜ Teknokent, 06531, Ankara, [email protected]

(b)

SDT A., Galyum Blok ODTÜ Teknokent, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

SAR (Sentetik Açklkl Radar) alglaycsnn amaçland gibi kullanlmas için alglayc ve görüntülenen alann birbirine göre konumlarn belirleyen SAR geometri bilgisi, radar eitliince belirlenen radar potansiyeli bilgisi ve görüntülenecek alann elektromanyetik özelliklerini içeren yanstma bilgisine ihtiyaç vardr. SAR geometri bilgisi temel olarak alglaycnn irtifas, seçilen çözünürlük deeri ve elde edilmek istenen erit genilii gibi alglayc parametreleri ile görüntülenecek alann içerii ve yükseklik deiimi gibi yüzey parametrelerini içermektedir. Radar potansiyeli bilgisi genel olarak menzil, anten örüntüsü ve yol kayplar gibi radar denklemi parametrelerini içermektedir. Yanstma bilgisi ise aydnlatlan alann ve bu alandaki insan yapm nesnelerin bilinen özelliklerini içermektedir. SAR görev planlamasnda bu bilgilerinin hepsinin doru bir ekilde belirlenebilmesi oldukça zordur. Bununla birlikte görevden elde edilen görüntülerin istenen performans salayamamas durumunda ayn görevin düzeltilmi parametrelerle tekrar icra edilmesi gerekmekte ve bu durum zaman ve maliyeti artrmaktadr. SAR simülasyonu bu noktada görev planlamas esnasnda görev parametrelerini alarak kullancya planlayaca görevle ilgili optimum çalma zarfn belirleyen ve bu çalma zarfnda görüntülenecek hedefin istenen SAR modunda (erit veya spot) görüntüsünü simüle eden bir yazlm aracdr. Bu simülasyon ile kullanc kolayca görev öncesinde elde edilecek görüntü ile ilgili ön bilgiyi edinebilmektedir. Böylece isterse görevi tekrar düzenleyebilecek ve istedii performans elde edebilecei uçu zarfn kestirebilecektir. Anahtar Kelimeler: Sentetik Açklkl Radar, Faydal Yük Planlama, Görev Planlama. ABSTRACT

In order to plan the SAR (Synthetic Aperture Radar) sensor efficiently, the SAR geometry that defines the relation between the sensor and the illuminated region, the radar potential that is determined by the radar equation and the reflectivity map that consists of the electromagnetic characteristics of the region are needed. The SAR geometry information generally consists of 249

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara the sensor parameters, like the sensor altitude, the chosen resolution, the swath width and the surface parameters like the ingredients and the height deviations of the illuminated region. The radar potential information includes the radar equation parameters like the range, antenna pattern and the attenuation. The reflectivity information utilizes the known characteristics of the illuminated region and the man made objects in this region. It is difficult to determine all these parameters in SAR mission planning. Besides, if the images that are gathered during the mission do not fulfill the expectations of the mission because of incorrectly chosen mission parameters, then the mission is needed to be reorganized, that means an increase in cost and schedule. As a solution, SAR simulator is a tool that given the mission parameters the optimum operation envelop of the sensor is determined. The simulator and the user can easily access to the simulated SAR image before the mission. As a result the user can reorganize the mission before the real flight and estimate the flight envelop that satisfies the expected performance. Keywords: Synthetic Aperture Radar, Payload Planning, Mission Planning. 1

GR

SAR tlan alandaki geri saçlma karakteristiklerini kullanarak yer yüzeyi görüntüleme yetenei salayan güçlü bir uzaktan alglama tekniidir. SAR simülatörleri alglayc tasarm, görev planlama, kullanc eitimi ve otomatik corafi konumlandrma gibi bir çok çalma alanndaki beklentileri karlamak amac ile kullanlabilir. Bu uygulamalar farkl SAR simülatörü yaklamlarna ihtiyaç duyarlar. SAR alglayc tasarmlar ve görüntü oluturma algoritmalarnn test edilmesi amacyla gelitirilecek olan SAR simülatörleri SAR ham veri simülasyonlarna ihtiyaç duyarlar. [1] Çünkü bu simülatörler ham veri kullanarak tasarm ve test yaparlar. SAR görev planlama, SAR kullanc eitimi ve SAR otomatik corafi konumlandrma gibi daha çok görüntü ilemeye yönelik uygulamalarda ise SAR görüntü simülatörlerine ihtiyaç duyulmaktadr. [2-4] SAR görüntü simülatörleri SAR görüntü oluturma ilemlerini atlayarak hzl bir ekilde kullancya senaryonun sonucunda elde edilecek görüntüyü simüle ederler. Bu çalmada önerilen simülasyon etkin bir görev planlamas için gerekli olan SAR görüntü simülasyonudur. stihbarat makamlar günümüzde ayn anda bir çok keif-gözetleme talebinde bulunmakta ve bu talepleri için farkl kaynaklardan bir çok görüntü almaktadrlar. stihbarat makamlarnn taleplerini karlayacak görev planlamasnn gerçekletirilmesi için yazlmlar gelitirilmektedir. Ancak bu yazlmlar genellikle görev planlamasn, faydal yük planlama ilemini ihmal ederek veya göz ard ederek sadece uçu planlamadan ibaret olarak görmektedir. Oysa faydal yük planlama ilemi alan bilgisi gerektiren bir ilemdir ve uçu planlamadan bamsz deildir. Bu çalmada SAR alglaycsndan elde edilen faydal yükün planlamas amac ile gelitirilen SAR görüntü simülatörleri anlatlmaktadr. Simülatörün 250

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara girdisi Saysal Yükseklik Haritalar (SYH), Kullanm Haritalar (Tarla, ormanlk alan, Deniz vb.) ve Hedef Modelleri ile hava aracnn uçu zarfdr. SAR görüntü simülatörünün çkts ise Radar Kesit Alan (RKA), gölge etkisi, propagasyon kayb ve SAR uçu geometri bilgilerini hesaba katarak elde edilen SAR görüntüsüdür. Bu çalmann önemli bir katks geri saçlmay alglaycnn yüksekliinin bir fonksiyonu olarak modellediinden kullancya özellikle alglaycnn bak açs ve dolays ile yüksekliini belirleme konusunda yardmc olmasdr. Bunun yannda taranacak alann boyutunun belirlenmesi (erit modu için balangç noktas, biti noktas ve erit genilii), bu alandaki gölgede kalan alanlarn belirlenmesi, gecikme zaman etkilerinin gözlemlenmesi, kartrma etkilerinin belirlenmesi ve bu sonuçlar nda olas alternatif görev senaryolarna karar verilmesi gibi yeteneklere de imkan verir. Bu çalma görev planlamas için kullanlabilecek bir SAR görüntü simülasyonunun kavramsal çalmasdr. 2

GÖREV PLANLAMA KAVRAMI

Yer istasyonu görev planlama ile SAR faydal yükü görev planlamas amac için önerilen SAR görüntü simülatörünün ilikisi ekil 1’de görülmektedir. SAR görüntü simülatörü planlanan kapsama alann oluturmak için kullancya minimum alglayc yükseklii ve bu yükseklik ile ilgili olarak bak açs bilgisi salamaktadr. Bak açs ayn zamanda hedeften geri saçlan sinyal ile de ilgilidir ve görüntülenmek istenen hedefin türüne ve bulunduu yer yüzeyi ile etkileimine bal olarak seçilmelidir. SAR simülatörü, uçu parametreleri bilgisini kullanarak bak yönünde bulunan ve alglaycnn görüntüleme yapmasn engelleyen insan yapm hedefleri ve topografik etkileri modellemekte ve kullancya görev öncesi sunabilmektedir. Görev Veri taban Kapsama Alan

Manevralar

Bilgi Sistemleri

SAR Görüntü Simülatörü

Görev Planlama 3B Modeller

Uçu/Orbit Parametreleri

Engeller ekil 1 Görev Planlama ve SAR Görüntü Simülatörüsünün likisi

251

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3

SAR GÖRÜNTÜ SMÜLASYONU

SAR görüntüsü vericiden gönderilen ve yüzeye çarparak geri dönen sinyalin alc tarafndan alnp ilenmesi sonucu elde edilir. SAR ham verisi yüzey ve gönderilen sinyalin konvolüsyonu olarak modellenir. SAR görüntüsü ayn mantkla üretilebilir. Ancak bu ilemin hesaplama younluu yüksek olup ayn zamanda geri saçlan verinin ilenmesi zorunluluunu da içerdiinden verimli bir çözüm deildir. Bu sebeple SAR görüntü simülatörleri geri saçlma modelini SAR görüntü geometrisine izdüürerek hzl bir ekilde görüntü olutururlar. ekil 2’de SAR görüntü simülatörünün modülleri görülmektedir. Simülatör girdi olarak saysal yükseklik haritas, kullanm haritas ve hedef 3B modellerini almaktadr. Bu modellerden RKA kestirimi yapmaktadr. RKA kestirimi için bilinen yöntemler geometrik optik ve fiziksel optik ile bu modellerin gelitirilmi versiyonlardr. RKA kestirimi ilemi için kullanm haritalar kullanlarak mevcut arazi geri saçlma istatistiklerinin [5] etkileri hesaplanarak geri saçlma modeline eklenir. Böylece geri saçlma modeli, bilinen veri tabanlar [5] ve insan yapm hedefler ile topografyann üç boyutlu bilgilerinden elde edilen kestirimler [2] birletirilerek modellenir. Geri saçlma modeli radar denklemi uyarnca RKA’nn menzilin, alc ve verici gücünün bir parametresidir. Geri saçlma bu simülatör için menzil bamllk, atmosferik kayplar gibi etkileri de hesaba katarak elde edilir. Faset yaklam geri saçlma modelleme için baarm yüksek olduu bilinen bir modeldir. Bu modelde yüzey fasetlere ayrlr. Her bir fasetten geri saçlan sinyalin gücü u ekilde modellenmitir[5]:

V1  jV2

N

¦V exp( jI ) i

i

i 1

Bu eitlikte Vi exp( jIi ) i. saçcnn katks, Ii saçcnn fazn ve Vi saçcnn genliini göstermektedir. Faz ifadesi normal dalml olarak modellenmitir. Genlik ifadesi ise bu çalmada yüzey normalleri ile gelen elektrik alannn yönünün arasndaki aç kullanlarak modellenmitir. Sonuçta her bir fasetten elde edilen yansma N adet e fazl olmayan saçcnn toplamdr. SAR görüntülerinde gözlemlenen benek gürültüsü çözünürlük hücresi içerisindeki saçclarn e fazl olmayan toplamnn sonucunda birbirlerini kuvvetlendirmesi ve bastrmasndan kaynaklanmaktadr. Önerilen bu çözüm imayen bu etkiyi kapsamakta ve benek etkisinin doasn içermektedir. Geri saçlma modelinin elde edilmesinde bir dier önemli husus da gölge alanlarn belirlenmesidir. SAR alcs, bak yönündeki tt alandan yükseltilerden ötürü veya hedeflerden ötürü geri saçlma alamayabilir. Bu durumda SAR görüntüleri üzerinde gölge alanlar oluur. Gölge alanlar SAR görüntülerinde son kullanc açsndan ve görev planlayc açsndan oldukça önemlidir. Zira bu alanlar belli bölgelerin görünmesini engellediinden istenmeyen etkiler olarak görülse de bir hedefin kendisi kadar gölgesinin de 252

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara bilinmesi, hedefin türü hakknda bilgi vermesi açsndan oldukça kymetli olduundan görev planlamas esnasnda istenen bir özellik de olabilir. Sonuç olarak görev planlanmas esnasnda, alglayc gerçek uçuuna balamadan önce gölge alanlarn kullancya görüntülenmesi gerekmektedir. Gölge alanlarn tespiti amacyla n izleme algoritmalar gelitirilmitir. Bu algoritmalarn doruluklar ve hesaplama younluklar arasnda bir ikilem bulunmaktadr ancak SAR açsndan bakldnda çoklu yansma koullar ihmal edilirse ve alglaycnn düzgün bir doru boyunca hareket ettii varsaylrsa darbeden darbeye topografya deiimi ihmal edileceinden hzl n izleme algoritmalar önerilebilir. Sonuç olarak elde edilen gölge alanlar geri saçlma modeline girdi olacak ve kullanc görev planlamas esnasnda elde edilecek görüntüdeki gölge alanlar bilgisine sahip olacaktr.

Saysal Yükseklik Haritas Kullanm Haritas

Geri Saçlma Modelleme

SAR Görüntü Geometrisi

Hedef 3B Modeli Uçu/ Orbit Bilgileri ekil 2 SAR Görüntü Simülatörü Modülleri

Geri saçlma modeli elde edildikten sonraki aama SAR görüntü geometrisinin elde edilmesi aamasdr. SAR görüntü geometrisi kullancnn belirledii çözünürlük ve balangç menzil deerleri uyarnca tamamen belirlenir ve SAR görüntüsündeki her bir pikselin konumu belirlenir. SAR görüntü simülatörü gelitirilmesi açsndan SAR görüntüsünün konumu ile geri saçlma modelinin konumlarnn gerçek hayatta da olduu gibi birbirinden bamsz olarak modellenmesi önemlidir. Bu farkllk kullancya istedii alan görüntülemek için görev planlamas esnasnda girmesi gereken minimum menzil ve çözünürlük deerlerini doru bir ekilde girmesi için yardmc olur. Örnein kullanc topografik deiimleri dikkate almadan görev planlamas yaparsa veya bu etkileri yanl olarak modellerse elde edilecek görüntü yükseklik hatas ile doru orantl ve alglayc bak açsna bal olarak yeryüzünde iyi ihtimalle kayacak kötü ihtimalle ise görüntü oluturamayacaktr. Bu durumu doru bir ekilde modellemek için SAR görüntüsünün konumu ile geri saçlma modelinin konumlarnn bamsz olarak modellenmesi gerekmektedir. 3.1

SAR SENARYO HAZIRLAMA

253

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 3’de tipik bir görev planlama senaryo ekran görülmektedir. Bu senaryoda kullanm alanlar (deniz, orman vb), hedefler (fabrika, rafineri) belirlenmitir. Görüntülemeye balama noktas ve biti noktas (senaryoya göre SAR erit modu) seçilmi, erit genilii ve çözünürlük belirlenmi ve minimum menzil mesafesi kullanc tarafndan girilmitir. SAR simülatörü bu senaryo için yer yüzeyinde görüntülenecek olan alan kullancya göstermektedir. Örnein bu senaryoya göre mavi renkteki fabrika SAR görüntüsünde görüntülenmeyecektir. Bir sonraki aamada simülatör öncelikle bu kullanm haritasn ve saysal yükseklik haritasn kullanarak elde edilmesi beklenen SAR görüntüsünü oluturacaktr.

ekil 3 Örnek SAR Görüntü Simülasyonu Senaryo Hazrlama Ekran

3.2

SMÜLE GÖRÜNTÜ ANALZ

Üretilen görüntüde ormanlk alanlardaki hedefler ile deniz yüzeyindeki hedefler arasnda RKA bakmnda farkllklar görünecektir. Örnein ormanlk alandaki bir bina bu görevde görüntülenmek istenen hedeflerden biri ise alglayc yüksekliine bal olarak bu binann geri saçlma deiimi yükseklie bal olarak görüntülenebilir. Bu ilemin yannda hedefe yaklama veya uzaklama durumlarnn görüntüye etkisi gözlenebilecektir. Stratejik öneme sahip hedeflerin yaknlarna SAR görüntüleme yapmay engellemek amac ile yüksek yanstclkl yanstclar (corner reflector) yerletirilir. Simülatör kartrc olarak nitelendirilebilecek bu etkileri gözlemlemek amac ile yer yüzeyinde RKA deeri çok yüksek olan hedefler tanmlamaya imkan vermektedir. Böylece görev planlamas bu hedeflerin etkilerini de hesaba katarak güncellenebilir. 3.3

KAYDEDLEN VERNN PLANLANMASI

Alglayc görüntülerin indirildii yer istasyonu ile her zaman balant kuramayabilir. Kullanc baz bölgelerden elde edilen görüntülerin daha sonra ilenmesi için saklanmasn da talep edebilir. Bu durumlar için alglaycnn ürettii görüntüleri veri kayt sistemlerine kaydetmesi beklenir. Ancak bu 254

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sistemlerin kapasiteleri belli seviyelerin altndadr. Ayn zamanda bu sistemler uçaktaki görev bilgisayar açsndan köle sistemler olup ne zaman hangi bilgiyi indireceklerini bilmezler. SAR görüntü simülatörü balant kesintilerinin saysal yükseklik haritalar kullanarak hesaplanmasna ve atmosferik deiimlerden kaynaklanan veya kartrma etkilerinden kaynaklanan balant kesintilerinin de zamana bal bir fonksiyon olarak kullanc tarafndan girilmesine imkan tanr. Bu yetenekteki temel amaç alglaycnn bulunduu bir pozisyonda yer istasyonunda hangi pozisyona ait verinin görüntülendiinin uçu öncesinde bilinmesidir. Çünkü yer istasyonundaki kullanc görüntüledii hedefe bal olarak uçu plann deitirebilmelidir. Bu deiimin yaplmas için alglaycnn elde ettii görüntünün konumu ile yer istasyonundaki görüntünün konumu arasndaki fark çok fazla olmamaldr ve bu fark görev deiiklii için bir parametre olarak kullanlabilmelidir. Bunun yannda görevden önce veri kayt sisteminin kapasitesinin de zamana bal olarak hesaplanmas mümkündür. 4

BENZETM SONUÇLARI

ekil 4’te sol tarafta hedef modeli ve rastgele yer yüzeyi deiimlerinin 3B modeli, sa tarafta ise bu modelden elde edilen SAR görüntüsü görülmektedir [7]. Örnein bu görüntüler için 1 numaral hedefin görüntülenmesi için görevin doru planland söylenebilir. Ancak 2 numaral hedef oryantasyonundan ötürü görüntü üzerinde çok fazla yaylmtr. Bu sebeple amaç bu hedefin görüntülenmesi ise alglaycnn uçu yönünün deitirilmesi gerekmektedir. 3 ve 4 no’lu hedeflerin görüntülerine bakldnda ise bu hedeflerin ayrtrlamad ve çözünürlük deerlerinin artrlmas gerektii sonucuna varlr. ekil 5’te ise sol tarafta Marmara bölgesinin gerçek SAR görüntüsü, sa tarafta ise ayn bölgenin simüle SAR görüntüsü görülmektedir [8]. Bu ekil SAR simülatörünün topografik etkileri iyi modellediini göstermektedir. Ancak denizden saçlma modellenmediinden deniz yüzeylerinde gerçek görüntü ile simüle görüntü birbirinden ayrlmaktadr. Deniz yüzeylerinin modellenmesi hem dalga ekillerini hem de dalga hareketinin modellenmesini içerir ve ileri çalmalara braklmtr. ki görüntü arasndaki bir dier fark ise benek gürültüsünün gerçek görüntüde daha yüksek güçlü olmasdr. Görüntülerdeki benek gürültüsünün etkisini daha iyi gözlemlemek için saçclarn fazlarnn deiinti deerini artrlabilir.

255

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

1 4

2 3

ekil 4 Hedef modelleri ve bu hedef modellerine karlk düen odaklanmam SAR görüntüsü

ekil 5 Gerçek SAR görüntüsü (Advanced Synthetic Aperture Radar) ve ayn alann SYH’si kullanlarak elde edilmi simüle edilen SAR görüntüsü

5

SONUÇLAR ve TARTIMALAR

Bu çalmada etkin bir görev planlama için kullanlabilecek olan SAR görüntü simülasyonunun kavramsal çalma koullarn anlatmaktadr. Hava aracnn veya uydunun görev planlamas faydal yükün planlamasn da mutlaka dikkate almaldr. SAR görüntü simülatörü görüntülenecek alann, hedefe bal olarak bak açsnn, veri kaydnn ve gölge etkilerinin görevden önce belirlenmesi için kullanl bir araçtr. SAR görüntü simülatörlerinin hesaplama younluu açsndan yüksek baarml olarak gerçeklenmesi ile geri saçlma modelinin doruluu arasnda bir ikilem vardr. Doruluktan fedakarlk etmeden hzl çalacak bir algoritma gelitirmek gelecek çalmalara braklmtr.

256

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA

[1] Franceschetti G., Migliaccio M., Riccio D., Schirinzi G., “SARAS: A Synthetic Aperture Radar (SAR) Raw Signal Simulator,” IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, s: 30, no:1, Jan. 1992. [2] Gelautz M., Frick H., Raggam J., Burgstaller J., Leberl F., “ SAR Simulation and Analysis of Alpine Terrain,” ISPRS Journal of Photogrametry & Remote Sensing 53 (1998) 17-38 [3] Liu H., Zao Z., Jezek K.C., “Correction of Positional Errors and Geometric Distortions in Topographic Maps and DEMs Using Rigorous SAR Simulation Technique,” Photorametric Engineering & Remote Sensing, s:70, n. 9 Sept 2004. [4] B.Brand, S.Florio, T. Neff, R. Speck, T. Zehetbauer, “Simulation Tool for SAR Missions”, EUSAR 2006 [5] F: Ulaby, M.C.Dobson, “Handbook of Radar Scattering Statistics for Terrain,” Artech House, 1988 [6] Franceschetti G., Lanari R., “Synthetic Aperture Radar Processing”, CRC Press, 1999 [7] O. Dogan, M. Kartal, “SAR Raw Data Simulation of Targets Using Three Dimensional Models,”, EUSAR 2008, Kabul Edildi [8] O. Dogan, M. Kartal, S. Kent, “ A New Strip Mode Synthetic Aperture Radar (SAR) Data Simulator,” IEEE Radar 2007 Conf.

257

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

258

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara NÜMERK YÖNTEMLERLE SAÇILAN ALAN HESABI, 3-B TERS YAPAY AÇIKLI RADAR GÖRÜNTÜLERN ELDE EDLMES ve SAÇILMA MERKEZLER ANALZ

Betül YILMAZ (a), Caner ÖZDEMR (b)

(a) (b)

Mersin Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl. , 33343, Mersin, [email protected]

Doç. Dr. Mersin Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl. , 33343, Mersin, [email protected]

ÖZET

Bu bildiride nümerik elektromanyetik yöntemler kullanarak gemi ve uçak gibi büyük ve karmak platformdan elektrik alan saçlm ve sonrasnda Ters Yapay Açklkl Radar görüntülerinin elde edilmesi gösterilmektedir. Kullanlan nümerik kodun ksa tantm ve üç boyutlu (3-B) TYAR imaj formülasyonu sunulmaktadr. Deiik uçak ve gemi hedefleri için benzetim sonucu elde edilen iki boyutlu (2-B) ve 3-B TYAR görüntüleri verilmektedir. TYAR görüntülerindeki saçlma merkezleri (SM), CLEAN ayklama teknii ile çkarlmtr. SM analizi, yüksek veri sktrmas, TYAR imajnn yüksek kalitede tekrar oluturulmas ve frekans-aç saçlma alannn da istenilen çözünürlükte elde edilebilmesi gibi önemli avantajlar salad sunulan bir örnekle gösterilmektedir. Anahtar Kelimeler:Radar Görüntüleme, Ters Yapay Açklkl Radar, Saçlma Merkezleri ABSTRACT

In this paper, Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) images of large and complex platforms after getting the electric field scattering via a code that uses numeric electromagnetic methods are demonstrated. The short description of the numeric code and the formulation for getting the 3-D ISAR images are presented. Simulated 2-D and 3-D ISAR images of different aircraft and ship targets are demonstrated. Scattering centers from an ISAR image are extracted by the help of CLEAN extraction technique. Important advantages of scattering center representation such as high data compression ratio, high quality ISAR image reconstruction and estimation of high resolution frequencyaspect scattered field data demonstrated. Keywords: Radar Imaging, Inverse Synthetic Aperture Radar, Scattering Centers 1. GR

259

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ters Yapay Açklkl Radar, TYAR (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) görüntülemesi, bir hedefin 2-B elektromanyetik (EM) görüntüsünü yüksek çözünürlükle oluturan bir radar sinyal ileme tekniidir [1]. Yüksek çözünürlük artnn salanmas için, radardan gönderilen sinyalin frekans bant geniliinin yeterince büyük olmas gerekmektedir. Bu durum, özellikle benzetim TYAR görüntülerinin oluturulmasnda büyük problem olumaktadr. Zira moment metodu gibi tam-dalga çözümleriyle uçak ve gemi gibi büyük ve karmak platformlarn yüksek frekans EM benzetimlerini yaplmas, günümüz bilgisayar imkânlaryla bile aylar, hatta yllar süren bilgisayar koumlarn gerektirmektedir. Bu nedenden dolay yüksek frekanslarda, bu tip platformlardan saçlma kestirimi yapabilen en etkin yöntem olarak Seken In Yöntemi - SIY, (Shooting and Bouncing Ray - SBR) öne çkmaktadr [2].

Bu bildiride, deiik askeri ve sivil platformlarnn Fiziksel-Optik (FO) ve SIY kullanan bir kod sayesinde EM elektrik alan saçlma benzetimleri ve benzetim sonucu elde edilen verilerin ilenmesiyle elde edilen 2-B ve 3-B TYAR görüntüleri gösterilmektedir. Ayrca, radar görüntülemede, görüntü verisini daha seyrek bir gösterimle sunabilen ve veri sktrmas, sonsuz çözünürlükte elektrik-alan tahmini gibi önemli avantajlar salayan Saçlma Merkezi (SM) analizi de sunulmaktadr. SM gösterimi sayesinde, hem TYAR görüntüsü, hem de çoklu frekans-aç EM saçlma alanlar istenilen çözünürlükte yüksek dorulukla çok hzl bir ekilde hesaplanabilmektedir. 2. FZKSEL OPTK BAZLI SEKEN IIN YÖNTEMYLE SAÇILMA HESABI

Seken In Yöntemi (SIY) büyük ve karmak platformlardan elektromanyetik saçlmay yüksek frekanslarda tahmin eden nümerik bir yöntemdir [2]. SIY algoritmasnda, çok youn n demeti platforma doru gönderilir, nlar Geometrik Optik (GO) kurallarna göre takip edilir (ekil 1). Her bir nn alan iddeti, Yansma katsaylar ( * ) ve In-Tüpü raksama faktörleri ( DF ) hesaplanarak bulunur. Dolaysyla ekil 1’den de görülecei üzere P1 noktasndan saçlarak P2 noktas civarnda oluan elektrik alan aadaki ekilde hesaplanabilir [2, 3]. JK

E ( x2 , y2 , z2 )

JK



( DF ) ˜ (*) ˜ E ( x1 , y1 , z1 ) ˜ exp  jk ª¬ ( x2  x1 ) 2  ( y2  y1 ) 2  ( z2  z1 ) 2 º¼

1/ 2



G G

(1)

Buna göre P2 civarna gelen elektrik alan, P1’deki elektrik alann, k ˜ R miktar kadar faz kayb ile * ve DF katsaylaryla çarplmasndan bulunur. Dolaysyla her sekme için, sadece bu üç parametrenin hesaplanmas o sekmeye ait elektrik alann bulunmas için yeterli olacaktr.

260

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

P1(x1,y1,z1) R P2(x2,y2,z2)

ekil 1 Seken In Yöntemi geometrisi

Elektrik alan takibinin bu ekilde yaplmasndan sonra, n platformdan ayrlrken, (T , I ) bak yönüne doru saçlan elektrik alan aadaki FO saçlma entegrali sayesinde hesaplanr.

JK BS E (T , I ) G

Burada J S vermektedir.

G KK jkK ˜ exp( jkr ) K (2) ˜ ³³ J S ˜ exp( jkrN ) ˜ ds 4S r SA K 2 ˜ E ( xN , y N , z N ) u nˆ , son sekme yüzeyindeki akm younluunu

3. ÜÇ BOYUTLU TYAR GÖRÜNTÜLEME ALGORTMASI

Bu çalmada, TYAR görüntülerinin 3-B olarak elde edilmesi için gereken algoritmann sadece ksa bir özeti verilecek olup, ayrntl çkarm [1] no’lu kaynakta detayl olarak aratrmaclarn bilgisine sunulmutur. P ( xo , y o , zo ) hedef üzerinde bulunan ve TYAR görüntüsü çkarlmak istenen noktasal bir saçc olarak kabul edildiinde; monostatik konfigürasyonda P noktasndan (T , I ) bak açs yönünde geri saçlan elektrik alan aadaki gibi yazlabilir.

Es (k , I,T ) = Ao exp( j 2k ˜ ro )

(3)

Burada, Ao geri saçlan elektrik alann genliini; k , (I , T ) yönündeki dalga numaras vektörünü ve ro ise orijinden P noktasna uzamsal yer-deitirme

I˜

261

çarpan aadaki forma

 k ˜ cos T ˜

]R

 k ˜ sinT

k ˜ ro

\R

I˜

Q L V

k ˜ sinT

[R

k ˜ ro

V R F

vektörünü vermektedir. Fazda bulunan rahatlkla dönütürülebilir:

(4)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

IF

Frekans bant genilii BWf ’in merkez çalma frekans

den küçük olduu

varsayldnda, (4)’deki toplam ifadesindeki 2. ve 3. terimlerdeki k | kC olarak

I | 1˜ I

I,

V R F

T˜

Q L V

I | 1˜ 1 1,

Q L V

T˜

V R F

Q L V

alnabilir. Ayrca, geri saçlan alann (+x) yönünde topland ve hem T hem de I yönündeki açsal bant geniliinin küçük olduu varsayldnda, aadaki yaklamlar geçerli olacaktr.

T | 90  T

D

(5)

k cD ˜

]R

j



˜

S [ H

\R 

k cI ˜

 

j



˜

S [ H

Es ( k , I ,D ) # Ao ˜ exp  j k ˜

[R



Bu durumda, P noktasndan saçlan elektrik alan ifadesi yaklak olarak aadaki gibi yazlabilir



(6)

Bu yapyla, saçlan elektrik alann ^ k, kcI , k cD ` uzayndaki 3-B Fourier dönüümü alndnda, P noktasnn TYAR görüntüsü aadaki gibi elde edilecektir. TYAR  x,y,z

Ao ˜ G( x - xo , y - y o ,z - zo )

(7)

Burada G( x, y,z ) , 3-B birim darbe fonksiyonunu göstermektedir. Ancak (7)’deki sonuç, Fourier entegrali alnrken sonsuz frekans ve aç bant genilii olduunda dorudur. Ancak, gerçekte saçlan alan sonlu frekans bant genilii ve açlar için toplanmaktadr. Dolaysyla; (7)’deki 3-B birim darbe fonksiyonu, gerçek uygulamalarda ( xo , y o ,zo ) merkezli 3-B sinc (sinus cardinalis) fonksiyonuna dönüecektir [1]. 4. BENZETIM SONUÇLARI

Benzetimler SIY-FO yöntemini kullanan bir kod sayesinde gerçekletirilmitir. Söz konusu kod, sadece mükemmel iletken hedeflerden saçlan alan hesaplayabilmektedir. Benzetim için deiik uçak, gemi platformlar kullanlmtr. Deiik platformlar için 2-B ve 3-B TYAR görüntüleri elde edilmi ve bir uçak modeli için Saçlma Merkezi (SM) analizi yaplarak sunulmutur. 4.1. ki Boyutlu TYAR Görüntüleri

lk olarak, planör tipi bir uçan SIY-FO yöntemiyle 6 GHz civarnda benzetimi yaplmtr. Buna göre saçlan elektrik alan 5,800 – 6,1875 GHz frekans bandnda 32 eit aralkl nokta frekans deerleri için ve (T 60q, I 0q) civarnda 5.64lik bir aç bandnda toplam 64 eit aralkl aç deerleri için topland. Sonuç olarak 32x64’lük çoklu frekans-çoklu aç elektrik alan saçlma verisi topland. Daha sonra Bölüm 3’de anlatlan 3-B TYAR görüntüleme algoritmasnn, 2-B TYAR görüntüleme algoritmasna indirgenmesiyle elde edilen 2-B TYAR görüntüsü ekil 2’de gösterilmektedir. Bu ekilden açkça görülecei üzere, platform üzerinde oluan saçlma merkezleri 2-B TYAR 262

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara görüntüsünden rahatlkla seçilebilmektedir. Önemli saçlma merkezleri burun, kanat direkleri, pervaneler ve kuyruklar üzerinde olumaktadr. kinci olarak, bir sava gemisinin ayn yöntemle 3 GHz ve (T 60q, I 45q) bak açs civarnda benzetimi yaplmtr. Saçlan elektrik alan 2.94 – 3.0562 GHz frekans bandnda 32 deiik nokta için ve geminin burun yönünde 4.51’lik aç geniliinde yine toplam 64 eit aralkl aç deeri için topland. Sonuç olarak elde edilen 2-B TYAR görüntüsü ekil 3’de gösterilmektedir. Bu imajda da, önemli saçc merkezler geminin ön tarafndaki toplardan, orta bölümündeki ikili ve üçlü köe yanstc gibi çalan yaplardan olumakta olduu gözlemlenmektedir. 4.2. Üç Boyutlu TYAR Görüntüleri

3-B örnek TYAR görüntüsünün elde edilmesi amacyla, CAD dosyas ekil 2’de verilen planörün monostatik elektrik-alan benzetimi 5,8 – 6,1875 GHz arasndaki deiik 32 frekans adm ve 2-B aç zgarasnda yapld. Buna göre elektrik alan verisi dikey açda 88,1° – 91,7° arasnda 16 deiik aç ve yatay açda 64 deiik aç için topland. Böylece 32x16x64’lük 3-B elektrik alan saçlma verisi topland. Daha sonra, Bölüm 3’de anlatlan formülasyon kullanlarak planörün 3-B TYAR görüntüsü elde edildi. ekil 4’de deiik z deerleri için 2-B X-Y düzlemi TYAR görüntüleri sunulmaktadr.

TYAR Görüntüsü 0

-6

Menzil [m]

-4

-5

-2 -10

0

-15

2 4

-20 -5

0 Yanca [m]

5

ekil 2 Planörün 2-B TYAR görüntüsü

263

dB

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TYAR Görüntüsü 0 -15

Menzil [m]

-10

-5

-5 0

-10

5 -15

10 15 20 -20

-20 -10

0 Yanca [m]

10

dB

ekil 3 Bir sava gemisinin 2-B TYAR görüntüsü

Z=-1.7813 m

Z=-1.4063 m

0

5

-6

-5 Menzil [m]

-5 Menzil [m]

Menzil [m]

-5

0

5

-4

-2

0 2 Yanca [m]

4

6

-6

-4

5

6

-6

0 2 Yanca [m]

4

6

0

-6

-4

-2

0 2 Yanca [m]

4

6

-6

0 2 Yanca [m]

-4

-2

4

6

0

-6

0 2 Yanca [m]

4

6

4

6

-5

5

-2

6

Z=1.2188 m

Menzil [m]

Menzil [m]

5

4

5

-5

0

0 2 Yanca [m]

0

Z=0.84375 m

-5

-4

-2

Z=0.09375 m

5

-2

-4

-5

Z=0.46875 m

Menzil [m]

4

Menzil [m]

0

-6

0 2 Yanca [m]

-5 Menzil [m]

Menzil [m]

-2

Z=-0.28125 m

-5

-4

0

5

Z=-0.65625 m

-6

Z=-1.0313 m

0

5

-4

-2

0 2 Yanca [m]

4

6

-6

-4

-2

0 2 Yanca [m]

ekil 4 Bir Planörün 3-B TYAR görüntüsünden elde edilmi, deiik z deerleri için X-Y düzlemindeki 2-B YTAR görüntüleri

264

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. SAÇILMA MERKEZLER ANALZ

TYAR görüntüleri dikkatli olarak incelendiinde, genel olarak snrl sayda noktasal saçclardan olutuu görülecektir. Bu yüzden, büyük ve karmak TYAR görüntülerinin aslnda oldukça seyrek bir matrisden olumaktadr. Söz konusu özellik, bu bildiride sunulan TYAR görüntülerinden de açklkla görülmektedir. Dolaysyla, TYAR görüntüleri, aada görüldüü üzere sonlu saydaki Saçlma Merkezleri (SM) ile yaklak olarak gösterilebilir. N

TYAR  x,y | ¦ An ˜ s( x - xo , y - y o )

(8)

n 1

Burada s( x, y ) sin c(2 ˜ 'k) ˜ sin c(2k c ˜ 'I) ; radar görüntülemede noktasal yaylma fonksiyonu - NYF (point-spread-function - PSF) olarak bilinen ve saçlan alann sonlu frekans ve aç bant geniliklerinde toplanmasndan dolay görüntüde kendini gösteren bir olgudur [3, 4]. SM’leri görüntüden çkarmak için CLEAN algoritmas standart olarak kullanlan bir tekniktir [4, 5]. CLEAN, imajdaki en büyük noktay bulan, bunu bir SM olarak kabul eden ve ilgili NYF’i imajdan ayklayan iteratif bir tekniktir. Buna göre CLEAN tekniinin m. iterasyonundaki 2-B artk (residual) TYAR imaj aadaki formülle bulunmaktadr.

^2 - B TYAR imaj`

m

^2 - B TYAR imaj`

m 1

 Am ˜ s( x - xm , y - y m ) (9)

Örnek olarak, bir sava uçann 6 GHz ve (T 60q, I 45q) bak açs civarnda EM benzetimi sonucunda elde edilen TYAR imajna SM analizinin uygulanmas gösterilecektir. Sava uça modeli ekil 5(a)’da ve TYAR algoritmasnn uygulanmas sonucu elde edilen 2-B TYAR görüntüsü ekil 5(b)’de verilmitir. Daha sonra CLEAN algoritmas uygulanarak TYAR imajndan toplam 50 adet SM çkarlmtr. Çkarlan SM’lerinin yeri ekil 5(c)’de ve bu SM kullanarak tekrar oluturulan yeni TYAR imaj da ekil 5(d)’de verilmitir. ekil 5(b) ve (d) karlatrldnda, SM gösteriminin ne kadar etkili bir model olduu ve TYAR imajn tekrar oluturmada ne derecede baarl olduunu göstermektedir. Son olarak da ekil 5(e)’de, orijinal TYAR imajndan çkartlan SMlerinin genlikleri bir grafik halinde sunulmutur. Bu ekilden de görülecei üzere, TYAR görüntüsü ancak snrl sayda SMlerinden olutuundan, imajdan 20 kadar SM çkarldktan sonra daha sonraki çkarlan SMleri hemen hemen görüntünün gürültü seviyesinde bulunmaktadr. Bu analizde, söz konusu TYAR imaj için veri sktrma oran [(32*4)*(64*4)*8 byte]/ [20*5*4 byte]=[262,1 KB]/[0.4KB] | 655 olarak bulunmaktadr.

265

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Orijinal TYAR imaji 0 10 -5 Menzil [m]

5 -10

0

-5

-15

-10

-20 -10

-5

(a)

0 Yanca [m]

5

10

(b) Olusturulmus TYAR imaji

Sacilma Merkezleri

0 10

10

-5 5 Menzil [m]

Menzil [m]

5

0

-5

-10 -10

-5

0 Yanca [m]

5

-10

0

-5

-15

-10

-20

10

-10

-5

(c)

0 Yanca [m]

5

10

dB

(d)

SM Siddeti [mV/m]

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0

5

10

15

20

25 SM No

30

35

40

45

50

(e) ekil 5 Bir sava uçann (a) CAD dosyas, (b) Orijinal TYAR görüntüsü. (c) Çkarlan 50 adet SMlerin yeri (d) SMlerinden oluturulmu yeni TYAR görüntüsü (e) Çkarlan 50 SMlerin genlikleri.

266

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 6. SONUÇ

Bu bildiride, SIY-FO yöntemlerini kullanarak büyük ve karmak platformlarn EM benzetimleri yaplm ve bu veriler deiik uçak ve gemi hedeflerinin 2-B ve 3-B TYAR görüntülerini elde edilmitir. TYAR imajlarnn fiziksel olgusal yorumlar yaplmtr. Ayrca elde edilen TYAR imajlarnda baskn olarak belirli sayda noktasal özellik gösteren saçclardan olutuu görülmütür. Bir sava uçana SM analizi uygulanm ve çkarlan toplam 50 adet SM ile TYAR imaj tekrar baarl bir ekilde oluturulmutur. KAYNAKÇA

[1] C. Özdemir, K. Chang (Ed), (2005), “Synthetic Aperture Radar”, The Wiley Encyclopedia of RF and Microwave Engineering, (New York: WileyInterscience). [2] H. Ling, R. Chou, and S. W. Lee, (1989), “Shooting and bouncing rays: calculation the RCS of an arbitrary shaped cavity”, IEEE Trans Antennas Propagat., 37, 194–205. [3] R. Bhalla, H. Ling, (1995), “A fast algorithm for signature prediction and image formation using the shooting and bouncing ray technique”, IEEE Trans Antennas Propagat., 43 , 727–731. [4] C. Özdemir, R. Bhalla ve Hao Ling, (2000), “A Radiation Center Representation of Antenna Radiation Patterns on a Complex Platform”, IEEE Trans Antennas Propagat., 48, 99-1000. [5] A. Selalovitz, B. D. Frieden, (1978), “A ‘CLEAN’-type deconvolution algorithm” Astronom., Astrophys., 70, 335-343

267

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

268

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ONTOLOJ TABANLI YENDEN KULLANIM ÇN BR ÖRNEK: GÜDÜMLÜ BOMBA YÖRÜNGE SMÜLASYONU

Umut DURAK(a), Halit OUZTÜZÜN(b) , Kemal DER(c)

(a) (b)

Dr., TÜBTAK-SAGE PK.16, Mamak, 06261, Ankara, [email protected] Doç. Dr., ODTÜ Bilgisayar Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (c)

Prof. Dr., ODTÜ Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Simülasyon projelerindeki risklerin azaltlmas ve daha düük maliyetler ile daha kaliteli simülasyonlarn gelitirilebilmesi için yazlm yeniden kullanm pratiklerinden faydalanlmas bir zorunluluk haline gelmitir. TÜBTAK-SAGE, TSK’nn ihtiyaç duyduu analiz veya eitim simülasyonlarnn bir bileeni olarak, silah sistemlerinin gelitirilmesinde veya at kontrol sistemlerinde kullanlmak üzere yörünge simülasyonlar gelitirmektedir. Simülasyon gelitirme süreçlerinde yeniden kullanm pratiklerinin uygulanmas için çalmalar yürütmektedir. Bu bildiride bu çalmalarn bir parças olarak gerçekletirilen, ontoloji tabanl simülasyon yeniden kullanm ile gelitirilen güdümlü bomba simülasyonu anlatlacaktr. Güdümlü bomba simülasyonu, yörünge simülasyonu yeniden kullanm altyaps üzerinde gelitirilmitir. Altyapnn gelitirilmesi için alan mühendislii yaplmtr. Yürütülen alan çözümlemesi sonucunda alan modeli olarak, yörünge simülasyonu ontolojisi, ksaca TSONT, kurulmutur. TSONT’ta yapsallatrlan alan bilgisi kullanlarak, altyap tanm hazrlanm ve buna göre bir nesne yönelimli bir uygulama çerçevesi gelitirilmitir. Gelitirilen altyap, alan bilgisi, tasarm ve kod düzeylerinde yeniden kullanma olanak salamtr. Anahtar Kelimeler: Yörünge Simülasyonu, Yazlm Yeniden Kullanm, Alan Mühendislii, Ontoloji Temelli Simülasyon. 1. GR

Yörünge simülasyonlar mühimmatlarn ve mühimmat alt sistemlerinin ileyilerini ve davranlarn temsil eden matematiksel ve mantksal modellerden oluurlar. Bu modeller kullanlarak mühimmatlarn uçu yollar ve yönelimleri, açsal hzlar gibi uçu karakteristikleri hesaplanr [1]. Yörünge benzetimleri ihtiva ettikleri modeller ve sadakat seviyeleri bakmndan basit nokta kütle simülasyonlarndan, karmak alt serbestlik dereceli döngüde donanm simülasyonlarna kadar geni bir çeitlilik gösterir. Bu çeitlilik, simülasyonlara ihtiyaç duyanlarn, silah sistemlerinin analizinden, 269

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gelitirilmesine, satn almndan, operasyonuna kadar farkl amaçlar dorultusunda ortaya çkan simülasyon gereksinimleri ile ekillenip, bir çok yörünge simülasyonu gelitirmesinde kendi göstermektedir. Modellenen sistemlerin karmakl ve gelitirilen yazlmlarn hesap youn olmalar nedeni ile simülasyon projelerinde baarszlk riski yüksektir. Buna ramen, gözlemlerimiz yörünge simülasyonu gelitirme faaliyetlerinin farkl gruplar tarafndan, ayrk olarak yürütüldüünü göstermektedir. Baarsz olma riski bir yana, bu durum entellektüel igücünün benzer problemlerin çözümü için boa harcanmasna, her gelitirilen simülasyon için birbirinden ayrk yürütülen dorulama çalmalar ise kaynak israfna neden olmaktadr. Bu problemin çözümüne yönelik olarak sistematik bir yazlm yeniden kullanm yaklam gerektii deerlendirilmektedir. Bu çalmada yörünge simülasyonu alan bilgisi, tasarm ve kodu yeniden kullanmna olanak salayan bir yeniden kullanm altyaps gelitirilmitir. Çalmada alan mühendislii prensipleri ile uyumlu olarak kurulan ontoloji temelli yeniden kullanm yaklam benimsenmitir. Bu yaklam, model yönelimi gelitirme pratikleri ile desteklenerek, simülasyon gelitirme ömür devri boyunca, alan bilgisi ve yazlm ürünlerinin yeniden kullanmn salayacak ekilde zenginletirilmitir. lk olarak yörünge simülasyonu gelitirilmesi konusundaki alan bilgisi TSONT (Trajectory Simulation ONTology) olarak isimlendirilen ontolojide yapsallatrlmtr [2, 3]. Kurulan ontoloji temel alnarak, Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi tasarlanmtr. Bu tasarm, model yönelimli bir yaklam ile evrilerek MATLAB platformu için bir 6 DOF yörünge simülasyonu çerçevesi tasarlanp gelitirilmitir. Güdümlü bomba simülasyonu PUMA, bu yeniden kullanm altyaps üzerinde gelitirilmitir. Çerçeve tamamlama yöntemi ile gelitirilen PUMA ile yeniden kullanm altyapsndan sadece kod düzeyinde deil, ayn zamanda bilgi ve tasarm düzeylerinde de yarar salanm ve bu yolla da gelitirilen alt yap geçerlenmeye çallmtr.

2. ONTOLOJ TEMELL YENDEN KULLANIM

Yazlm yeniden kullanm altyaps yazlm gelitirenin yeniden kullanmna sunulan ürünlerin tamamdr. Alan mühendislii ise bu altyapnn gelitirilmesi eylemi olarak deerlendirilebilir. Alan çözümlemesi, altyap tanmlanmas ve altyap gelitirmesi, alan mühendisliinin en temel admlardr [4]. Alan çözümlemesi, problem alanndaki yazlm tanmlamas ve gelitirilmesinde yeniden kullanlabilecek bilginin belirlenip, toparlanmas sürecidir [5]. Bu sürecin sonunda alan modeli ortaya çkarlr. Alan modelinin oluturulmasndaki en büyük problem alandan toplanan bilginin bir yandan insann anlayabilecei bir yapda sunulmas gerekirken bir yandan da bilgisayarn anlayaca bir formalizme sahip olma gerekliliidir. Bu 270

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gereksinimlerin karlanmas için ontoloji tabanl alan mühendislii yaklam uygulanmtr [4]. Ontoloji bir çok ekilde karmza çkabilir fakat temelde terimleri ve terimlerin anlamlarn içerir. Bu içerik, bir alan yapsallatran kavramlarn tanmlarn ve ne ekilde birbirleri ile ilikili olduklarn da kapsar [6]. Alan modelinin ontoloji olarak gelitirilmesinin amac ilk olarak yörünge simülasyonu gelitirenler arasnda ortak bir dil yaratmaktr. Yörünge simülasyonu gelitirme konusundaki bilgi birikimini sistematikletirmek ise dier bir amaçtr. Son on sene içinde ontolojiler bir çok mühendislik uygulamasnda kullanlmlardr [7, 8, 9, 10 ve 11]. Biz de bu çalmada ontolojiyi yörünge simülasyonu alan bilgisinin toparlanmas ve yörünge benzetimi gereksinimlerinin tanmlanmas için kullandk. Bu yaklamn bize yarar ise yapsallatrlm bir dokümantasyon, baklabilirlik, güvenirlik, bilgi yeniden kullanm ve birlikte çalabilirlik oldu [4]. 3. TSONT

Yeniden kullanm altyapsnn alan modeli olarak gelitirilen TSONT, yörünge simülasyonu gelitirenlerin alan kavramsallatrmalarn somutlatrmaktadr. Bu bölümde ksaca deinilecek olan TSONT hakknda daha detayl bilgi için [2 ve 3] incelenebilir. TSONT OWL dilinde (Web Ontoloji Dili) [12] Protege editörü kullanlarak gelitirilmitir. Ontoloji yörünge simülasyonu alanndaki kavramlar snflar olarak tanmlam, snflar aras özellik-genellik ve parça-bütün gibi ilikileri kullanarak da kavramlar arasndaki ilikileri modellemitir. Yörünge simülasyonu için kullanlan fonksiyonlar da snflar olarak modellenmi ve dier snflar ile ilikilendirilmitir. Fonksiyonlar aras bamllk ilikisi benzer bir yöntem ile ontolojiye dahil edilmitir. Matematiksel modeller DAVE-ML ile kodlanarak ontolojiye entegre edilmitir.

ekil 1 TSONT’tan Örnek Snflar

ekil 1’de sol tarafta TSONT en üst seviye snflar, sa tarafta ise hiyeraride daha altlardan bir alnt sunulmaktadr. TSONT yörünge simülasyonu alann, en üst seviyede snf, nesne, fonksiyon gibi SUMO (Suggested Upper Merged Ontology) [13] üst ontolojisi snflar ile eletirilmi OWL snflar halinde kavramsallatrmtr. Daha sonra bu üst seviye OWL snflar, alandaki 271

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hiyerariyi kapsar ekilde detaylandrlmlardr. Bu detaylandrmaya örnek oluturmas için ekil 1’in sa tarafnda yörünge simülasyonlarnda kullanlan itki modellerinin hiyerarisinin bir ksm sunulmutur.

ekil 2 Trajectory Simulation Snf Tanm

TSONT, hiyerari içindeki snflarn her birinin tanmlarn da içerir. Bu tanmlar konuma dilinde yazlm açklamalar ve snfn dier snflar ile ilikilerini içerir. Örnek olarak Trajectory Simulation snfnn tanm ekil 2’de sunulmutur. Bu tanmda yörünge simülasyonunun bir mühimmata sahip, fazlardan oluan, Compute Trajectory ve Initialize Simulation servisleri sunan bir snf olarak kavramsallatrld görülmektedir. 4. YENDEN KULLANIM ALTYAPISI

Alan mühendislii pratii uyarnca yeniden kullanm altyaps, alan modeli olan TSONT üzerine gelitirilmitir. Altyap tanm olarak Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi gelitirilmitir. Mimari TSONT’un üstüne kurulduu için tasarmn alan bilgisine izlenebilirlii kolaylamtr. Ontoloji statik emann oluturulmasnda, arayüzlerin tanmlanmasnda ve 272

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara davranlarn tanmlamasnda yol gösterici olmutur. Ontolojide tanmlanan taksonomi kullanlarak mimarideki snflarn kaltm emas tasarlanm, fonksiyon tanmlar kullanlarak, mimarideki arayüzler ekillendirilmi ve bamllklar kullanlarak da çerçevenin davran yaps oluturulmutur. Bu çalma ile TSONT’un bilgi yeniden kullanm olanaklar geçerlenmitir. Daha sonra Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi kullanlarak, model yönelimli bir yaklam izlenerek MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi tasarlanmtr. Bu tasarm spesifik bir platform olarak MATLAB’ ve belirli bir problem kümesi olarak 6 DOF simülasyonlar iaret etmektedir. ki tasarm da UML kullanlarak tanmlanmtr [14]. Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisinin, bir platform ve problem alt kümesi için kullanlmas tasarm yeniden kullanmna bir örnek olarak görülebilir. Bu örnekle yeniden kullanm altyapsnn tasarm yeniden kullanm olanaklar geçerlenmitir. ALAN ÇÖZÜMLEMES

Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi

TSONT

Ön Tasarm

ALTYAPI TANIMLAMA

ALTYAPI GELTRME

MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi

MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi

Model Detaylandrma

Çerçeve Gelitirme

UYGULAMALAR

PUMA

Çerçeve Tamamlama

ekil 3 Yeniden Kullanm Senaryosu ([15]'ten uyarlanmtr)

Ontoloji tabanl yeniden kullanm senaryosu ekil 4’te sunulmutur. Altyap gelitirme admnda, MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi kullanlarak, nesne yönelimli uygulama çerçevesi gelitirilmitir [15]. MATLAB’n nesne yönelimli programlama yetenekleri kullanlarak gelitirilen çerçeve 48 snftan ve 3582 satrdan olumaktadr. Bu çerçeve üzerine, çerçeve tamamlama yöntemi ile PUMA olarak anlan bomba yörünge simülasyonu gelitirilmitir. Bu uygulama yeniden kullanm altyapsnn kod yeniden kullanmna olanak saladnn kant olarak görülebilir. 5. GÜDÜMLÜ BOMBA SMÜLASYONU

PUMA sabit kanatl platformdan braklan kurgusal bir güdümlü bombann yörüngesinin hesaplanmas için kullanlan bir simülasyondur. ekil 5’de görüldüü gibi, bombann güdüm sistemi güvenli ayrlma için platformdan brakldktan ksa bir süre sonra devreye girmektedir.

273

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4 PUMA Kavram

ki fazdan oluan PUMA simülasyonunun ilk faz serbest uçu olarak, ikinci faz ise güdümlü uçu olarak modellenmitir. Güdümlü uçu faznda mühimmatn polinom güdüm kuralna [16] uygun olarak yönlendirildii varsaylmtr. Simülasyonda ICAO standart atmosfer modeli [17] kullanlmtr.

ekil 5 Örnek PUMA Yörüngesi ve Uçu Parametreleri

Örnek bir PUMA koumu sonucu elde edilen yörünge ve zamana bal hücum açs ekil 6’da sunulmutur. PUMA gelitirilirken çerçevenin 2408 satr kodu yeniden kullanlm, çerçeve 16 yeni snf, 720 satr kod eklenmitir. Yeniden kullanmn baarmnn bir göstergesi, yeniden kullanlan kodun satr saysnn, toplam satr saysna orann olan yeniden kullanm oran [18] PUMA için %77’dir. Bu deer uçu simülasyonu alannda % 60 ile %90 aral olarak raporlanan yeniden kullanm oranlar [19] ile uyumludur. 5. SONUÇ

Bu bildiride sunulan çalmada güdümlü bir bombann simülasyonu sistematik bir yazlm yeniden kullanm yöntemi ile gelitirilmitir. Bu gelitirme sürecinde, ontolojiye dayal bir yeniden kullanm altyaps ile kod yeniden kullanmndan 274

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara daha fazlasnn baarlabilecei gösterilmi, bilgi ve tasarmn yeniden kullanm baarlmtr. Yeniden kullanm yöntemi ontoloji tabanl alan mühendislii pratiklerine dayandrlm, bu pratikler model tabanl gelitirme tecrübeleri ile harmanlam ve simülasyon gelitirme ömür devrinde çok admda yeniden kullanma olanak salayan bir yeniden kullanm altyaps ortaya koyulmutur. Altyap, TSONT, Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi, MATLAB 6 DOF MATLAB Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi, MATLAB 6 Serbestlik Dereceli Yörünge Simülasyonu Çerçevesinden olumaktadr. Çerçeve tamamlama yöntemi ile bir güdümlü bomba simülasyonu gelitirilmi ve böylece altyapnn geçerlenmesi yönünde bir adm atlmtr. Bu çerçeve üstüne yeni uygulamalar gelitirildikçe, Platformdan Bamsz Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi Kullanlarak yeni çerçeveler tasarlandkça ve TSONT kullanlarak baka yazlm gelitirme paradigmalar için mimarileriler gelitirildikçe Yörünge Simülasyonu Yeniden Kullanm Altyaps daha olgun ve geçerlenmi bir hal alacaktr. KAYNAKÇA

[1] U.S. Department of Defense, (1995), “Missile Flight Simulation, Part One Surface-to-Air Missiles”, MIL-HDBK 1211. [2] U. Durak, , G. Mahmutyazcolu ve H. Ouztüzün, (2005). “Domain Analysis for Reusable Trajectory Simulation”. Euro SIW’05, Toulouse, Fransa, 303-312. [3] U. Durak, H. Ouztüzün ve K. der, (2006), “An Ontology for Trajectory Simulation”. Proceedings of the 2006 Winter Simulation Conference, Monterey, CA, ABD. [4] R.A. Falbo, G. Guizzardi ve K.C. Duarte, (2002), “An Ontological Approach to Domain Engineering”. International Conference on Software Engineering and Knowledge Engineering, Ischia, talya. [5] G. Arango , (1989), “Domain Analysis: From Art to Engineering Discipline”. In Proceedings of 5th International Workshop on Software Specification and Design, Pittsburgh, PA. [6] M. Uschold, M. King, (1995), “Towards a Methodology for Building Ontologies”, In Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing, held in conjunction with IJCAI-95, Montreal, Kanada. [7] J. Benjamin, P. Borst, J.M. Akkermans ve B.J. Wielinga, (1996), “Ontology Construction for Technical Domains”, In Proceedings of the 9th European Knowledge Acquisition Workshop on Advances in Knowledge Acquisition, 98114. [8] W.M. Borst, J.M. Akkermans, (1997), “Engineering Ontologies”, International Journal of Human-Computer Studies, 46 (2/3), 365-406. 275

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [9] G. Schreiber, B. Wielinga ve W. Jansweijer,(1995), “The KACTUS View on the 'O' Word”, In Proceedings of IJCAI95 Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing, Montreal, Kanada. [10] M. Ciocoiu, M. Gruninger ve D.S. Nau, (2001), “Ontologies for Integrating Engineering Applications”, Journal of Computing and Information Science in Engineering, 1(1), 12-22. [11] U. Avc, . Kayr ve H. Ouztüzün, (2005), “An OWL Ontology for Shell Trajectories”, Journal of Defense Sciences, 4(1), 123-140. [12] G. Antoniou ve F. van Harmelen, (2004), “Web Ontology Language: OWL”, Handbook on Ontologies. International Handbooks on Information Systems, Springer. [13] I. Niles ve A. Pease, (2001), “Towards a Standard Upper Ontology”, In Proceedings of the 2nd International Conference on Formal Ontology in Information Systems (FOIS-2001), Chris Welty and Barry Smith, eds, Ogunquit, Maine. [14] H.E. Eriksson, M. Penker, B. Lyons ve D. Fado, (2004), “UML 2 Toolkit” Indianapolis, Wiley Publishing. [15] U. Durak, H. Ouztüzün, K. der, (2008), “Ontology Based Trajectory Simulation Framework”, Journal of Computing And Information Science In Engineering, 8(1). [16] K. Tiryaki, (2002), Polynomial Guidance Laws and Dynamic Flight Simulation Studies, M.Sc. Thesis, Middle East Technical University, Türkiye. [17] ICAO, (1993) Manual of the ICAO Standard Atmosphere (extended to 80 kilometres (262 500 feet)), ICAO Doc 7488-CD, Third Edition. [18] J. Estublie ve G. Vega, (2005), “Reuse and Variability in Large Software Applications”, ESEC-FSE'05, Lisbon, Portekiz. [19] M.M. Madden, (2001), “Examining Reuse in LaSRS++ Based Projects”, AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Montreal, Kanada.

276

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara HIZ ELETRME LE HIZ VE YÖNELM ELETRME YÖNTEMLER KULLANILARAK MÜHMMAT AKTARIM YÖNLENDRME PERFORMANSLARININ KARILATIRILMASI

A. Güray PEHLVANOLU (a), Yücel ERCAN (b), Mutlu D. CÖMERT (c), Tolga SÖNMEZ (d)

(a)

TÜBTAK-SAGE, Sistem Müh. Bir., 06261, Ankara, [email protected]

(b) (c) (d)

Prof. Dr., TOBB ETÜ, Makina Müh. Böl., 06560, Ankara, [email protected]

Dr., TÜBTAK-SAGE, Özel Projeler., 06261, Ankara, [email protected] Dr., TÜBTAK-SAGE, Seyrüsefer Bir., 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu makalede, ölçüm olarak uçak ve mühimmat arasndaki hz farklarnn kullanld hz eletirme ile hz ve yönelim farklarnn kullanld hz ve yönelim eletirme yöntemleri kullanlarak, uçan yatay düzlemde yapt bir manevra için aktarm yönlendirme (AY) performanslar karlatrlmaktadr. Bunun için belirtilen ölçümler, mühimmat hz, yönelim ve ataletsel ölçer hatalarnn durum olarak modellendii bir Kalman Filtresi’nde (KF) ilenmektedir. Hz eletirme ile hz ve yönelim eletirme yöntemleri arasndaki karlatrma, KF tarafndan hesaplanan hata durumlar standart sapma deiimleri kullanlarak yaplmaktadr. Anahtar Kelimeler: Aktarm Yönlendirme, Hz Eletirme, Hz ve Yönelim Eletirme, Kalman Filtresi. ABSTRACT

In this paper, transfer alignment performances for a maneuver made by an aircraft in the horizontal plane are compared by using velocity match method which uses velocity differences and velocity and attitude match method which uses velocity and attitude differences between aircraft and weapon as measurements. This is achieved by processing the indicated measurements in a Kalman Filter in which weapon velocity, attitude and inertial sensor errors are modeled as states. Comparison between velocity match and velocity and attitude match methods is done by using standard deviation variations of error states calculated by the Kalman Filter. Keywords: Transfer Alignment, Velocity Match, Velocity and Attitude Match, Kalman Filter.

277

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Ataletsel seyrüsefer veya navigasyon, dönüölçerler ve ivmeölçerler tarafndan salanan ölçümler kullanlarak, bunlarn monte edildii platformun konumunun belirlenmesidir. Ataletsel navigasyon sistemleri (ANS), monte edildikleri platformdan veya bir d kaynaktan sinyal gönderilmesine baml olmayan yaplardr. Dier taraftan ANS açsndan, navigasyonun balangcndaki platform konumunun doru olarak bilinmesi çok önemlidir. Navigasyonun balamasn takiben ataletsel ölçümler kullanlarak konum deiiklikleri kestirilebilir. ANS’lerin yönlendirilmesi, ANS eksenlerinin yöneliminin referans bir eksen takmna göre belirlenmesidir. Havadan braklan bir mühimmatta bulunan ANS’nin, mühimmat uçaktan ayrlmadan önce yönlendirilmesi gereksinimi ile sk sk karlalmaktadr. Bunun için uygun referans uçan kendi ANS’sidir. Dolaysyla böyle bir mühimmat ANS’sinin yönlendirilmesi “aktarm yönlendirme (AY)” olarak tanmlanan bir ilemle verinin uçak ANS’sinden mühimmat ANS’sine aktarlmas yoluyla elde edilebilir [1]. Uçu srasndaki en basit yönlendirme tekniklerinden birisi bir anlk AY’dir. Bu yöntem; uçak konum, hz ve yönelim verilerinin, iki ANS arasndaki moment kolu da dikkate alnarak dorudan mühimmat ANS’sine kopyalanmas eklindedir. Fakat bu durumda, verinin aktarld anda uçak ve mühimmat ANS’leri arasnda bulunan açsal kaçklk, mühimmat ANS’sindeki açsal hata olarak ortaya çkmaktadr. Dolaysyla bu tekniin baars, yönlendirmenin yapld anda iki sistem arasndaki bal yönelimin doru olarak bilinmesine baldr. Dier taraftan, genelde statik yani sabit ve dinamik yani deiken hatalardan dolay iki sistem arasndaki bal yönelim doru olarak belirlenememektedir. Sonuç olarak, bir anlk AY ile istenilen doruluk seviyesinin elde edilmesi pek mümkün olmadndan, daha doru yöntemlerin kullanlmas ihtiyac ortaya çkmaktadr. Bir anlk AY yöntemi ekil 1 (a)’da gösterilmektedir [1-2]. Daha doru sonuçlarn elde edilebilecei bir AY, uçan yapt belirli bir manevra esnasnda ve belirli bir süre boyunca uçak ve mühimmat ataletsel ölçümlerinin eletirilmesi yani karlatrlmas ile gerçekletirilebilmekte olup, ekil 1 (b)’de gösterilmektedir. Buna göre bir anlk AY ilemi ile elde edilebilecek ilk kaba yönlendirme, ataletsel ölçüm eletirme ilemi ile daha doru hale getirilmektedir. Bu ekilde yaplan bir AY ile hem mühimmatn hz ve yönelim hatalar kestirilebilmekte hem de mühimmat ataletsel ölçerlerindeki hatalar kestirilerek ataletsel ölçer kalibrasyonu yaplabilmektedir [1-6]. Bu çalmada, eletirilecek uçak ve mühimmat ölçümleri olarak hz ile yönelim seçilmi ve bu ölçümler kullanlarak elde edilen sonuçlar karlatrlmtr.

278

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

(a) Bir anlk AY

(b) Ataletsel ölçüm eletirme ile AY ekil 1 AY yöntemleri

2. TEOR

Bu ksmda, ekil 1 (b)’de gösterilen yöntemin uygulanabilmesi için gerekli temel bilgiler ve eitlikler verilmektedir. Eitliklerin türetimi [7]’de açklanmaktadr. 2.1. Uçak Ataletsel Navigasyon Sistemi

Uçu srasnda uçak konumu (Xm), uçan navigasyon eksen takmna göre hz ( Vmn ) ve uçak gövde eksen takmndan navigasyon eksen takmna dönüümü ifade eden dorultu kosinüs matrisi (DKM, C nm ) uçak ANS tarafndan hesaplanmaktadr. Uçak konum vektörünün bileenleri enlem (L), boylam (l) ve yükseklik (h); hz vektörünün bileenleri ise kuzey, dou ve aa yönlerdeki hzlardr. Mühimmat ANS’sine göre oldukça hassas olan uçak ANS’sinin, standart sapmalar [7]’de verilen hatalara sahip olduu varsaylmaktadr. 2.2. Mühimmat Ataletsel Navigasyon Sistemi

Uçu srasnda mühimmat konumu (Xs), mühimmatn navigasyon eksen takmna göre hz ( Vsn ) ve mühimmat gövde eksen takmndan navigasyon eksen takmna dönüümü ifade eden DKM ( C sn ) mühimmat ANS tarafndan hesaplanmaktadr. Mühimmat konum vektörünün bileenleri enlem (L), boylam (l) ve yükseklik (h); hz vektörünün bileenleri ise kuzey, dou ve aa yönlerdeki hzlardr. Mühimmat ataletsel ölçer hatalarnn varsaylan deerleri [7]’de verilmektedir.

279

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.3. Uçak ile Mühimmat ANS’leri Arasndaki Moment Kolu Özellikleri

Merkezi uçak ANS’si olan uçak gövde eksen takmnn x ekseni uçak burnuna, y ekseni uçan sa kanadna, z ekseni ise aaya dorudur. Mühimmatn uçaa göre konum ve yönelimindeki belirsizlikler; montajdan kaynaklanan statik yani sabit ve uçu srasndaki titreim ve esneme etkilerinden kaynaklanan dinamik yani deiken olmak üzere iki ksmdan olumakta olup, bunlarn [7]’de verilen standart sapma deerlerine sahip olduu varsaylmaktadr. 2.4. Moment Kolu Telafisi

AY’nin balatlaca anda mühimmat konumuna, hzna ve yönelimine uçak verileri kullanlarak ilk deer atanmas gerekmektedir. Ayrca uçaa bal uçu srasnda mühimmat konumunun belirli periyotlarda uçak konumu ile güncellenmesi ihtiyac bulunmaktadr. AY’nin gerçekletirilmesi esnasnda KF ölçümlerinin oluturulabilmesi için ise mühimmat ANS’si tarafndan hesaplanan hz ve yönelimle karlatrlmak üzere uçak ANS’sinden mühimmat ANS’sine aktarlan hz ve yönelim verilerine gereksinim duyulmaktadr. Bu nedenlerden dolay uçak konum, hz ve yönelim verileri, uçak ile mühimmat ANS’leri arasndaki moment kolu telafi edilecek ekilde mühimmat ANS’sine aktarlmaktadr. Bu ilem konum, hz ve yönelim için aadaki eitliklerde gösterildii ekilde gerçekletirilmektedir.

ªLº «l » « » «¬h »¼

s

0 0º ªL º ª1 R N  h «l »  « 0 1 >R E  h cos L@ 0 »» C nm r m « » « «¬h »¼ «¬  1»¼ 0 0 m

Vsn

>



@

m Vmn  C nm Zim  Ziem u r m  C nm r m

C sn

C nm C sm

(1)

(2) (3)

burada m ve s indisleri srasyla uçak ve mühimmat göstermektedir. RN, RE, m rm, Zim , Ziem ve C sm ise srasyla dünya meridyen erilik yarçap, dünya yanal erilik yarçap, uçak ve mühimmat ANS’leri arasndaki moment kolu vektörü, uçak gövde eksen takmnn ataletsel eksen takmna göre uçak gövde eksen takmnda ifade edilmi açsal hz, dünya eksen takmnn ataletsel eksen takmna göre uçak gövde eksen takmnda ifade edilmi açsal hz ve mühimmat gövde eksen takmndan uçak gövde eksen takmna dönüümü gösteren DKM’dir.

280

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.5. Aktarm Yönlendirme Manevras

Bu çalmada kullanlan AY manevras bir koordineli dönü yani S manevras olup, toplam manevra süresi yaklak 210 s’dir. Uçan manevra srasndaki yat açs deiimi ekil 2’de gösterilmektedir.

50 40 Yat YatisAçs Acisi[derece] [derece]

30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 0

50

100 150 Zaman [s]

200

250

ekil 2 AY manevras yat açs deiimi 2.6. Kalman Filtre Yaps

Bu çalmada standart bir ayrk zaman KF kullanlm olup, KF yaps ekil 3’te gösterilmektedir. KF ile ilgili açklamalar [8]’de verilmektedir.

Kazanç hesaplama Kk

>

Pk H Tk H k Pk H Tk  R k

@

1

xˆ 0 , P0

xˆ k

Kestirim ) k 1 xˆ k 1

Pk

) k 1 Pk1) Tk 1  Q k 1

zk Kestirim güncelleme xˆ k

Nominal deerler

Kovaryans güncelleme Pk

>I  K k H k @Pk >I  K k H k @T  K k R k K Tk ekil 3 KF yaps

281

>

xˆ k  K k z k  H k xˆ k

@

Güncel durum kestirimi

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Burada  ve H sistem ve ölçüm matrisini, Q ve R sistem ve ölçüm gürültüsünü, P ve K kovaryans ve kazanç matrisini, z ve xˆ ise ölçüm ve durum vektörünü göstermektedir. Bu terimlerin detaylar [7]’de verilmektedir. Durum vektörü; ölçümü uçak ve mühimmat ANS’leri arasndaki hz farklar olan hz eletirme yöntemi için hz (3 adet), yönelim (3 adet), ivmeölçer ve dönüölçer kayma ve orant katsays tekrarlanabilirlii hatalar (12 adet) ile statik moment kolu konum hatalar (3 adet) olmak üzere 21 elemandan olumaktadr. Hz ve yönelim eletirme için bu hata durumlarna statik moment kolu yönelim hatalar (3 adet) ilave edilerek durum says 24’e çkarlmtr. 3. SONUÇLAR

KF tarafndan hesaplanan kovaryans matrisinin köegenindeki saylarn karekökü, ilgili hata durumlarnn standart sapmasna (SS) karlk gelmektedir. Hata durumlar gibi benzetim boyunca güncellenen bu SS deerleri, kestirilen hata durumlarna ne kadar güvenildiini göstermektedir. Yani SS deerlerinin düerek belirli deerlere yaknsamas ilgili hata durumlarnn kestirilebildii anlamn tamakta olup, SS’lar ne kadar küçük deerlere yaknsarsa ilgili hata durumlarnn o kadar iyi kestirildii söylenebilir. ekil 4, 5, 6 ve 7’de hz eletirme (HE) ile hz ve yönelim eletirme (HYE) yöntemleri için KF’de modellenen hata durumlar için manevra boyunca olan SS deiimleri verilmektedir. Burada sadece hz, yönelim ve ölçer kayma tekrarlanabilirlii hatalar ele alnmtr.

0.1 G Vn G Ve

0.08

G Vd

0.06

0.04

0.02

0 0

50

100 150 Zaman [s]

200

Muhimmat Hiz Hatasi SS [m/s]

Muhimmat Hiz Hatasi SS [m/s]

0.1

G Vn

(a) Hz eletirme

G Vd

0.06

0.04

0.02

0 0

250

G Ve

0.08

50

100 150 Zaman [s]

200

(b) Hz ve yönelim eletirme

ekil 4 Kuzey, dou ve aa hz hatalar SS deiimleri

282

250

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 0.02 G alpha G beta G gamma

0.015

0.01

0.005

0 0

50

100 150 Zaman [s]

200

Muhimmat Yonelim Hatasi SS [rad]

Muhimmat Yonelim Hatasi SS [rad]

0.02

G alpha G beta G gamma

0.015

0.01

0.005

0 0

250

(a) Hz eletirme

50

100 150 Zaman [s]

200

250

(b) Hz ve yönelim eletirme

G abrx G abry G abrz

0.01

0.005

0 0

50

100 150 Zaman [s]

200

250

Ivmeolcer Tekrarlanabilirlik Hatasi SS [m/s2]

0.015

0.015 G abrx G abry G abrz

0.01

0.005

0 0

(a) Hz eletirme

50

100 150 Zaman [s]

200

250

(b) Hz ve yönelim eletirme

ekil 6 vmeölçer tekrarlanabilirlik hatalar SS deiimleri 5

x 10

-5

Donuolcer Tekrarlanabilirlik Hatasi SS [rad/s]

Donuolcer Tekrarlanabilirlik Hatasi SS [rad/s]

Ivmeolcer Tekrarlanabilirlik Hatasi SS [m/s2]

ekil 5 Yalpa, yunuslama, sapma hatalar SS deiimleri

G gdrx G gdry

4

G gdrz

3

2

1

0 0

50

100 150 Zaman [s]

200

250

(a) Hz eletirme

5

x 10

-5

G gdrx G gdry

4

G gdrz

3

2

1

0 0

50

100 150 Zaman [s]

200

(b) Hz ve yönelim eletirme

ekil 7 Dönüölçer tekrarlanabilirlik hatalar SS deiimleri

283

250

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. YORUMLAR

ekil 4-ekil 7’deki grafiklerin (a) ve (b) sütunlarnda verilen sonuçlara göre HYE yöntemi kullanldnda hata durumlarnn daha çabuk ve daha doru olarak kestirilmesi anlamnda belirgin bir iyileme olmad görülmektedir. Buna göre, SS’larn yaknsad deerlerin birbirine yakn olduu da gözönüne alndnda, KF’ye 3 durum ilave ederek HYE yönteminin kullanlmasnn HE yöntemine göre önemli bir avantaj salayamad düünülebilir. Dier taraftan HYE yöntemi, yönelim ölçümleri üzerindeki gürültüyü ifade eden yönelim belirsizliklerinin dinamik ksmna oldukça baldr. Gürültü seviyesi burada olduu gibi yüksek tutulursa, KF’nin farkl irtifa ve hzlarda yaplacak zorlayc manevralar altnda raksamadan çalmas yani gürbüz bir tasarma sahip olmas salanabilmektedir. Yani ekil 4-ekil 7’de verilen sonuçlar gürbüz KF tasarmn göstermektedir. Dier taraftan hata durumlarnn daha çabuk ve daha doru olarak kestirilmesi isteniyorsa gürültü seviyesinin oldukça düürülmesi gerekmektedir. Fakat bu durumda KF’nin oldukça snrlandrlm bir manevra zarf içerisinde kullanlmas gerekebilecektir. Aksi taktirde KF’nin raksama riski ortaya çkabilecektir. Sonuç olarak; eer HYE yöntemi kullanlarak hata durumlarnn daha çabuk ve daha doru olarak kestirilmesi isteniyorsa en uygun çözüm mühimmat yöneliminin dinamik yani deiken ksmnn aeroelastik uçak modeli araclyla deterministik olarak belirlenerek KF’ye dahil edilmesi ve bu ekilde gürültü seviyesinin düürülmesidir. Böylece farkl irtifa ve hzlardaki manevralar altnda KF’nin raksamas da engellenebilecektir. KAYNAKÇA [1] D.H. Titterton ve J.L. Weston, (1997), “Strapdown Inertial Navigation Technology 1st ed.”, Peter Peregrinus Ltd., London, 1-12 ve 259-276. [2] W. Graham ve K. Shortelle, (1995), “Advanced Alignment Concepts for Precision-Guided Weapons (A-Train)”, Proc Natl ION, 113-124. [3] P. D. Groves, (2003), “Optimising the Transfer Alignment of Weapon INS”, The Journal of Navigation, 56: 323-335. [4] P. D. Groves, G. G. Wilson ve C. J. Mather, (2002), “Robust Rapid Transfer Alignment with an INS/GPS Reference”, Institute of Navigation National Technical Meeting, California. [5] P. D. Groves ve J. C. Haddock, (2001), “An All-Purpose Rapid Transfer Alignment Algorithm Set”, Institute of Navigation National Technical Meeting, California. [6] S. H. Stovall, (1996), “Transfer Alignment”, Naval Air Warfare Center Weapons Divisions, Navigation and Data Link Section, Systems Engineering Division, NAWCWPNS TM 8069, California, 1-35. [7] Y. Yüksel, (2005), “Design and Analysis of Transfer Alignment Algorithms”, Yüksek Lisans Tezi, ODTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara. [8] A. Gelb, (1974), “Applied Optimal Estimation”, The M.I.T. Press, Cambridge, 107-113.

284

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara PERSONEL SEFERBERLK VE BÜTÜNLEME SSTEMNN TUGAY SEVYESNDE SMÜLASYONU

Levent KARAMALAK (a) , Danment VURAL (b)

(a) Per.Yzb., KHO, Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654, Ankara, [email protected] (a) P.Yzb., KHO, Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654, Ankara, [email protected]

ÖZET Türk Silahl Kuvvetleri, ekonomik ve politik sebeplerden dolay personel mevcutlarn bar zamannda asgari seviyede tutmakta ancak bir sava durumunda mevcutlarn sefer kadrosu olarak adlandrlan rakamlara yükseltmek maksadyla “Personel Seferberlik ve Bütünleme Plan” hazrlamaktadr. Söz konusu sistem birliklerinin sava gücünü dorudan etkilemesine ramen, plann uygulanabilirliinin denenmesi, ancak snrl büyüklükteki bölümüne yönelik arazi tatbikatlarndan istifade ile salanabilmektedir. Bir baka deyile, sistemin bütününe ilikin performans ancak gerçek bir seferberlik durumunda görülebilecektir. Bu çalmann amac; Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemini simülasyon metoduyla analiz etmek, böylece potansiyel problem sahâlârn tespit ederek bu problemlere ilikin çözümler önermektir. Bu balamda, önerilen modelin karar verici(ler) için uygun bir karar destek arac olarak kullanlmas hedeflenmektedir. Simülasyon modeli ARENA simülasyon program kullanlarak gelitirilmitir. Modelden elde edilen veriler ise deneysel tasarm ve sralama/seçme prosedürü kullanlarak analiz edilmitir. Anahtar Sözcükler: Simülasyon, Personel Seferberlii, Personel Bütünlemesi. ABSTRACT During peacetime, Turkish Armed Forces maintains the number of personnel in its units at minimum level because of some political and economical reasons, but it uses “Personnel Mobilization and Deployment System” to enable its units to reach the numbers sufficient to combat in a war situation. Although this system has a great effect on the combat power of the Army, for only a small part of the system can Turkish Armed Forces perform field exercises to see its activity. In other words, the performance related with the whole system could be seen only during a real war situation. The purpose of this study is to analyse the Personnel Mobilization and Deployment System by using the simulation method, to find potential problem areas and to offer feasible solutions for them. Thus, the proposed model is thought to be a scientific support mechanism for the decision maker(s). The system is

285

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara modeled by ARENA Simulation Software Package. Experimental design and weighting/choosing method were used in numerical investigations. Keywords: Simulation, Personnel Mobilization, Personnel Deployment. 1. GR

Günümüz silah teknolojileri büyük ölçüde gelimesine ramen, askeri sistemler içinde insan faktörü en önemli unsurlardan biri olma özelliini hâlâ korumaktadr. Dünya üzerindeki dier birçok ülke gibi Türk Silahl Kuvvetleri de, ekonomik ve politik sebeplerden dolay personel mevcutlarn bar zamannda asgari seviyede tutmakta ancak bir sava durumunda mevcutlarn sefer kadrosu olarak adlandrlan rakamlara yükseltmek maksadyla “Personel Seferberlik ve Bütünleme Plan”n kullanmaktadr. Türk Silahl Kuvvetlerince kullanlan dier birçok sistem gibi, muharebe sahasndaki baar üzerinde büyük etkisi olan bu sistem de arazi tatbikatlarna ve analize ihtiyaç duymaktadr. Bu noktada karlalan problem ise bu sistemin sadece bir alt bölümü olan Tugay Teslim Alma Kuruluna ait faaliyetlere ilikin tatbikatlar yaplabilmesidir. Bu da sistemin genel performans hakknda kesin sonuçlara varabilmek için yetersizdir. Çalmada çözülmeye çallan problemeler aada belirtilmitir: x x x

Beklenen performanstan sapmalar olup olmadnn tespit edilebilmesi maksadyla; mevcut sistem bir bütün hâlinde ve sava koullarnda test edilmelidir. Mevcut sisteme alternatif sistemler deiik koullar altnda denenmelidir. Sisteme ait kritik performans ölçütleri tespit edilmelidir.

Yukarda belirtilen problemlere çözüm salayabilmek maksadyla, mevcut sistemin örnek bir tugay (personel mevcuduna ilikin bilgiler rasgele belirlenmi olup, tamamen gerçek ddr.) seviyesinde simülasyon modeli gelitirilmitir. Bu model hazrlanrken ARENA 3.0 program kullanlmtr. Günümüz savalarna yol açan krizlerin ani gelien ve ksa sürede bir sonuca varan bir eilim gösterdii deerlendirilerek model üstündeki analizler sadece seferberliin ilk on günü için gerçekletirilmitir. Herhangi bir sava durumunun müteakip günleri için, üzerinde çallan sistemin modellenmeye müsait kat kurallar olmad deerlendirilmektedir. Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi sonlu bir sistemdir. Balangç koulu muharebenin balamas ve seferberliin ilan, biti koulu ise on günlük sürenin bitimidir. Çalmann 2’nci bölümde, Personel Seferberlik ve Bütünleme sisteminin simülasyon modeli açklanmaktadr; 3’üncü bölümde, gelitirilen model yardmyla alternatif sistemlerin karlatrlmasna ait çalmalar sunulmaktadr; 4’üncü bölümde sonuç ve deerlendirmeler yer almaktadr. 286

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. SMÜLASYON MODEL

Çalmann banda, Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin simülasyon modeli oluturulmutur. Çalmada simülasyon yaklamnn kullanlmasnn nedenleri aada belirtilmitir: a. ncelenen sistem birçok belirsizlik içermektedir. Örnein: x Zayiat miktarlar, x Bar zamannda birliklere tahsis edilen yedek personel mevcutlar, x Sefer göreviyle görevlendirilmi vatandalardan seferberlik günü birliine katlacaklarn mevcutlar. b. Bar artlarndaki ekonomik, politik ve teknik sebeplerden dolay sistemin bütününün denenmesinin imkânszl, simülasyon metodunun bu gibi durumlarda salad destekle giderilebilmektedir. c. Simülasyon metodu ile gerçek hayatta gözlemlenen rastlantsal olaylarla da çallabilmektedir. ç. Tasarlanan alternatif sistem karlatmalarnda mevcut farklar saysal olarak gözlemlememize ve deerlendirmemize yardmc olmaktadr. 2.1. Modelin Varsaymlar

Modelleme; bilimsel olduu kadar ayn zamanda da bir sanattr. Bu sanat; problemin gerekli unsurlarnn özetlenmesi, sistemi karakterize eden temel varsaymlarn yaplmas ve böylece sistemin kullanl bir benzetiminin elde edilmesiyle yükseltilir [2]. Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi modellenirken kullanlan belli bal varsaymlar aada belirtilmitir: x x x x

Model bir personel bütünleme bölüü tahsisli ve sefer kadrosu toplam olarak 7000 (316 subay, 653 astsubay, 6031 erba/er) olan bir tugay için oluturulmutur. Sistemin performansnn zor artlar altnda denenmesi amaçlandndan, seferberliin ilan ile tugayn muharebeye giriinin ayn zamana denk geldii varsaylmtr. Büyük zayiatlar muharebenin ilk günleri olutuundan ve sistemin ileyii gelien durumlara göre ilk on günden sonra esnekletiinden sistem sadece ilk on gün için modellenmitir. Örnek tugay için bar zamannda hazrlanan planlar, hazrlkl mevzide savunma muharebe türüne göre hazrlanmtr.

2.2 Veri Toplanmas ve Girdi Verisi Analizi

Veri toplama faaliyeti veri azl ve mevcut verilerin geçmi savalar ile tatbikatlara dayanmas nedeniyle çalmann en zor basamaklarndan biri olmutur. Zayiat oranlar ile zayiat mevcutlar içindeki subay, astsubay ve erba/er oranlar belirlenmesinde yakn tarihte yer alan savalara ait istatistiki deerler esas alnmtr [3]. Ancak söz konusu deerlere gerçek hayattaki 287

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belirsizlikleri ve olaslklar dahil edebilmek maksadyla; yönergede belirtilen sabit oranlar Uniform dalm fonksiyonunun parametrelerinin orta noktalar olarak kullanlmtr. Benzer ekilde; zayiat oluumlar ve yedek personelin görevlendirildikleri birliklere katl zamanlar için Poisson dalm, yedek personelden birliine katlanlarn miktar ile tedaviden sonra tekrar birliine dönebilecek personelin mevcutlar için Triangular dalm (Law ve Kelton (2000)) kullanlmtr. Bütünleme birlikleri arasndaki intikal süreleri, zayiat raporlaryla ilgili yazma ve koordine faaliyetleri için harcanan süreler vb. deikenlere ait deerler ise uzman tecrübeleri kullanlarak modellenmitir. 2.3 Model Doruluu ve Geçerlii

Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin doru ve geçerli modelini oluturabilmek maksadyla; Yüz Geçerlii, Turing Testi, Veri Analizi, Yazlm Analizi, cra Profili Çizimi ve Animasyon metodlar kullanlmtr [4]. 3. SMÜLASYON MODELNE AT UYGULAMALAR 3.1. Alternatif Sistem Karlatrmalar

Bu bölümde, mevcut sistemin yetersizliklerini giderebilecek alternatif sistemleri analiz etmek maksadyla üç alternatif sistem (mevcut sistemle beraber dört), üç farkl senaryo ve dört ana performans ölçütü tanmlanmtr. a. Kullanlan alternatif sistemler unlardr: (1) Mevcut sistem, (2) Modifiye edilmi mevcut sistem, (3) Tek kadrolu yaklam, (4) Modifiye edilmi tek kadrolu yaklam. kinci ve dördüncü alternatiflerde ad geçen modifikasyon, ön analizler srasnda elde edilen gözlemlere dayanarak sistemin daha iyi ileyebileceinin deerlendirildii bir deiikliktir. Bu deiiklikte; Personel Bütünleme Bölüüne tahsisli yedek subay ve astsubaylarn, Tugay Teslim Alma Kurulundan Personel Bütünleme Bölüü yerine dorudan dari Hizmet Takmna gönderilmesi önerilmektedir. Üçüncü ve dördüncü alternatiflerde ad geçen tek kadrolu yaklam ise hem barta hem seferberlik durumunda ayn kadroyu kullanan birlikleri önermektedir. b. Karlatrmalarda kullanlan senaryolar unlardr: (1) “Hazrlkl mevzide savunma” (Bu muharebe türü tugayn personel bütünleme planlarna esas olan muharebe türüdür.), (2) “Hazrlkl mevziye taarruz” (Bu muharebe türü tarihsel istatistiklerin kaydettii en büyük zayiat oranna sahip muharebe türüdür.), (3) “Zayiat oran iki kat artrlm hazrlkl mevziye taarruz” (Bu senaryo, Nükleer, Biyolojik ve Kimyasal silahlarn kullanld muharebe türü olarak düünülebilir. Sistemlerin yüksek zayiat oranlaryla zorlanarak daha salkl sonuçlar elde edilebilmesi için düünülmütür.). 288

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara c. Karlatrmalarda kullanlan ana performans kriterleri unlardr: (1) Mevcut personelin sefer kadrolarna oranlar, (2) Ordu Personel Bütünleme Alayndan istenen yedek personel miktar, (3) dari Hizmet Takm tarafndan tugaya zamannda salanamayan yedek personel miktar, (4) Yedek personelin Tugay Teslim Alma Kuruluna katlndan cephedeki birliklerine sevkine kadar geçen süre. Yukarda bahsedilen her ana kriter subay, astsubay ve erba/er olmak üzere üç alt kritere sahiptir. Bir baka deyile, karlatrmalar toplam 12 kriter kullanlarak yaplmtr. Alternatif sistem karlatrmalarnda Dalal ve Dudewicz (D&D) [5] yöntemi kullanlmtr. D&D metodu uygulanrken, belli bir olaslkla en iyi alternatifi seçmede yaplacak hata deerinin karar verici tarafndan belirlenen bir deerden büyük olmamas salanmtr [6]. Tablo 1; bütün senaryolara ait karlatrma sonuçlarn içermektedir. Bu tabloda her bir kriter için en iyi olan sisteme ait deer farkl renkle belirtilmitir. Tablo 1’in en sa sütununda alternatifin ald birincilik says gösterilmitir. Bütün kriterlerin ayn arla sahip olduu varsayldnda, bu sütundaki deerlere baklarak herhangi bir senaryoda ve/veya herhangi bir kriter için hangi sistemin en iyi olduu tespit edilebilmektedir. Örnein; ald toplam yedi birincilikle, dördüncü alternatifin üçüncü senaryo için en iyi sistem olduu söylenebilir. Ancak, bu tarz bir sralamann baz sakncalar bulunmaktadr. Sonuçlar incelendiinde, bir alternatif sistem bir kritere göre en iyi alternatifken bir baka kritere göre olmad görülebilir. Tüm kriterleri göz önünde bulundurup, alternatiflerin aldklar birincilik saylarna bakarak da en iyi sistemi seçmek mümkün görülmemektedir. Zayiat oranlarnn artt üçüncü senaryoda, tüm alternatiflerin içinde en iyi alternatif beklentisini yaratan dördüncü sistem ald birincilik saysyla bunu gerçekletirmi gibi görünse de, tüm senaryolar için en iyi sistemi tespit edebilecek bir yöntem gelitirilmelidir. Ayrca yaplacak sralama ilemi, kriter baznda alternatifler arasndaki fark miktarlarn ve kriterlerin karar verici için sahip olduu önem derecelerini de dikkate almaldr. Bu kapsamda, problem artk bir çoklu amaç problemi olduundan, her kriterin arlklarn da göz önünde bulunduran aadaki fonksiyon gelitirilmitir. va(x11(a),x12(a),x13(a),..,x43(a))=w1(w11x11(a)+w12x12(a)+w13x13(a))+...+ w4(w41 x41(a) +w42 x42(a) +w43 x43(a))

(1)

[va: alternatif a’nn toplam deeri (a=1,2,3,4), wij: i’nci ana kriterin j’inci alt kriterine ait arlk, xij(a): alternatif a’ya ilikin inci ana kriterin j’inci alt kriterine ait performans deeri (i= 1,2,3,4 and j=1,2,3)]

289

89.68 90.06 96.50 97.08

88.23 88.44 95.20 95.70

88.72 89.19 94.46 94.93

86.16 86.94 91.97 93.02

ALT1 ALT2 ALT3 ALT4

ALT1 ALT2 ALT3 ALT4

ALT1 ALT2 ALT3 ALT4

173.16 196.50 134.06 146.86

2.

Sb. 80.31 84.65 48.31 49.19

Erb./er 306.01 272.37 327.54 329.37

Sb. 6.87 0.00 5.90 0.00

Astsb. 8.01 0.00 9.53 0.18

Erb./er 0.00 0.00 0.30 2.10

KRTER 3 (d.Hiz.Tk.nn yetersizlii)

310.94 319.22 205.06 214.42

1469.99 1492.27 1475.50 1577.84

23.01 3.56 17.14 4.85

29.52 6.64 27.45 6.24

19.63 8.05 26.89 49.18

T A A R R U Z (kinci Senaryo)

Astsb. 196.62 198.01 88.74 94.94

KRTER 2 (Or.Per.Büt.A.ndan istek)

S A V U N M A (Birinci Senaryo)

116.50 112.63 111.48 113.24

Sb. 109.46 107.12 111.55 104.90

92.79 92.64 94.68 94.69

250.05 253.22 216.57 217.93

415.32 422.63 310.56 306.17

2548.39 2586.84 2546.63 2545.96

290

54.69 23.04 50.13 10.30

72.33 39.70 74.95 30.09

173.86 174.80 170.61 191.43

108.87 107.38 108.72 105.08

101.43 98.16 111.74 108.26

99.53 99.81 118.86 118.07

102.73 102.77 102.54 101.76

109.14 108.67 118.86 118.07

Astsb. Erb./er 93.27 102.48 92.40 103.01 113.57 100.52 112.75 96.63

KRTER 4 (sistemdeki zaman)

T A A R R U Z (Zayiat oran iki kat artrlm) (Üçüncü Senaryo)

94.32 94.35 96.18 96.12

KRTER 1 (mevcutlarn sef.kad.na oran) Sb. Astsb. Erb./er 90.72 90.67 95.73 90.86 90.78 95.75 95.97 97.70 97.60 96.90 97.73 97.52

1.

Tablo 1 Üç farkl senaryo için Dalal ve Dudewicz yöntemiyle yaplan karlatrma sonuçlarnn özeti [1].

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

1 1 3 7

1 3 5 3

1 5 5 3

TOPLAM BRNCLK SAYILARI

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Gelitirilen bu fonksiyonda Tablo 1’deki deerler yerine koyulduunda en yüksek deeri veren alternatif sistemin en iyi sistem olarak seçilmesi hedeflenmitir. Kriterlerin sahip olduklar deerlere ilikin aralklarn farkl olmasndan kaynaklanabilecek hatalar önlemek maksadyla normalizasyon uygulanmtr. Her bir kriter için arlklarn tespit edildii bir sonraki aamada, çoklu amaç problemlerinin çözümünde sklkla kullanlan Analitik Hiyerari Metodu (AHP) kullanlmtr [7]. Bu yöntemi uygularken kriterler ve sistem hakknda bilgilendirilen veya tecrübesi bulunan kiilerden kriterlere matris formatnda önem dereceleri vermeleri istenmitir. AHP ve Expert Choice (Expert Choice Inc.) yazlm paketi kullanlarak bulunan önem derecelerine ait arlk deerleri Fonksiyon 1’de kullanlmtr. Normalize edilen deerler ile AHP yardmyla bulunan arlklar Fonksiyon 1’de yerlerine konularak deer fonksiyonunun her bir kriter için sahip olduu deerler tespit edilmitir. Örnein; birinci senaryo için deer fonksiyonu: v1=0.409*(0.683*0+0.193*0+0.122*0)+0.291*(0.621*0.12+0.289*0.01+0.089*0 .41)+0.173*(0.689*0+0.197*0.16+0.113*1)+0.124*(0.139*0.69+0.228*0.04 +0.631*0.92)=0.144 benzer ekilde v2=0.292, v3=0.76 ve v4=0.843 sonuçlarn vermitir. Alternatiflerin gerçek deerleri; en iyi alternatif “1”, en kötü alternatif ise “0” deerini alacak ekilde normalize edildiinden, Fonksiyon 1’de en yüksek deeri alan alternatif sistem en iyi sistem olacaktr. Bir baka deyile, birinci senaryo için en iyi sistem dördüncü alternatiftir. kinci senaryo için deer fonksiyonlar yazlrsa; v1=0.135, v2=0.224, v3=0.828, v4=0.88 ve son olarak üçüncü senaryo için v1=0.167, v2=0.251, v3=0.786, v4=0.868 bulunur. Bu sonuçlar nda, dördüncü alternatif sistemin tüm senaryolarda en iyi sistem olduu, onun ardndan ise srasyla 3, 2 ve 1'inci alternatiflerin geldii görülebilir. 4. SONUÇ ve DEERLENDRMELER

Bu çalma, daha önce arazi tatbikatlar veya analitik çalmalarla denenmemi Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin simülasyon modelini oluturarak yaplan analizlerle komutanlara karar verme süreçlerinde bilimsel bir araç kazandrmak maksadyla gerçekletirilmitir. Elde edilen sonuçlar mevcut sistemin olas muharebe artlar altndaki davranlarn ortaya koymaktadr. Karar vericilerin tecrübeleri nda tasarlanan alternatif sistemlerle sistem performansnda gelimeler salanabilecei tespit edilmitir. Elde edilen sonuçlarn komutanlara, karar verme sürecinde destek salayabilecei deerlendirilmektedir. Simülasyon modelleri askeri sistemlerdeki aksaklklar ve yetersizlikleri henüz bar zamannda tespit etmede ve çözümleri deerlendirmede büyük kolaylk salamaktadr. Ayrca, ekonomik ve politik sebeplerden dolay sistemin bütünü için bir tatbikat gerçekletirmenin zorluu düünüldüünde, sunulan çalmann Personel 291

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Seferberlik ve Bütünleme Sistemi için yaplan ilk kapsaml çalma olmasyla da iyi bir simülasyon örnei olduu deerlendirilmektedir. Kullanlan simülasyon modeli üzerinde yaplacak basit düzenlemelerle, farkl büyüklükteki ve nitelikteki birlikler için de benzer analizlerin yaplabilecei deerlendirilmektedir. Böylece, sonuçlarn sadece üzerinde çallan örnek tugay için deil Kara Kuvvetleri Komutanlnn tüm birlikleri için kullanlabilmesi, baka alternatif sistemlerin deerlendirilmesi bu sayede karar vericiye bilimsel tabanl destek salanmas mümkün olabilecektir. Ayrca, Kara Kuvvetlerinin tüm birlikleri için benzer bir çalma yaplmas, birliklerin muharebeye hazrlklarnn incelenmesi konusunda deerli bir kaynak oluturabilecektir. Bu bilgiler nda Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi açsndan kritik durumda olan birlikler henüz bar zamannda tespit edilebilecektir. KAYNAKÇA [1] Karamalak L., “Simulation of Personnel Mobilization and Completion System at Brigade Level”, Master Thesis, Department of Industrial Engineering, Bilkent University, (2001).

[2] Banks J., Carson J.S. ve Nelson B.L., Discrete Event Simulation, (PrenticeHall, Inc., New Jersey), (1996). [3] GNKUR 30-9 TSK Personel Zayiat Faktörleri Yönergesi, Genelkurmay Bakanl, Ankara, (1988). [4] Balc O., “Principles and techniques of simulation validation, verification, and testing”, Proceedings Of the 1995 Winter Simulation Conference, pp.147-154. (1995). [5] Dudewicz E.J. ve Dalal S.R., “Allocation of observations in ranking and selection with unequal variances”, Sankhya: The Indian Journal of Statistics, Volume 37, Series B, Pt. 1, pp.28-78. (1975). [6] Law M. ve Kelton W.D., Simulation Modeling and Analysis, (MvGraw-Hill, inc.), (1991). [7] Saaty T.L., The Analytic Hierarchy Process, (New York: McGraw-Hill), (1990).

292

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GÖMÜLÜ SSTEMLERDE SANAL ORTAM TAKTK SAVA OYUNLARI

Ebru ARSLAN (a)

(a)

Yük. Müh., Meteksan Savunma Sanayii A., Beytepe Köyü Yolu No:3 06800 Bilkent-ANKARA, [email protected]

ÖZET

Taktik sava oyunlar, günümüzde konsollarda ve snf ortamlarnda gerçekletirilmek üzere tasarlanm, simülasyon mimarilerine sahip modellerden olumaktadr. Konsol uygulamalarnda taktiksel ve operatör seviyesinde eitim verilmesi amaçlanmaktadr. Gömülü taktik sava oyunlarnn mantnda, gerçek arazi ortamnda, sanal hedefler ve belli bir senaryo çerçevesinde tek personel veya personeller aras bilgiyasar etkileimli eitim verilmesi amaçlanmtr. Bu kapsamda; üç boyutlu sanal ortamda, head mounted display, GPS ve haberleme birimi giyilebilir olarak personele verilmekte ve gerçek sahada sanal olarak eitim almas salanacaktr. Personele giyilebilir bilgisayar ile sanal ortamla olan balants salanmakta, GPS sistemi ve haberleme ünitesi ilede sahada gerçekletirilen sava senaryosunun, tatbikat merkezi tarafndan izlenilebilmesi salanmaktadr. Deiik sava senaryolar eitim balamadan önce ilgili personelin üzerindeki bilgisayarlara yüklenerek, ister eitmen ister personel tarafndan, eitim program seçilerek salanacaktr. Personelin tad silahlar üzerine yerletirilecek olan lazer sistemi sayesinde de, çatma eitimi ortamnn salanmas amaçlanmaktadr. Bu sistem sayesinde, deiik harp ortamlar, silah sistemleri veri tabannda tanmlanarak, istenilen taktik oyun gerçek ortamda oynanabilecektir. Anahtar Kelimeler: Gömülü Sistemler, Head Mounted Display, Taktiksel Sava Oyunlar, ABSTRACT

The design of the tactical war game play in class environment. Aim of the consol application software gives to education for tactical and operational levels. Logic of the embedded tactical war games have virtual targets in real environment. The players use head mounted display, GPS, wireless communication unit and wearable computer system. Wireless communication system and GPS send coordinate data to center of tactical building and wearable computer. Inside wearable computer has secnario of the tactical war game 3 D terrain. The instructor load different scenario data in wearable computer before tactics game. In lazer system and nimble system use for 293

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara weapon. This system use for interactive tactical game environment make realistic. Embedded system also has different weapon system and tactical environment in database. Keywords: Embedded System, Head Mounted Display, Tactical War Game

1.

GR

Günümüzde taktiksel anlamda gerçekletirilen tatbikatlarn maaliyetlerinin yüksek olmas bu alandaki askeri gereksinimlerin modelleme ve simülasyon alannda sanal gerçeklik kullanlarak gerçekletirilmesine sevk etmitir. Tatbikatlarn temel amaçlarn karlayacak ölçüde sanal ortamda gelitirilmesine olanak salamtr. Sanal gerçeklik, bilgisayar ortamnda oluturulan 3 boyutlu resimlerin ve animasyonlarn teknolojik araçlarla insanlarn zihinlerinde gerçek bir ortamda bulunma hissini vermesinin yan sra, ortamda bulunan bu objelerle etkileimde bulunmalarn salayan teknoloji olarak tanmlanr. Sanal gerçeklik balangcta elence sektörü uygulamalarnda kullanldysa da, mühendislik problemlerinin çözümünde gitgide etkisini artrmtr. En önemli uygulamas ise simülasyon uygulamalardr. Örnein askeri alanda bu teknoloji yakn zaman içerisinde yakn muharebe, silah kullanm gibi eitimler için kullanlmtr. 2.

SSTEM PARÇALARI

2.1 Donanm Arabirimler

Donanm tanabilir 4 ana birimden olumaktadr. Personelin arazideki konum bilgisini ileten GPS aparat, HMD (Head Mounted Display) kablosuz iletiimi salayan birim ve silah aparatlarndan olumaktadr. Silah aparat; lazer aparat ve tetik sistemi olmak üzere iki parçadan olumaktadr. Gerçek arazi artlarnda tatbikat yapmak isteyen personel tanabilir tanabilir bilgisayar ile araziye çkma kabiliyetine sahip olacaktr. (ekil 1)

294

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 Sanal Ortam Sava Oyunu Donanm Birimleri

Senaryo gerei ortam görüntüsü, Head Mounted Display araclyla kullancya aktarlmaktadr. Görüntüler; tatbikat arazisinin üç boyutlu görüntüsü, ortam bilgisi ve görü alannda bulunan dier nesnelerin üç boyutlu modellerini içermektedir. Head Mounted Display üzerine yerletirilen hareket alglyclar sayesinde kullancnn arazide nereye bakt verisi görsele ulamaktadr [5]. Bilgisayar sisteminde yer alan grafik kart, sanal ortam uygulamalarnda performans olarak kullanlmas gereken en önemli faktörlerden biridir. Bilgisayarn ana kart ilemcisinin yan sra grafik kart ilemcisininde simülasyonlardaki performans, sadece üç boyutlu görsel çalmalarnda kullanlmaktadr. Programlanabilir ekran kartlar araclyla, hesaplamalar merkezi ilem birimi ile ekran kart ilemcisi arasnda paylatrlacaktr. Bu yöntem sayesinde yüksek performansl ve yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilmesi amaçlanmaktadr. Literatürde ekran kart programlama sanal gerçeklik uygulamalarnda farkl ekillerde kullanlmtr. Örnek olarak sanal gerçeklik emülasyon sistemlerinde görüntü kalitesini arttrmak ve performans yükseltmek için kullanlmtr. Bu konuda yaplan aratrmann sonucu frame per second saylar baz alnarak yaplan karlatrmalarda ekran kart programlama teknii kullanlan uygulamalarn çok daha yüksek performansta caltklar gözlemlenmitir [1]. 295

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ekran kart programlama sanal gerçeklik uygulamalarnda sadece üç boyutlu grafik alannda deil imge ileme alannda da kullanlmtr. Bu konuda yaplan aratrmada ekran kart programlama yöntemine karlk normal merkezi ilemci kullanlm ve süre bazl olarak karlatrmalar yaplmtr. Sonuçta ekran kart programlama yöntemini içeren algoritmalarn dier algoritmalardan çok daha hzl olduklar gözlemlenmitir [2]. Ekran kart programlama genel olarak görüntü kalitesi ve performans arttrmann yani sra grafik ve veri taban teknolojilerinin birlikte kullanld uygulamalarda veri taban ilemlerinde de performas arttrd gözlemlenmitir [3]. Bunun yan sra matematiksel ilemlerde de performans arttrd gözlemlenmitir. Örnein Dank matris (Sparse Matrix) ilemlerinde [4] yine verim salamtr. Koturulan simülasyon uygulamasnda, grafik kartlarnn sahnenin oluumu için uyguladklar bir dizi ilem olan fixed function pipeline ve gölge (shader) uygulamas test edilecektir. Bu ilemler srasnda duraan görüntüler dönüüm denen matematiksel bir ilem sonucunda hareket kazanrlar. Bak açmz her deitirdimizde bir dönüüm olur. Bir üç boyutlu simülasyonun her karesinde kullanlan dönüüm ilemi matematiksel olarak hesaplanr. GPU’nun (Graphic Programming Unit) normal ileyii srasnda izledii, fixed function pipeline’a müdahele edilerek, gelitiricinin hareket ettirmek üç boyutlu nesne üzerinde, istedii hareketleri yapabilmesi salanmtr. Bu simülasyon senaryosunda, simülasyonda yer alan ve modellemenin temelini oluturan dönüüm ilemlerinin, GPU’nun ileyiini kullanarak, simülasyon ve modelleme uygulamalarnda direk kullanlabilecei öngörülmütür. Oluturulan üç boyutlu arazi üzerinde alnabilecek performans ile HMD kullanlarak eitim alan personele gerçekçi arazi koulu salamaktadr. Günümüzde askeri amaçl geni çapl çatma simülatörleri temel olarak göze zarar vermeyen lazerli at yapma ve yaplan at alglama prensibine dayanan sistemler kullanlmaktadr. Bu sistemlerin en yaygn olanlarndan birisi Çoklu Entegreli Lazer Nian Alma Sistemi (MILES) ad verilen sistemdir. Silahtan gelen tetik bilgisi ile üzerine yerletirilen lazer sisteminin ateleme srasnda bilgilerin kablosuz balant ile kullancda tanabilir durumda olan wireless networkten taktik görsel bilgisayarna aktarlmaktadr. Senaryo konsolu tarafndan hazrlanan tatbikat senaryosu gerei üç boyutlu arazi ve dier hedef olarak tekil eden nesneler saha üzerine yerletirilir. Her kullanc GPS koordinat bilgileriyle üç boyutlu görselde sadece bakt yerdeki nesneleri görür. Senaryo birlik baznda çatma simülasyonunu içerdii gibi tek personel ve sanal hedefler bazndada interaktif olarak harp yapabilme kabiliyetine sahiptir.

296

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.2

Yazlm Arabirimler

Yazlm kendi içerisinde iki ana birimden olumaktadr. Tatbikat senaryolarn hazrland konsol yazlm ve üç boyutlu görsel yazlm. Konsol yazlm kullanlarak hazrlanan senaryo üç boyutlu görsel ortamna aktarlarak, kullancnn interaktif olarak harp senaryosuna katlmn salar. Konsol yazlm; senaryo hazrlama ekran, senaryo oynatma ekran ve tatbikat deerlendirme ekranndan olumaktadr. Komutanlar tatbikata ilikin planlamalar iki boyutlu haritalar üzerinde hazrlar. Kullanclar Tatbikat oynatma esnasnda oyun kaydedilerek tekrar oynatma yaplabilmektedir. Tatbikat srasnda veya sonrasnda komutanlar oyun srasndaki birlik baznda veya tek asker baznda deerlendirmesini salayan arayüzdür.

ekil 2 Konsol Yazlm Alt Birimleri

ekil 3 Görsel Senaryo Ekran 297

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Senaryo hazrlama iki boyutlu harita üzerinde ve üç boyutlu görsel üzerindede gerçekletirilebilir. Senaryo hazrlama safhasnda eer kullanclar gerçek tatbikat arazisinde tatbikat yapacaklarsa iki boyutlu harita ve üç boyutlu harita birebir tatbikat arazisi olur. Eer sanal ortamda harp oyunu oynanacaksa kullanc sisteme önceden yüklenmi haritalar seçebilir. Ortam artlarn deitirilebilir. Oyun yükleme aamasnda kullanclarn GPS lerinden konum bilgileri gelir. Böylece komutanlar birlikteki askerlerin nesnel olarak senaryo ekrannda görür. Yazlm altyapsn , silahtan gelen at bilgilerini yorumlayan yazlm kütühanesi ve konsol yazlm birimleri oluturmaktadr. Grafik altyapsnda ODE fizik motoru (Open Dynamic Engine) ve OSG (Open Scene Graph) grafik kütüphanesi oluturmaktadr. Konsol yazlm bünyesinde; harita arayüzü, ortam artlar deitirme arayüzü ve senaryo yükleme arayüzünü bünyesinde barndrmaktadr.

ekil 4 Yazlm Üç Boyutlu Yaps

Kullanlan Head Mounted Display sistemlerinde görüntü kalitesini artrmak ve grafik modellerine gerçekçilik hissi verebilmek için donanmn yan sra yazlm tabanl baz algoritmalar uygulanmaktadr [6]. 3.

SONUÇ

Sanal ortamda interaktif olarak gerçekletirilen gömülü sistemle yaplan tatbikatlarn toplam maliyeti, gerçek bir tatbikatn toplam maliyetinden daha 298

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara düük olmas bu sistemlerin kullanmn artran en önemli faktörlerden biri olacaktr. Sanal ortamda yaplan tatbikatlar sayesinde, gerek snf ortamlarnda bireysel olarak gerekse açk arazide topluluklar halinde interaktif olarak kullancya eitim verebilecektir. Kurulan bu sistemin tanabilir olmas sayesinde açk arazidede kullanlabilecektir. KAYNAKÇA

[1] Qin Gu, Jizhou Sun, “Proceedings of the 2004 ACM SIGGRAPH international conference on Virtual Reality continuum and its applications in industry”, Singapore, 4-1 Rendering, Pages: 197 - 199, 2004. [2] Sugita, K. Takahashi, K. Naemura, T. Harashima, H. , “Focus Measurement on Programmable Graphics Hardware for All in-Focus Rendering from Light Fields, Virtual Reality”, 2004, Pages: 255- 256, IEEE Publication Date: 27-31 March 2004. [3] Naga K. Govindaraju, Brandon Lloyd, Wei Wang, Ming Lin, Dinesh Manocha, Fast computation of database operations using graphics processors, “Proceedings of the 2004 ACM SIGMOD international conference on Management of data”, June 13-18, 2004, Paris, France. [4] “Sparse Matrix Solvers on the GPU: Conjugate Gradients and Multigrid”, ACM Transactions on Graphics, Volume 22, Issue 3 (July 2003) [5] B. Wood and Y. Ding and J. Valasek, “Simulator Control via Wireless Data Glove,” Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Aug. 2003, Austin TX [6] Comwter GraDhiea, Michael Deering,” High Resolution Virtual Reality,” Sun Microsystems Computer Corporation’, 2, Julv 1992.

299

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

300

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SMÜLASYON SSTEMLERNDE KAVRAMSAL MODELLERN TASARIMDA KULLANILMASI – BR VAKA ÇALIMASI

Banu Aysolmaz BOZLU (a), Onur DEMRÖRS(b)

(a) (b)

Çukurova Kalknma Ajans, Sabanc  Merkezi K:7, 01060, Adana, [email protected]

Orta Dou Teknik Üniversitesi, Enformatik Enstitüsü, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Kavramsal modelleme simülasyon gelitirme sürecinde özellikle gereksinim analizi faaliyetleri için zorunlu görülmektedir. Bu alanda önemli bir yaklam, ODTÜ MODSMMER’de gelitirilen KAMA projesidir. Bu yaklam kapsamnda görev uzay kavramsal modellerinin gelitirilebilmesi için bir altyap tanmlamtr. Kavramsal modellerin faydalarn tüm gelitirme sürecine yayabilmek için, modelleri tasarmda da kullanmak gereklidir. Bu konunun önemi çalmalarda vurgulanmasna ramen, nasl kullanlacana ilikin bir açklama bulunmamaktadr. Bu amaçla, mevcut KAMA yaklamn genileten bir metodoloji önerilmitir. Bu metodolojide görev uzay ve simülasyon uzay kavramsal modellerini kullanarak, UML tasarm diyagramlar içeren üst seviye bir tasarmn nasl oluturulabilecei açklanmaktadr. Metodoloji, simülasyon uzay kavramsal modellerinin gelitirilmesi için bir yöntem de içermektedir. Bu bildiride, gelitirilen metodolojiyi deerlendirmek için gerçekletirilmi bir vaka çalmas ve sonuçlar açklanmaktadr. Uygulama, seçilen sentetik ortam simülasyon projesi için görev uzay ve simülasyon uzay kavramsal modellerinin gelitirilmesi, ve kavramsal model diyagramlarnn UML tasarm diyagramlarna dönütürülmesini içermektedir. Anahtar Kelimeler: Kavramsal Modelleme, Simülasyon, Tasarm, KAMA ABSTRACT

Conceptual modeling is a critical phase in simulation development, especially for requirements analysis. An important approach in this area is KAMA project developed within METU Modeling and Simulation Center. An infrastructure to develop mission space conceptual models has been developed within this methodology. To spread the effects of conceptual models to development life cycle, it is necessary to utilize the models in design. Although most approaches emphasize the importance of conceptual model to be used in design activities, 301

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara no explanations are provided on how to do it. A methodology that extends KAMA to develop high level design is proposed. This methodology describes a mechanism to develop UML design diagrams by using mission space and simulation space conceptual model diagrams. The methodology also includes a method to develop simulation space conceptual models. In this paper, the case study conducted to evaluate the methodology and the results of the study are explained. The application includes development of mission space and simulation space conceptual models and UML design diagrams by using the model for the selected synthetic environment project. Keywords: Conceptual Modeling, Simulation, Design, KAMA 1. GR

Kavramsal modelleme simülasyon gelitirme yaam döngüsünde zorunlu görülmektedir. Kavramsal modeller (KM) gelitirmenin erken dönemlerinde sistemin iyi anlalmasn salayarak gereksinimlerin kalitesinin artmasna, gelitirici ile kullanc arasndaki iletiimin gelimesine, ve yazlm ürünlerinin dorulama ve geçerli klma faaliyetlerinin gerçekletirilmesine yardmc olurlar. Kavramsal model iki önemli parçaya ayrlmaktadr, görev uzay (GU) ve simülasyon uzay (SU) modelleri [1], [2]. Görev uzay, operasyonel faaliyetler gibi alan kavramlarn, simülasyon uzay ise simülasyon kavramlarn ve fonksiyonel ve operasyonel yetenekleri içerir. Kavramsal modeller gereksinim analizi ile tasarm arasna yerletirilmektedir. Görev uzay modelleri daha çok gereksinim analizi ile ilgiliyken, simülasyon uzay tasarma daha yakndr. Kavramsal modellemede genel kabul görmü yaklamlar bulunmamaktadr. Balca çalmalar [3-7] referanslarnda verilmitir. Bu yaklamlar görev uzayna odaklanmakta, simülasyon uzay modelleme için yöntem önermemektedir. Ayrca, kavramsal modelin tasarma girdi olmasnn önemi vurgulanmasna ramen, çalmalar bu konuya açklama getirmemektedirler. Bu bildirinin 2. bölümünde geniletilmi KAMA metodolojisi özetlenmektedir. 3. bölümde vaka çalmas elde edilen bulgularla birlikte açklanmaktadr. 4. bölümde çalmann sonuçlar tartlmaktadr. 2. KAVRAMSAL MODELLEME METODOLOJS

KAMA simülasyon sistemlerinde görev uzay kavramsal modelleri gelitirmek için önerilen kapsaml bir metodolojidir [8-9]. Çeitli kavramsal model diyagramlar içeren bir kavramsal modelleme süreç tanm, model gelitirme arac ve bir ortak veri ambar içermektedir. KAMA kavramsal modelleme dili model tabanl mimariye sahip, Meta Object Facility (MOF) esasl ve UML tabanl bir dildir. KAMA, simülasyon sistemleri için özel bir kavramsal model dili yaratmak için profil mekanizmas ile UML’i özelletirmektedir.

302

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Görev uzay modelleri gelitirmek için iki tip diyagram tanmlanmtr, yapsal ve davransal. Her biri görev uzaynn deiik kavramsal perspektiflerini tanmlayan yedi deiik diyagram çeidi vardr. Örnek model elemanlar varlk, aktör, rol, görev, durum; ilikiler kaltm, bütün-parça, ast/üst’tür. Geniletilmi KAMA metodolojisinde simülasyon uzay kavramsal modelleri gelitirmek için be diagram çeidi eklenmitir [11]. Bu diyagramlar görev uzay diyagramlarnn yaklamn izler; ancak simülasyon uzay kavramlarn modeller. Simülasyon uzay diyagramlar tasarm için temel olutursa da, görev uzay bilgisi de tasarmda kullanlmaldr. Bunun için geniletilmi KAMA’da yeni model elemanlar ve yeni özellikler eklenmitir. Geniletilmi metodolojinin önemli bir özellii görev uzay ve simülasyon uzay kavramsal model diyagramlarndan sekiz çeit UML tasarm diyagramna dönüüm mekanizmas tanmlamasdr. Bu dönüüm ile sistemin üst seviye tasarm oluturulur. Bu ekilde tasarmda baz faaliyetler ortadan kaldrlr, ve tasarmn kavramsal modelin içerdii tüm bilgiyi içerdii garantilenmi olur. 3. SENTETK ORTAM SSTEM VAKA ÇALIMASI

Sentetik Ortam Simülasyün Sistemi (SOS) projesi üzerinde, geniletilmi KAMA metodolojisini deerlendirmek için bir vaka çalmas gerçekletirilmitir [11, 12]. Bu bölümde bu vaka çalmas açklanmaktadr. 3.1 Aratrma Sorular, Vakann Seçilmesi ve Veri Toplama

Vaka çalmas için aratrma sorular aadaki ekilde belirlenmitir. “Metodoloji, kavramsal model gelitirmek için deiik görev uzay ve simülasyon uzay özelliklerini modellemede ne ekilde kullanlabilir?” “Gelitirilen kavramsal model diyagramlar, modeli girdi olarak kullanarak üst seviye tasarm oluturmak için nasl kullanlabilir?” “Önerilen metodolojiyle yaplan kavramsal modelleme faaliyeti gelitirme sürecinde gereksinim analizi, tasarm ve gelitirme faaliyetlerini nasl etkiler?” lk iki soruyu yantlamak için metodolojinin kapsaml bir proje üzerinde uygulanarak deerlendirilmesinin yaplmasna karar verilmitir. Ürünler, görev uzay ve simülasyon uzay kavramsal modelleri ve diyagramlarn girdi olarak kullanlarak üretildii üst seviye tasarmdr. Son soruyu yantlamak için gereksinim analizi, kavramsal modelleme, tasarm ve gelitirme faaliyetlerinin genel bir analizi yaplarak kavramsal modellemenin sistemin anlalabilirliini, gereksinimlerin kalitesini ve tasarm nasl etkiledii deerlendirilmitir. SOS, geni kapsam nedeniyle vaka olarak seçilmitir. SOS sanal kuvvetler, görev simülatörleri, yar otomatik kuvvetler, komuta kontrol, haberleme, keif, gözetleme ve istihbarat cihazlar ve silah sistemleri gibi birbiriyle ve çevreyle etkileerek operasyon ortam yaratan bir çok öeyi içermektedir. SOS görev simülatörlerine deiik ortamlarda askeri operasyonlar gerçekletirebilmeleri için gerekli sentetik ortam yaratmay amaçlar. Bu 303

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sentetik ortam sanal kuvvetler, üzerlerindeki sistemler, kurallar, çevre koullar, arazi ve dinamik, çarpma gibi gelimi özellikleri içerir. Oyuncu tipleri hava, kara, deniz ve sabit platformlar, oyuncu sistemleri sensörler, silahlar, kar tedbirler gibi türleri içerir. Kültürel varlklar, deiik çevre özellikleri ve yüksek çözünürlüklü geni bir arazi mevcuttur. SOS gelitirme takm be ile dokuz arasnda yazlm mühendisinden olumaktadr. Ek olarak kalite ve test mühendisleri vardr. Toplam gelitirme zaman üç yldr. Önerilen metodolojiyi deerlendirmek için SOS ve KAMA gelitirme gruplaryla tartmalar yaplmtr. SOS kavramsal model diyagramlarn gelitirmek toplam 45 gün sürmütür. SOS kavramsal modelinde 43 GU, 13 SU diyagramlar olmak üzere toplam 56 diyagram mevcuttur. 3.4 Görev Uzay Kavramsal Model Diyagramlar

Varlklar ve aralarndaki kaltm ve bütün/parça ilikilerini gösteren varlk ontolojisi diyagramnda SOS için en üst seviyede oyuncu sistemi ve kural parçalarndan oluan platform, görev simülatörü ve çevre varlklar gösterilmitir. Her varln görev ve simülasyon uzay öznitelikleri ve yetenekleri vardr. Balantlarla ayrntl diyagramlara geçi salanr. Örnein alt seviyelerde hava, kara, deniz platformlar alt seviyelerde sanal kuvvetlere kadar; oyuncu sistemleri sensörlerin çalma modlarna kadar modellenmitir. Sistemdeki aktörleri ve aralarndaki ast/üst ilikilerini gösteren komuta hiyerarisi diyagramnda sistemde ilem icra eden albay, kaptan gibi aktörler, kuvvet takmlar, ve bu takmlar oluturan kuvvet tipleri modellenmitir. Varlk ilikileri diyagram ile platformlarn davranlarn açklayan algoritmalar, bunlar etkileyen çevre varlklar ve dier varlk ilikileri gösterilmitir. Örnein yakt tüketimi algoritmasnn sabit platformlar dnda tüm platformlar tarafndan kullanld, hava dinamiklerinin scaklk, rüzgar ve basnç varlklarndan etkilendii bu diyagramlar sayesinde anlalabilmektedir. Sistemdeki varlk durumlarn gösteren varlk durum diyagramlar, SOS için özellikle sensörlerin çalmasn modellemek için kullanlmtr. Örnein radar için arama, tespit, takip gibi modlar tanmlanmtr. Sistemin üst seviye görevlerini açklayan görev uzay diyagram, SOS için oyuncularn deiik davranlarla, hava aracnn hareketi, sensörle tespit, silahla saldr, saldrlardan korunma gibi sava alan operasyonlarn gerçekletirmesini modellemek için kullanlmtr.  ak diyagram, belirlenen görevlerin ayrntlarn dinamik bir ekilde göstermek için kullanlmtr. Bu diyagramlarda ilerin ak, aktörler, roller, karar ve senkronizasyon noktalar, girdiler, çktlar ve dier ilikili varlklar kullanlarak ak gösterilmitir. 3.5 Simülasyon Uzay Kavramsal Model Diyagramlar

Simülasyon uzay diyagramlar, sistemin nasl çalt, donanm ve yazlmlar içerecek ekilde temel yaps gibi özellikleri içerir.

304

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Varlk ontolojisi diyagram simülasyon uzaynda özellikle tesis, donanm, yazlm ve a gibi varlklar modellemekte kullanlr. Bu diyagramdan sistemin fiziksel yaps hakknda fikir edinilebilir. SOS kavramsal modelinde kontrol merkezi, yönetim istasyonu, simülasyon istasyonu, çevrim içi ve d yazlm modülleri ve a modülleri bu diyagramlarda gösterilmitir. Varlklar tipleriyle birbirinden ayrt edilmi ve aralarndaki bütün/parça ilikileri gösterilmitir. Tekilat yaps diyagram aktörlerin simülasyon sistemi rollerini göstermekte kullanlr. SOS, tesislerin yönetimi, eitimlerin karar verilmesi, yazlmlarn çaltrlmas, veritaban kaytlarnn oluturulmas, senaryolarn balatlmas, yürütme zaman kontrolleri gibi birçok rolü içermektedir. Varlk durum diyagram sistemin durumlarn ve bunlarn ilikilerini göstererek sistemin nasl çaltn anlatr. SOS için çevrim içi ve çevrim d modlar gibi sistem durumlarn ve bunlar arasndaki geçii modellemek için kullanlmtr. Varlk ontolojisi diyagramnda tantlan fiziksel yap varlk ilikileri diyagramnda detaylandrlr. Bu diyagram simülasyon uzaynda özellikle yazlm ve donanm modülleri arasndaki ilikiyi göstermek için kullanlr. SOS için hangi yazlm varlklarnn hangi donanmda sistemin hangi durumlarnda çalt, a balantlar gibi ilikileri modellemek için kullanlmtr.  ak diyagram sistemi çaltrmak için yaplacak ileri, ilgili aktörleri ve bu ilerin nasl gerçekletirildiini modellemek için kullanlr. Baz özellikler simülasyon sistemini balatmak, iletmek ve çeitli ilemler sürdürmek için aktörlerin gerçekletirdii faaliyetler, deiik durumlar, kararlar, koullar, paralel faaliyetler, döngüler, girdiler ve çktlar, kaytlarn oluturulmas, senaryo kontrolleri (balat, durdur) ve senaryodaki dier elemanlarn (oyuncularn kontrolü, çevrenin güncellenmesi) kontrolü olarak listelenebilir. ekil 1’de SOS’un üst seviye i ak diyagram gösterilmektedir. Bu diyagramda simülasyon sistemini yürütmek için gerekli tüm faaliyetler (sistemi balatmak, kaytlar oluturmak, operasyonu yönetmek ve deerlendirmek gibi) gösterilmitir. Her bir faaliyet alt diyagramlarda detaylandrlmtr. 3.6 Üst Seviye Tasarm

Son UML 2 standardnda sistem tasarm için 13 diyagram tipi tanmlanmtr [13]. Çizelge 1’de 8 çeit UML diyagramn üst seviyede oluturabilmek için hangi kavramsal model diyagramlarnn kullanld gösterilmektedir. Görev uzay varlk ontolojisi diyagramlarndaki varlklar, öznitelikleri, yetenekleri ve ilikiler, snf diyagramlarndaki snflar ve “generalization, aggregation, composition” ilikilerini oluturmak için kullanlr. Algoritmalar arayüz snflar olarak modellenir. Simülasyon uzay varlklar ise paketleri olutururlar. SOS için paketler hiyerarik ekilde organize edilmitir. Örnek paketler “çevrim d, veritaban düzenleme, senaryo düzenleme, yürütme zaman kontrolü, simülasyon motoru, HLA” olarak verilebilir. SOS için F16 gibi elirli platform tiplerinde tanmlanm nesneler gibi görev uzay nesneleri de UML nesne diyagramlar oluturmak için kullanlmtr. 305

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 1 Kavramsal Model - UML Tasarm Diyagramlar likisi UML Diyagram Paket Snf Nesne Bileen Dalm Kullanm Durumlar

Aktivite Durum

Faydalanlan Kavramsal Model Diyagramlar SU Varlk Ontolojisi GU Varlk Ontolojisi, GU Varlk likileri GU Varlk Ontolojisi SU Varlk Ontolojisi, SU  Ak, SU Varlk likileri SU Varlk Ontolojisi, SU Varlk likileri, SU  Ak SU Tekilat Yaps, SU  Ak, SU Varlk Ontolojisi, GU Görev Uzay SU  Ak, GU  Ak GU Durum, SU Durum

act SS_WF1

«cmNote» Replay done

Initial «... «cmRlz»

SE Manager «ms... (from SS OrgStr) - M&SBackg «cmInp»

«ssTask» (SES_REPLAY) Replay Scenario

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«... SES_REPLAY Final

SS_WF1.4

Define Player Systems and Platforms

«cmCtrFl» «ssInput/Output» (Terrain DB) TERRAIN

«cmInp»

«cmCtrFl» What activity to conduct Replay

«cmRlz»

«cmRlz»

Conduct Operation Define Scenario

«cmRlz» «cmCtrFl»

«ssTask» (SES_DBEDIT) Generate DB records SS_WF1.1

«cmOutp»

«msAt... (from SS OrgStr) - M&SBackg

«ssInput/Output» (Player Systems DB) PLSYS_DB «cmInp» «ssInput/Outp... (Platform DB) PLT_DB

«ssTask» Command for Operation to be conducted

«ssTask» (SES_SCNEDIT) Start scenario development tool

«cmRlz» FMS Operator

«cmCtrFl»

«ms... (from SS OrgStr) - M&SBackg

«cmInp»

«cmOutp»

«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmOutp»

FSC System Manager

«cmInp»

«cmCtrFl»

«ssInput/Output» (Rules DB) RULE_DB

«cmCtrFl»

«cmInp»

«cmInp»

«cmCtrFl» «ssTask» (SES_SCNEDIT) Develop scenario

«ssTask» (SES_RUNTIME) Run and Manage SE Scenario

SS_WF1.2

«ssTask» (FMS) Control Mission Simulator

«cmCtrFl»

SS_WF1.3

«cmOutp»

«cmRlz» «cmRlz»

«cmCtrFl» «cmInp» SE_SIMSTN Operator

«cmCtrFl»

«ssInput/Output» (Recorded Scenario DB) RECSCN_DB

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«cmOutp»

«ms... (from SS OrgStr) - M&SBackg

«cmCtrFl»

«ssTask» (FMS) Run and Manage Flight Control Center and Mission Simulators

«cmRlz» «cmInp» «cmCtrFl»

«ssInput/Output» (Scenario DB) SCN_DB

«ssTask» Finalize Operation FCC Operator «msA... (from SS OrgStr) - M&SBackg

«cmCtrFl» «... SES_DBEDIT Final «cmNote» DBs created

«cmNote» Scenario created

«... SES_SCNEDIT Final

«... SES_RUNTIME Final

«cmNote» Operation conducted

ekil 1 SOS için Simülasyon Uzay  Ak Diyagram

306

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bileen diyagramlarnda gösterilen yazlm bileenleri simülasyon uzay varlklarndan oluturulur. Alt seviye bileenler modeldeki ilikilere göre iç içe yerletirilir. Salanan ve istenen arayüzler simülasyon uzay i aklarndan alnr. Portlar ve “delegate” ilikileri de belirlenir. Son olarak, simülasyon uzay varlk ilikileri diyagram geri kalan arayüzler, bileenler ve ilikileri tanmlamak için kullanlr. SOS için ekil 2’de gösterilen diyagram oluturulmutur. Dalm diyagram sistemin fiziksel yapsn gösterir. Bu diyagram simülasyon uzay varlk ontolojisi, varlk ilikileri ve i ak diyagramlarn kullanarak gelitirilir. “Sentetik ortam yürütme ve simülasyon istasyonlar” gibi “tesis” tipindeki varlklar nodlar olarak yerletirilir. Nodlar arasndaki hiyerari bütün/parça ilikilerinden belirlenir, ve donanmlarda çalan yazlm bileenleri varlk ilikileri diyagramndaki bilgiye göre nodlarn içine yerletirilir. Veritaban dosyalar, HLA paketleri gibi girdi/çktlar dalm diyagramna yerletirilir. cmp HLD_CD1

Keybrd_Inp

SES_SW «delegate»

Actor

PLSYS_DB SES_DBEDIT

SES_SCNEDIT PLT_DB TERRAIN

SES_MAINSCNEDIT RULE_DB

Keybrd_Inp

Keybrd_Inp

«delegate» SES_SCNEDITTACMAP

Keybrd_Inp

«delegate»

User_Input Keybrd_Inp

«delegate»

Scn

SCN_DB

SCN_DB «delegate»

SES_REPLAY

SES_RUNTIME RECSCN_DB SES_RTMAN

Keybrd_Inp

SES_RTSIMENG

SES_RTTACMAP TERRAIN

TERRAIN «delegate» «delegate» Terrain

TERRAIN

TERRAIN

SES_DataPackage

SE_DataPackage

Synthetic Environment Data Package

Virtual forces and battlefield data package

SCN_DB

scn FCS

scn SES_DataPackage

SE_DataPackage

Common_DB

SE_DataPackage

FMS

HLA

FCS_DataPackage

FCS_DataPackage

Mission Simulator Data Package

ekil 2 SOS için UML Bileen Diyagram

307

MSS

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara D aktör ve fonksiyonlar aras ilikileri gösteren kullanm durumu diyagramn gelitirmek için simülasyon uzay tekilat yaps ve i ak diyagramlar kullanlr. “Sentetik ortam yöneticisi, istasyon operatörü” gibi roller ve i ak diyagramnda bir aktör tarafndan gerçekletirilen iler kullanm durumu diyagramna yerletirilir ve birbiriyle ilikilendirilir.  ak diyagramlarndaki hiyerari kullanm durumlar arasndaki “include” ilikileri ile belirlenir. Bunun dnda, kavramsal modelden en fazla ekilde faydalanmak için, görev uzay diyagramlar da simülasyon uzay diyagramlarna benzer ekilde kullanlr. Sonuç olarak, hava kuvvetinin düman saldrsnda bulunmas gibi askeri operasyonlar da üst seviye tasarmda modellenir. Aktivite diyagramlar kullanm durumlarnda üst seviye fonksiyonlar olarak belirtilen aktivitelerin ayrntlarn göstermek için kullanlr. Bütün kavramsal model i ak diyagramlar üst seviye tasarmn aktivite diyagramlarn oluturmak için kullanlr.  ak ile aktivite diyagramlar benzer olduundan bu geçi oldukça açktr. Aktivite diyagramlarn oluturmak içn baz elemanlar yeniden adlandrlr ve aktör gibi baz elemanlar atlr. Kavramsal modeldeki varlklar UML’de snflara dönütürüldüünden dolay UML durum diyagramlar ile kavramsal model varlk durum diyagramlar çok benzerdir. Durumlar UML durumlarna deitirerek direk kullanlabilirler. KM salad bilgi sayesinde geri kalan UML diyagramlarnn gelitirilmesi için de faydal olacaktr. Ancak bu diyagramlar KM’den direk süzülemeyecek kadar ayrntl tasarm bilgisi içerdiinden KM diyagramlarndan gelitirilemez. 4. BULGULAR ve SONUÇLAR

Gerçekletirilen vaka çalmasnda, görev uzay kavramsal modellemenin, SOS için açklanmas zor özellikleri içeren kavramsal tanm oluturmada etkili olduu gözlenmitir. SOS görev uzay modellemede göze çarpan özellikler, varlk ontoloji diyagramlarnn çeitli varlklarn kark yapsn yanstmak için kullanlmas; çevre modellemesi; yapay zekay oluturan kurallarn modellenmesi; veritaban kaytlarndan özel tiplere kadar inerek oyuncularn ve sistemlerin modellenmesi; algoritmalarn ilikilendirilmesi; girdiler ve çktlar; varlk durum diyagramlarnn sensörlerin çalmasn modellemesi; ana hedefler için görev uzay modellemesi; ve varlklar modellemek ve yetenekleri yanstmak için i ak diyagramlarnn gelitirilmesidir. Bir simülasyon uzay modeli olarak ilki oluturan SOS simülasyon uzay modeli, sistemin tüm bir fiziksel açklamasn salamak ve sentetik ortamla ilikisini kurmak konularnda etkili olmutur. Simülasyon uzay modellemedeki önemli özellikler donanm ve yazlm modüllerini ve ilikilerini tanmlamak için varlk ontolojisi diyagram; simülasyon görevlerini gerçekletiren rolleri tanmlamak için tekilat yaps diyagram; yazlmlarn hangi donanmlar üstünde çalt, varlklarn girdi/çktlar gibi özel ilikiler için varlk ilikileri diyagram; sistem durumlarnn modellenmesi ve simülasyon sisteminin 308

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ileyiini, aktörler tarafndan nasl diyagramlarnn modellenmesidir.

yürütüldüünü

gösteren

i

ak

SOS için oluturulan kavramsal model bilgisi kullanlarak 8 tip UML tasarm diyagram gelitirilmitir. Genel olarak simülasyon uzay diyagramlar paket, bileen, dalm, temel kullanm durumu ve aktivite diyagramlarnn olumasn salayarak üst seviye tasarma temel oluturmulardr. Görev uzay diyagramlar paketleri tamamlamak, nesneler, ayrntl kullanm durumlar ve aktivite diyagramlar gibi ayrntlarn tamamlanmasn salamlardr. Bu çalma KM’nin tasarma kritik bir girdi olduunu göstermitir. Kavramsal modelin gelitirme yaam döngüsü için bir analizi yazarlar ve proje gelitirme takm ile gerçekletirilmitir. Buna göre, eer SOS gelitirme sürecinde kavramsal model gelitirilseydi, uzun ve problemli gereksinim analizi aamasnn ksaltlmas ve kullancyla yanl anlamalarn giderilmesi konularnda etkili olaca sonucuna varlmtr. Kavramsal modelden üst seviye tasarmda da faydalanlsayd, tasarmda daha az hata olacak, ve geri dönülerle gereksinimleri güncelleme ihtiyac daha az olacakt. Sonuç olarak, proje gelitirme zamann göz önüne alrsak, KM gelitirmek için harcanan zaman ileriki aamalarn ksalmasna neden olacakt. Dahas, gereksinim ve tasarmn kalitesi artacak, daha az hata ile karlalacak, ve kullanc gereksinimlerine daha iyi uyan bir sistem gelitirilebilecekti. Bu vaka analizi göstermektedir ki, görev ve simülasyon uzay kavramsal modelleri ve üst seviye tasarm gelitirmek için önerilen metodoloji pratikte etkili bir ekilde kullanlabilir. Önerilen metodolojiyi daha da yaygnlatrmak ve kavramsal modelden tasarma geçiin genellenebilir olduunu kesinletirmek için daha çok vaka çalmas gerçekletirilmelidir. 5. KAYNAKÇA

[1]

D. K. Pace, (1999), “Development and Documentation of a Simulation Conceptual Model”, SISO Fall Simulation Interoperability Workshop, September 12 - 17, Orlando, FL.

[2]

U.S. Defense Modeling and Simulation Office (DMSO), Conceptual Model Development and Validation RPG Special Topic, (15.09.2006).

[3]

J. Borah, (2002), “Conceptual Modeling - The Missing Link of Simulation Development”, SISO Spring Simulation Interoperability Workshop, March 10 - 15, Orlando, FL.

[4]

J. Sheehan, T. Prosser, H. Conley, G. Stone, K.Yentz and J. Morrow, (1998), “Conceptual Models of the Mission Space (CMMS): Basic Concepts, Advanced Techniques, and Pragmatic Examples”, SISO Spring Simulation Interoperability Workshop, March 9 - 13, Orlando, FL.

[5]

IEEE Computer Society, 1516.3 IEEE Recommended Practice for High Level Architecture (HLA) Federation Development and Execution Process (FEDEP), (April 23, 2003), SH95088. 309

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [6]

C. Firat, (2001), “A Knowledge Based Look at Federation Conceptual Model Development”, SISO Spring Simulation Interoperability Workshop, June 25 - 27, Harrow, Middlesex, UK.

[7]

K. Ford, (2005), “Euclid RTP 11.13 Synthetic Environment Development and Exploitation Process”, Virtual Reality Journal, 8, 168-176.

[8]

A Karagöz, O. Demirörs, (2007), “Developing Conceptual Models of the Mission Space (CMMS) - A Metamodel Based Approach”, SISO Spring Simulation Interoperability Workshop, March 25 - 30, Norfolk, VA.

[9]

A. Karagöz, O. Demirörs, Ç. Gencel, Ç. Ündeer, (2006), “Simülasyon Sistemlerinde Görev Uzay Kavramsal Modeli Gelitirme: Bir Süreç Tanm”, SAVTEK 2006, June 29-30, ODTÜ, Ankara, Türkiye.

[10] S. Bilgen, O. Demirörs, K. mre, V. ler, A. Karagöz, O. Molyer, A. Erçetin, (2005), “C4ISR Görev Uzaynn Kavramsal Modellenmesi”, USMOS 2005, June 2-3, ODTÜ, Ankara, Türkiye. [11] B.E. Aysolmaz Bozlu, A Study on Conceptual Modeling in Simulation Systems: An Extended Methodology for KAMA, Master Thesis, METU Informatics Institute, Turkey, (2007). [12] B.E. Aysolmaz Bozlu, Conceptual Model of A Synthetic Environment Simulation System Developed Using Extended KAMA Methodology, Technical Report, METU Informatics Institute, Turkey, (2007). [13] Object Management Group. 2007. Unified Modeling Superstructure. (November 3, 2007) Version 2.1.2.

310

Language:

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KRTK ALTYAPILARIN KORUNMASI VE KRZ YÖNETM ALANINDA MODELLEME VE SMÜLASYONUN KULLANIMI

Uur KESKN(a), Utkan ERYILMAZ(a),Fuat PARLAK(a),Doç.Dr.Veysi LER(a)

(a)

ODTÜ-TSK MODSMMER, 06531, Ankara, {ukeskin, utkan, pfuat, veysi} @ metu.edu.tr

ÖZET Bilgi ve iletiim teknolojileri, enerji, su ve gda, salk, kimyasal ve nükleer endüstri, ulam, finans, vb. sektörler kritik altyaplara sahiptirler. Kritik altyaplar, kazalar, terörist saldrlar, doal afetler, siber saldrlar gibi olaylar sonucunda zarar görebilir. Bu gibi olaylar sonucunda kritik altyaplarda meydana gelebilecek krizlerin etki alan büyük olur. Kritik altyaplarnn artan karmakl ve karlkl bamllklar, gelien teknolojiler sonucu gelitirilen iç sistemlerin çeitlilii bu etkiyi daha da artrr. Kritik altyaplarn karmakl, farkl altyaplarn karlkl bamllklar ve sosyal, ekonomik ve çevresel faktörler korunma salanmas için gerekli iletiim, koordinasyon ve ibirliinin salanmasn zorlatrr. 11 Eylül sonrasnda, ABD ve Avrupa Birlii öngörülmesi zor krizlerin analizine ve yönetimine yönelik çalmalara desteklerini artrmlardr. Bu çalmada kritik altyaplarn korunmasyla ilgili literatür ve projelerdeki modelleme ve simülasyon boyutu incelenmi ve öngörülen potansiyel aratrma ve gelitirme konular (birlikte çalabilirlik, karlkl bamllk, durum farkndal ve sensör alar vb.) sralanmtr. Çalmada kritik altyaplar için simülasyon gelitirme sürecine yönelik bir model önerisi yaplmaktadr. Anahtar Kelimeler: Modelleme ve simülasyon, kritik altyaplarn korunmas, kriz yönetimi, simülasyon gelitirme süreci. ABSTRACT Information and communication technologies, energy, water, chemical and nuclear industry, transportation, finance are the sectors that have critical infrastructures (CI). CIs can be damaged or destroyed by accidents, terrorist attacks, natural disasters and cyber attacks. The effects of such events can induce crises which can have enormous consequences on human life. The internal complexity of CIs, their interdependencies, social, economic and environmental factors make harder to protect them and maintain communication, coordination and cooperation. After 9/11 events, United States and European Union have boosted their support for studies that aim 311

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara analysis of CIs and management of crisis. In this study a literature survey of efforts for CI protection is provided and potential research areas related to M&S (interoperability, interdependency, situational awareness and sensor networks etc.). In this study a model for development process of simulations for critical infrastructure protection is provided. Keywords: Modeling and simulation (M&S), critical infrastructure protection, crisis management, . M&S development process. 1. GR Bu çalmada Avrupa Birlii ve Amerika’da son yllarda önem verilen kritik altyaplar ve bunlarn korunmas konular ele alnmakta ve modelleme ve simülasyon kullanm önerilmektedir. Çalmada simülasyon gelitirme sürecinde izlenmesi önerilen model, Avrupa Birlii proje hazrlama sürecinde yaplm aratrmalar sonucu elde edilmitir. kinci bölümde kritik altyap ve kritik bilgi altyaps kavramlar tanmlanmakta ve özellikleri sralanmaktadr. Üçüncü bölümde kritik altyaplarn korunmas konusu ve bu sistemlerin üst seviye parçalar tartlmaktadr. Dördüncü bölümde kritik altyaplarn korunmas ve kriz yönetimiyle ilgili geçmi çalmalar ve projeler listelenmekte ve bu konuda hazrlanan proje tanmlama çalmalarndan yola çklarak belirlenmi, uygulanmas tavsiye edilen model belirtilmitir. Bildiri sonuç bölümüyle sonlanmaktadr. 2. KRTK ALTYAPILAR Kritik altyaplar (Critical Infrastructures) toplum hayatnda vazgeçilmez yeri olan, karmak ve yüksek derecede birbirleriyle balantl yaplardr. Günümüzde, bata toplum güvenlii olmak üzere ekonomi, çevre, ticaret ve yaam kalitesi gibi toplum yaam ve geliimi için önemli olan konular, kritik altyaplara önemli ölçüde baldr. Avrupa Komisyonu kritik altyaplar; “fiziksel ve enformatik teknolojileri, alar, servisleri ve sistemleri barndran ve kendisine gelebilecek herhangi bir zarar halinde toplumun iyilii, güvenlii ve sal ya da yönetimlerin etkin ileyii üzerinde ciddi etkiler yaratabilecek yaplar” olarak tanmlanmtr [1]. Amerika Birleik Devletleri gibi AB dndaki baz ülkeler de kritik altyaplar benzer ekilde tanmlamlardr [2]. Bu tanmlardan yola çkarak, eer bir altyap kendi çevresi ve toplum yaam üzerinde dorudan ya da dolayl güçlü etkilere sahipse onu kritik altyap olarak adlandrabiliriz [3]. Avrupa Birlii Komisyonu’nun kritik altyaplarn korunmas konusu hakknda hazrlad yaynda (EPCIP) [4], kritik altyaplara sahip ana sektörler; enerji, bilgi ve iletiim, su ve gda, salk, finans, sivil yönetim, ulam, kimyasal ve nükleer endüstri, uzay ve aratrma olarak verilmitir. Bu sektörleri oluturan kritik altyaplar toplum yaam için ciddi önem tayan ürünleri ve servisleri salarlar. Örnein, enerji sektörü elektrik, petrol ve gaz üretimini, artmn, 312

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara depolanmasn, elektrik ve boru hatlarnn iletilmesini, iletim ve datm gibi ana servisleri sunan kritik altyaplara sahiptir. Dier bir önemli sektör olan bilgi ve iletiim teknolojileri ise; bilgi sistemleri ve a güvenlii, internet, iletiim altyaplar, mobil ve sabit telekomünikasyon, uydu haberlemesi gibi servisleri salayan kritik altyaplar barndrr. Kritik altyaplar, içerdii sistemler, yürütülen süreçler ve sunduu servisler ve ürünlerle birlikte düünülmektedir. Kritik altyaplarnn birçou aada sralanan özellikleri paylamaktadr[3, 5]: x x x

Toplum yaam üzerinde dorudan veya dolayl etkileri vardr ve globalleen dünyada yerel boyuttan çok gitgide uluslararas bir boyut kazanmaktadrlar. Sadece kritik altyap içindeki sistemler ve yaplar aras deil, farkl kritik altyaplar arasnda da karlkl bamllklar (interdependencies) mevcuttur. Gittikçe daha fazla bilgi ve iletiim teknolojilerine baml hale gelmektedirler. Kritik altyaplar, bilgi ve iletiim altyaplaryla birlikte yazlm ve donanm olarak birçok farkl sistemi, bu sistemler aras balantlar ve içerisinde çalan aktörleri bünyesinde bulunduran karmak yaplardr. ekil 1 bir kritik altyapnn çok katmanl genel mimarisini göstermektedir [7]. Genel olarak 3 katman tanmlanmtr; organizasyon katman, siber katman ve fiziksel katman.

ekil 1. Kritik altyap katmanl mimarisi Aktörler blou (organizasyon katman), operatörler, güvenlik ve acil durum ekipleri vb gibi birimlerden oluur. Elektronik kontrol ve güvenlik sistemleri gibi akll sistemler orta blou (siber katman) oluturur. Son olarak, fiziksel bileenler blou (fiziksel katman) ise, trafolar, jeneratörler, datm ve iletiim 313

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kablolar gibi fiziksel olanaklar içermektedir. Ayrca kritik altyapy oluturan katmanlar aras ballklar çift yönlü oklarla gösterilmitir. Bilgi ve iletiim teknolojileri, kritik altyapnn yönetimi, denetimi ve kontrolüne destek vererek, altyapnn etkin ve güvenli bir ekilde ileyiini ve devamlln salar. Bu nedenle kritik altyaplarn sahip olduu bilgi ve iletiim teknolojileri ayr bir kritik altyap olarak düünülmekte ve kritik bilgi altyaps (Critical Information Infrastructure) olarak tanmlanmaktadr [3]. Ayr olarak tanmlanm olsa da kritik bilgi altyaplaryla kritik altyaplarn karlkl bamllklar yüksektir. Örnein, SCADA [6] (Supervisory Control and Data Acquisition) gibi gerçek zamanl kontrol, denetim ve izleme sistemleri, sensör sistemleri ve alar, görüntüleme ve bilgisayar sistemleri gibi elektronik yaplar ve bu sistemlerin haberlemesi için gerek iletiim altyaps kritik bilgi altyapsn oluturur. 3. KRTK YAPILARININ KORUNMASI Kritik altyaplarn korunmas (Critical Infrastructure Protection) kavram, meydana gelebilecek arza, kaza ya da saldr gibi durumlarda kritik altyapnn ileyiini ve devamlln korumak, bunlar gibi kriz durumlarndan en ksa zamanda kurtulmak ve zararlar en aza indirerek normal ileyie devam etmesini salamak için altyap sahiplerinin, üreticilerin, kullanclarn, operatörlerin, arge enstitülerinin, yönetimlerin, otoritelerin ve güvenlik ekiplerinin programlarn ve aktivitelerini içerir [3]. Avrupa Birlii Komisyonu’nun kritik altyaplarn korunmas konusu hakknda hazrlad yaynda (EPCIP) [4], terörist saldrlar, doal afetler, ihmal, arza ve kazalar, bilgisayar korsanl, kötü niyetli hareketler ve dier suç aktiviteleri kritik altyaplara yönelik olas tehditler arasnda gösterilmitir. Görüldüü gibi tehditler fiziksel, siber ya da insana yönelik istemli ya da istemsiz olabilir; fakat bunlar kesin çizgilerle ayramayz. Bir kritik altyapya yönelik siber bir saldr ya da bir ihmal insan hayatna tehlikeye sokacak fiziksel bir tehdide dönüebilir. Belirtilen tehditler sonucu kritik altyapda oluabilecek arza tipleri u ekilde snflandrlabilir [8, 9]: x x x

Artarda (cascading) gelien arza: Kritik altyapdaki bir bozukluun baka bir kritik altyapda bozuklua sebep olmas. Artarak (escalating) gelien arza: Kritik altyapdaki bir bozukluun baka bir kritik altyapda olan ve bundan bamsz bir bozukluu etkilerini kötületirmesi. Ortak kaynakl arzalar: ki ya da daha fazla kritik altyapda e zamanl ve ayn sebepten (örnein; doal afetler) oluabilecek arzalardr. Kritik altyaplarn ana bölümlerinden biri olan kritik bilgi altyapsnn önemi, karmakl ve yönelebilecek tehditlerin farkll ve çeitlilii (siber tehditler) nedeniyle bu gibi altyaplarn ayr bir önem vererek korunmasnn gereklilii ortaya çkmtr [10]. Kritik bilgi altyaplarnn korunmasnda öngörülen balca zorluklar u ekilde sralanabilir [3, 11]: 314

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara x x

x

Bilgi ve iletiim teknolojilerinin artan rolüyle birlikte kritik altyaplar aras iletiimin ve bilgi paylamnn artmas sonucu oluan sistem çeitlilii ve karlkl bamllklar. Kritik altyaplarda kullanlan sistemlerinin gelitirilmesinde güvenlik faktörünün düük öncelikle ele alnmas sonucu, kritik altyaplara yönelebilecek tehditlere kar altyaplarn incinebilirliklerinin (vulnerabilities) says ve çeidinin artmas ve bu incinebilirliklerin belirlenmesinin zorlamas. Kritik bilgi altyaplarnn gelimesiyle birlikte onlara yönelebilecek tehditlerin de çeitlenmesi ve zarar verme kabiliyetlerinin artmas. letiim, koordinasyon ve ibirlii kritik altyaplarn korunmasnda ve yukarda söz edilen zorluklarn almasnda gerekli ve güvenlik açsndan hayati önem tayan prensiplerdir [4]. Bu prensiplerin salanmas beraberinde baz gerekleri de getirir. Kritik altyaplardaki sistemler aras bütünlüün (integrity), ballklarn (interconnectivity) ve sistemlerin birlikte çalabilirliklerinin (interoperability) salanmas temel gereklerdir 3.1. Kritik Altyaplarn Korunmasyla lgili Anahtar Konular Görüldüü gibi kritik altyaplarn korunmas konusu birçok disiplini ve aratrma konusunu içermektedir. Bu konular genel olarak aadaki ana balklara ayrabiliriz. Karlkl Bamllklar (Interdependencies): Kritik altyaplarn birbirleri arasndaki karlkl bamllklar belirtir. Gün geçtikçe karmaklaan bu bamllklar neticesinde, bir kritik altyapda oluan bir sorun dier kritik altyaplar etkileyebilir. Karlkl bamllklar dört tip olarak snflandrlmtr [9]:

x x x x

Fiziksel karlkl bamllk: Bir kritik altyapnn dier bir kritik altyapnn ürettii çktya (servis, ürün, kaynak vb.) bal olduu durumdur. Fiziksel karlkl bamllklarda bir kritik altyapnn durumu dierini dorudan etkiler. Siber karlkl bamllk: Bir kritik altyapnn durumu ilgili bilgi altyapsndan iletilen bilgiye bal olduu durumdur. Corafik karlkl bamllk: Kritik altyaplarn corafi konum olarak birbirlerine yakn olmasndan kaynaklanan bamllktr. Mantksal karlkl bamllk: ki kritik altyapnn yukarda verilen sebepler dnda birinin durumunun dierine dolayl olarak bal olmasdr. Karlkl bamllklar kritik altyaplarn korunmas için yaplacak aratrmalarda ve uygulamalarda düünülmesi gereken önemli bir konudur. Özellikle iletiim ve güvenlik sistemlerinin gelitirilmesinde (karar destek, kriz yönetimi), analizlerde (risk ve incinebilirlik analizi), modelleme ve simülasyon uygulamalarnda önemli bir yer tutmaktadr. Risk ve ncinebilirlik Analizi: Kritik altyapnn tipi ve özellikleri dikkate alnarak ona yönelebilecek tehditlerin, bu tehditlerin oluturabilecei risklerin analizini ve bu riskler karsnda altyapda görülebilecek incinebilirliklerin 315

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belirlenmesini kapsar [7]. Kritik altyaplarn karmakl risk ve incinebilirlik analizini zorlatrr. Ayrca kritik altyaplar ve kritik bilgi altyaplar için standart performans ölçütleri ve riskler aras ilikileri göz önüne alan analiz metotlar mevcut deildir. Analizlerin baars, kritik altyaplarn ve karlkl bamllklarn gerçekçi modellerine ve iyi belirlenmi referans senaryolarna (kriz senaryolar, kriz öncesi ve sonras durumlar) baldr. Modelleme ve simülasyon kullanm, risk ve incinebilirlik analizleri srasnda önemsenmeyen davranlarn gözlenmesini salar. Durum Farkndal ve Kriz Yönetimi: Kritik altyaplarda bulunan güvenlik sistemleri gibi donanmlarla birlikte, karar destek, eitim simülasyonlar gibi yazlm araçlar da durum farkndal ve kriz yönetimine katk salarlar. 4. KRTK ALTYAPILARIN SMÜLASYON

KORUNMASINDA

MODELLEME

VE

Modelleme ve simülasyon, kritik altyaplarn devamll, güvenlii ve gürbüz olmasna katk salayacak unsurlardan biridir. Oluturulan kritik altyap modelleri ve belirlenen senaryolar dorultusunda birçok kriz, kriz öncesi ve sonras durumlar simüle edilebilir. Modelleme ve simülasyonun bu alandaki önemi aadaki gibi sralanabilir [12]: x x x x x x x

Kritik altyaplarda arza ya da saldr sonras oluabilecek sorunlarn artarda etkilerini belirlemek, Kritik altyapnn normal zamanlarda ya da kriz anlarnda ileyii ve çalmas hakknda bilgi vermek, Kritik altyaplar için yaplan tehdit, risk ve incinebilirlik analizlerinin yaplmasna yardmc olmak, Güvenlik planlar ve standartlarn gelitirilmesine yardmc olmak, Kritik altyaplarn korunmas için belirlenen teknikleri ve stratejilerin test edilmesi ve geçerlenmesine yardmc olmak, Karar destek ve durum farkndal sistemlerine önemli ölçüde katk salamak, Belirlenen senaryolar yardmyla, kritik altyap aktörlerinin pratik yapacaklar ve eitimlerinde kullanlabilecek ortamlar sunmak (eitim amaçl simülasyonlar). Yukarda verilen maddelerden de anlalabilecei gibi M&S, kritik altyaplarn korunmasnda gerekli olan iletiim, koordinasyon ve ibirlii prensiplerine önemli ölçüde katk salamaktadr. 4.1. M&S Alanndaki Çalmalar ve Projeler Kritik altyaplar için etmen tabanl, fizik tabanl, popülasyon hareketlilii ve Leontief girdi-çkt modellerinin yannda dinamik simülasyon ve toplam arztalep araçlar gibi gelimi modelleme ve simülasyon teknikleri 316

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kullanlmaktadr [12]. Günümüzde M&S’nin kritik altyaplarn korunmasnda kullanm alannda devam eden ya da tamamlanm birçok çalma bulunmaktadr. Dudenhoeffer ve dierleri [13]; altyaplarn modellenmesi ve analizi için paralel simülasyon altyaps (framework) üzerinde durmu, kullandklar sistem mimarisi, veri, görselletirme ve kullanc arayüzü yaplarn açklamlardr. Benzer bir çalmada [14] CIMS ad verilen modelleme ve analiz altyaps anlatlm, kritik altyaplar ve karlkl bamllklarnn modellenmesi, sistem mimarisi ve 3B simülasyon görselletirmesi üzerinde durulmutur. Bu çalmalarla birlikte özellikle Avrupa Birlii kapsamnda bu konu üstüne birçok proje tamamlanm ya da hala yürütülmektedir. Bu çalmalarla ilgili özet bilgiler Çizelge 1’de verilmektedir.

4.2. Kritik Altyap Simülasyonu Gelitirmeye Yönelik bir Model Önerisi Bu bölümde kritik altyaplarn modelleme ve simülasyon gelitirme sürecine yönelik bir model önerilmektedir. Model kapsamnda tanmlanan aktiviteler FEDEP [15] simülasyon gelitirme sürecinin “federasyon hedeflerinin tanmlanmas” ve “kavramsal analizin gerçekletirilmesi” safhalarnn ayrntlandrlm halidir. Bu tanmlamalar yazlm gelitirme döngüsünde operasyonlarn kavramsal analizi ve gereksinim analizi safhalarna karlk gelir. Simülasyon Amaçlarnn Tespiti: Simülasyonun temel amac belirlenmelidir. Bu noktada geni kapsaml bir simülasyon birden çok amac da destekleyebilir. x

Eitim Amaçl Simülasyonlar: Bu simülasyonlarda genel olarak sanal simülasyon modunda (virtual simulation) çalarak kullancya, belirlenen kriz senaryolarn simüle etme, 2B ve 3B görselletirme ve dier kritik altyaplardaki kullanclarla iletiim olana salanmas amaçlanr.

x

Analiz Amaçl Simülasyonlar: Yapc simülasyon modunda (constructive simulation) çalarak, kritik altyaplarn risk ve incinebilirlik yönünden analiz olana sunmay amaçlar. Ayn zamanda canl modda gerçek sistemlere entegre olarak karar destek sürecine katkda bulunabilirler.

x

Tedarik amaçl Simülasyonlar: Kriz yönetiminde kullanlmas planlanan sistemlerin denenmesi ve karlatrlmas amacyla gerçekletirilen simülasyonlardr.

317

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 1. Kritik Altyaplarn Korunmas ile lgili Projeler No

Proje Ad

Proje Türü

Çalmann Özeti Snr Gözetimi-UAV'nin amac Avrupa'nn snrlarnda güvenlii salamak için insansz hava araçlarnn potansiyel katksnn yapsal analizini sunmaktr.

1

Snr Gözetimi-UAV

PASR 2005

2

CRIMSON: Kriz Simülasyon Sistemi

PASR 2004

3

Güvenlik Operasyonlarn Desteklemek için ASTRO+leri Düzeyde Uzay Teknolojileri

PASR 2004

4

Kurtarma ve Tehis Operasyonlar için CITRINE Genel stihbarat ve zlenebilirlik

PASR 2006

5

Corafi Veri ve Kriz Erken Uyar Durum Farkndal GEOCREW Çalmas

PASR 2005

6

HAMLet Tehlikeli Madde lokalizasyon ve Kii takibi

PASR 2006

HAMLeT projesinin amac, güvenlik personelinin dikkatini odaklamak için ileri düzeyde sensörler ve çoklu sensör birleimi kullanarak potansiyel tehditlerin yerini belirlemek, takip etmek ve kategorize etmektir.

7

Güvenlie HITS/ISAC Anayolu: Durum Farkndal ve Kriz Yönetimi için birlii

PASR 2005

HITS/ISAC'in amac üpheli faaliyet durumunda erken uyar salamak ve tehis etmek için yetkililer arasndaki çevrimiçi grup ibirlii ile snr güvenliini salayarak farkl kaynaklardan bilgi analizi ve birleimine olanak tanmaktr.

8

9

Halk Güvenlii için Kalabalk Alanlarn ISCAPS Entegre Edilmi Gözetimi Terörizme kar I-TRACS Terörizm Tanmlama ve Haberleme Analizi, Finansal ve Yolculuk Verisi Kullanarak leri Düzeyde Takip Sistemi

PASR 2004

PASR 2006

Bu proje, organizasyonlar aras hazrlk, prova ve ayrca terörist saldr, rehine alm gibi krizlere kar, ileri sanal gerçeklik teknolojilerini kullanarak güvenlik faaliyetlerinin yönetimi için yeni bir sitemin geçerliliini denetlemek, gelitirmek ve aratrmaktr. Projenin amac yeryüzünün gözlemlenmesi, keif, yön bulma, haberleme gibi uzay yeteneklerinin ve onlarn servislere ve altyaplara entegrasyonunun ve uygulamasnn nasl olacan tanmlamaya çalmaktr. Güvenlik önlemleri, ilgili organizasyonel yaplar, organizasyon içi koordinasyon ve haberlemeyi, datk mimari ve insan faktörlerini dikkate alarak insani operasyonlar ve kurtarma görevleri için entegre edilmi bir takm ortak bilgi yönetim araçlar ve modellerinin ilk versiyonunu gelitirmeyi ve çeitli acil durum ve yönetim servislerinin etkili bir ekilde entegre etmeyi hedefler. GEOCREW çalmas, potansiyel uluslararas boyutlu ve Avrupa vatandalarnn güvenlii ile ilgili krizlerin (insan kaynakl) erken tehisini amaçlayan bir projedir.

Bu proje, kalabalk alanlarn etkili, gerçek-zamanl, kullanc-dostu, otonomiye sahip edilmi gözetim sistemi kullanarak kastl olaylarn riskini azaltmay hedefler. Bu proje anti-terörizm ve ülke güvenlii alannda yenilikçi ileri düzeyde takip sisteminin aratrma, teknolojik gelitirme ve entegrasyon çalmalar ile çok sayda bilgi veri kaynaklarnn birlikte çalmasn ve bu yolla AB özel ve kamu kurulularnn rekabetçiliini gelitirmeyi amaçlar.

10

Acil Durumlar için Seyyar Bamsz Reaktif Bilgi Sistemi MARIUS

PASR 2005

Her çeit kriz operasyon sistemlerini gözlemlemek için operasyon öncesi bamsz komuta karargahnn çok hzl bir ekilde kullanlabilmesini amaçlar.

11

PROBANT: Binalarda GerçekZamanl Gözlem

PASR 2005

Bu proje, binalar içerisindeki bireyleri gözlemlemek ve onlar gerçekzamanl takip etmek için kriz müdahale ve gözetim durumlarnda operatörlere imkan veren teknolojilerin geçerliliine, entegrasyonuna ve geliimine odaklanr.

12

Güvenlik için TERASEC Aktif TERAHERTZ Görüntüleme

PASR 2004

Bu projenin amac herhangi bir kii tarafndan gizlenen patojen, kimyasal, patlayc tehditleri belirleyecek yeni teknolojileri gelitirerek güvenlii daha iyi duruma getirmeyi amaçlar.

13

The GRID Projesi

FP6

GRID projesi, saldrya maruz olan güç sistemleri gibi a yaplarnda Avrupa standard oluturma konusunda fikir birliini amaçlar.

14

OASIS: Afet ve Acil Durum Yönetimi için Açk ve leri Sistemler

FP6

Bu proje, yerel acil durumlar ve baka büyük ölçekli felaket durumlarnda, müdahale operasyonlarn desteklemeyi amaçlayan felaket ve acil durum yönetim sistemi gelitirmeyi amaçlar.

15

IRRIIS: Bilgi Temelli Atyap Sistemleri için Bütünleik Risk Azaltm Projesi

FP6

IRRIIS projesi kritik altyaplarn güvenirliini açk ve ileri sistemleri kullanarak gelitirmeyi amaçlar.

16

CRUTIAL Projesi

FP6

Güç alarnn güvenilebilir kontrol ve yönetimini salayan datk mimarilerin incelenmesini ve bilgi altyapsndaki hatalar sonucu kontrol edilen alarda önemli etkiler yaratan kritik senaryolarn analizini amaçlar.

17

RED projesi

-

RED projesi, araçlar ve teknikler gelitirerek doru tehis/reaksiyon süreci garanti etmek amacyla telekomünikasyon IP alar için yenilikçi çözümler tanmlar, tasarlar ve test eder.

318

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Kritik Altyaplarn Kavramsal Olarak Tanmlanmas: Modellenecek kritik altyaplar detayl olarak (varsaymlar, öznitelikler, ilevler vb.) tanmlanmaldr. Kritik altyaplarn krizin hangi aamalarna yönelik modellenecei (kriz öncesi, kriz an, kriz sonras) belirlenmeli ve bu durumlar detayl olarak analiz edilmelidir. Kritik altyaplarn kontrol sistemleri ve bunlarn durum farkndalna yönelik verdikleri destekler belirlenmelidir. Kritik altyaplar arasndaki bamllklar analiz edilmelidir. Kritik altyaplar destekleyen mevcut sistemlerin dnda analizi ve tedariki hedeflenen sistemler de tanmlanr. Çevresel Etkenlerin ve Krize Müdahale Servislerinin Modellenmesi: Aktörler, sosyal, ekonomik ve çevresel koullar ve krize müdahale etmesi planlanan servisler (güvenlik, itfaiye, salk, ulatrma vb.) analiz edilmelidir. Risk Önceliklendirme ve ncinebilirliklerin Belirlenmesi: Amaçlar kapsamnda riskler önceliklendirilmeli ve bu önceliklendirme modellenecek kritik altyaplarn incinebilirlikleri göz önünde bulundurulmaldr. Gerçek Sistemlerle Çalabilirlik için Gereksinimler: Özellikle karar destek amaçl kullanlan sistemler için gerçek sistemlerle arayüzlerin tespit edilmesi ve bilgi alveriinin (mantksal ve fiziksel) tanmlanmas gerekir. Analiz safhasnda kavramsal modelleme ve ontoloji gelitirme yöntemlerinden faydalanmak mümkündür. Analiz safhasndan sonra senaryo tanmlama arac, analiz araçlar, eitim araçlar ve kullanc arayüzü tasarm ve gelitirme aktiviteleri gerçekletirilebilir. Bu kapsamda datk simülasyon altyaplar, matematiksel modelleme ortamlar, açk kodlu mimariler kullanlabilecek altyaplardan bazlardr. Simülasyon altyapsnn dier sistemlerle birlikte çalabilirlii ve paralel simülasyon koturumu içim servis yönelimli mimari (Service Oriented Architecture) yaklam da kullanlabilir. 5. SONUÇ Yeni saylabilecek bir konu olan kritik altyaplarn korunmas birçok farkl disiplini ve aratrma alann içermektedir. Özellikle son yllarda, kritik altyaplarn toplum yaamndaki öneminin ve onlara yönelebilecek tehditlerin artmasyla birlikte bu konuda yaplan çalmalarn says önemli ölçüde art göstermitir. Modelleme ve simülasyon kritik altyaplarn korunmasnda önemli bir yere sahiptir. Altyaplarn karmakl, karlkl bamllklar, insan, çevre gibi farkl faktörler bu altyaplarn modellenmesini zorlatrmaktadr, ama modelleme ve simülasyon, öngörülmeyen ve denenmesi ekonomik olarak mümkün olamayan durumlarda etkili bir araçtr. Bu alanda yaplacak simülasyonlarda uygulanmas önerilen model kapsamndaki aktiviteler karmakln anlalmasn ve problemlere odaklanlmasn salayabilir.

319

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA [1] Avrupa Birlii Komisyonu: Komisyon’dan Konsey’e ve Avrupa Parlamentosu’na letiim, “Critical Infrastructure Protection in the Fight Against Terrorism”, COM (2004) 702 final, Brussels. [2] Amerika Birleik Devletleri Kongresi, (2001), “USA PATROIT ACT. Public Law”, Washington, DC., 107-156. [3] J. Lopez, C. Alcaraz ve R. Roman, (2007), “On the Protection and Technologies of Critical Information Infrastructures”, FOSAD 2006/2007, 160182. [4] Avrupa Birlii Komisyonu,(2005), “Green Paper on a European Programme for Critical Infrastructure Protection”, COM(2005) 576 final, Brussels. [5] http://www.iabg.de/acip (ubat, 2007), “Analysis and Assessment for Critical Infrastructure Protection (ACIP) Projesi web sitesi. [6] R.L. Krutz, (2005), “Securing SCADA Systems”, Wiley Publishing, Chichester. [7] E. Adar, A. Wuchner, (2005), “Risk Management for Critical Infrastructure Protection (CIP) Challenges, Best Practices & Tools”, Proceedings of the 2005 First International Workshop on Critical Infrastructure Protection (IWCIP’05). [8] R.G. Little, (2002), “Toward More Robust Infrastructure: Observations on Improving the Resilience and Reliability of Critical Systems”, Proceedings of the 36th Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS’03). [9] S. Rinaldi, J. Peerenboom ve T. Kelly, (2001) “Identifying, Understanding, and Analyzing Critical Infrastructure Interdependencies”, IEEE Control Systems Magazine, 21, 11-25. [10] K.O. Nystuen, J.M. Hagen, (2003), “Critical Information Infrastructure Protection in Norway”, Critical Infrastructure Protection Workshop, paper 1.5. [11] R. Roman, C. Alcaraz, J. Lopez, (2007), “The Role of Wireless Sensor Networks in the area of Critical Information Infrastructure Protection”, Information Security Technical Report, 12, 24-31. [12] S.M. Rinaldi, (2004), “Modeling and Simulation Critical Infrastructures and Their Interdependencies”, Proceedings of the 37th Hawaii International Conference on System Sciences. [13] D.D. Dudenhoeffer, M.R. Permann ve E.M. Sussman, (2002), “A Parallel Simulation Framework for Infrastructure Modeling and Analysis”, Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference. [14] D.D. Dudenhoeffer, M.R. Permann, M. Manic, (2006) “CIMS: A Framework for Infrastructure Interdependency Modeling and Analysis”, Proceedings of the 2006 Winter Simulation Conference. [15] IEEE 1516.3, Recommed Practice for HLA FEDEP, Nisan 2003. 320

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ORANSAL SEYR GÜDÜMÜNÜN HAVA SAVAINDA GÜDÜMLÜ FÜZEDEN KAÇI YÖNTEM OLARAK NCELENMES

Serpil Vuran (a), Yakup ÖZKAZANÇ(b) (a) (b)

HAVELSAN A., 06520, Ankara, [email protected]

Yrd.Doç.Dr., Hacettepe Üniversitesi, Elektrik Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu makalede, güdümlü füze ile kar karya kalan bir hedefin oransal seyir güdümü yöntemini kullanarak hareket etmeye balamas halinde kaçmasnn mümkün olup olamayaca aratrlmtr. Bu çalma iki bölüme ayrlmtr. lk bölümde füze hedefi oransal seyir güdümü yaparak takip etmektedir. kinci bölümde ise komuta güdümü yöntemini kullanmtr. Önerilen kaçma manevras paralel olarak ileyen iki döngüden olumaktadr. Bu döngülerden ilkinde hedef oransal seyir güdümü yapar. kinci döngüde ise hedefin füzeyi görü açs 90 dereceye çekilmeye çallmaktadr. Füze ve hedefin güdüm/kaç modellerinin hazrlanmas ve benzetimler MATLAB Simulink ile yaplmtr. Önerilen yöntemin hava savanda güdümlü füzelerden kaçnmak için uygun bir yaklam olabilecei gösterilmitir. Anahtar Kelimeler: Güdümlü füzeden kaçma/saknma, oransal seyir güdümü, komuta güdümü, hava sava ABSTRACT In this paper, the question whether it is possible to escape from a missile by using proportional navigation has been asked. This study has been divided into two; in each part it has been assumed that the missile uses a different guidance algorithm. In the first part, evasion from proportional navigation guided missiles has been worked on. In the second part, command guided missile evasion has been studied. Proposed evasion maneuver consists of two parallel working loops. In one of these loops, the target realizes proportional navigation guidance. In parallel, the other loop tries the take the angle that the target sees the missile to 90 degrees. Pursuit-evasion models of the missile and the target has been prepared and simulated by using MATLAB Simulink. It has been shown that the proposed method can be a suitable approach for guided missile evasion. Keywords: Guided missile evasion, proportional navigation guided missiles, command guided missiles, air combat 321

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR Literatürde, oransal seyir güdümünün hem optimum bir kaçma(evasion) hem de optimum bir kovalama(pursuit) yöntemi olduuna dair çalmalar bulunmaktadr [5]. Güdümlü füzelerden ya da daha genel olarak hava savandaki dümanlarndan kaçmak, sava uça pilotlarnn temel bir ilgi alan olagelmitir. Sava pilotlar tarafndan yaygn olarak kullanlan baz manevralarda öne çkan ortak özellikler dikkat çekicidir. Avc uça, avantajl konuma geçmek için, her zaman dar bir yaklama açs (angle off) ile hedefine yaklamaya çalmaktadr. Hedef ise, avcy arkasna almaya ve onunla rolleri deitirmeye çalt manevralar dnda, avcy geni bir yaklama açs ile karlamaya çalmaktadr. Yaklama açsnn dar olmas avcnn, geni olmas (en iyi durumda 90º) ise hedefin lehine gibi görünmektedir. Yaklama açsnn 90º olduu durum, pilotlarn kendi deyimleri ile “füzeyi saat 3 veya saat 9 yönünde karlamak” eklinde dile getirilmektedir Bu çalmada, oransal seyir güdümü yapmann optimum bir kaç yöntemi olduu bilgisine dayanlarak, oransal seyir güdümü yaparak kaçmak bir güdümlü füzeden kaç yöntemi olarak kullanlm, bu kaçn baarsnn nelere bal olduu ortaya konmu ve bu temel üzerinde yaklamlar önerilmitir. Tüm bunlar yaplrken pilot deneyimleri ile aktarlan “füzeyi dik aç ile karlama” savnn geçerli dayana olup olmad da aratrlmtr. 2. UÇAKSAVAR FÜZE GÜDÜMÜ Füze güdümünün amac hedefe olan uzakl, sonlu bir zaman diliminde sfra ya da küçük bir deere çekecek uygun ivmeleri belirlemek ve uygulamaktr. Güdümlü füzeler hedefin manevrasna göre uçu yollarn adaptif olarak deitirirler. Bu makalenin konusu olan anti-hava füzeleri genellikle ksa menzilli taktik füzelerdir. Hava platformlarna yönelik ksa menzilli füzelerde ön plana çkan iki temel güdüm yöntemi bulunmaktadr. Bunlar oransal seyir güdümü ve komuta güdümüdür. 2.1. Oransal Seyir Güdümü Oransal seyir güdümü yasas, görü hattnn (LOS) dönü hzna ve füzenin hedefe yaklam hzna orantl ivme komutlar üretir. Matematiksel olarak ,

nc

NVcO'

(1)

formülü ile ifade edilir. Burada,

nc : Füzenin ivmesi, Vc : Füze-hedef yaklam hz O' : Görü hattnn dönme hz, görü hatt açsnn türevi N : Oransal güdüm sabiti 322

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olarak verilir. [4]. Oransal seyir güdümü aktif ve yar-aktif radar güdümlü füzelerde ve kzlötesi güdümde en yaygn olarak kullanlan güdüm algoritmasdr. Manevra yapan hava hedeflerine kar etkili olabildii için antihava füze sistemlerinde özellikle kullanlmaktadr. 2.2. Komuta Güdümü Manevral hedeflere kar performans düük olsa da; oransal seyir güdümü gibi arayc bala (seeker) gerek duyulmamas nedeni ile; daha ucuz bir ekilde gerçekleitirilebilen komuta güdümü de baz uçaksavar füzelerinde kullanlagelmektedir. Komuta güdümünde füzenin uçuu srasnda, füze ve hedefin pozisyonlar izlenir ve füzenin hedefe ulaabilmesi için gerekli komutlar füzeye (bir veri ba ile) gönderilir. Füze ve hedefin izlenmesi radar, elektro-optik sistemler ya da operatör vastas ile olabilir [2; 3]. In izleme güdümü (beam riding) ve komuta kontrollü görü hatt güdümü (CLOS) olmak üzere iki ekilde gerçekletirilir. In izleme güdümünde Rmb komuta edilen ivme

nc

Rm. sin (T  M) ve

KRmb

(2) (3)

olarak verilir. Burada,

nc : Komuta edilen ivme

K : Güdüm sabiti olarak ifade edilmektedir Rmb : Füze ile hedefi izleyen n arasndaki dik uzaklk T : Hedefi izleyen nn yatayla yapt aç M :Füzeyi izleyen nn yatayla yapt aç olarak verilir [4] 3. ÖNERLEN KAÇI MANERASI YÖNTEM Bu çalma, oransal seyir güdümünün bir güdümlü füzeden kaç manevras üretmek için kullanlmas prensibine dayanmtr. Çalmann amac gerei hedef oransal seyir güdümü yaparak füzeden kaçmaya çalmaktadr. Füze ise hedefini izerken oransal seyir güdümü ve komuta güdümü yöntemlerini kullanmaktadr. Füze ve hedefin, ivme vektörlerinin uygulanma yönüne göre yaln kontrol ve gerçek kontrol yapabilecekleri göz önünde bulundurulmutur. vme komutu, yaln kontrolde hz vektörüne, gerçek kontrolde ise görü hatt dorultusuna dik olarak tatbik edilir. Tüm bu kombinasyonlar içerecek ekilde; öncelikle yaln kontrol yapan bir füze modellenmitir ve bu füzeden yaln kontrol yaparak kaçmaya çalan hedef için benzetimler yaplmtr. Sonra ayn füzeden gerçek kontrol yaparak kaçmaya çalan hedef için benzetimler yaplmtr. Daha sonra benzer 323

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekilde; gerçek kontrol yapan bir füze ele alnm, bu füzeden yaln kontrol yaparak ve gerçek kontrol yaparak kaçmaya çalan hedefler için benzetimler yaplmtr. Gerçek kontrol yapan hedefin kaç performansnn ayn artlar altndaki yaln kontrol yapan hedefin performansndan daha iyi olduu görülmütür. Çizelge 1., bu duruma bir örnek olarak verilmitir. Bu çizelgede, gerçek kontrol yapan hedefin yaln kontrol yapan hedeften çok daha fazla skalama mesafesi oluturduu görülmektedir. Çizelge 1. Oransal seyir güdümü yapan füzeden oransal seyir güdümü yaparak kaçan hedef, gerçek kontrol yapan füze , arkadan takip senaryosu için elde edilen benzetim çalmalar sonuçlarnn özeti.

Hedef yaln kontrol yapyor Hedef gerçek kontrol yapyor

Hedefin oransal güdüm katsays (Nt)

Karlama zaman (sn)

Iskalama mesafesi (m)

3 5 3 5

30.01 27.82 30 28.6

0 6.7 0 920

Hedef ve füzenin en yakn geçtikleri anda hedefin füzeyi görü açs ( ) (derece º) ~ 1.5 º ~ 78º ~2 ~ 18

Detayl benzetim çalmalarnn [7] ardndan oransal seyir güdümü temelli manevralarn hem oransal seyir güdümlü hem de komuta güdümlü füzelerden kaçmak için uygun bir yaklam olabilecei kanaatine varlmtr. Önerilen kaçma yönteminin performasn arttrmak için baz öneriler oluturulmutur. Bu önerilerden birisi; hedefin oransal seyir güdümü ile kaçma manevrasna, hedefin füzeyi görü açsn 90º’ye çekmeye yardmc olacak ek bir geribesleme döngüsü eklenmesidir.

ekil 1. Hedefin füzeyi görü açs

324

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Önerilen kaçma manevrasn gerçekleyen geri besleme yaps aadaki ekil 2.’de verilmitir.

ekil 2. Hedefin Kaç Manevrasn Gerçekleyen Geribesleme Döngüsü Burada hedefin ivmelenmesi :

n ct

n ct O  n ct D

(4)

nct NtOVcO' NtD( S / 2 D ) (5) olarak tanmlanmtr. Burada,

Nm : Füzenin oransal seyir güdümü katsays

NtO : Hedefin görü hattnn deiiminden kaynaklanan ivmesinin oransal seyir güdümü katsays NtD : Hedefin füzeyi gördüü açnn 90º ile farkndan kaynaklanan ivmesinin katsays olarak verilmektedir. Blok emadan görüldüü gibi hedefin füzeden kaçma manevras iki tane paralel geri besleme döngüsü ile tanmlanmtr. Bu döngülerden birisi hedefin füzeyi oransal seyir güdümü ile takip edecek ekilde ivmelenmesini gerçekletirirken; dieri hedefin füzeyi görü açsn 90 dereceye çekmeye çalmaktadr. Çizelge 2.’de, eklenen döngünün hedefin performansna etkisi görülmektedir. Çizelge 2. Oransal seyir güdümü yapan füzeden oransal seyir güdümü yaparak kaçan hedef, gerçek kontrol yapan füze , Nm=4, hedefin kaç döngüsüne hedefin füzeyi görü açsn 90º’ye tamak için bir geribesleme 325

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara döngüsü eklenen sistemde arkadan takip senaryosu için elde edilen benzetim çalmalar sonuçlarnn özeti.

Hedef gerçek kontrol yapyor

Nt

Nt

Karlama zaman (sn)

Iskalama mesafesi (m)

5

0 100 500

28.6 8.6 3.82

920 9430 10899

Hedef ve füzenin en yakn geçtikleri anda hedefin füzeyi görü açs ( ) (derece º) ~ 18 ~ 40 ~ 53.5

Eklenen döngünün performansa etkileri snandktan ve hedefin kaçma baarsn artrd görüldükten sonra, geribesleme döngüsünden kaynaklanan ivmenin, toplam ivmedeki arl artrlarak hedefin kazanmas gereken toplam ivmenin büyüklüü düürülmeye çallm ve bunda baar salanmtr. Çalmalarn sonunda ise bu önerilerin gerçek hayatta uygulanabilirlii ivme limitleri konularak test edilmitir[7]. ekil 3, ekil 4 ve ekil 5’te, kendisini arkadan takibe balam füzeden oransal seyir güdümü yaparak kaçmaya çalan bir hedef için menzil ve konum grafikleri verilmitir. Hedefin ivmesi görü hattna dik uygulanmaktadr. Füze oransal seyir güdümü yapmaktadr. Füzenin oransal seyir güdümü sabiti, Nm=4 alnmtr. ekil3’te hedef manevra yapmamaktadr. ekil4’te hedef, oransal seyir güdümü yapmaktadr.Hedefin oransal seyir güdümü sabiti, Nt=5 alnmtr. Burada hedef yaklak 920m’lik bir skalama mesafesi oluturmay baarmtr. ekil5’te ise hedef bir yandan oransal seyir güdümü yaparken bir yandan da füzeyi gördüü açy 90º’ye çekmeye çalmaktadr. Bu durumda, hedefin oluturduu skalama mesafesinin artt ve 11000 m’ye yaklat görülmütür.

ekil 3. Manevra Yapmayan Hedef çin Menzil Ve Konum Grafikleri

326

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4. Sadece Oransal Seyir Güdümü le Kaçmaya Çalan Hedef çin Menzil Ve Konum Grafikleri

ekil 5. Oransal Seyir Güdümü Yapan Ve Ayn Zamanda Füzeyi Gördüü Açy 90º’ye Çekmeye Çalan Hedef çin Menzil Ve Konum Grafikleri 4. SONUÇ Benzetimlerden elde edilen sonuçlara göre oransal seyir güdümü ya da komuta güdümü yapan füzelerden kaçmak için oransal seyir güdümü yapma yöntemi denenebilir. Yaplan benzetimlerde güdümlü füzeden kaç konusunda bilinen baz gerçekler de dorulanmtr. Bu sonuçlardan ilki hedefin kaç ansnn füze ile kar karya geldii senaryoya bal olduudur. lk koullar hedefin kaç ansn artrr ya da azaltr. Dier bir sonuç ise; oransal seyir güdümü yaparak kaçan ayn koullardaki hedeflerden daha çok ivmelenebileninin daha fazla skalama mesafesi oluturabildiidir. Füze ister yaln kontrol, ister gerçek kontrol yapsn, ayn senaryo için elde edilen sonuçlara bakldnda, hedefin yaln kontrol yapt sonuçlarn birbirine, hedefin gerçek kontrol yapt sonuçlarn da yine birbirine benzedii görülmütür. Kaçn baarsn belirleyen asl unsurun füzenin deil hedefin uçu ekli olduu gözlenmitir. Oransal seyir güdümü yapan ayn koullardaki hedeflerden gerçek kontrol yaparak kaçannn daha iyi kaçt gözlemlenmitir. Gerçek kontrol yapmak, hedefin hz vektörünün büyüklüünü artrrc yönde etki edebilecei gibi, 327

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara azaltc yönde de etki edebilir. Gerçek kontrol yapmann daha iyi bir kaç baars getirmesinin nedeni hedefin füzeyi gördüü açy 90º’ye yaklatrmasdr. Hedefin füzeyi gördüü açnn 90º olmas pilotaj kültüründe geçen füzeyi dik karlama yönteminin ta kendisidir. Füzeyi dik karlamaya daha çok yaknlaan hedef daha çok skalama uzakl oluturur, dolaysyla daha rahat kaçar. Oransal seyir güdümü yaparak kaçan hedefin modeline füzeyi görü açsn 90º’ye çekmeye yardmc olacak ilave bir geribesleme döngüsü eklersek, hem daha çok skalama mesafesi oluur, hem de hedefin kaçmas için gerekli maksimum ivme büyüklükleri azalr. Bu daha verimli bir kaç anlamna gelir. Kaçabilmek için gerekli maksimum ivmeyi daha da küçültmek istersek geribesleme döngüsünden gelen ivmenin arln artrmak ve oransal seyir güdümü sabitini düürerek burdan gelen ivmenin arln azaltmak yönteminin baarl olabilecei gözlenmitir. KAYNAKÇA [1] Y., Özkazanç, “ELE781 Seyir, Güdüm ve Kontrol Ders Notlar”, Hacettepe Üniversitesi. [2] H.J. Blakelock, (1991), “Automatic Control of Aircraft and Missiles”, Wiley. [3] Robert L. Shaw, (1985), Fighter Combat,United States Naval Institude. [4] P Zarchan.,(2002), “Tactical and Strategic Missile Guidance”, American Institute of Aeronautics and Astronautics [5] Y.C. Ho, A.E. Bryson, S. Baron, (1965), “Differential Games And Optimal Pursuit Evasion Strategies”, IEEE Transactions On Automatic Kontrol, Vol. AC-10, No.4 [6] S.U. Shukla, S.U. Mahapatra, (1990), “The Proportional Navigation Dilemma-Pure or True?” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 26, No.2,March 1990,Pages:382-392 [7] S. Vuran ,(2007), ”Oransal Seyir Güdümünün bir Güdümlü Füzeden Kaç Yöntemi Olarak ncelenmesi”, Hacettepe Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi

328

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GENETK ALGORTMA KULLANARAK RADYO YÖN BULMA SSTEMLERNN KONULANDIRILMASI Nebi Vuran (a), Yakup ÖZKAZANÇ(b) (a)

HAVELSAN A., ODTU Teknokent AR-GE Bloklar, 06531, ANKARA [email protected]

(b)

Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendislii Bölümü06800, Beytepe, ANKARA [email protected]

ÖZET Radyo Yön Bulma (Radio Direction Finding), pasif radyo sistemleri yardm ile özellikle elektronik harp literatüründe kritik bir sava bilgisi olarak deerlendirilen RF hedeflerin yönünü bulma ve konumlarn belirleme (position fixing) metodudur. Bu amaç için kullanlan sistemler tek bana veya Elektronik Destek Sistemleri (ESM-Electonic Support Measures) ya da Radar Uyar Alcs (RWR-Radar Warning Receivers) gibi daha sofistike sistemlerin bir alt fonksiyonu olarak da var olabilirler. Bu bildiride, iki boyutta harita üzerinde rasgele olarak yerletirilmi RF kaynaklarn; en küçük CEP (circular error probable) kriteri ile konumlandrabilecek Radyo Yön Bulma Sistemlerinin (RYBS) konulandrlmas için gelitirilen bir yöntem tartlacaktr. Bildiride yön bulma ve konum belirleme yöntemleri ele alndktan sonra verilen bir hedef bölgesi için RYB sistemlerinin en uygun yerleim plann belirlemeye yönelik optimizasyon probleminin çözümünde Genetik Algoritmalarn nasl kullanldklar anlatlacak ve belirlenen farkl senaryolar için gelitirilen yöntem sunulacak ve sonuçlar özetlenecektir. Anahtar Kelimeler: Radyo Yön Bulma, Radyo Yön Bulma Sistemleri, Konum Belirleme, Radyo Yön Bulma Sistemlerinin Konulandrlmas, Genetik Algoritmalar, Elektronik Destek Sistemleri, Elektronik Harp. ABSTRACT The Radio Direction Finging (RDF) term is used to describe methods for finding geolocation of RF emitters which is known as critical combat information. The systems that developed for this purpose can work standalone, or they can be a part of Electronic Support Measures System (ESM) or Radar Warning Receivers System (RWR). This paper discusses optimum baseline selection problem of RDFs for randomly deployed emitters in a given terrain. The paper examines the methods of position fixing and explains genetic algorithms in finding the solution of baseline selection problem. Then by using different scenarios the developed method will be examined and the results will be summarized. 329

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Keywords: Radio Direction Finding, Position Fixing, Baseline Selection, Electronic Support Measures, Electronic Warfare. 1.GR Bu bildiride açk literatürde rastlanmam olan konum belirleme ve belirli bir hedef bölgesinin kapsanmas için kullanlan RYB sistemlerinin en uygun dalm, yerleimi ile ilgili çalma anlatlacaktr. Açk literatürde ise daha çok pasif konum belirlemeye yönelik çalmalar bulunmaktadr. En uygun konulandrmay veya yerleim plann belirleme probleminin analitik olarak çözümünün zor olmasndan dolay Genetik Algoritmalar (GA) simulasyonlarda optimizasyon algoritmas olarak kullanlmtr. Gerçek zamanl çözüm bir koul olarak alnmamakla birlikte algoritma MATLAB ortamnda dahi hzl çalmakta ksa sürede sonuç üretebilmektedir. Yerleim plann belirlemeye yönelik olarak gelitirilen simülasyon yazlmnda kullanc diledii biçimde hedef bölgesini ve RYBS’lerin yerletirilecei alan iki boyutta çizerek belirleyebilmektedir. Ayrca kullanc diledii sayda RYB sistemini, her birine ait kerteriz açs ölçüm hassasiyetini belirten standart sapma deerleri ile birlikte yazlm ön-yüzünde belirlenen alanlara girebilmektedir. Hedeflerin ise tanmlanan bölgenin herhangi bir noktasnda olabilecei varsaylmaktadr. Bundan dolay hedef bölgesi küçük dikdörtgenlere bölünerek her bir dikdörtgenin orta noktasnda bir hedef olduu varsaylmtr; kullancya ilgili alan diledii oranda dikdörtgenlere ayrma olana verilerek, hedef bölgesinin istenilen çözünürlükte kapsanabilmesi salanmaktadr. Bu bildiride ilk olarak radyo yaynlar kullanarak yaplan yön bulmann temel kavramlar ve radyo yön bulma ilke ve prensipleri üzerine ksa bir bilgilendirme yaplacak; daha sonra da üçgenleme yöntemleri, konum belirleme ve genetik algoritmalar açklanacaktr. Son olarakta belirlenen farkl senaryolar için elde edilen simülasyon sonuçlar yorumlanacaktr.

2. RADYO YÖN BULMA LKE VE YÖNTEMLER ekil 1’de gösterilen uzamsal koordinat sisteminde RYBS’nin orijinde bulunduu varsaylarak, geli yön açs yatayda ve dikeyde iki bileen olarak gösterilmektedir. Burada gelen dalgann X-Y düzleminde X ekseni ile yapt aç, azimut (azimuth) açs () veya kerteriz (bearing) açs ve gelen dalgann Z ekseni ve XY düzlemi ile yapt aç, yükseli açs () (elevation) olarak belirtilmitir.

330

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. RYB Örnei Genel olarak, corafi konumlandrmada X ekseni için kuzey, Y ekseni için dou ve Z ekseni için yukar yönler tercih edilmektedir. deal bir radyo yön bulma sistemi yatayda ve düeyde olas herhangi bir yönden gelebilecek tüm elektromanyetik yaynlar alabilmelidir; ufuk açsnda (azimuth) 0o -360o aras, yükseli açsnda 0o -90o aras ölçüm yapabilmelidir. Genel olarak radyo yardm ile yön bulma teknik ve sistemlerinin gelitirilmesinde, gelen elektromanyetik yaynn uzak bir noktadan düzlemsel bir dalga olarak RYBS üzerine dütüü varsaym yaplr. RYBS’ler temel olarak gelen sinyalin genlik, faz kaymas, zaman gecikmesi, frekans kaymas gibi parametrelerini kullanarak, yaynn yatay ve dikeydeki geli açsn üç farkl ölçüm yöntemi ile belirleyebilmektedir. Bu yöntemler genlik cevabn, faz gecikmelerini ve zaman gecikmelerini kullanan yöntemlerdir [3]. 2.1 Genlik Cevab Kullanarak Yön Tayini Bu teknik tek bir halka (loop) anten ile ya da, yönsellii olan iki veya daha fazla anten kullanarak gerçekletirilir. Bu yaklamn çeitli varyasyonlar Adcock, Watson-Watt veya Wullenwebers YB teknikleri olarak da bilinmektedir. Teorik olarak antenlerin her birinin birbirine göre göreceli genlik tepkileri, her bir geli açsna göre tek bir ablon oluturduu için yön bilgisi kolayca tayin edilebilir. Fakat pratikte her frekans deeri ve her kerteriz için anten üretmek mümkün olmadndan dolay elde edilen yön bilgisi belirsizlik içerir. Dolaysyla bu teknik yüksek hassasiyet gerektirmeyen uygulamalar için uygundur [3, 4]. 2.2 Faz Genlik Cevab Kullanarak Yön Tayini Faz gecikmeleri yön tayininde iki farkl ekilde kullanlmaktadr. Birinci yöntem yukarda bahsedilen genlik cevab yöntemine benzemektedir. Fakat burada genlik bilgisi (V¨), faz gecikmesinden () elde edilmektedir. Faz gecikmesi gelen dalgann antenlere farkl zamanlarda dümesi sonucu olumaktadr ve 331

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara antenler aras uzakla (baseline) , dalga boyuna ve geli açsna baldr. kinci yaklam ise faz karlatrma yöntemidir, giriim-ölçme (inter-ferometre) yöntemi ve Doppler yöntemi olmak üzere ikiye ayrlmaktadr [3, 4]. 2.3 Zaman Gecikmesi Kullanarak Yön Tayini RYB sistemleri pasif cihazlar olduu için yalnzca kendilerine gelen sinyalin geli zamann ölçebilirler, sinyalin hedeften çk zaman doal olarak bilinmemektedir. Bu yöntemde, birbirlerinden belirli bir mesafe ile ayrlm antenlere gelen dalga antenlere farkl zamanlarda varacandan dolay bir önceki bölümde anlatlan faz farkn kullanma yerine dorudan zaman farkn kullanma tercih edilebilmektedir. Bu yöntemin matematiksel modelinde kerteriz çizgileri hiperboller oluturduu ve bu hiperbollerin kesiim noktalar radyo kaynann konumunu verdii için bu yöntemle çalan sistemlere hiperbolik yerbulum sistemleri de denmektedir [3, 4].

3. ÜÇGENLEME VE KONUM BELRLEME Radyo kaynann konum bilgisini elde etmek için en az iki RYB istasyonuna veya hareketli bir RYB sistemine ihtiyaç vardr. ekil 2’de betimlendii gibi konumlar belirli RYB sistemlerinden hedefe doru birden fazla kerteriz hatt oluturup farkl RYBS’lerin kerteriz hatlarn kesitirerek ve de bu kesiim noktalarn kullanarak, hedefin konumunu doruluk derecesi snrl bir biçimde kestirme yöntemine üçgenleme (triangulation) ad verilmektedir. Doruluk derecesini snrlandran etkenler RYB sistemlerinde pratikte her zaman varolan sistematik veya rasgele nitelikteki ölçüm hatalardr. Üçgenleme yöntemi salt rasgele ölçüm hatalarn efektif olarak azaltabilirken; sistematik ölçüm hatalarna kar çok duyarldr. Sistematik hata ancak, cihazn kalibre edilmesi ile giderilebilir. Sistematik hatalar sonucu oluan hata bölgesinde radyo kaynann yeri istatiksel olmayan, geometriye dayal yöntemler ile kestirilebilir. statiksel olmayan pozisyon kestirim yöntemleri içerdii yetersizliklerden dolay istatiksel kestirim teknikleri konum belirleme problemlerinde çözüm olarak kullanlmaktadr. statiksel konum belirleme algoritmalar her bir RYB sistemi ile birden fazla ölçüm alarak çoklu üçgenleme yapmay esas almaktadr. Çoklu ölçüm ve üçgenleme senaryoda kullanlan her bir RYB sisteminin ölçüm standart sapmasna bal olarak belli bir alanda farkl farkl noktalarda kaynak belirlenmesine yol açar. Ortaya çkan çoklu dalm istatiksel yöntemler ile incelenerek pozisyon kestirimi yaplmaktadr [3, 4].

332

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2. ki RYBS Kullanarak Konum Kestirimi (Adamy, 2004) Üçgenleme yöntemlerinde kullanlan istatistiksel kestirim yöntemleri tipik olarak, birbirlerinden bamsz, sfr ortalamal normal dalma sahip rasgele hatalarn olutuu, sistematik hatalarn ise olumad varsaymlarna dayanmaktadr. Rastsal kerteriz hatalar literatürde standart sapma veya RMS (root-meansquare) deerleri verilerek tanmlanmaktadr. Hatal açsal ölçümler, kerteriz çizgilerinin tek bir noktada deil rasgele farkl farkl koordinatlarda kesimesine ve dalmasna neden olur. Bu dalm veya pozisyonlardaki rasgelelik kerteriz açs ölçümlerinde olduu gibi matematiksel modelde ilave sfr ortalamal beyaz Gauss gürültüsü olarak ifade edilmektedir. ki boyutta ölçüm yapld için, yani yalnzca kuzey açs ölçüldüü için, Gauss gürültüsü iki deikenli (x,y) olur. Çok deikenli Gauss hatann olaslk younluk fonksiyonunun bir düzlem üzerine projeksiyonu veya konturlar eliptiktir, oluan elipsin parametreleri de pozisyon kestiriminde metrik olarak kullanlmaktadr ve literatürde bu metrie Olas Dairesel Hata, (Circular Error Probable, CEP) veya Olas Eliptik Hata (Eliptical Error Probable, EEP) ad verilmektedir. Kestirimin doruluk derecesi bu metrikler ile belirlenmektedir. Hata elipsi veya hata dairesinin büyüklüü, yani metriin deeriyle pozisyon kestiriminin doruluk derecesi birbirleri ile ters orantldr [1]. Hata bölgesinin yani elipsin büyüklüünü, her bir RYB sisteminin ölçüm hatasnn yansra RYB sistemlerinin ve hedeflerin uzayda göreceli geometrileri de belirlemektedir. Ayn ölçüm varyanslarna sahip RYB sistemleri farkl geometrik dizilimler için farkl elips büyüklükleri oluturur. Bu geometrik dizilimin yer bulma hatalarna etkisine Geometrik Konulandrmaya Bal Hassasiyet Kayb (Geometric Dilution of Precision, GDOP) denmektedir. RYB sistemlerinin saylarnn artrlmas ve hedefe yaknlamalar da elipsin büyüklüünü küçültüp kestirimin doruluk derecesinin artmasna neden olmaktadr. 333

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.1 Konum Kestirim Algoritmalar Konum kestirim algoritmalar ile ilgili ilk çalmalar yapan Stansfield’n bu alanda yaynlanan ilk makalesinden günümüze dein farkl kestirim algoritmalar konum belirleme çalmalarnda kullanlagelmitir. Bunlarn birçou en küçük kareler kestirim yöntemi ve türevlerine dayanmaktadr. Farkl yöntemler ayn sayda ve ayn hassasiyetle çalan RYBS’ler için farkl derecelerde sonuçlar salamaktadr. Fakat baz yöntemler kestirime yanllk (bias) ekleyebilmekte baz yöntemlerin de karmaklk derecesi çok yüksek olabilmektedir. Stansfield’n klasik yön bulma sabitleme algoritmasn ve incelememizde kullanm olduumuz en küçük kareler kestirim yöntemini ayrntl olarak kaynak 1, 3 ve 4‘te bulabilirsiniz. En küçük kareler yöntemine dayanarak konum kestirimi (position fixing) yapan tüm istatistiksel yaklamlar kaynak kestiriminin yansra kestirim hatalarn da kestirim hatas kovaryans matrisi ile karakterize ederler. Hata kestirim kovaryans matrisi Q ile gösterilirse; %95 lik CEP degeri CEP = 0.75 sqrt (Tr(Q)) ile belirlenebilir [5]. Bu çalmada RYBS yerleim plan için optimal çözüm aranrken bu ekilde karakterize edilen CEP deerinin minimize edilmesi yoluna gidilmitir.

4. GENETK ALGORTMA LE ÇÖZÜM Genetik algoritmalar (GA) bulusal arama ve optimizasyon algoritmalardr ve güdümlü rasgele arama (guided random search) teknikleri snfna girmektedir. Gelitirilen simulasyon program belirlenen alana RYBS’leri yerletirebilmek için CEP metriini optimizasyon kriteri olarak kullanmaktadr. GA’lar doas gerei rasgele olarak RYBS’leri ilk pozisonlarna yerletirir. Her yerleim için CEP deerleri hesaplanp daha sonra bu CEP deerleri arasndan en uygun olanlar ayklanmaya tabi tutulur. Daha uygun çözümler için ayklanma orannda seçilen yeni bireylere (çözüm adaylarna) GA operatörleri (çifletirme, mutasyona uratma) uygulanarak arama uzaynda adm atlmadk yer braklmamaya çallr. terasyonlar boyunca devam eden bu ilem iterasyon sonunda veya önceden tanmlanm bir sonlandrma kriterine ulaldnda sona erdirilir. Son arama sonuçlar arasndan da en uygun aday seçilerek kullancaya verilir. GA’lar güdümlü rasgele bulusal optimizasyon algoritmalar olarak çaltklar için kullanc ayn senaryo için diledii sayda program çaltrarak sonuçlar arasnda istatistiki bir inceleme yapabilir. Böylelikle elde edilen sonuçlarn kararl olup olmadklar ve uygulanan senaryo için en optimal çözümün bulunup bulunmadn kullanc test etmi olmaktadr. 334

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. RYBS KONULANDIRMA PROGRAMI

ekil 3. RYBS Konulandrma Program Ön-Yüzü ve Bir Örnek Senaryo ekil 3’te MATLAB ile gelitirilmi olan programn ara yüzü ve örnek bir senaryo sonucu verilmektedir. ekilde de görüldüü gibi kullanc RDF Region ve Emitter Region olarak ayrlan koordinat sisteminde diledii biçimde RYB sistemlerinin programca otomatik olarak konulandrlaca bölge ile hedeflerin yer alaca bölgeyi çizebilmektedir. Hedef uzaynda hedeflerin yeri tam olarak bilinmedii varsaylarak hedef bölgesi kendi içinde küçük hücrelere ayrlmakta ve her bir hücrenin içinde bir hedef bulunduu varsaylmaktadr. Kullanc ön yüzde yer alan paneller yardm ile hedef bölgesinin hangi sayda hücrelere ayrlacan belirleyebilmektedir. Yine kullanc ön-yüzde yeralan dier panelleri kullanarak diledii sayda ve hassasiyette RYB sistemini ve GA’larn parametrelerini (populasyon says, eletirme oran, mutasyon oran vb.) programa girebilmektedir. Ayrca kullanc programn çalmas bittikten sonra iterasyonlar boyunca bulunan en uygun konulandrma için ortalama CEP deerinin deiimini grafiksel olarak alabilmekte ve ayn konfigürasyon için diledii sayda program çaltrdktan sonra sonuçlarn istatiksel olarak analiz edilmesini isteyip optimum sonuçlar görebilmektedir.

335

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 6. SONUÇ Program RYB sistemlerinin saysna ve hassasiyetine bal olarak arlklandrlm en küçük kareler kestirim yöntemi ile hesaplad konum kestirim vektörünün kovaryans matrisini kullanarak her bir olas konulandrma için CEP deerini hesaplar. Ortalama CEP deerinin iterasyonlar boyunca deiimi incelendiinde metriin bir süre sonra belirli bir rejime girdii ve bir deere yaknsad gözlenlenmitir. Ayrca iki tane RYBS kullanarak tanmlad bölgeler için kullanc kendi belirledii koordinatlara RYBS’leri el ile yerletirip elde ettii sonuçlar ile programn otomatik olarak elde ettii sonuçlar karlatrarak programn performansn test edebilir [1]. Radyo yön bulma teorisi, konum belirleme algoritmalar ve optimizasyon yöntemi olan genetik algoritmalar kullanarak yazlan program kullanarak belirlenen senaryolardan elde edilen bilgiler nda temel olarak ulalan sonuçlardan en önemlisi; her bir simülasyon sonucunda RYB sistemleri birbirlerine göre genel olarak bir yerleim plannda simetrik ve hedefe en yakn koordinatlara yerleme eiliminde olmasdr. Dolaysyla oluan kerteriz hatlarnn birbirleri ile en az dorusal baml olma eiliminde olduklar açkça görülmektedir. Bu tip bir yerleim plan en küçük CEP deerini verir ve hedef bölgesinin kapsanma kalitesini yükseltir. ncelemelerde ortaya çkan dier bir önemli sonuç ise RYB sistemlerinin saylarnn artrlmas ve her bir RYB sisteminin kerteriz açs ölçüm hassasiyetinin yüksek olmas teoriye uygun olarak CEP deerinin dümesine neden olarak sonucun kalitesini artrmaktadr. KAYNAKÇA [1] Vuran, N., 2007, “Genetik Algoritmalar Kullanarak Radyo Yön Bulma Sistemlerinin Konulandrlmas”, Hacettepe Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi [2] Adamy, L. D., 2004, A Second Course in Electronic Warfare, Artech House [3] Herndon, H. J., 1991, Small Aperture Radio Direction Finding, Artech House [4] Poisel, A. R., 2005, Electronic Warfare Target Location Methods, Artech House [5] Torrieri J. D., 1984, Statistical Theory of Passive Location Systems, IEEE Transactions Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-20, no.2, March 1984

336

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ATE DESTEK HEDEF-SLAH TAHSS PROBLEMNN NCELENMES

Emrah GÜNSEL

ASELSAN A.. Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu makalede, savunma sanayi sektöründe gündeme gelmi Hedef–Silah Eleme ihtiyac hakknda durum ve ihtiyaç deerlendirmesi yaplmtr. Uygulama olarak Ate Destek Sistemleri ele alnmtr. Konu hakknda balatlan çalmada çeitli arama algoritmalar ve bunlar üzerine ina edilen gelitirme algoritmalar denenecek ve uygulamada en uygun metot belirlenecektir. Anahtar Kelimeler: Hedef – Silah, Eleme, Tahsis, Angajman, Optimizasyon ABSTRACT The Weapon-Target Assignment (WTA) problem is a fundamental problem arising in defense-related applications of operations research. Fire Support Systems are selected as application sector. In this paper, problem situation and requirements will be put forward for WTA. Further research on search algorithms and heuristics will be done and best method will be applied. Keywords: Weapon-Target, Assignment, Allotment, Engagement, Optimization 1. GRS Ate Destek Sistemleri için muharebe sahasnda hedeflerin, uygun ate destek unsuru, hedef niteliine uygun mühimmat ve istenilen etkide ate altna alnmas esastr [6]. Uygun hedef-silah kymetlendirilmesinde, mevzi deitirebilme parametresi, hedefin niteliine yönelik uygun bulunacak atm saysnn ate destek vastasna getirecei risk parametresi ve hedefin ate altna alnmas için gereken zaman diliminin dier atlara etki parametresi incelenecektir. Uygun mevzide bulunmayan ate destek unsuru mevzi deitirerek “Uygun hedef-silah kymetlendirmesi” içinde yer alabilecektir. Mevzi deitirme parametresi, bu kymetlendirmeye bir maliyet olarak yanstlacaktr. Ate destek unsurunun hedefi ate altna alabilecek uygun 337

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara mevziye ulamas; hz, yakt durumu, ulalacak mevzi-hedef mesafesine bal olarak mermi isabet oran ve intikal esnasnda tespit edilme alt parametrelerine baldr. “Uygun hedef-silah kymetlendirmesi” içine girebilecek bir ate destek unsuru, atm saysnn yüksek olmas durumunda; gereken atmlarn tamamlanma süresinin uzun olmas nedeni ile tespit edilme riskine sahiptir. Bu risk kymetlendirmeye bir maliyet olarak yanstlacaktr. “Uygun hedef-silah kymetlendirmesi” içine girebilecek bir ate destek unsuru, sonradan alabilecei görevlere yönelik deerlendirilecektir. Bu kapsamda, ate destek unsuruna tahsis edilen görevin sonradan yapaca at görevlerine olan etkisi de kymetlendirmeye bir maliyet olarak yanstlacaktr. 2. TEOR Kullanlan yöntemlerde hedef, silah ve mevzi bilgileri temel kavramlar olarak deerlendirilmitir. Bu üç temel kavramn birleiminden ve ek dier parametrelerden bir görev oluturulmaktadr. Her bir temel kavramn alt parametreleri aadaki gibidir: 1.

Hedef

a.

Tipi

b.

Korunma derecesi

c.

Says

d.

Yeri

e.

Öncelii

f.

stenilen etki

g.

Alan büyüklüü

h.

Geçerlilik Zaman

2.

Silah

a.

Yeri

b.

Durumu

c.

Menzili

d.

Atm periyodu

e.

Hareket kabiliyeti

f.

Öldürücülük ndeksi

g.

Hazr Olma Zaman

h.

At Shhati

i.

Yakt harcamas 338

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara j.

Yakt kapasitesi

k.

Mühimmat kapasitesi

3.

Mevzi

a. 4.

Yeri Görev

a.

Atm says

b.

Zaman

c.

Hedefi

d.

Silah

e.

Mevzisi

f.

Bedeli / Deeri Bu parametreler her bir hedef için toplamda bir bedel ya da deere katkda bulunurlar. Yaplacak çalmada bu konuda tüm hedefler için bedel ya da deeri maksimum olacak ekilde eletirmenin bulunmas amaçlanmaktadr. Görevler için deer tespiti için aadaki ilemler kullanlr: Menzil yeterlilii kontrol edilerek göreve uygun olmayan hedef-silah-mevzi eletirmesi tespit edilir ve görev deerine yanstlr. RA = (WR – |TC – PC|) RA

(1)

= Menzil uygunluu (Range Availability)

WR = Silah Menzili (Weapon Range) [7] TC

= Silah Yeri (Target Coordinates)

PC

= Mevzi Yeri (Position Coordinates)

Hedef-silah-mevzi elemesi için hedefteki bilgilere ve silahn ilgili mevzideki bilgilerine baklarak bir mühimmat etki analizi yaplarak gerekli atm says bulunur. NOR = TTE * ED * NOT * TS * TPE / WA / WOLI NOR = Atm says (Number of Rounds) TTE = Hedef tipi etkisi (Target Type Effect) ED

= Hedefte istenen etki (Effects Desired)

NOT = Hedef says (Number of Targets) TS

= Hedefin alan büyüklüü (Target Size)

TPE = Hedef korunma etkisi (Target Protection Effect) 339

(2)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara WA = Silah at shhati (Weapon Accuracy) [7] WOLI= Silah öldürücülük etkisi (WeaponOLI) [7] Her bir görev için önce bir intikal yaplaca varsaymyla intikal için gerekli zaman tespit edilir. Bu zaman intikal süresince tespit riskinde de kullanlacaktr. TTSP = |WC – PC| / WMA

(3)

TTSP = Mevziye ulam süresi (Time to Shot Position) WC = Silah yeri (Weapon Coordinates) WMA= Silah hareket kabiliyeti (Weapon Move Ability) [7] Görev için zaman uygunluu da intikal atm süresi ve hedefin zaman deerlendirilerek kontrol altnda tutulur ve ancak uygun zamanlamaya sahip elemeler kymetlendirilir. TA = (TTSP + CT - TTS) & WS

(4)

TA

= Zaman uygunluu (Time Availability)

CT

= Güncel zaman (Current Time)

TTS = Atn zaman (Time to Shot) WS = Silah durumu (Weapon Status) Her bir görevden önce ilgili hedefin deeri tespit edilerek görev deerine katlmas salanr. Tüm eletirmeler için de en etkili sralama parametresi hedef deeri olacaktr çünkü deeri büyük olan hedeflerin mutlaka etki altna alnmas istenecektir. TV = TTE * ED * NOT * TS * TPE TV

(5)

= Hedef kymeti (Target Value)

TPE = Hedef öncelik etkisi (Target Priority Effect) Ate destek sistemlerinin günümüz teknolojisiyle görevlerini icra etmeleri srasnda tespit edilmeleri oldukça olasdr. Bu sebeple görev icra eden, hatta hareket eden tüm silahlar risk altnda olacaktr. Bu sebeple deerli olduu düünülen silahlar ikinci srada görevlere verilmelidir. Eldeki silahlarn güvenlii ve ekonomik kullanm açsndan görev riski olarak bir deer tespit edilir ve görev deerine etki ettirilerek hesaplamalara katlr [3]. MR = (NOR * SP + TTSP) * WOLI / WMA MR

= Görev riski (Mission Risk)

SP

= Silah atm periyodu (Shot Period) [7]

(6)

Silahlarn intikalleri srasnda harcayacaklar yakt tespiti de yaplmakta, elde olan yakta göre silahlara görev verilmesi gerekmektedir. Bunun içinde yakt 340

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara uygunluu kontrolü yaplmaktadr. Ayn zamanda görev deerine harcanacak yakt da bir parametre olarak katlmaktadr. FC = |WC – PC| * FP

(7)

FC

= Yakt bedeli (Fuel Cost)

FP

= Yakt fiyat (Fuel Price)

Tüm hesaplamalar ardndan elde edilen veriler bir araya getirilerek görev için bir sonuç deeri tespit edilir. AC = TV + TA + RA – FC –MR AC

(8)

= Eleme deeri (Assignment Cost)

Görev için tespit edilen deerler tek balarna deil dier eletirmelere bal oluacak görevlerle birlikte deerlendirilirler. Dolaysyla bir görevde A silahnn kullanlmas deer artna sebep olurken, bir sonraki hedef için kullanlamamas orada deer kaybna sebep olacaktr. Her bir görevin zaman, yakt, mühimmat ve menzil uyumluluu kriterini salamak için tüm olas eleme serilerinin denenmesi ve en uygun eleme serisinin bulunmas gerekecektir [4]. Her bir parametreye verilecek arlklar ise kritik kararlar oluturacak ve belki de bir silahn kaybetme riski büyük olduu için bir hedefin etki altna alnmamasn, belli hedeflerin etki altna alnmas içinde belli silahlarn feda edilmesini getirecektir. Her koulda ihtiyaç kstl kaynakla mümkün olduunca etki yaratmak olduu için bir arama algoritmas ihtiyac olumutur [6] [8]. Yaplan çalmalarda görülmütür ki elemeler için çok fazla olaslk ortaya çkmaktadr. Örnein 3 hedef için olas 10 silah ve 10 mevzi varken hesaplanabilecek yaklak 154000 kombinasyon vardr. Bunlarn her biri için tüm hesaplamalarn ve kontrollerin yaplmas oldukça zaman (yaklak 20sn) almaktadr. Bu sebeple de arama algoritmalar hesaplama zamanlarn düürmek için gelitirme algoritmalar kullanmak durumundadr. leriye yönelik olarak algoritmalarn çalma süresi sadece statik deil ayn zamanda dinamik eleme fonksiyonunun gerçeklenmesi için de oldukça büyük önem arz etmektedir. Ancak bu ekilde yüzlerce hedef ve silah uygun mevzi ve zamanlarda tutarl ve verimli çalabileceklerdir. 3. UYGULAMA Hedef silah tahsis problemini üzerinde pek çok örnek verilebilir. Basit bir örnekle ihtiyacn ortaya koyulmas ve kapsamnn anlalmas salanabilir. Bir silah, iki hedef ve iki mevzi için örnek (bkz. ekil 1) verilmitir. Bu örnekte özellikle zaman uygunluu (4) deerlendirilecektir.

341

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1 – Hedef silah mevzi tahsisi, örnek uygulama Örnekte, hedef bit (T1) için geçerlilik zamannn 120 birim, hedef iki (T2) için geçerlilik zamannn 300 olduunu varsayalm. Her bir hedef sadece bir mevziden vurulabilecek mesafede (silah menzili ekil 1’de görülebilir) olduu için mevcut iki senaryo olabilir. Birinci senaryoda silah (W1) mevzi bire (P1) gider ve T1’i vurduktan sonda mevzi ikiye (P2) giderek T2’yi vurur. kinci senaryoda ise W1 önce P2’den T2’yi sonra da P1’den T1’i vurur. Tablo 1 – Hedef silah mevzi elemesi, senaryolar Senaryo

Hedef

Silah

Mevzi

lk atm zaman

Son atm zaman

1

T1

W1

P1

40

100

1

T2

W1

P2

145

295

2

T1

W1

P1

45

195

2

T2

W1

P2

240

300

Zaman Uyumluluu 100<120 Æ OK 295<300 Æ OK 195<300 Æ OK 300>120 Æ HATA

Bu iki senaryo aslnda ayn gibi görülse de ikinci senaryo zaman uyumluluu açsndan tercih edilmeyecektir (bkz. Tablo 1). Birinci senaryo ise zaman uyumlu olduu için mümkün tek görev listesidir. Uygulamada birinci senaryo ikinci senaryodan çok daha fazla sonuç deeri elde edecei için birinci senaryo önerilecektir. kinci örnek ise daha karmak girdilerin sonucu olacaktr. Bu örnekte 50 silah, 50 hedef ve 50 mevzi girdi olarak deerlendirilmitir. Girdilerin tamam rastgele seçilmitir. Sonuç olarak bulunan eleme Tablo 2’de verilmitir. 342

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tablo 2 – Hedef silah mevzi elemesi, örnek çkt Görev Nu

Hedef

Silah

Mevzi

Ba. Zam.

3 7 13

Bit. Zam.

Önc. Mühi.

Görev Mühi.

Son. Mühi.

T0006

W0010

P0014

315

432

T0007

W0009

P0016

0

2580

T0011

W0006

P0014

0

2700

100

18

T0012

W0002

P0030

1466

2392

19

T0014

W0003

P0018

0

1188

6

T0015

W0010

P0016

432

627

15

T0016

W0004

P0015

0

12

T0017

W0008

P0037

3420

4

T0018

W0008

P0014

0

T0019

W0007

16

T0020

17

T0023

8

T0025

W0002

Önc. Yakt

Son. Yakt

Deer

88

2

86

100

42

58

875

764

10046735

1100

1100

9666085

44

56

4100

4100

9723665

71

37

34

452

52

9736237

100

94

6

4100

4100

10076055

86

11

75

764

689

10301260

2070

100

67

33

1000

1000

9534167

4990

44

21

23

2100

1100

9993289

0

3420

100

56

44

2100

2100

9979084

P0016

0

3660

100

60

40

3100

3100

9753943

W0010

P0011

759

979

69

11

58

653

503

10291860

W0010

P0011

979

1559

58

52

6

503

503

9359137

P0040

456

1466

78

7

71

2100

452

9829648

2

T0027

W0010

P0011

120

315

94

6

88

1100

875

9937068

10

T0035

W0005

P0018

0

1500

100

12

88

3200

3200

9881480

9

T0036

W0009

P0035

2580

3730

58

14

44

1100

100

9954801

1

T0037

W0010

P0017

0

120

100

6

94

1100

1100

9964196

5

T0045

W0002

P0014

0

456

100

22

78

2100

2100

9794345

11

T0046

W0005

P0048

1500

4620

88

23

65

3200

2000

9770496

14

T0047

W0010

P0015

627

759

75

6

69

689

653

9959170

Bu tabloya göre ancak 20 hedef eletirilebilmitir (sralama hedeflere göre yaplmtr). Sonuca göre kullancnn destek istemesi, yeni mevziler açmas yada mühimmat artna gitmesi önerilebilir. Ancak bu tabloyu hiç görmeyen bir kullanc ihtiyacn, durumunu tespit edemez, silahlarn planlayamaz. Tablonun silahlara göre srlanmas ile her bir silahn plan da çkm olmaktadr. 4. SONUÇ Ate Destek Sistemlerinin ihtiyac olan hedef silah tahsisi için gerekli tüm kontrollerin ve deerlendirmelerin yaplmas için çok sayda olaslk ortaya çkmaktadr [2] [5]. Bu olaslklarn gerekli zaman diliminde en uygun olanlarnn tespit edilmesi ve uygulanmas muharebe sahasnda üstünlüün salanmasnda bire bir etkili olacaktr. Bu sebeple muharebe yönetim sistemlerinde kaynak yönetimine yönelik bu tipteki çalmalar yaplmaktadr. Bu problemler için en uygun arama ve gelitirme algoritmalarnn tespiti 343

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hedeflenmektedir. Uygun algoritmalarda [1] [8], yeterli performans salandnda gerçek zamanl ve dinamik bir eleme altyaps kazanlacaktr KAYNAKÇA [1] Nathan William Brixius, (2000), “Solving large scale quadratic assignment problems”, UMI 9996075 [2] Krishna Chandra Jha, (2004), “Very Large-Scale Neighborhood Search Heuristics For Combinatorial Optimization Problems”, UMI 3128756 [3] Pavlo A. Krokhmal, (2003), “Risk Management Techniques For Decision Making In Highly Uncertain Environments”, UMI 3128727 [4] David G. Galati, (2004), “Game theoretic target assignment strategies in competitive multi-team systems”, UMI 3158749 [5] S. P. Lloyd and H. S. Witsenhausen, “Weapon allocation is NP-complete”, in IEEE Summer Simulation Conf., Reno, NV, 1986. [6] A. William, Meter, and F. L. Preston, “A Suite of Weapon Assignment Algorithms for a SDI Mid-Course Battle Manager”, AT&T Bell Laboratories, 1990. [7] “Operational Lethality Index (OL)”, 2005 [8] Ravindra K. Ahuja, Arvind Kumar, Krishna C. Jha, James B. Orlin, “Exact and Heuristic Algorithms for the Weapon Target Assignment Problem”, 2003

344

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara YÜKSEK KISITLI DNAMK ASKER INTKAL PLANLAMA PROBLEMNE SEZGSEL ÇÖZÜM YAKLAIMI

Ferhat UÇAN (a), D. Turgay ALTILAR (b)

(a)

TÜBTAK MAM, Biliim Teknolojileri Enstitüsü, 41470,Gebze, Kocaeli, [email protected] (b)

Yrd. Doç. Dr. TÜ, Bilgisayar Müh. Böl., 34469, Maslak, stanbul, [email protected]

ÖZET Çeitli konumlarnda hareketli engeller bulunan bir ortamda, bir balangç noktasndan bir hedef noktasna minimum mesafeli hareketin yaplmas eklinde tanmlanan dinamik en ksa yol problemi, birçok alanda deiik ekillerde karlalan bir problemdir. Askeri alanda birliklerin en ksa zamanda, en güvenli ekilde istenilen yere intikali de bu problemlerden biridir. ntikal problemi çok genel bir problemdir. Trafikte araç rotalamada, askeri uygulamalarda, robotik uygulamalarda, ehir ulamnda bir yerden bir yere hangi hat üzerinden gidileceini belirlemede, a üzerinde veri paketlerini yönlendirmede kullanlabilir. Bu çalmadaki ilgi alan askeri intikal olduundan sistemin tasarmnda askeri intikal probleminde kullanlmas olas koullar ve amaçlar düünülerek genel bir çerçeve yaps tanmlanmtr. Son yllarda birçok büyük ölçekli ayrk bileimsel optimizasyon problemlerinin ve yüksek-kstl mühendislik problemlerinin günümüz bilgisayarlar ile yaklak olarak çözülebilir olmasndan ötürü optimizasyonun önemi daha da artmtr. Dinamik optimizasyon problemleri, olaslksal algoritmalar snfna ait olmakla birlikte rastlantsal algoritmalardan çok farkldr. Bu çalmada dinamik yol planlama sistemlerinde dier yaklamlar kullanldnda varolan eksikliklerin giderilmesi için, problem gerçek zaman kstlar altnda evrimsel teknikler ile çözülmü ve çözümün baarm dier algoritmalarla karlatrmal olarak sunulmutur. Anahtar Kelimeler: Askeri ntikal, Dinamik Yol Planlama, Yüksek Kstl Optimizasyon, Gerçek Zaman Sistemi, Algoritma Modelleme ve Simulasyon. ABSTRACT Dynamic path planning problem, which is defined by finding the shortest distance movement from a starting point to a target destination in an environment that contains dynamic moveable obstacles, is a problem that is encountered in different forms in many fields. In military field, the safest 345

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara transition of military units in shortest time is one of these forms. Transition problem is a very general problem. It can be used for vehicle routing in traffic, in military applications, in robotics, for determining the route between two points in urban transportation or for routing data packets in a network. As the main concern of this paper is military transition, the conditions and objectives that are most probable to be used in military transition problem are considered and a general framework is defined. In recent years, the optimization became more important due to the possibility of solving many large combinatorial optimization problems and multi-objective engineering problems. Dynamic optimization problems belong to the probabilistic algorithms, but they are very different from randomized algorithms. In this paper, the dynamic path planning problem is solved with evolutionary methods, for compensating the existing deficiencies of the other approaches. The comparison of the success of the proposed evolutionary solution with the other algorithms is also presented. Keywords: Military Transition, Dynamic Path Planning, Multi-objective Optimization, Real Time System, Algorithm Modelling and Simulation. 1. GRS Yol planlama, en genel anlamda belirli bir harita üzerindeki herhangi bir balangç noktasndan bir hedef noktasna giden en düük maliyetli yolu bulmay hedefleyen bir problem türüdür. Uzunluk, zaman, güvenlik gibi farkl maliyet kriterleri söz konusu olabilir. Seçilecek kriter uygulama alanna göre farkllk gösterir. Bu çalmada askeri intikal ve sava senaryolar üzerinde çalld için sistem güvenlik, hz, zaman, yol gibi farkl kriterlere göre sonuç üretebilmektedir. Statik ve dinamik yol planlama problemleri, birçok farkl uygulama alanna sahiptir. Sensör alarnda veri paketlerinin en az sensör kullanlarak hedef noktaya tanmas, robotlarn engellerin bulunduu bir ortamda göreve bal olarak en uygun yol ile hedefe ulamas, harp simülasyonlarnda sanal kuvvetlerin üç boyutlu ortamda belli bir hedef noktaya en ksa yolla ulam, strateji oyunlarnda sanal karakterlerin hareketleri, yol planlama probleminin çözümü ile mümkündür. Yaplan çalmalar incelendiinde standart yol planlama problemi için gelitirilen Dijkstra, Floyd, A-Star algoritmalar, Neural Network çözümü gibi yöntemlerin problemin kstlar gerçek zamanl olduunda düzgün sonuç vermedii görülmütür. Klasik optimizasyon teknikleri ile güvenlik ve uzunluk gibi yolun maliyetini etkileyen kstlarn çözüme etkisi modellenebilir, fakat bir sava senaryosu gibi dinamik bir çevrede her deiimde çözüme yeniden balanmas ilem karmakln arttracandan uygun deildir. Ayrca çizgeye yeni düümlerin ve balantlarn eklenip çkarlmas durumunda bu algoritmalar çözüme batan balayaca için kullansz hale gelmektedir. Evrimsel yöntemler ise amaç fonksiyonu sayesinde sadece yolun uzunluuna deil, güvenliine ve younluuna da bakabilmekte, dinamik olarak deien ortam artlar için problemin çözümüne uygun bir yaklam sunabilmektedir [1]. Evrimsel 346

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara programlama tekniklerinin bir amac yüksek-kstl, dinamik problemlere çözüm önerebilmektir [2]. Evrimsel algoritmalar dinamik ortamlarda, dier algoritmalara kyasla ilem saysn azalttndan daha yüksek baarm salayabilmektedir [3]. Analitik yaklamlarn birçou ortam artlar deitiinde problemi verileri yenilenmi haliyle tekrar çözme eilimindedir [4]. Bu çalmada dier analitik ve sezgisel yol planlama yaklamlar kullanldnda varolan eksikliklerin giderilmesi için, problem gerçek zaman kstlar altnda belirlenimci yöntemler evrimsel teknikler ile birletirilerek çözülmü ve çözümün baarm dier algoritmalarla karlatrmal olarak sunulmutur. Sistemin savunma sanayi alannda hava sahasnda hava arac intikali ile ilgili simülasyonlar yaplmtr. 2. EVRMSEL HESAPLAMA TEKN Evrimsel ilkelere bal kalnarak oluturulan algoritmalara evrimsel algoritmalar ad verilmitir. Geleneksel arama metotlar, probleme bir çözüm aday önerir ve onu deitirerek daha iyi çözümler elde etmeye çalr. Evrimsel algoritmalar ise bir çözüm adaylar toplumu oluturur ve bu toplum zamanla evrimleir. Bir adayn çözüme ne kadar yakn olduu, uygulamaya bal bir fonksiyondur. Bir çözüm aday bir parametreler topluluunu, bir kural, bir kurallar grubunu temsil edebilir. Hepsinde algoritma adaylarn sonuca yaknln hesaplar ve buna göre bir sonraki neslin ebeveynleri olacak bireyleri belirler ve daha uygun bir yeni nesil oluturmak için ebeveynlere genetik arama ilemcilerini uygular. Bu döngü her defasnda daha düzgün bireyler oluturarak tekrarlanr. Yapay zekann gittikçe genileyen bir kolu olan evrimsel algoritmalarn alt dallar olarak genetik algoritmalar, genetik programlama, yapay sinir alar, tabu arama ve bunlarla birlikte bulank mantk iletme, temel bilimler ve mühendislik problemlerinde tek bana veya karma sistemler olarak kullanlabilmektedir. Evrimsel algoritmalarn en uygun olduu problemler, geleneksel yöntemler ile çözümü mümkün olamayan yada çözüm süresi problemin büyüklüü ile üstel orantl olarak artanlardr. Bugüne kadar evrimsel yöntem ile çözümüne çallan konulardan bazlar unlardr: Optimizasyon, Otomatik Programlama, Makine örenmesi, Ekonomi, Toplum genetii, Evrim ve örenme [5]. Algoritma ilk olarak toplum diye tabir edilen bir çözüm seti ile balatlr. Bir toplumdan alnan sonuçlar, bir öncekinden daha iyi olaca beklenen yeni bir toplum oluturmak için kullanlr. Yeni toplum oluturulmas için seçilen çözümler uyumluluklarna göre seçilir. Çünkü uyumlu olanlarn daha iyi sonuçlar üretmesi olasdr. Bu istenen çözüm salanncaya kadar devam ettirilir. Evrimsel yöntemin ak diyagram ekil 1’de görüldüü gibidir.

347

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. Evrimsel algoritma ak emas

3. EVRMSEL YÖNTEMN NTKAL PROBLEMNE UYGULANMASI Evrimsel programlama kavramlarna bal olarak gelitirilecek olan evrimsel yol planlama ve seyir kontrolü yaklam, genel, esnek ve adaptif bir yöntem olarak tasarlanabilir [6]. Evrimsel algoritmadaki planlama süreci entegre edilerek, farkl optimizasyon kriterlerinin tanmlanmasna ve dinamik olarak deimesine, probleme özgü alan bilgisinin çözüme dahil edilmesine ve yüksek planlama etkinlii ile zamanla konumu deien engellerin kontrol altnda tutulmasna olanak salanabilir. Evrimsel algoritmalar, geleneksel optimizasyon tekniklerine göre zor, süreksiz ve gürültü içeren fonksiyonlarn çözümünde daha etkindirler [7]. Genetik algoritmalar problemlerin çözümü için evrimsel süreci bilgisayar ortamnda taklit ederler. Dier en iyileme yöntemlerinde olduu gibi çözüm için tek bir yapnn gelitirilmesi yerine, böyle yaplardan meydana gelen bir küme olutururlar. Problem için olas pek çok çözümü temsil eden bu küme genetik algoritma terminolojisinde nüfus adn alr. Nüfuslar vektör, kromozom veya birey ad verilen say dizilerinden oluur. Birey içindeki her bir elemana gen ad verilir. Dinamik yol planlama sistemlerinde genetik algoritmann tüm arama uzayn taramasna olanak salayabilmek için deiken boyutlu kromozomlar kullanlmaktadr [8]. Evrimsel yöntemde nüfustaki bireyler evrimsel süreç içinde genetik algoritma ilemcileri tarafndan belirlenir. Yol planlama tarz permutasyon gösteriminin kullanld problemlerin çözümünde tasarlanan evrimsel operatörler, standart genetik algoritma operatörlerine göre farkllk gösterir [9, 10]. Evrimsel algoritmann en önemli üç parametresi çaprazlama oran, mutasyon oran ve toplumdaki birey saysdr. Çaprazlama ve mutasyon orannn belirlenmesi için farkl deerlerle denemeler yaplarak en uygun deerler bulunmutur. Kromozom says adaki düüm saysna göre belirlenmektedir. Gelitirilen sezgisel yöntemde yollarn temsili için deiken uzunluklu kromozomlar kullanlmtr. Kromozomlar permutasyon kodlama ile kodlanrlar. Kromozomun her geni bir düüm noktasn gösterir ve gen dizisi de çizgedeki yolu belirler. Kromozomlarn kalitesi ve sonuca yaknl uygunluk 348

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara fonksiyonu ile belirlenir. Tüm objektifleri balamak amacyla genel bir uygunluk fonksiyonu tasarlanmtr. Kromozomlar uygunluk deerlerine göre azalan sra ile sralanrlar. Toplumun toplam kalitesini arttrmak için uygunluk deeri yüksek kromozomlarn bir sonraki neslin gen havuzuna alnma ansn yükselten bir seçim operatörü kullanlr. Seçim operatörü sonucun aratrlmasn, çözüm uzaynn belirli bölgelerinde younlatrr. Önerilen algoritmada, sonraki nesil için, en iyi kromozomlarn korunmas ve örneklemeden kaynaklanacak istatistiksel hatalarn önlenmesi amacyla rulet tekeri isimli seçim teknii kullanlmtr. Rulet tekeri tekniine göre topluluktaki tüm bireylerin uygunluk deerleri toplanr. Bir bireyin seçilme olasl, uygunluk deerinin bu toplam deere oran kadardr. Çaprazlama aamasnda, çaprazlama bölgesinden sonraki genler, ebeveyn kromozomlar arasnda takas edilir. Çaprazlama noktalar iki kromozdaki genlerin ayn olduu noktadr. Gelitirilen algoritmada iki kromozom ancak ortak gene sahipse çaprazlanabilir. Eer birden fazla ortak gen çifti mevcut ise çiftlerin biri rastgele seçilir. Çaprazlama ilemi sonucu tekrarl genler içeren çevrimler oluabilir. Algoritma bir art-ilem gerçekletirerek oluan çevrimleri temizler ve kromozomu ksaltr. Mutasyon toplumdaki genetik çeitlilii arttrr ve aday kromozomun genlerini deitirerek bölgesel en iyi çözümlere taklma durumunu engeller. En ksa yol probleminde bir kromozomun herhangi bir geni deitiinde kromozom geçerliliini yitirebilir. Bu nedenle tek bir gen deiimi için bir dizi gen deitirilerek kromozomun uygunluu korunur. Seçilen iki nokta aras alternatif bir rota ile kromozom genetik deiime uratlr. Genetik algoritma, nesil üretim döngüsündeki ilemleri sonlanma kriteri salanana kadar devam ettirir. Bu problem için kullanlmas en uygun olan sonlanma kriteri birey benzerliidir. Simülasyon hava araçlarnn intikali üzerine yaplmtr. ekil 2’deki gibi bir ehir haritasnda hava araçlarnn, bir intikal balangç noktasndan hedef noktasna en güvenilir, en ksa, en düz yoldan intikali gelitirilen yöntemle planlanmtr. ehir haritasnda ehirler aras her balant uzunluk, güvenlik, yükseklik olmak üzere üç deerden oluan bir vektörle temsil edilmektedir. Uçu planlamas yapld için, ehirler aras yolun yükseklii de dikkate alnmakta ve üç boyutlu çizge ile çözüm yaplmaktadr.

ekil 2. ntikal haritas

Burada gelitirilen evrimsel çözüm yöntemi balangç koullar için intikali en ksa, en güvenilir, en düz yoldan planlamaktadr. Problem uzunluk, yükseklik ve güvenlik koullarn kst olarak deerlendirildiinden yüksek kstl 349

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara optimizasyon problemidir. Dinamik sistemin balangç durumu için ürettii intikal plan ekil 3’de gösterilmitir.

ekil 3. Balangç durumu intikal plan

Sistem bu durumda çözüm üretirken dinamik olarak City 8 – City 9 ve City 8 – City 11 arasndaki balantlar koptuunda algoritmann önerdii yeni intikal plan ekil 4’de gösterilmitir. Algoritma hem güvenlik, hem uzunluk hem de uçu yükseklii koullarn dikkate almakta ve en güvenilir, en ksa, en düz uçuu planlamaktadr.

ekil 4. Dinamik intikal planna örnek

Sistem bu durumda çözüm üretirken dinamik olarak City 1 – City 3 arasndaki balant da koptuunda algoritmann önerdii yeni intikal plan ekil 5’de gösterilmitir. Algoritma City 8 üzerinden geçilerek, düz ve güvenilir bir yoldan intikal plan önermektedir. City 4 – City 8 aras balant güvenlik deeri ve uzunluk açsndan uygun bir yol olduu için City 4 – City 6 – City 8 dolam yerine City 4 – City 8 balants rotada önerilmektedir. Sistem artlar dinamik olarak deitiinde çözüme batan balamadan çözüme yaknsamaktadr, dier analitik yaklamlar artlarn deiiminde çözüm için kullandklar matris deitiinden tüm hesaplar tekrarlamaktadr. Bu özellik gelitirilen algoritmann önemli bir yeniliidir. Evrimsel yöntemler probleme özgü amaç fonksiyonu ve üretim döngüsü operatörlerini kullanarak dinamik ortamda sonuca yaknsama özelliine sahiptir [11].

350

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 5. Dinamik intikal planna baka bir örnek

Evrimsel yöntemin bireylerin uygunluunu deerlendirmek için kulland amaç fonksiyonu aadaki gibidir: Fitness (Individual) = [ (1/distance + 1/(100-security)+1/height_difference)] / (number of segments) (1) Bireye ait kromozomun uygunluk deeri rotay oluuran her balantnn uzunluk, güvenlik ve önceki balantya göre yükseklik fark deerleri kullanlarak bulunur ve bu deer rotay oluturan balant saysna bölünür. lk balant için yükseklik fark dikkate alnmaz. Klasik optimizasyon teknikleri ile güvenlik ve uzunluk gibi yolun maliyetini etkileyen kstlarn çözüme etkisi modellenebilir. Fakat sava senaryosu gibi dinamik bir çevrede her deiimde çözüme yeniden balanmas ilem karmakln arttracandan klasik teknikler uygun deildir. Ayrca çizgeye yeni düümlerin ve balantlarn eklenmesi veya çkarlmas durumunda bu algoritmalar çözüme batan balayaca için kullansz hale gelmektedir [12,13]. Gelitirilen algoritma balangç ve hedef düümleri arasnda parçal intikal yapabilmekte, büyük bir intikali küçük alt parçalara ayrarak planlayabilmektedir. Karmak ve youn bir çizge yaps için, özellikle balant says fazla ise ve üzerinden geçilmesi gereken baz ara noktalar biliniyorsa tek bir intikal plan yerine parçal intikal yaplmas daha uygundur. Kstlar deitiinde önceki çözümün bir parçasnn aynen korunaca her zaman garanti edilemeyebilir. Sistemde e zamanl olarak birden fazla deiiklik ayn anda gerçekleebileceinden gelitirilen algoritmann asl kazanm yeni duruma göre uygunluu yüksek çkan bireylerin topluma yaylmasn salamaktr [14]. Evrimsel algoritmalar intikal probleminin duraan senaryolarnda ilem saysn azaltmaz, bu nedenle statik intikal senaryolar için fazla tercih edilmezler. Fakat intikal senaryosu dinamik ve çizgedeki balantlarn maliyetini belirleyen kstlar deiken olduu durumda evrimsel yöntemler çözüme batan balamadan en iyiye yaknsama özelliine sahiptir. Askeri intikal, görev kritik bir problem olduu için gerçek zamanl bir sistem olarak düünülebilir, sava senaryosu gibi kstlarn deitii ortamlarda en iyi çözüme kabul edilebilir bir sürede yaknsanmas amaçlanmtr. Bu süre çizgenin boyutuna ve çizgedeki düüm kenar saysna göre deimektedir. Algoritmann hesap süresi performans Dijkstra algoritmas ile karlatrmal 351

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olarak ölçülmütür. Çizge yapsnda balant eklenmesi, balant kopmas veya balant maliyetlerinin deimesi durumlarnda, evrimsel yöntem çözüme en batan balamad için Dijkstra algoritmasna göre daha ksa sürede çözüm üretebilmektedir. Çizgedeki düüm says arttnda aday çözüm ve birey says artacandan evrimsel algoritmann çözüme yaknsama süresi doal olarak artmaktadr.

ekil 6. Algoritmann ilem zaman

4. SONUÇ Yol planlama, iki nokta aras çarpmaya yol açmayacak, güvenilir bir yolun hesabn gerektiren bir optimizasyon problemidir. Yol planlama probleminin çözümünde Floyd, Dijkstra gibi karmakl belirli, analitik algoritmalar veya AStar, Neural Network benzeri yaklamlar kullanlabilir. Fakat yol üzerindeki her düüm noktasnn ayn deerde olmad durumlar olabilir. Belirli düüm noktalarna trafik younluundan dolay ceza uygulanabilecei gibi, belirli balantlar emniyet açsndan kullanlmak istenmeyebilir. Ayrca yol üzerinde dinamik olarak baz balantlar kopabilir. Bu durumda çizge ve balantlar deieceinden, problem verileri yenilenmi haliyle tekrar çözülmek durumundadr. Dinamik optimizasyon probleminin verileri ve girdileri zamanla deitiinden, her seferinde yeni bir matris ile çözüme batan balamak yerine, bu çalmada olduu gibi, sezgisel algoritmann üretim döngüsü ve amaç fonksiyonu kullanlarak bir önceki nesildeki çözüme yakn bireylerin seçimiyle daha iyi çözümler üretilebilir. Bu çalmada, yukarda anlatlan sezgisel yaklam, askeri senaryolar dahilindeki en güvenli en ksa yol problemlerinin çözülmesinde kullanlmtr. Bilgi tabanl sezgisel çaprazlama, mutasyon, artma ve silme operatörleri özel olarak tasarlanmtr. Statik ve dinamik ortamlar için simülasyon çalmalar yaplmtr. Simülasyon sonuçlar, gelitirilen genetik algoritmann gelimi arama hz, kalitesi ve esneklik saladn göstermitir.

352

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA [1] C. Hocaoglu and A. C. Sanderson, (1996), “Planning multi-paths using speciation in genetic algorithms”, IEEE Int. Conf. Evolutionary Computation, , Nagoya, Japan. [2] X. Hue, (1997), “Genetic algorithms for optimization: Background and applications”, Edinburgh Parallel Computing Centre, Univ. Edinburgh, Edinburgh, Scotland. [3] Branke J., Salihoglu E., Uyar S., (2005), “Towards an Analysis of Dynamic Environments”, GECCO 2005: Genetic and Evolutionary Computation Conference, ACM Press. [4] Elshamli A., Hussein A., Areibi S., (2004), “Genetic Algorithm for Dynamic Path Planning”, Proc. Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering. pp. 677-80. [5] Eiben A. E., Smith J. E., (2003), Introduction to Evolutionary Computing, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York. [6] O. Khatib, (1986), “Real-time obstacles avoidance for manipulators and mobile robots”, Int. J. Robot. Res., vol. 5, pp. 90–98. [7] T. Back, D. B. Fogel, and Z. Michalewicz, (1997), Handbook of Evolutionary Computation, Oxford Univ. Press, London, U.K. [8] G. Harik, E. Cantu-Paz, D. E. Goldberg, and B. L. Miller, (1999), “The Gambler’s ruin problem, genetic algorithms, and the sizing of populations”, Evol. Comput., vol. 7, no. 3, pp. 231–253. [9] Ahn CH, Ramakhrisna R.S, (2002), “A Genetic Algorithm for Shortest Path Routing Problem and the Sizing of Populations”, IEEE Trans Evolutionary Computation, Vol.6, No.6, 566-579. [10] Wu W, Ruan Q, (2004), “A Gene-Constrained Genetic Algorithm for Solving Shortest Path”, IEEE ICSP’04 Proceddings, 2510-2513. [11] Uyar A. S., Harmanci A. E., (2002), “Preserving Diversity Through Diploidy and Meiosis for Improved Genetic Algorithm Performance in Dynamic Environments”, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2457, pp.314-323, Springer. [12] Hatzakis I., Wallace D., (2006), “Dynamic Multi-Objective Optimization with Evolutionary Algorithms: A Forward-Looking Approach”, Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO'2006), ACM Press. [13] Bosman, P. A. N, (2005), “Learning, Anticipation and Time-Deception in Evolutionary Online Dynamic Optimization”, GECCO-2005 Workshop on Evolutionary Algorithms for Dynamic Optimization, Washington DC. [14] Morrison, R. W., (2004), “Designing Evolutionary Algorithms for Dynamic Environments”, Springer-Verlag, Berlin. 353

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

354

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DAITIM SSTEM MODELLEMESNE FARKLI BR YAKLAIM

Hünkâr Toyolu (a,b), Oya Ekin Karaan (b), Bahar Yeti Kara (b) (a) (b)

Kara Kuvvetleri Komutanl Karar Destek ubesi, Ankara 06100, [email protected]

Bilkent Üniversitesi Endüstri Mühendislii Bölümü, Ankara 06800, {karasan,kara}@bilkent.edu.tr

ÖZET Literatürde mevcut yer seçimi-yol atama (Location Routing Problem, LRP) problemlerinin tamamna yakn kark tamsayl programlama ile modellenmitir. Bu modeller genellikle ayrt tabanl (arc-based) ürün ak yaklamna dayanmaktadr. Dier bir ifade ile ürün ak adaki ayrtlarn üzerinde olmaktadr. Bu çalmann esas amac, söz konusu problemlerin modellenmesinde düüm tabanl (node-based) ak yaklamn göstermektir. Önerilen yeni yaklamda ürün ak adaki düümlerin üzerinde gerçeklemektedir. Literatürde henüz bu mantkla gelitirilen bir LRP matematiksel modeli bulunmamaktadr. Düüm tabanl ürün ak yaklamn sunmak maksadyla, daha önce yaymlanan ve ayrt tabanl ürün ak esas alnarak hazrlanan bir LRP modeli bu makalede sunulan yaklamla tekrar modellenmitir. Ayn girdi verilerine ihtiyaç duyan ve ayn sonuçlar veren her iki modelden yeni yaklama göre hazrlanan modelin daha az deikene sahip olduu ispat edilmitir. Bu makalede sunulan yaklamn baka problem sahalarnda da etkin olarak kullanlabilecei düünülmektedir. Anahtar Kelimeler: A Tasarm, Lojistik, Datm, Yer Seçimi-Yol Atama Problemi, Kark Tam Sayl Programlama. ABSTRACT Almost all existing Location Routing Problems (LRPs) in the literature has been modeled as mixed integer programs. These models generally depend on arc-based product flow approach. In other words, products flow on the arcs of the network in these models. The main aim of this study is to present nodebased product flow approach in modeling such problems. According to the proposed approach, product flows occur on the nodes of the network. In the literature, there does not exist any LRP model that depends on node-based product flow. To present this approach, an arc-based LRP model that was published in a previous article is reformulated following the node-based product flow logic. It is proved that the node-based model, which needs the same inputs and gives the same outputs as the arc-based model does, has 355

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara fewer variables than the arc-based model. It is thought that the new approach presented in this article can be effectively used in other problem areas.

Keywords: Network Design, Logistics, Distribution, Location Routing Problem, Mixed Integer Programming. 1. GR Yer seçimi-yol atama problemi (Location Routing Problem, LRP) birden fazla ihtiyaç noktasna hizmet eden tesislerin en iyi miktar, kapasite ve yerleimlerinin bulunmas ve araçlarn en iyi güzergâh seçiminin ve çizelgelemelerinin yaplmasdr. Daha önce yaymlanan bir çalmada [1] muharebe eden birliklere etkin ve esnek bir mühimmat ikmal sistemi salamak üzere Mobil Mühimmat kmal Sistemi (MMS) önerilmi ve bir LRP modeli gelitirilmitir. Önerilen sistemde mühimmat yurt içindeki depolardan Sabit Transfer Nokta (STN)’larna, buralardan Mobil Transfer Nokta (MTN)’larna tanmakta ve buralardan da muharebe eden birliklere datlmaktadr. Mühimmat yurt içi depolardan STN`larna tren yolu ile, STN`larndan MTN`larna kara yolu ile ve ticari araçlarla (tr veya kamyon) ve MTN`larndan birliklere ise arazi üzerinden mühimmat araçlar ile götürülmektedir. MMS tasarm probleminde açlmas gereken STN ve MTN says ile bunlarn yerleri ve STN`larndan birliklere kadar mühimmat tayacak araçlarn güzergâhlar belirlenmek zorundadr. 2. DÜÜM TABANLI MODELLEME YAKLAIMI LRP literatürü yukarda bahsedilen çalmada [1] detayl olarak gözden geçirilmi ve 52 adet makale 17 kriterden oluan bir snflandrmaya göre incelenmitir. ncelenen makalelerde sunulan LRP formülasyonlarnn tamam ayrt tabanl yaklamla modellenmitir. Ayn çalmada sunulan MMS tasarm problemi de ayrt tabanl yaklamla modellenmi ve 4 indisli bir kark tamsayl matematiksel model sunulmutur. Bu çalmada gerek ayrt ve gerekse düüm tabanl modelleme yaklamlarn sunarken önceki çalmada verilen MMS tasarm problemi modeli kullanlacaktr. Anlalma ve karlatrma kolayl salamak maksadyla önceki çalmada kullanlan notasyon kullanlacaktr. Muharebe sahas üç çeit düümün (STN’/MTN’larnn muhtemel yerleri ve birliklerin bilinen yerleri) bulunduu bir a olarak kabul edilmitir. MMS yönlü (directed) ve bal (connected) bir adr ve G=(N,E) eklinde temsil edilmektedir. N düümleri ve E düümler arasndaki ayrtlar temsil etmektedir. N ayrk üç adet altkümeden olumaktadr. NF muhtemel STN’s, NM muhtemel MTN’s ve NC ise birliklerin bilinen yerlerini göstermektedir. Ayrca NFM=NF U NM ve NMC=NM U NC. E iki ayr ayrt çeidinden olumaktadr. E1, STN’lar ve MTN’lar arasndaki üzerinde ticari araçlarn gidebilecei çift yönlü karayollardr. E2 ise MTN’lar 356

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ve birlikler arasndaki üzerinde mühimmat araçlarnn gidebilecei arazideki yollardr. V iki alt kümeden oluan araç setidir. VF ticari araç alt kümesi ve VM mühimmat arac alt kümesidir. P mühimmat çeidi setidir. tij düüm i ve j arasndaki ulam zamandr. MMS tasarm modeli oluturulurken kullanlan ayrt tabanl modelleme yaklamnda ürün ve araç aklar ayrtlarn üzerindedir. Negatif olmayan karar deikeni fijvp, araç v ile ayrt (ij) üzerinde tanan mühimmat p’nin miktarn temsil etmektedir. kili karar deikeni olan xijv, eer araç v ayrt (ij) üzerinde giderse xijv=1 ve gitmezse xijv=0`dr. Bu karar deikenlerinin grafiksel gösterimi ekil 1`dedir. Söz konusu yaklamla MMS tasarm problemi önceki çalmada 4 indisli olarak modellenmitir. Bu çalmada MMS tasarm problemi düüm tabanl ürün ak yaklam ile modellenmitir. Bu yaklamda da araç aklarnn ayrtlar üzerinde olduu kabul edilmektedir. Ancak ürün ak ayrtlar yerine düümler üzerinde olmaktadr. Bunu gerçekletirmek için ayrt (ij) üzerindeki ürün ak ikiye bölünmektedir. Birinci bölüm düüm i’den v arac ile çk yapan ürün miktardr ve fivp olarak temsil edilmektedir. kinci bölüm ise düüm j`ye v arac ile gelen miktardr ve fjvp olarak gösterilmektedir. Dier bir ifade ile fivp i düümü tarafndan v arac ile gönderilen p mühimmat miktarn, fjvp ise j düümü tarafndan v arac ile alnan p mühimmat miktarn temsil etmektedir. Bu karar deikenlerinin grafiksel gösterimi ekil 2`dedir. x ijv

i

j

Ayrt üzerindeki araç ak

fijvp

i

j

Ayrt üzerindeki ürün ak

ekil 1 Ayrt tabanl yaklama göre a üzerinde araç ve ürün ak

xijv

i

j

Ayrt üzerindeki araç ak

i

fivp

fjvp

j

Düüm üzerindeki ürün ak

ekil 2 Düüm tabanl yaklama göre a üzerinde araç ve ürün ak 357

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3. MMS TASARIM MODEL 3.1. Mühimmat Ak Dengesi Kstlar Problemi yeni yaklama göre modellerken 4 adet negatif olmayan ürün ak karar deikeni kullanlmtr ve bu deikenler ekil 3`de grafiksel olarak gösterilmitir. stnoutivp, i STN`sndan v ticari arac ile gönderilen p mühimmat miktarn; mtninivp, i MTN`sna v ticari arac ile getirilen p mühimmat miktarn; mtnoutivp, i MTN`sndan v mühimmat arac ile gönderilen p mühimmat miktarn; birinivp, i birliine v mühimmat arac ile getirilen p mühimmat miktarn temsil etmektedir.

STN

stnoutivp

mtnin ivp

MTN

mtnoutivp

birin jvp

BR

ekil 3 MMS tasarm modelinde düüm üzerindeki ürün ak Kstlar (1) birliklerin her tür mühimmat ihtiyacnn mühimmat araçlar tarafndan karlanmasn salamaktadr. Kstlar (2) her bir ticari (mühimmat) aracn bir STN`sndan (MTN`sndan) ald tüm yükü MTN`larna (birliklere) brakmasn salamaktadr. Kstlar (3) bir MTN`sna ticari araçlarla getirilen bir mühimmat türünün toplam miktarnn, ayn mühimmat türünün yine ayn MTN`sndan mühimmat araçlar ile götürülen toplam miktarna eit olmasn salamaktadr.

¦ birin

Qip i  N C , p  P

ivp

(1)

vVM

¦ stnout

ivp

iN F

¦ mtnout

ivp

iN M

¦ mtnin

ivp

vVF

¦ mtnin

ivp

v  VF , p  P

(2a)

¦ birin

ivp

v  VM , p  P

(2b)

iN M

iNC

¦ mtnout

ivp

i  N M , p  P

(3)

vVM

3.2. Araç Ak Dengesi Kstlar Modelde ikili karar deikeni olan xijv kullanlmtr. Eer araç v düüm i’den j’ye giderse xijv=1 ve gitmezse xijv=0. Kstlar (3), araçlarn birden fazla transfer noktasnda bulunamayacan belirtmektedir. Kstlar (5), araçlarn güzergâhlar sonunda ilk çk yaptklar transfer noktasna dönmelerini 358

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara salamaktadr. Kstlar (6), her bir aracn giri yapt düümden çk yapmasn salamaktadr.

¦ ¦x

ijv

d 1 v  V F

(4a)

d 1 v  VM

(4b)

iN F jN M

¦ ¦x

ijv

iN M jN C

¦x

jiv

jN M

¦x

jiv

jN C

¦x

j N FM j zi

¦x

j N MC j zi

¦x

ijv

i  N F , v  VF

(5a)

¦x

ijv

i  N M , v  VM

(5b)

jN M

jN C

¦x

jiv

j N M j zi

¦x

jiv

j N C j zi

ijv

i  N M , v  VF

(6a)

ijv

i  N C , v  VM

(6b)

3.3. Kapasite Kstlar Modelde ikili karar deikeni olan yi kullanlmtr. Eer transfer noktas i kullanlyorsa yi=1 ve kullanlmyorsa yi=0. Kstlar (7), transfer noktalarnn kapasitelerinden fazla mühimmat göndermelerini engellemektedir. Kstlar (8), araç kapasitelerine uyulmasn salamakta ve kullanlmayan araçlarn mühimmat tamalarna engel olmaktadr. Kstlar (9), toplam araç kapasitelerine uyulmasn salamaktadr.

¦ stnout

ivp

d CDip ˜ yi i  N F , p  P

(7a)

vVF

¦ mtnout

ivp

d CDip ˜ yi i  N M , p  P

(7b)

vVM

¦ mtnin

ivp

iN M

¦ birin

ivp

iNC

d CVvp ˜ ¦

v  VF , p  P

ijv

d CVvp ˜ ¦ ¦ xijv v  VM , p  P

¦ ¦ stnout

(8a) (8b)

iN M jNC

ivp

pP iN F

¦ ¦ mtnout pP iN M

¦x

iN F jN M

d CTvp ˜ ¦

¦x

ijv

v  VF

(9a)

iN F jN M

ivp

d CTvp ˜

¦ ¦x

ijv

v  VM

iN M jNC

359

(9b)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.4. liki Kstlar Modelde ikili karar deikeni olan kivp kullanlmtr. Matematiksel olarak; kivp=1 i  N M , v  VF , p  P deilse kivp=0; kivp=1 eer eer mtninivp ! 0

mtnoutivp ! 0 i  N M , v  VM , p  P deilse kivp=0; kivp=1 eer birinivp ! 0 i  N C , v  VM , p  P deilse kivp=0. Kstlar (10), eer bir düümden (düüme) herhangi bir araç ile herhangi bir mühimmat çkmsa (girmise), o aracn o düümden (düüme) çkmasn (girmesini) salamaktadr. Kstlar (11), eer bir düümden (düüme) herhangi bir araç ile herhangi bir mühimmat çkmamsa (girmemise), o aracn o düümden (düüme) çkmamasn (girmemesini) salamaktadr. Kstlar (12) ve (13), karar deikenleri k ve mtnin, mtnout, birin arasndaki doru ilikileri salamaktadr.

¦x

stnoutivp d CVvp ˜

ijv

i  N F , v  VF , p  P

(10a)

jiv

i  N M , v  VF , p  P

(10b)

i  N M , v  VM , p  P

(10c)

jN M

mtninivp d CVvp ˜

¦x

jN FM j zi

mtnoutivp d CVvp ˜

¦x

ijv

jNC

birinivp d CVvp ˜

¦x

jiv

i  N C , v  VM , p  P

(10d)

jN MC j zi

¦x

d ¦ stnoutivp i  N F , v  VF

(11a)

¦x

d ¦ mtnoutivp i  N M , v  VM

(11b)

d ¦ mtninivp i  N M , v  VF

(11c)

d ¦ birinivp i  N C , v  VM

(11d)

ijv

jN M

pP

ijv

jNC

¦x

pP

jiv

jN FM j zi

¦x

jN MC j zi

pP

jiv

pP

kivp d mtninivp i  N M , v  VF , p  P

(12a)

kivp d mtnoutivp i  N M , v  VM , p  P

(12b)

kivp d birinivp i  N C , v  VM , p  P

(12c)

mtninivp d CVvp ˜ kivp i  N M , v  VF , p  P

(13a)

360

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

mtnoutivp d CVvp ˜ kivp i  N M , v  VM , p  P

(13b)

birinivp d CVvp ˜ kivp i  N C , v  VM , p  P

(13c)

3.5. Zamanla likili Kstlar Modelde negatif olmayan karar deikeni olan ve mühimmat p’nin i düümüne var zamann temsil eden tip ve araç v`nin i düümüne var zamann temsil eden ttiv kullanlmtr. Kstlar (14) ve (15), tüm mühimmat çeitlerinin birliklerin zaman snrlamalarna uymalarn salamaktadr. Kstlar (16), araçlarn düümlere var zamann hesaplamaktadr. Kstlar (17), bir MTN`sndan herhangi bir mühimmat türü götüren bir aracn, o MTN`sna ayn mühimmat türünün en son gelenini beklemeden ayrlmasna izin vermemektedir. Kstlar (18), mühimmatn ve araçlarn bir düüme geli zamanlar arasndaki doru ilikileri ortaya koymaktadr.

tip t TEip i  N C , p  P

(14)

tip d TLip i  N C , p  P

(15)

ttiv  Tij ˜ xijv  TM p 1  xijv d tt jv i  N F , j  N M , v  VF ; i, j  N M , i z j , v  VF i  N M , j  N C , v  VM ; i, j  N C , i z j , v  VM

tip  TM p ˜ 1  kivp d ttiv i  N M , v  VM , p  P

(16) (17)

ttiv  TM p ˜ 1  kivp d tip i  N M , v  VF , p  P; i  N C , v  VM , p  P (18) 3.6. Amaç Fonksiyonu Amaç fonksiyonu üç deiik maliyet biriminden olumaktadr. (19) araçlarn toplam sürü maliyeti, (20) araçlarn toplam tedarik maliyeti ve (21) transfer noktalarnn tesis maliyetidir.

§ min¨¨ ¦¦¦ xijv ˜ DCvp ˜ Tij © iN jN vV ¦

¦ ¦x

ijv

iN F jN M vVF



˜ VCv 

(19)

¦ ¦ ¦x

ijv

·

¦ y ˜ FC ¸¸ i

iN FM

i

˜ VCv

(20)

iN M jNC vVM

(21)

¹

361

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. KARILATIRMA Bu bölümde ayrt ve düüm tabanl ürün yaklamna göre gelitirilen modellerin toplam karar deikeni saylar karlatrlmtr. 4 indise sahip olan ayrt tabanl modelin karar deikenlerinin saylar aada gösterilmitir.

N ˜ N ˜ V ˜ P , tip

f ijvp

N ˜ N ˜V ,

xijv

N ˜ P,

N ˜V ,

ttiv

N ˜ N ˜ P , yi

wijp

N FM

Bu modelin toplam deiken saysnn “4ISay“olarak ifade edildiini kabul edersek,

4 ISay

2

2

2

N ˜ V ˜ P  N ˜ P  N ˜ V  N ˜ V  N ˜ P  NF  NM N ˜ V  N ˜ V  P  N F  N M  N ˜ V ˜ P  P 2

2

3 indise sahip olan düüm tabanl modelin karar deikenlerinin saylar aada gösterilmitir. stnoutivp birinivp xijv

N F ˜ VF ˜ P , mtninivp N C ˜ VM ˜ P ,

tip

N ˜ N ˜V ,

yi

N M ˜ VF ˜ P , mtnoutivp

N ˜P,

ttiv

N FM ,

kivp

N M ˜ VM ˜ P ,

N ˜V , N M ˜ V ˜ P  N C ˜ VM ˜ P

Bu modelin toplam deiken saysnn “3ISay“ olarak ifade edildiini kabul edersek,

3ISay

N F ˜ VF ˜ P  N M ˜ VF ˜ P  N M ˜ VM ˜ P  N C ˜ VM ˜ P  N ˜ P 2

 N ˜ V  N ˜ V  N M ˜ V ˜ P  N C ˜ VM ˜ P  N F  N M N ˜ V  N ˜ V  P  N F  N M 2

 N F ˜ VF  P  N M ˜ 2 ˜ V ˜ P  N C ˜ 2 ˜ VM ˜ P Her iki toplamdan ortak terimler çkarldnda,

4 ISay

N ˜ V ˜ P  P

3ISay

N F ˜ VF  P  N M ˜ 2 ˜ V ˜ P  N C ˜ 2 ˜ VM ˜ P

2

d  N F  N M  N C ˜ 2 ˜ V ˜ P N ˜ 2 ˜ V ˜ P

Her iki sayda |N| ile bölündüünde (dikkat edilmelidir ki her zaman |N|>0),

4 ISay

N ˜ V ˜ P  P

3ISay d 2 ˜ V ˜ P 362

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Açkça görülmektedir ki N t 2 için her zaman aadaki iliki dorudur.

3ISay d 2 ˜ V ˜ P d N ˜ V ˜ P  P 4 ISay Yukardaki iliki düüm tabanl ürün akna göre gelitirilen modelin ayrt tabanl modelden daha az karar deikenine sahip olduunu kantlamaktadr. 5. ÖZET VE SONUÇLAR Çalmada, öncelikle düüm tabanl ürün ak yaklam açklanmtr. Okuyucunun yeni yaklam daha kolay anlamasn salamak ve literatürde çounlukla kullanlan ayrt tabanl ürün ak yaklam ile somut bir karlatrma yapabilmek maksadyla, daha önce yaymlanan ve ayrt tabanl ürün akna göre gelitirilen MMS tasarm modeli yeni yaklamla tekrar modellenmitir. Daha önce 4 indise sahip olan model, yeni yaklamla 3 indisli olarak modellenebilmitir. Son olarak 3 indisli modelin 4 indisli modelden daha az karar deikenine sahip olduu kantlanmtr. Çalmada açklanan düüm tabanl ürün ak modelleme yaklamnn baka alanlarda da faydal olarak kullanlabilecei düünülmektedir. 7. KAYNAKÇA [1]

H. Toyolu, O.E. Karaan, B.Y. Kara, “Muharebede Mühimmat Datm Sisteminin Modellenmesi ve Optimizasyonu”, kinci Ulusal Savunma Uygulamalar Modelleme ve Simülasyon (USMOS) Konferans Bildiri Kitab, 306-315, (2007).

363

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

364

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara HAVA KUVVETLER ÇN ÇOK KADEMEL TEDARK SSTEM NCELEMES

Bahtiyar EREN (a), Serpil EROL (b)

(a) (b)

Hava Kuvvetleri Komutanl, Lojistik Bk.l, 06100, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. Gazi Üniversitesi, Endüstri Müh. Böl., 06100, Ankara, [email protected]

ÖZET Hv.K.K.l halen METRIC [1] (Tamirlik Malzemelerin Çok Kademeli Yaplarda Kontrolü Teknii) metodolojisi esasna dayanan sadece ortalamalar esas alan malzeme bazl olarak htiyaçlar Datm Sistemi (DS) ile ihtiyaçlarn hesaplamaktadr. Bu makalede; gerçek veri seti ve deerleri malzeme numaralar deitirilerek kullanlm ve bir sonuç üretilmitir. Ayn veri seti ve deerleri bu kez sistem bazl olarak çalan ortalama ve varyans da dikkate alan VARI-METRIC (Gelitirilmi METRIC) metodolojisini kullanan VMETRIC yazlmnda çaltrlm ve bir sonuç elde edilmitir. Her iki metodolojinin ürettii sonuçlar karlatrlm ve sistem bazl ihtiyaç hesaplamasnn kazanmlar ortaya konulmutur. Anahtar Kelimeler: Metric, Vari-Metric, Çok Seviyeli Envanter ve Tedarik, Tamirlik Malzeme ABSTRACT Turkish Air Force has currently been using material consumption based Requirement Distribution System (RDS) that has adopted METRIC methodology taking care of mean of usage data. In this paper, pseudo part numbers were used with real values in order to get the output. The same data package were used as an input to the VMETRIC software package that adopted system based VARI-METRIC methodology taking care of mean and variance of usage data and produced one set of output. The two sets of output were analyzed and advantages of system-based approach were investigated. Keywords: Metric, Vari-Metric, Multi-Echelon Inventory and Procurement, Repairable Items. 1. GR Günümüzde silahl kuvvetlerinin idame-iletmeye ayrdklar bütçesinin önemli bir ksmn tamirlik malzemelere ayrd düünüldüünde tamirlik malzemelerin ayr bir metodoloji ile ihtiyaçlarnn incelenmesi gerei ortaya çkmaktadr. Bata ABD olmak üzere birçok dier ülke silahl kuvvetlerinin 365

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tamirlik malzeme ihtiyaçlar METRIC veya METRIC esaslarndan türetilmi olan VARI-METRIC gibi daha etkin algoritmalar kullanlarak hesaplanmaktadr. Bu çalmada; Hv.K.K.lnn ihtiyaç hesaplamasnda kullanlan METRIC bazl algoritmas ile VARI-METRIC algoritmas örnek bir veri seti kullanlarak karlatrlm, Hv.K.K.lnn ihtiyaç hesaplamasnda VARI-METRIC algoritmasna geçtii durumlarda ne gibi kazanmlar olaca hususu ortaya konulmaya çallmtr. 2. HV.K.K.LII HTYAÇ HESAPLAMASI METODOLOJS Hv.K.K.l ihtiyaçlarn hesaplamak için htiyaçlar ve Datm Sistemi (DS), tamirlik malzemeler için gelitirilmi olan METRIC metodolojisini [1] esas almtr. DS, halen tamirlik malzemelere ilave olarak merkezi olarak yönetilen sarf ve teçhizat tipi malzemlerin hesaplanmasnda da kullanlmaktadr. DS, Nato Stok numara esasl çalmakta olup, ihtiyaç hesaplamalarn temelde malzemenin sarf olup olmamas, tamir edilip edilmemesi ile kal edilebilmesi hususunu gösteren kod (ERRC) ile tedarik tavsiye kodu (AAC)’nu esas alarak hesaplamalarn yapmaktadr. Ancak; bu çalmada tamirlik malzemeler incelenmi olup, sarf ve teçhizat tipi malzemelerin ihtiyaç hesaplamalar bu çalma kapsamnda deerlendirilmemitir. DS, tamirlik malzemelerin hesaplanmasnda söküm-takm saylar, sökülüp tamir edilen veya edilemeyip envanterden çkarlan (kal edilen) saylar, birliin elindeki faal ve gayri faal mevcut vb. dikkate alarak merkezi ve birlik seviyesinde oluan kullanm oranlar ve seviyeleri hesaplamaktadr. Çizelge-1’de, bir sistem ait 4 ana tamirlik ünite (LRU) ve bu ana tamirlik üniteye bal 4 alt tamirlik ünite (SRU)’lere ait bilgi sunulmutur. Bu kapsamda; örnein LRU-1, Sistem-1 ile birlikte toplam 4 farkl sistemde kullanlmakta ve toplam 14 birlik için seviyesi hesaplanmaktadr. Benzer ekilde; SRU-2.1; 7 farkl alt sistemde kullanlmakta ve toplam 10 birlik için seviyesi hesaplanmaktadr. Çizelge 1. Malzemelerin Hiyerari Bilgisi ve Kullanldklar Sistemler [2]

Sra No

Malzeme Ad

Hiyerari

1 1.1 1.1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.4. 1.4.1.

Sistem 1 LRU-1 (1019) SRU-1.1 (4298) LRU-2 (3525) LRU-3 (6380) SRU-3.1 (4756) LRU-4 (3662) SRU-4.1 (0548)

Birinci düzey kinci düzey Üçüncü düzey kinci düzey kinci düzey Üçüncü düzey kinci düzey Üçüncü düzey

DDR = Kullanm Miktar / Kullanlan Gün Says 366

Sistem Says

Alt-Sistem Says

4 2 3 8 1 1 1

1

Birlik Says 14 9 14 15 6 9 7 (1)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DDR; Günlük Sarf Oran olup, kullanm miktarnn kullanlan gün saysna oranna eittir. Tamirlik malzemelerde kullanm miktar; söküm/takm miktar olduu, kullanlan gün says ise o malzemenin kaç günden beri DS’de kullanmnn takip edildii gün saysdr. DS, en çok 12 dönemlik (bir dönem 3 ay, 91 gün olarak toplam 1092 gün) geçmi ilemi takip etmektedir. OSL = OST x DDR x NRTS Rate

(2)

OSL; stek Gönderme Seviyesi olup, stek Gönderme Zaman (OST), Günlük Sarf Oran (DDR) ve Birlikte Tamir Edilemez Orannn (NRTS Rate) çarpmna eittir. IRCL = IRCT x DDR

(3)

IRCL; Birlik Tamir Devri Seviyesi olup, Birlik Tamir Devri Zaman ile Günlük Sarf Oran (DDR)’nn çarpmna eittir. SLh = OSL + IRCL

(4)

SLh; Hesaplanan Emniyet Seviyesi olup, stek Gönderme Seviyesi ile Birlik Tamir Devri Seviyesinin toplamna eittir. Emniyet Stou Seviyesi; DS’de %0, %80, %85, %90 ve %95 güvenilirlik derecesinde hesaplanmaktadr. Çizelge 2. Güvenilirlik Derecesine Göre Beklenilen Arza Miktarlar [3]

Beklenen Arza Miktar ( O )

%80

%85

%90

%95

0

0,22314

0,16252

0,10536

0,05129

1

0,82439

0,68324

0,53181

0,35536

2

1,53505

1,33064

1,10207

0,81769

3

2,29679

2,03910

1,74477

1,36632

4

3,08954

2,78503

2,43259

1,97015

5

3,90367

3,55692

3,15190

2,61301

DS’de METRIC metedolojisi gerei Poisson Dalm kullanlmaktadr. Söz konusu dalma karlk gelen güvenilirlik derecesinde; beklenen ortalama arza miktar elde edilir. Beklenen arza miktar ile emniyet stou hesaplamasndan elde edilen sonucun fark kadar emniyet stou elde edilir. SL = O ’ya karlk gelen arza says - SLh

(5)

%85 güvenilirlik derecesinde (4) formülü kullanlarak SLh ‘n üç olarak hesaplandn farz edelim. Bu durumda; anlan güvenilirlik derecesinde emniyet seviyesi Çizelge 2’ye göre be’e denk gelmektedir. Formul (5) uygulandnda sonuç (6)’da verilmitir. SL = 5 – 3 = 2

(6)

367

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ancak; emniyet stou hesaplamasnda eer sonuç 20 ve yukars ise Poisson dalmnn Normal dalma yaklat kabul edilmi olup, emniyet stou hesaplamasnda Z-deeri kullanlmaktadr. Çizelge 3. Normal Dalma Göre Z Deerleri [3]

%80

%85

%90

%95

0,84162

1,03643

1,28155

1,64485

%85 güvenilirlik derecesinde (4) formülü kullanlarak SLh ‘n yirmi üç (23) olarak hesaplandn farz edelim. SL = z

SLh

SL = z SLh

(7)

1,03643 23

4,97 | 5

(8)

Bu durumda; anlan güvenilirlik derecesinde emniyet seviyesi (7) kullanlarak be bulunacaktr. Birlik Destek Seviyesi = OSL + IRCL + SL

ROL = Birlik Destek Seviyesi – 1

(9) (10)

ROL; Yeniden stek Seviyesi olup, tamirlik malzemelerde kullanlan genel politika gerei Birlik Destek Seviyesinin bir eksiidir. OSL, IRCL, SLh ve ROL birlik seviyesinde hesaplanan seviyeler olup, söz konusu seviyelere ilave olarak merkezi seviyede kurulan seviyeler de mevcuttur. Söz konusu seviyeler (11), (12), (13) ve (14)’te sunulmutur. TNRTSR = NRTS Miktar / Kullanlan Gün Says

(11)

TNRTSR; Toplam Birlikte Tamir Edilemez (NRTS) oran olup, toplam NRTS miktarnn kullanlan gün saysna bölümünden olumaktadr. CRCL = CRCT x TNRTSR

(12)

CRCL; Merkezi Tamir Devri Seviyesi olup, Merkezi Tamir Devri Zaman ile Toplam Toplam Birlikte Tamir Edilemez Oran (TNRTSR)’nn çarpmna eittir. PLTQ = PLT x TNRTSR x CCP

(13)

PLTQ; Tedarik Temin Süresi Miktar olup, Tedarik Temin Süresi (PLT), TNRTSR ve Merkezi Kal Yüzdesi (CCP)’nin çarpmndan olumaktadr. CSLh = PLTQ + CRCL

(14)

CSLh; Hesaplanan Merkezi Emniyet Seviyesi olup, tedarik temin süresi miktar ile merkezi tamir devri seviyelerinin toplamndan olumaktadr. Birlik seviyesinde olduu gibi (7) CSLh sonucu 20 ve daha düük ise Poisson dalm, büyük ise Normal dalm yaklam kullanlacak olup, merkezi emniyet seviyesi formülü aada sunulmutur.

368

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

/ 6 & ]  K

CSL =

(15)

DS’de dönemlik net ihtiyaçlar; herbir dönem için geçerli olan brüt ihtiyaçlardan eldeki mevcutlarn çkarlmas ile elde edilmektedir. Brüt ihtiyaçlar; Birlik Destek Seviyesi (9), Merkezi Tamir Devri Seviyesi (12), Merkezi Emniyet Seviyesi (14) toplanarak elde edilir. Eldeki mevcutlar ise; Faal mevcutlar, tamir/tedarikten beklenenler ile gayri faal mevcutlar toplanarak elde edilir. htiyaç hesaplamas sonuçlarna göre tedarik edilecek ve/veya tamir ettirilecek malzeme saysnn belirlenmesinde tedarik temin süresi dikkate alnarak net ihtiyaçlara baklr. Eer net ihtiyaç miktar eksi (-) deer ise tedarik/tamir ilemleri için planlamaya balanr. Çizelge 4. Örnek Veri Setinin PLT, CRCT, ROP, CD(%) ve DDR deerleri [2]

1 1.1 1.1.1. 1.2. 1.2.1. 1.3. 1.3.1. 1.4. 1.4.1.

Malzeme Ad

PLT

CR CT

C.D. OST

Sra No

(%)

Sistem-1 LRU-1 (1019)

95

SRU-1.1 (4298)

90

LRU-2 (3525)

95

SRU-2.1 (5727) LRU-3 (6380)

450

90

30

Tamir Yeri

90

(Ort.)

0,1552 0,0159 HBM

95

LRU-4 (3662)

90

SRU-4.1 (0548)

95

0,0954 0,0370

95

SRU-3.1 (4756)

DDR

0,1575 0,0082 Ticari (Yurtiçi) Ticari

0,1173 0,0009

Çalmada kullanlan örnek veri seti Çizelge-4’te sunulmu olup, Çizelge-4’te sunulan LRU-1(1019) numaral malzemenin; tedarik temin süresi (PLT) 450 gün, merkezi tamir devri süresi (CRCT) 90 gün, istek ve gönderme süresi (OST) 30 gün, güvenilirlik derecesi (CD) %95, tamir yerinin Hava kmal Bakm Merkezi, kullanm süresi olan 1092 gün (12 dönem) boyunca günde ortalama (DDR) 0,1552 söküm-takm oranna sahip olduu görülmektedir. Malzemelerin tedarik fiyatlar çizelgede gösterilmemitir. Bu veri seti DS’ye girdi olmu ve sonuçlar Çizelge-5’te sunulmutur. Bu kapsamda; 1019 numaral malzeme için DS; Merkezi Tamir Devri Seviyesini (CRCL) 14, Merkezi Emniyet Seviyesini (CSL) 7, malzemenin kullanm olduu birliklerdeki seviye toplam 16 olmak üzere toplam seviye hesaplamasn 37 bulmutur. Eldeki mevcudun hesaplanan seviyeyinin üzerinde olduunu dikkate alarak tedarik önerisi üretmemitir. Dönem (91 gün) bana 369

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gerçekleen söküm-takm says 14 olup, dönemlik tamir ihtiyac planlamasn 15 olarak bulmutur. Geçmi kullanm oran, hesaplanan seviye ve tedarik temin süresini dikkate alarak 6380 malzemesi için 2 adetlik tedarik önerisi, 3662 malzemesi için ise elden çkarma önerisinde bulunmutur.

Arza # (Gerçek)

1019

14

7

37

40

15

14

1.1.1.

4298

2

2

5

8

2

2

1.2.

3525

9

5

26

33

8

9

1.2.1.

5727

3

3

12

13

4

3

1.3.

6380

14

7

38

37

16

14

2

1.3.1.

4756

1

1

4

2

1

1

2

1.4.

3662

11

6

30

63

11

11

1.4.1.

0548

-

-

-

14

-

-

Mlz.

Elden Çkarma #

Tamir # (Plan)

Önerilen Tedarik #

CSL

1.1

Sra No

Toplam Seviye

No.

CRCL

Elde Mevcut

Çizelge 5. Planlanan Tamir htiyacna ve Gerçekleen Arzalarn Karlatrmas [2]

34 -

14

Çizelge-5’te sunulan DS sonuçlar incelendiinde; geçmi dönemlerde gerçekleen ortalama arza miktar ile gelecek dönemde olmas beklenen tamir ihtiyac miktarnn genelde eit olduu, merkezi tamir devri seviyesinin genelde planlanan tamir ihtiyac miktarn karlayacak ekilde kurulduu, DS tarafndan üretilen seviyelerin gerçekleen arza saysnn üzerinde olduu, eldeki mevcutlarn hesaplanan seviyelere uygun olarak tedarik edildii, planlanan tamir ihtiyacnn üzerinde çevrim yedei tutulduu görülmektedir. 3. VARI-METRIC METEDOLOJSNN DS LE KARILATIRILMASI Vari-metric [4] ihtiyaç hesaplamasn sistemin bütününü dikkate alarak konfigürasyon yaps içinde yaparken DS malzeme bazl ihtiyaç hesaplamasn yapmaktadr. VMetric genelde savunma sisteminin istenilen faaliyet yüzdesini ne kadarlk bütçe (kaynak) ile karlayacan veya istenilen faaliyet yüzdesini salamak için gerekli olan bütçeyi hesaplamak için kullanlmaktadr. Ayrca VMetric; malzeme istenildiinde elde bulundurulmasn (güvenilirlik derecesi) dikkate alarakta çaltrlmaktadr. Buna karlk DS; sadece istenilen güvenilirlik derecesinde malzemenin depoda bulunmasna yönelik hesaplama yaptndan dolay; bu çalmada VMetric elde bulundurma oran dikkate alnarak çaltrlmtr. Vari-Metric metodolojisi; arza saylarnn hesaplanmasnda Metric metodolojisinde kullanlan Poisson dalm yerine Negatif Binomial dalmn kullanmakta, 370

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara böylece metric metodolojisinde kullanlan ortalama deere ilave olarak varyans parametresine de hesaplamalara dahil etmektedir. Vari-metric metodolojisi; DS metodolojisinden farkl olarak; haftalk planlanan uçu saatlerini, geçmi bir milyon saatte gerçeklemi arza miktarn, konfigürasyon yapsn, malzemelerin birim fiyatn, malzemelerin arza miktarlarnn varyans-ortalama deerini de hesaplamalara dahil etmektedir. Çizelge-4’te sunulan örnek veri seti yllk uçu saati ve sistem-1’in birlik konu yeri de dikkate alnarak %95 malzemeyi karlama orannda (Güvenilirlik Derecesi %95) tedarik fiyatlar dikkate alnarak VMetric XL yazlmnda koturulmu ve elde edilen sonuçlar Çizelge-6’da; sunulmutur. 4. ÖRNEK VER SET LE METEDOLOJLERN KARILATIRILMASI Çizelge 6. DS ile VARI-METRIC Sonuçlarnn Karlatrlmas [5]

Mlz. No

V-METRIC

37

15

14

37

10

1.1.1.

4298

5

2

2

3

1

1.2.

3525

26

8

9

16

3

1.3.

6380

38

16

14

21

5

1.3.1.

4756

4

1

1

1

1

1.4.

3662

30

11

11

30

11

1.4.1.

0548

-

-

-

-

-

Tamir # (Plan)

1019

Seviye

1.1

Toplam Seviye

Arza # (Gerçek)

DS Tamir # (Plan)

Sra No

Çizelge-6’da 1019 malzemesi için DS; dönem bana 14 arza gerçekletiini dikkate alarak gelecek dönemde 15 malzemenin tamiri için planlama yapm ve elde bulundurulmas gereken miktar 37 olarak belirlemitir. Buna karlk VMetric yazlm elde bulundurulmas gereken miktar 37 olarak belirlemi ve 10 tane tamir miktar için planlama yapmtr. 4298 malzemesi için DS gerçekleen 2 arza için 5 seviye tutmay önerirken VMetric yazlm planlad 1 arza için 3 seviye tutmay önermitir. VMetric yazlm planlanan tamir ihtiyaçlarn genelde DS’nin belirledii planlama ihtiyaçlarnna gore daha düük miktarda belirlemi olmasna ramen önerdii elde bulundurulmas gereken miktar ile gerçekleen arzalar karlayabileceini göstermitir. Çizelge-7’de ayn girdi verileri kullanlarak oluturulan DS ve VMetric sonuçlar karlatrlmtr. Gerçekleen arza miktarlar ile hesaplanan toplam seviye karlatrldnda VMetric, DS’ye gore eit yada daha az miktarda elde bulundurulmasn (seviye) önermitir. 371

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 7. DS ile VARI-METRIC Sonuçlarnn Karlatrlmas [5]

1019 4298 3525 6380 4756 3662 0548

Seviye 37 5 26 38 4 30 -

DS Arza # (G) 14 2 9 14 1 11 -

Seviye 37 3 16 21 1 30 -

VMetric Tamir # (Pl.) 10 1 3 5 1 11 -

Seviye Fark 0 2 10 17 3 0 -

5. SONUÇ Hv.K.K.l DS metodolojisini bugüne kadar baaryla kullanm ve savunma sistemlerinin faaliyetini hedeflenen standarda uygun olarak salamtr. Bu çalmada incelenen 8 kalem malzeme verileri dikkate alndnda IDS; merkezi ve birlik seviyelerinin genelde gerçekleen arza miktar üzerinde kurulmasn önermitir. ABD’nin halen uygulad VARI-METRIC metodolojisini esas alan yazlmnn Hv.K.K.lnda uygulanp uygulanmamasna yönelik olarak yaplan incelemede VMetric kullanlmas durumunda seviyelerin daha düük düzeyde hesaplanaca, hesaplanan seviyelerin gerçekleen arza miktarlarn karlayaca, ayn faaliyet yüzdesi salanaca ve daha az sipari verme maliyetine katlanlaca sonucuna ulalmtr. Bu çalmada kullanlan 8 kalemden oluan veri setinden elde edilen sonucun Hv.K.K.lnda hayata geçirilmesi için veri setinin Sistem-1’e ait tüm tamirlik malzemeleri içerek ekilde geniletilmesinin ve VMetric yazlma özgü parametrelerin toplanarak tekrar çaltrlmasnn daha uygun olaca deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA [1]Sherbrooke C.C. (1968), “Metric: A Multi-Echelon Technique Recoverable Item Control”, Operations Research, 16, 761-773.

For

[2]Hv.K.K.l htiyaçlar ve Datm Sistemi yazlm. [3]E.ÇELK, (2002), “Ikmal Astsubay Aday Temel Eitimi Malzeme Yönetimi”, Hv.km.d.Ok.K.l, 4, 113. [4]Sherbrooke C.C. (1985), “Vari-Metric: Improved Approximations for MultiIndentur, Multi-Echelon Availability Models”, Operations Research, 34,2,311319. [5]Sherbrooke C.C. (1985). “VMetric-XL yazlm”

372

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAVUNMA HAREKATINDA MNMUM SLAH SAYILARININ BELRLENMESNDE HEDEF VE TAMSAYILI PROGRAMLAMA UYGULAMASI

Yavuz GAZBEY (a), Cevriye GENCER (b), Hamdi KAYGUSUZ (c)

(a) (b) (c)

Kara Harp Okulu, Dekanlk Sis.Yön.Bil.Böl., 06600, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. Gazi Üniversitesi, Endüstri Mühendislii Bölümü, 06570, Ankara, [email protected]

Kara Kuvvetleri Komutanl, Karar Destek ube, 06100, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çalmada, taarruz eden birliin silah cinsleri ve saylar belli olduu durumda savunan birliin muharebeyi kazanmas için ne kadar silaha ihtiyac olduu belirlenmeye çallmtr. Gerekli silah saysnn belirlenmesi için dorusal bir model kurulmutur. Kurulan modelde, silah saysna karar verilmeye çalldndan tamsayl programlama; silah saysna karar verirken birden fazla amaç olduundan hedef programlama kullanlmtr. Kurulan model LINDO paket programyla çözülmütür. Elde edilen sonuçlar bir senaryo balamnda askeri açdan yorumlanmtr. Anahtar Kelimeler: Tamsayl Programlama, Hedef Programlama. ABSTRACT The objective of this study is to find out the number of weapons required by the defense side in order to win a war when the number and types of weapons of the offensive side are known. In this paper, a linear programming model has been constructed to find out the number of weapons. In the model, integer programming is used to decide the number of weapons. Goal programming is also used since there are multi objectives when deciding the number of weapons. The model was solved by the help of LINDO Package Programme. The results were analyzed from the point of view of military on this scenario. Key Words: Integer Programming, Goal Programming. 1. GR Literatürde askeri kaynak planlamasnda karlalabilecek; ihtiyaç miktar temininin salanmas, askeri bütçenin en az ekilde harcanmas ve toplam etkinlii artrmak gibi birbiri ile çelien amaçlara sahip olan problemlerin [1] veya benzer ekilde birden fazla amac ayn anda gerçekletirilmeye çalan 373

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara askeri bütçe planlamasnn [2] çok amaçl dorusal programlama kullanlarak modellendiine rastlanmaktadr. Dier taraftan, bir deniz görev grubunun düman hava saldrsna kar kendi hava savunma etkinliini artrmak için hava savunma silah görevlendirmesi probleminde tamsayl dorusal programlama modelinin kullanld görülmektedir [3] . Bu çalmada, tamsayl programlama ve hedef programlama yaklamlar askeri bir konuya uygulanmtr. Silah saysna karar verirken birden fazla amaç olduundan hedef programlama kullanlmasnn uygun olaca düünülmütür. Birbirine düman iki birliin bulunduu bir muharebe senaryosu oluturulmutur. Amaç, taarruz eden dümana kar savunma yapan dost birliin muharebeyi kazanabilmesi için minimum silah saysnn tespitidir [4,5,6]. 2. PROBLEMN TANIMLANMASI 2.1. GENEL HUSUSLAR Bu çalmada, taarruz eden bir karma piyade bölük kuvvetinde düman birliine kar savunma harekat icra edecek yaklak bir karma piyade takm kuvvetindeki dost birliin muharebeyi kazanmak için ne kadar kuvvete ihtiyac olduu belirlenmeye çallmtr. Bölük ve takm terimleri askeri birlikleri ifade etmek için kullanlmakta ve bölük personel ve silah bakmndan takmdan daha üstün bir kuvveti temsil etmektedir. Muharebe denince akla hareketlilik, manevralar, karlkl ateler, ölümler, yaralanmalar, baarszlklar ve zaferler gelir. Bu özellikleri ile muharebe dinamik ve karmak bir yapya sahiptir. Uygulamada küçük birlik seviyesinde, taarruz ve savunma harekatnn belli kabuller dahilinde icra edildii bir muharebe alan kesiti canlandrlmaya çallmtr. Birliklerin muharebe deerlendirilmektedir.

etkinlikleri

silahlarn

harekata

etkileri

nispetinde

Birlik ve silah Harekat Etkinlii (HE) statiktir. Muharebe artlarna göre çevresel deikenler ve harekat deikenleri etkilerine maruzdur. Bu deikenler silahlarn harekat etkinliine etki eder ve sonuç olarak dinamik bir deer olarak kabul edilen kuvvet gücü ve kuvvet potansiyeline ulalr. Birlik kuvvet potansiyeli de birlikteki toplam silah kuvvet potansiyeline eittir. Kuvvet karlatrlmalarnda kullanlan deer kuvvet potansiyelidir. Her bir silah için Çevresel Faktörler (ÇF) ve Harekat Faktörleri (HF) göz önüne alnarak Kuvvet Gücü (KG) ve Kuvvet Potansiyeli (KP) aadaki ekilde hesaplanr [7]: KG = HE x ÇF

(1) 374

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KP = KG x HF

(2)

2.2. VARSAYIMLAR 1) a) b) c)

d)

2) a) b) c)

d)

3) 4) 5)

6)

Düman birlik ile ilgili varsaymlar : Genel durum: Taarruz harekat için hazrlklarn sürdürmektedir. Çevresel faktörler: Arazi dalgal yer yer aaçlktr. Hava kuru, kapal ve ar scaktr. Harekat faktörleri: Komutanlar iyi lider, eitimleri iyi, moralleri orta, lojistik destek kabiliyeti kendi ikmal noktalarndan uzaklatklar için %51- %70 düzeyinde, mevsim yaz ve lman ortamdr. Silah ve mühimmat durumu: Modelleri ve özellikleri dost birlikten farkl olmakla birlikte silah cinsleri ve saylar Tablo-1’de verilmitir. Birliin mühimmat yeterlidir. Dost birlik varsaymlar: Genel durum: Savunma harekat için hazrlklarn sürdürmektedir. Çevresel faktörler: Düman ile ayn artlardadr. Harekat faktörleri : Komutanlar iyi lider, eitimleri iyi, moralleri düük, lojistik destek kabiliyeti kendi ikmal noktalarna yakn olduklar için %81- %90 düzeyinde, mevsim artlar düman birlik ile ayndr. Silah ve mühimmat durumu: Modelleri ve özellikleri düman birlikten farkl olmakla birlikte silah cinsleri ve saylar Tablo-1’de verilmitir. Birliin mühimmat yeterlidir. Her iki taraf için de dier silahlarn (top,havan,vb.) ve hava gücünün muharebeyi etkileyemeyecei kabul edilmitir. Muharebe, harekat faktörlerinde yer alan personel ile ilgili özellikler hariç sadece silahlar ile canlandrlacaktr. Muharebeye etki eden çevresel faktörler, harekat faktörleri ve silah harekat etkinlii deerleri [7]’ den yaralanarak ve baz mevcut deerler uygun bir teknikle bozularak kullanlmtr. Her iki birlik de kendi taktik harekat kurallarn uygulamaktadr.

2.3. KISITLARIN VE AMAÇ FONKSYONUNUN TANIMLANMASI 2.3.1. KISITLARIN TANIMLANMASI Problemin tanmnda belirtilen genel hususlara ve varsaymlara ilave olarak problemdeki kstlarn tanm ve dier varsaymlar aadadr: 1) Savunan dost birliin muharebeyi kazanmas için gerekli iki art vardr. Birincisi, dost birlik piyade silahlarnn (piyade tüfei, piyade tüfei (2nci tip), keskin nianc silah ve makinal tüfek); ikincisi, tanksavar silahlarnn (zrhl muharebe arac, tank, ksa menzilli tanksavar silah ve orta menzilli tanksavar silah) “toplam kuvvet potansiyeli” düman birlik ilgili silahlarnn toplam kuvvet potansiyelinin en az 1,15 kat olmas gerekmektedir (1. grup kst: muharebeyi kazanabilme). Ayrntl bilgiler Gazibey [8] EK-6’dadr. 2) Farkl karar deikenleri ile tanmlanm iki cins piyade tüfei kullanan personel vardr. Birincisi, sadece piyade tüfei; dieri hem piyade tüfei (2nci 375

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

3)

4)

5)

6)

tip) hem de ksa menzilli tanksavar silah kullanr. Dolaysyla kullancs ayn olduu için ikinci tip piyade tüfei ile ksa menzilli tanksavar silah says eit olmaldr (2. kst: eitlik). Düman birliin her cins silahna, o silaha kar kullanlabilen (ate edebilen) dost birlik silahlar tarafndan üstünlük salanmas gerekmektedir. Düman birliin her cins silahnn etkinlii, ilgili silahn kuvvet potansiyeliyle silah saysnn çarpm ile elde edilen “Silah Toplam Kuvvet Potansiyeli (STKP)” olarak alnmtr (Gazibey [8] EK-6). Dost birlik her cins silahnn etkinlii, ilgili silahn kuvvet potansiyeliyle kullanlma olaslklar çarpm sonucunda elde edilen “Olaslkl Kuvvet Potansiyeli (OKP)” olarak alnmtr (3. grup kst: üstünlük salama). Ayrntl bilgiler Gazibey [8] EK-7 ve EK8’dedir. Düman birliin ksa menzilli tanksavar silah bu kst grubunda yer almamaktadr. Çünkü 2nci tip piyade tüfeini kullanan personel ayn zamanda ksa menzilli tanksavar silahn da kullanmaktadr. Dolaysyla bu personele kar üstünlük salanmas iki silahn da saf d (muharebe d) kalmas anlamna gelmektedir. Muharebede silahlarn ate öncelikleri vardr. Örnein dost birlik piyade tüfei niancsnn, e zamanda düman birliin piyade tüfei niancsn, piyade tüfei niancsn(2nci tip), makinal tüfek niancsn ve keskin nianc silah niancsn gördüü kabul edilsin. Bu dört hedeften keskin nianc silah niancsna menzili dnda kalaca için ate edemez, dier üç silah niancsna piyade tüfei niancs, piyade tüfei niancs(2nci tip) ve makinal tüfek niancs öncelii ile ate eder. Dost birlik silah cinslerinin düman birlik silah cinslerine kar kullanlabilirlii Gazibey [8] EK-7’de verilmitir. Silahlarn kullanlabilirlii bilinmekle birlikte hangi olaslklarla kullanlabilecei bilinmemektedir. Yani muharebede dost birlik piyade tüfei niancs düman birlik silah nianclarna hangi olaslklarla ate edecektir? Bu sorunun cevab uzman personelin görülerinden yararlanarak belirlenmitir. Belirlenen olaslk deerleri Gazibey [8] EK-8’dedir. Ancak bu olaslk deerleri bir varsaymdr. Düman birlik herhangi bir cins silahna kar kullanlabilen dost birlik silah cinslerinin saylaryla kullanlma olaslklarnn çarpmlarnn toplanmasyla elde edilen deer, “toplam kullanlabilirlik deeri” olarak tanmlanmtr. Düman birlik her cins silah için dost birlik ilgili “toplam kullanlabilirlik deeri” en az düman birlik ilgili silah saysnn yars kadar olmaldr (4. grup kst: toplam kullanlabilirlik deeri). Toplam kullanlabilirlik deeri kstlarnn ayn zamanda, her cins düman silaha üstünlük salamak için öncelikle dost silahlardan ilgili düman silaha kar kullanlma olasl yüksek olan silahlarn tercih edilmesini salayaca da düünülmektedir. Dost birlik Tablo-1’de verilen minimum silah saysnn altna inememekte ve maksimum silah saylarnn üstüne çkamamaktadr (5. ve 6. grup kst: minimum ve maksimum silah saylar). Karar deikenleri için pozitif ve tamsay olma; sapma deikenleri için pozitif olma art olacaktr. (7. grup kst: pozitif ve tamsay olma) 376

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Tablo -1. Dost ve Düman Birlik silah saylar SLAH CNSLER Ksa Piyade Piyade menzilli tüfei tüfei tanksavar (2. tip) silah 1 2 3 Düman ndis (i) Birlik Silah Says 15 8 8 Karar Deikeni x1 x2 x3 (j) Dost Minimum Birlik 3 3 3 Silah Says Maksimum 8 6 6 Silah Says

Keskin Makinal nianc tüfek silah

Zrhl muharebe Tank arac

4 7

5 10

6 7

7 5

Orta menzilli tanksavar silah 8 7

x4

x5

x6

x7

x8

2

2

2

1

1

6

6

5

2

5

NOT: Piyade tüfei (2.tip) tayan personel ayn zamanda ksa menzilli tanksavar silah tar.

2.3.2. AMAÇ FONKSYONUNUN TANIMLANMASI Dost birlik komutan kstlarda istenen hususlarn hepsinin salanmas durumunda silah saysnn artaca ve hatta maksimum saylara ulaabileceini deerlendirmitir. Bunun da gereinden fazla silah kullanmna ve üst birliin elinde silah ihtiyat kalmamasna yol açacan düünmektedir. Sonuç olarak dost birlik komutan muharebeyi kazanabilmek için ihtiyaç duyulan silah saysn belirlemek için aadaki hedefleri ortaya koymutur: a) Düman birliin her cins silahna, o silaha kar kullanlabilen (ate edebilen) dost birlik silahlar tarafndan üstünlük salanmas istenilmekte; ancak üstünlük salamak için gereinden fazla güç kullanlmas istenmemektedir (üstünlük salama hedefi). b) Düman birliin her cins silah için, ona kar kullanlabilen dost birlik silahlarnn toplam kullanlabilirlik deeri en az düman birlik ilgili silah saysnn yars kadar olmaldr (toplam kullanlabilirlik deeri hedefi). Silah saysnn belirlenmesi için önceliksiz (arlkl) hedef programlama kullanlacaktr [5]. Hedeflerin arlklarnn belirlenmesi gerekmektedir. Problemde, üstünlük salama hedefinin dier hedeften 2 kat fazla öneme sahip olduu düünülmektedir. Bu nedenle, birinci hedefin arl 2; ikincisinin 1 olduu kabul edilmitir. Yukardaki hedefler göz önünde bulundurularak muharebenin kazanlmas için ne kadar silaha ihtiyaç olduu belirlenecektir. 3. PROBLEMN TAMSAYILI HEDEF PROGRAMLAMA YAKLAIMIYLA MODELLENMES Karar deikenleri, dost birliin muharebeyi kazanmak için ihtiyaç duyduu silah cinslerinin miktar olmak üzere; Birlik komutannn belirledii hedeflerde meydana gelecek istenmeyen yöndeki sapmalar minimize edecek olan 377

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tamsayl hedef programlama modeli aada verilmitir (Karar deikenleri Tablo-1’de ve dier deikenler Tablo-2’de gösterilmektedir.): Tablo -2. Modelde kullanlan deikenler DEKEN Wi ei fi aj bi

AÇIKLAMA i nci hedefin arl i nci hedefin altnda kalan miktar veya hedeften negatif yönde sapma i nci hedefin üstüne çkan miktar veya hedeften pozitif yönde sapma dost birlik jnci silahnn kuvvet potansiyeli, düman birlik inci silahnn toplam kuvvet potansiyelinin 1,15 kat dost birlik jnci silahnn düman birlik inci silahna kar olaslkl kuvvet dij potansiyeli ri düman birlik inci silahnn toplam kuvvet potansiyeli pij dost birlik jnci silahnn düman birlik inci silahna kar kullanlma olasl si düman birlik inci silahnn 0,5 kat gj dost birlik jnci silahnn minimum says hj dost birlik jnci silahnn maksimum says NOT: Deikenlerle ilgili ayrntl bilgiler Gazibey [8]'de mevcuttur.

Amaç fonksiyonu: 2

Min z =

¦

16

7

Wi Gi

G1 =

¦

fi

i 1

i 1

G2 =

¦

ek

k 10

Kstlar : 8

¦

aj xj t

j 1

8

¦

bi

, i=jz3,6,7,8

(1. grup kst)

i 1

8

¦

aj xj t

j 1

8

¦

bi

,

i=jz1,2,4,5

x2 – x3 = 0 8

¦

(1. grup kst)

i 1

(2. grup kst)

dij xj t ri

, i=1,2,...,7

(3. grup kst)

j 1

,j=düman birlik i nci silahna kar kullanlabilen dost birlik silahlar 8

¦

dij xj + ei - fi = ri

(3. grup esnek kst)

j 1 8

¦

pij xj t si

, i=1,2,...,7

(4. grup kst)

j 1

, j=düman birlik i nci silahna kar kullanlabilen dost birlik silahlar 8

¦

pij xj + ek - fk = si

, k=10,11,....,16

(4. grup esnek kst)

j 1

xj t gj

, j=1,2,...,8 378

(5. grup kst)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara xj d hj xj t 0 ve tamsay e i , fi t 0 ek , fk t 0

, j=1,2,...,8 (6. grup kst) , j=1,2,...,8 (7. grup kst) , i=1,2,..,7 (7. grup kst) , k=10,11,..,16 (7. grup kst)

Amaç fonksiyonu ve kstlarn hepsini içeren modelin açk yazlm ve problemin çözümünden elde edilen sonuçlar Gazibey [8]’de mevcuttur. 4. SONUÇ VE ÖNERLER Dost birlik silah saylarn belirlemek için gelitirilen model LINDO yazlm kullanlarak çözülmütür. Modelin çözümünden elde edilen sonuçlar incelendiinde; düman birliin 15 piyade tüfeine karlk dost birlie 8, 8 piyade tüfei ve ksa menzilli tanksavar silahna karlk 3, 7 keskin nianc silahna karlk 4, 10 makinal tüfeine karlk 4, 7 zrhl muharebe aracna karlk 5, 5 tankna karlk 2 ve 7 orta menzilli tanksavar silahna karlk 4 silah atamas yapld görülmektedir. Uygulamann, savunan birliin muharebeyi kazanaca üzerine kurulduu düünülürse, silah saylar mukayeseleri zrhl muharebe arac says hariç uygundur. Zrhl muharebe arac saysnn yüksek olmas benzer görevleri icra eden tankn, maksimum silah saysnn iki olmasndan kaynaklanmaktadr. Tank saysnn üçe çkmasna müsaade edilirse zrhl muharebe arac says düecektir. LINDO çktsnda, üstünlük salama hedefinin sapma deikenlerinin ald deerler incelenirse, f3 = f4 = 0 deerlerinden düman birliin keskin nianc silahlarna ve makinal tüfeklerine kar üstünlük salamak için gereinden fazla güç kullanlmad görülmektedir. Yani hedeflere tam olarak ulalmtr. Dier taraftan f1 = 0.527, f2 = 1.283, f5 = 260.417, f6 = 87.701 ve f7 = 129.924 deerlerinden anlalaca gibi düman birliin dier silahlarnn imhas için istenenden daha fazla güç kullanlmaktadr. Bunun nedeni, muharebeyi kazanabilme (1inci grup) kstlardr. Ancak bu ksta ramen minimize edilmeye çallan pozitif yöndeki sapma deerleri yüksek deildir. kinci hedefin sapma deikenlerinin ald deerler incelenirse düman birliin piyade tüfeklerine (2nci tip), makinal tüfeklerine, zrhl muharebe araçlarna ve tanklarna kar toplam kullanlabilirlik deeri hedefinin tam olarak saland görülmektedir (e11 = e13 = e14 = e15 = 0). Düman birliin dier silahlarna kar ise hedeflenenden daha düük bir üstünlük salanmtr (e10 = 2.04, e12 = 1.06, e16 = 0.72). Model oluturulurken hedef arlklar konunun uzman olan karar verici tarafndan belirlenmitir. Ancak karar verici says arttrlr ve Lee [9]’nin salk kurumunda bilgi kayna planlama uygulamasnda olduu gibi arlklar Analitik Hiyerari Prosesi yöntemi kullanlarak belirlenirse daha iyi sonuçlar elde edilebilir.

379

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Uygulama küçük birlik seviyesinde ve muharebede yer alan silahlarn sadece 7 çeidi alnarak yaplmtr. Daha büyük birlik seviyesinde ve tüm silah sistemlerini bünyesinde bulunduran bir uygulama daha gerçekçi sonuçlar verecektir. Bu çalma için oluturulan senaryoda, muharebe sahasnda karlalabilecek muharebe bileenlerinin bir ksm kabullerde bulunarak senaryoya dahil edilmemitir. Muharebe sahasnn dinamik yapsn daha iyi canlandrmak ve senaryoya dahil edilmeyen muharebe bileenlerini de modele dahil edebilmek için simülasyonla modelleme yaplabilir. KAYNAKÇA [1] Choi, S. H., Ahn, B. S., Han, C. H. , Kim, S. H. and Kim, J. K, 1998, ‘Knowledge-based decision system for goal directed military resource planning’, Computers & Industrial Engineering., Vol 35(1-2), 299-302. [2] Kim, S. H; Ahn, B. S and Choi, S. H, 1997, ‘An efficient force planning system using multi-objective linear goal programming’, Computers Ops. Res., Vol 24(6), 569-580. [3] Karasakal, Orhan, 2008, ‘Air defence missile-target allocation models for a naval task group’, Computers & Operations Research, Vol. 35, Is. 6, 17591770 [4] Taha, H.A., 2000, Yöneylem Aratrmas, Literatür yaynclk, stanbul. [5] Hillier, F., Lieberman, G., 2006, Introduction to Operations Research, McGraw-Hill International Editions, Singapore. [6] Winston, W., 1991, Operations Research Applications and Algorithms, PWS-Kent Publishing Company, Boston. [7] Dupuy, Colonel T. N., Numbers, 1979, Predictions and War (Using History to Evaluate Combat Factors and Predict the Outcome of Battles), The BobbsMerrill Co., New York. [8] Gazibey, Y., 2001, Savunma Harekatnda Minimum Silah Saylarnn Belirlenmesinde ve En yi Mevzi Yerlerinin Seçiminde Hedef ve Tamsayl Programlama Uygulamas, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Ankara. [9] Lee, C.W., Kwak, N.K., 1999, ‘Information resource planning for a healthcare system using an AHP-based goal programming method, Journal of the Operational Research Society’, Vol.50, pp.1191-1198.

380

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KONUMSAL BLG GÖRSEL SUNUMU ve ÖRNEK BR UYGULAMA

Erdal YILMAZ (a), Mehmet ERBA (b)

(a) (b)

Harita Genel Komutanl, BSDD, 06531, Ankara, [email protected]

Harita Genel Komutanl, BSDD, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu makale konumsal bilgi görselletirmesi ile ilgili iki konuyu içermektedir. lk bölüm, konumsal bilgi görselletirme konusunu görselletirme sistemleri ve görüntüleme çözünürlüü olmak üzere iki bak açsndan ele almaktadr. Makalenin ikinci bölümünde, kendi gelitirdiimiz bir corafi bilgi sistemi i istasyonunun görüntüleme bileeninin mimari yaps ve tasarm öngörülerinden bahsedilmektedir. Amacmz, savunma teknolojilerinin temel konumsal bilgi ihtiyaçlarn göz önünde bulundurarak, yüksek teknoloji uygulamasndan ziyade yüksek çözünürlüklü ve pratik bir görüntüleme sistemini tanmlamaktr. Anahtar Kelimeler: Çoklu Ekran, Konumsal Bilgi Görselletirme, Yüksek Çözünürlüklü Görselletirme. ABSTRACT This paper covers two issues regarding geospatial information visualization. First part examines geospatial information visualization from two perspectives; visualization systems and display resolution. Second part of this paper mentions the architecture details and design considerations of the display component of an in-house-built geographic information system work-station. In this section our aim is to define a high-resolution and practical display system considering basic geospatial needs of defence technologies rather than hitech implementation. Keywords: Multi-monitor, resolution Visualization.

Geospatial

Information

Visualization,

High-

1. GR Bu makalede, ilk olarak konumsal bilginin (geospatial information) görsel sunumunda kullanlan yaklamlar ve görüntü çözünürlüünü arttrmaya 381

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yönelik çalmalar incelenecektir. Daha sonra gelitirdiimiz bir Corafi Bilgi Sistemi (CBS) i istasyonu, özellikle görsel sunum açsndan deerlendirilip, oluturulan prototip tasarmn arkasnda yatan gerekçeler açklanacaktr. Konumsal bilgi giderek gündelik hayatn bir parças olmaya balamaktadr. Bu alandaki yaygnlamann en büyük etkeni, konumsal verinin saysal ortamda hazrlanmas veya toplanmas ve süratle kullanclara ulatrlmasdr. Özellikle Google Earth¥ ve benzeri sanal küre yazlmlarn yaratt etki ile konumla ilgili her türlü olay, etkinlik veya bilgi uydu görüntülerinin üzerinde sunulmaya balamtr. Sunum ortam genellikle bilgisayar ekran veya benzeri görüntüleme cihazlardr. Bu makalede konumsal bilginin sunumu ile ilgili ana ölçüt olarak piksel (resim eleman) kullanlacaktr. Makalede incelenecek hususlara altlk tekil etmesi ve kyaslama yaplabilmesi bakmndan, günümüzde en yaygn kullanlan standart ekran çözünürlüklerinin yaklak 0.81.3 milyon piksel bilgiyi sunabildiini söyleyebiliriz. Etkileimli karar verme sürecinde etkin kullanlamamas ve çözünürlük olarak ilgi alanmz dnda kalmas nedeniyle HMD (Head Mounted Display) cihazlarna deinmeyeceiz.

2. KONUMSAL VER SUNUMUNDA ÖNE ÇIKAN SSTEMLER Bir harita veya ortofoto görüntünün masa üzerine serilerek incelenmesi geçmiten gelen bir alkanlktr. Konumsal bilginin bilgisayar ekranlarnda sunulmaya balamasndan sonra, harita masas alkanl ile görselletirme teknolojilerini birletirmeye yönelik saysal görüntüleme masas olarak tanmlanan çeitli çözümler gelitirilmitir. En basit saysal görüntüleme masas, yukarda ba aa konumlandrlan bir projeksiyon cihazndan alnan görüntünün masa yüzeyine yanstlmas ile oluturulur. Böylece masa kenarnda duran kullanclar konumsal veriyi klasik harita masasnda olduu gibi inceleyebilir. Etkileim srasnda masa ile görüntü kayna arasna girme sonucu oluan görüntü kaybn engellemek amacyla ters projeksiyon sistemleri veya aynal sistemler de kullanlmaktadr. Aynal sistem ile yanstma yapabilmek için projeksiyon cihaznnn uygun mesafede konumlandrlmas gerekmektedir. Projeksiyon cihazn yan veya alt odaya yerletirip duvar veya tavanda delik açarak görüntü transferini salamak eklindeki ütopik çözümlerde gerçek hayatta uygulanmaktadr. Günümüzde LCD veya plazma ekranlar da görüntüleme masas yapmnda projeksiyon cihazlarnn alternatifi olarak kullanlmaya balanmtr. Özellikle “Full HD” tanmyla ulalan 1920x1080 çözünürlük ve artan ekran büyüklüü bu sistemlerin görüntüleme masas yapmnda yaygnlamasn salamtr. Harita masas eklindeki uygulamalarda sunumun yan sra deiik etkileim teknikleri de uygulanmaktadr. Örnein Dragon isimli harp sahas görselletirme uygulamasnda, hareketi alglamak için eldiven eklinde bir sistem, kontrol çubuu ve bamsz kullanlabilen 3B bir fare kullanlmtr [1] [2]. Görüntü masalar ile etkileim için çok çeitli araçlar gelitirilmi olmakla beraber standart fare dndaki en yaygn çözüm dokunmatik paneller 382

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olmutur. Dorudan fare yerine geçen ve bamsz olarak farkl boyutlarda satlan bu paneller kolay entegrasyon ve sorunsuz çalma açsndan en tercih edilen yöntem olarak karmza çkmaktadr. Saysal harita masalarnda sunulan görüntülerin çözünürlüünün arttrlmas konusunda çeitli çalmalar yaplmaktadr. Bu kapsamda Panoram Technologies“ tarafndan üretilen DIT-2™ (Digital Imaging Table) isimli sistem 2 m2 büyüklüünde bir görüntüleme alannda 4096x2160 piksel çözünürlüünde görüntüleri (yaklak 8.5 milyon piksel) gösterebilmektedir [3]. Bu ürünün en önemli bileeni Sony“ tarafndan gelitirilen SRX-S105/110 serisi projeksiyon cihazlardr. Yaklak 100.000 $ fiyat ile satta olan bu cihazlar ile 5000-10000 Ansi lümen ve 4K çözünürlük salanabilmektedir [4]. Deneysel bir çalma olan “LambdaTable”da 15 LCD ekran 5x3 düzeninde sralanarak 8000x3600 çözünürlükte bir görüntüleme masas oluturulmutur [5]. Ancak ekran kenarlar nedeniyle bu masada kesintisiz bir görüntü oluturulamamaktadr. Bu sorun daha sonra ele alnacaktr. Etkileimli harita masalar konusunda önemli bir yenilik NORTHROP GRUMMAN tarafndan gelitirilen Terrain Table¥ isimli üründür. Terrain Table¥ içerisinde düzenli ve oldukça sk ara ile konumlandrlm, düey eksende hareket edebilen yuvarlak bal metal çubuklar vardr. Bir konumsal bilgi görüntülenmek istendiinde, ayn bölgeye ait saysal arazi modeli kullanlarak çubuklar düey eksende hareket ettirilir ve böylece, masa yüzeyindeki esnek silikon malzeme görüntülenecek arazinin eklini alr. Daha sonra görüntü projeksiyon cihaz ile yukardan yanstlr. Bu ilemin sonucunda insanlarn araziye gerçekten elini deebilecei bir sanal model oluturulur. Model oluturulma süresi 15 saniyeden ksadr [6]. Masa yaklamnn biraz deitirilmi bir ekli de eimli bir tezgah eklindeki sunum sistemleridir. Masa veya tezgah eklindeki sistemler, yüksek çözünürlük söz konusu olduunda geni bir alana ihtiyaç duyulmas, uzun süreli kullanmlara uygun olmamalar ve özellikle kullanlabilirlik ile ilgili baka sorunlarnn da olmas nedeniyle snrl kullanm alan bulmaktadr. Bu nedenle ekran/ekranlar genellikle düey olarak konumlandrlmaktadr. 2. KONUMSAL VERNN YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ SUNUMU Konumsal veri kullanan uygulamalar büyük bir çounlukla standart kiisel bilgisayar konfigürasyonunda kullanlmaktadr. Bu durumda doalar itibaryla oldukça farkl olan bir ofis uygulamas doküman ile konumsal bilgi ayn kefeye konulmaktadr. Kapsam olarak pek çok saysal içerikten farkl olan konumsal bilgi sunumunda, zaman içerisinde farkl arayüzler tasarlanmtr [7]. Konumsal bilgi sunumu konusunda belki de en önemli husus, sunulan verilerin boyutudur. Aslnda oldukça büyük saylabilecek bir görüntünün tek ekrandan sunulmas durumunda istenmiyen bir durum ortaya çkmakta ve resmin ancak snrl bir bölümü gösterilebilmektedir. Ball doktora çalmasnda, ortaça 383

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara savalarn genelde sava alann daha iyi görebilen genarallerin kazand belirtmitir [8]. Aslnda büyük resmin görülmesinin baarda önemli bir faktör olduu üzerinde tartlmayacak bir konudur. Görsel sistemlerde yüksek çözünürlük ihtiyacn karlamak üzere full hd çözünürlüklü ve daha büyük boyutlu ekranlar ortaya çkmtr. Ancak çözünürlükteki bu önemli art bile konumsal bilgi sunumunda yeterli olmamaktadr. Bu durumda bir baka alternatif olarak birden fazla ekran kullanm deerlendirilebilir. Günümüzde basit saylabilecek grafik kartlar bile iki ekrann balanmasna izin verecek uçlara sahiptir. Çok ekran kullanm, daha büyük görüntüleri görebilmenin yan sra farkl uygulamalara ait pencerelere de yer açlmasn salamaktadr. Colvin, Tobler ve Anderson tarafndan 108 katlmc ile yaplan deneyler sonucunda çok ekranl sistemlerde bir ekranl sistemlere göre ilem hznda önemli derecede art olduu ve yaplan hatalarn da azald sonucu ortaya çkmtr [9]. Biliim dünyasndaki en önemli insanlardan Bill Gates, fortune dergisinde yaynlanan “How I Work?” isimli röpörtajda, ofisinde üç ekranl bir sistem kullandn ve bunun üretkenlik üzerinde çok önemli etkisi olduunu belirtmitir. Çok ekranl sistemler üzerinde Sabri tarafndan yaplan bir çalma belki de askeri açdan bu sistemlerin ne kadar faydal olduunu göstermektedir [10]. Teste katlanlar harp oyunu benzeri bir bilgisayar oyununu farkl ekran konfigürasyonlar ile oynamlardr. Oyun alannn biraz daha fazla görüldüü çok ekranl konfügürasyonlarda oyunu kazanma orannda çok ciddi artlar yaanmtr. Literatür taramasnda çok sayda çoklu ekran çalmas inceleme ans bulduk. Bu çalmalar, sistem performanslar, sunulan konumsal veri içerii, sistem karmakl gibi hususlar göz önünde tutarak 9 ekranl veya daha az konfügürasyonlarn pratikte kullanlabilir olduunu, dier çalmalarn günümüz artlarnda sadece laboratuvarlarda veya gösteri amaçl kullanlabileceini deerlendiriyoruz. Örnein LamdaVision, The Varrier gibi uç örnek saylabilecek sistemler 50 veya daha fazla ekran bir araya getirmektedir [11]. Böylesi sistemleri oluturabilmek için arka planda onlarca kiisel bilgisayardan oluan bir grid çaltrlmaktadr. Olas arzalar, tanabilirlik ve benzeri hususlar dikkate alnca böylesi sistemlerin savunma teknolojilerinde kullanmnn kolay olmayaca söylenebilir. 3. ÖRNEK ÇALIMA Konumsal bilgi alanndaki tecrübemizi kullanarak savunma teknolojilerinde konuyla ilgili olarak ortaya çkan darboazlarn almasn amaçlayan bir i istasyonu tasarladk. Veri içerii, güncel veriye eriim, sistem güvenlii, konumsal analiz yetenei, analiz çeitlilii ve ilem hz gibi pek çok konuya çözüm getirmeye çalan bu i istasyonunun özellikle görsel sunum konusundaki yaklamn ele alacaz. Sistemin görsel bileeninin tasarmnda; düük maliyet, kullanm kolayl ve tanabilirlik benzeri konular göz önüne alarak optimum bir çözüm gelitirmeye çaltk.

384

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tasarm aamasnda, i istasyonunun üzerinde yüklü yazlmlarn telif ücreti dahil olmak üzere en fazla 7000 YTL olmasn öngördük. Aslnda pek çok CBS yazlmnn tek kopya ücretinden bile az bir rakam üst limit olarak tanmlamamzn nedeni bu sistemin bir laboratuvar ürünü olmasnn önüne geçmekti. Daha önce yaplan bir helikopter simülatörü çalmasnda üç ekran helikopter penceresi, bir ekran göstergeler ve bir ekran da yönetim paneli olmak üzere be ekranl bir sistem üzerinde çallmt. Bu çalmada be adet kiisel bilgisayar ile bir a oluturulmu ve hazrlanan özel bir yazlmla farkl görüntü alanlar e zamanl olarak sunulmutu [12]. Bu çalmadan da esinlenerek ilk bata üç ekranl bir sistem üzerine younlatk. Yaptmz aratrma sonucunda; düük maliyet, tasarm sadelii ve sorunsuz entegrasyon gibi kriterleri göz önüne alarak harici bir donanm aracl ile standart bir grafik kart çkna üç ekran balamaya karar verdik. Böylece daha az bilgisayar kullanp sistem mimarisini basit tutabilecek ve ayn zamanda maliyeti de önemli oranda düürmü olacaktk. Bu konudaki tercihimiz Matrox® tarafndan yakn zamanda üretilen düük maliyetli ve kolay temin edilebilir TripleHead2Go™ isimli harici donanm oldu. lk olarak 19” büyüklük ve 1280x1024 doal çözünürlükte üç adet monitörü balayarak 3840x1024 çözünürlükte görüntü sunduk. Daha sonra ayn anda çaltrdmz baka yazlmlar ve kontrol araçlarnn küçük de olsa görüntü üzerinde yer kaplamas ve özellikle 3B perspektif arazi görüntülemede yakalanan bütünleik sunumu ksmen engellemesi nedeniyle orta ekrann üzerine bir yeni ekran eklemeye karar verdik. Bu sayede alt bölümde yer alan üç ekran ana görüntünün sunulduu bölüm dier ekran ise dier bütün yükü üstlenen bir bölüm oldu. Bu kapsamda ortaya çkan bu doal bölümlemenin (ekil-1) amacna tam olarak hizmet ettiini deerlendiriyoruz. Sonuç olarak konumsal bilgi ve ilgili kontrol araçlarn beraber gösterebildiimiz 5.2 milyon piksel bilgi sunabilen bir görsel sistem oluturuldu. Aslnda iki adet Full HD ekran ile de 4.1 milyon piksel bilgi sunulabilir. Ancak maliyeti daha yüksek olan bu seçenein tematik bir ekilde bölünmü ve dairesel ekilde düzenlenmi dört ekranda salanan ortam karlamyacan deerlendirdik. Ekranlar dairesel yapda konumlandrma ilemi, daha önceki simülatör çalmasnda benzer sistemler örnek alnarak yaplmt [12]. Ancak bu makaleyi hazrlarken yaptmz literatür taramasnda konumsal bilgi sunumunda dairesel konumlandrlan çoklu ekranlar üzerine yakn tarihli çalmalara rastladk. Ball, doktora çalmasnda deneklere konumsal veri üzerinde yol takibi, detay arama gibi görevleri vermitir [8]. Çalma neticesinde dairesel yap kullanldnda düz ekranlara göre görevlerin %30 daha hzl tamamland tespit edilmitir. Ball bu art uçtaki piksellerin daha rahat görülebilmesi ve görüntüleri incelemek için fiziksel hareketteki azalmaya balamtr. Benzer bir çalma farkl sayda ekran konfigürasyonu kullanlarak Shup tarafndan gerçekletirilmitir [13]. Bu çalma neticesinde de denekler hedef bulma benzeri görevleri dairesel yapda daha ksa sürede tamamlamtr.

385

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil-1: Çok Ekranl Sistem ile Konumsal Veri Sunumu Yurtdnda çoklu ekran kullanm ülkemize göre oldukça yaygn olduundan çoklu ekranlar farkl ekillerde monte etmek için kullanlan çeitli aparatlar satlmaktadr. Ancak bu hazr sistemlerin fiyatlarnn yüksek olmas ve ülkemizde böylesi bir ürün bulamadmz için ekranlarn monte edilecei ayak sistemi burada hazrland. Ahap bir taban, düey bir metal boru ve tayc alimünyum çubuktan oluan konsol, dairesel yapy salayacak ekilde tasarland. Konsol düey eksen etrafnda dönüklük ve yükseklik ayarna olanak vermektedir. Dairesel yapy salayan dönüklükler sabit tutulmutur. Dier donanm bileeni olarak INTEL“ Quad Core• ilemcili bir kiisel bilgisayar kullandk. Oluturduumuz i istasyonunda öncelikle 3B grafik sunum yazlmlar olmak üzere çok sayda görüntü ileme ve sunum yazlm beraber kullanlmaktadr. Bu ar yükü kaldrmak için iki adet NVidia“ GeForce“ 8800 GT grafik kart kullandk. Oluturduumuz i istasyonu hakknda bahsedeceimiz son konu LCD ekran çerçevelerinin kesintisiz yapy engellemesidir. Arada çerçeve olmadan birletirilmi üç ekranl sistemler satlmakta olup fiyat oldukça yüksektir. Ayrca arza annda bir ekran yenilemek kolay deildir. Bu çerçevelerin olumlu yanlar da vardr. Robertson çerçevelerin büyük görüntü alann düzenleme de kullanclara yardmc olduunu belirtmitir [14]. Ball yapt testlerde, çerçeveler sayesinde deneklerin “böl ve yönet” prensibinde olduu gibi görüntüyü bölerek algladklarn ve konumsal veri üzerinde daha iyi hedef tarayp aratrma yapabildikleri sonucuna varmtr [8]. Bizim çalmamzda özellikle üst ortadaki ekran bu açdan iyi bir tematik bölümleme yaratmaktadr Çok ekranl sistemlerde, genellikle kullanlabilirlikle ilgili baz sorunlar da vardr. Bu sorunlara ait detayl bir aratrma Robertson tarafndan yaplmtr 386

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [14]. Örnein büyük alanda farenin kaybedilmesi ve izini sürmedeki zorluk veya dialog penceresi gibi açlr pencerelerin beklenilen yerde açlmamas birer sorundur. Ayrca görüntüleme alannn büyümesi ve çok sayda uygulamann paralel çaltrlmas bilgisayar yeteri kadar güçlü deilse sorun yaratabilen baka bir konudur. Baz ilemler için ekrann üzerinde farenin hareket mesafesinin artmas da baka bir sorun olarak karmza çkmaktadr. Çou önemsiz saylabilecek bu sorunlarn bazlarn sistem ayar ile çözmek mümkündür. Ayrca TripleHead2Go kart ile gelen bir yazlm ile pencere yönetimi ve donanmn kurulum sorunlar en aza indirgenebilmektedir. 5. SONUÇ Giderek yaygnlaan konumsal veri kullanmnda, özellikle askeri açdan yaplan analiz ve planlamalarda, çözünürlüü arttrmak suretiyle resmin daha büyük gösterilmesinin; karar verme sürecini hzlandrd, kararlarn doruluunu arttrd, hedeflerin kolay bulunabildii ve pek çok ilemde olumlu yönde gelime salad çalmalarla kantlanmtr [8] [9] [10] [13] [14]. Bu yaklamdan yola çkarak, sistem birletirme mant ile, düük maliyetli, uyuum sorunu olmayan, standart CBS yazlmlarnn hzl çalabilecei, yüksek çözünürlüklü bir CBS i istasyonu gelitirdik. Bu sistemin profesyonel CBS kullanclar tarafndan rahatlkla kullanlabileceine ve basit tutulmaya çallan mimarinin, savunma teknolojileri kapsamnda gelitirilen farkl sistemler üzerindeki CBS bileenlerinin oluturulmasnda bir fikir verebileceini deerlendiriyoruz. Gelecekte yaplacak çalmalar kapsamnda ilk olarak, kazandmz bilgi birikimi ile harita masas tasarlamay hedefliyoruz. Ayrca çok sayda projeksiyon cihaz kullanarak, büyük boyutlu ekranlarda yüksek çözünürlüklü konumsal veri sunabileceimizi de deerlendiriyoruz. KAYNAKÇA [1] J. Durbin, J.E.Swan II, B. Colbert, J. Crowe, R. King, T. King, C. Scannell, Z. Wartell ve T. Welsh, (1998), “Battlefield Visualization on the Responsive Workbench”, Proceedings IEEE Visualization ’98, 463-466. [2] J. Durbin, S. Julier, B. Colbert, J. Crowe, B. Doyle, R. King, T. King, C. Scannell, Z. Wartell ve T. Welsh, (1998), “Making Information Overload Work: The Dragon Software System on a Virtual Reality Responsive Workbench”, Proceedings SPIE Aerosense Conference 1998, 3393, 96-107. [3] DIT-2 ürün broürü http://www.panoramtech.com/products/DIT2_brochure.pdf [4] Sony SXRD• ürün broürü http://bssc.sel.sony.com/BroadcastandBusiness/docs/brochures/sxrd_largevenue_high-resolution_brochure.pdf 387

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [5] C. Krumbholz, J. Leigh, A. Johnson, L.Renambot, R. Kooima, (2005) “Lambda Table: High Resolution Tiled Display Table for Interacting with Large Visualizations,” Workshop for Advanced Collaborative Environments (WACE), Redmond, Washington, 8-9 Ekim 2005. [6] Terrain Table ürün broürü http://www.ms.northropgrumman.com/images/TerrainTable_FS.pdf [7] W. Cartwright, J. Crampton, G. Gartner, S. Miller, K. Mitchell, E. Siekierska ve J. Wood, (2001), “Geospatial Information Visualization User Interface Issues”, Cartography and Geographic Information Science, 28-1, 1-19. [8] R.G. Ball, (2006) “Effects of Large, High-Resolution Displays for Geospatial Information Visualization”, Doktora Tezi, Virginia Polytechnic Institute and State University. [9] J. Colvin, N. Tobler, J.A. Anderson, (2004), “Productivity and Multi-Screen Computer Displays”, Rocky Mountain Communication Review, 2,1, 31-53. [10] A.J. Sabri, R.G. Ball, A. Fabian, S. Bhatia, C. North, (2007) “Highresolution Gaming: Interfaces, Notifications and the User Experience”, Interacting with Computers, 19-2, 151-166. [11] J. Leigh, L. Renmanbot, A. Johnson, B. Jeong, R. Jagodic, N. Schwarz, D. Svistula, R. Singh, J. Aquilera, X. Wang, V. Vishvanat, B. Lopez, D. Sandin, T. Peterka, J. Girado, R. Kooima, J. Ge, L. Long, A. Verlo, T.A. DeFanti, M. Brown, D. Cox, R. Patterson, P. Dorn, P. Wefel, S. Levy, J. Talandis, J. Reitzer, T. Prudhomme, T. Coffin, B. Davis, P. Wielinga, B. Stolk, G.B., Koo, J. Kim, S. Han, J.W. Kim, B.Corrie, T., Zimmerman, P. Boulanger, M. Garcia, (2006), “The Global Lambda Visualization Facility: An International Ultra-HighDefinition Wide-Area Visualization Collaboratory”, International Journal of

Future Generation Computer Systems, Elsevier, 22.8 , 964-971. [12] C. Karaahmetolu, E. Ylmaz, Y.Y. Çetin ve G. Köksal, (2006), “Out-thewindow Scene Properties in PC-based Helicopter Simulators”, Proceedings of SPIE, Defense and Security Symposium, Enhanced and Synthetic Vision,6226 , 260-271. [13] L. Shupp, R. Ball, B. Yost, J. Booker ve C. North, (2006) “Evaluation of Viewport Size and Curvature of Large, High-Resolution Interface”, Proceedings Graphics Interface (GI) 2006, 123-130. [14] G.Robertson, M. Czerwinski, P. Baudisch, B. Meyers, D. Robbins, G. Smith, ve D. Tan, (2005) “The Large-Display User Experience” IEEE Computer Graphics and Applications, 25-4,44-51.

388

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ULUSAL SAVUNMA TEKNOLOJLER YÖNETM SSTEM

ÇERÇEVE MODEL

Elif BAKTIR

Tekim - Teknolojik ve Kurumsal birlii Merkezi, Armada  Merkezi, Eskiehir Yolu No:6 Kat:12, Söütözü, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride ülke çapnda savunma teknolojilerinin yönetimi amacyla kullanlmas önerilen Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli anlatlmaktadr. Çerçeve modelinin hayata geçirilmesi, ülke çapnda savunma bilim ve teknolojileri ile ilgili mevcut durumunun belirlenmesi, ksa vadede tanml platform / sistem ihtiyaçlarnn, ulusal ArGe alt yaps kullanlarak yaplabilirliinin analizi, orta/uzun vadede aratrma ve teknoloji gelitirme hedeflerinin belirlenmesi ve milli/ kritik ArGe projelerinin tanmlanmas, hedeflerine ulalmasn salayacaktr Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli kapsamnda i)yukarda sralanan konularda karar verilmesine temel tekil edecek bilgilerin oluturulmasnda kullanlacak Teknoloji Tarama (Gözleme ve zleme) Modeli, ii)Ülke çapnda mevcut durumun saptanmasnda kullanlacak Ölçüm ve Deerlendirme Modeli; iii)Bilgilerin toplanmas, olas seçeneklerin simülasyonlarnn yaplmas ve etkilerinin deerlendirilmesinde kullanlacak Bilgi Yönetim Sistemi yer almaktadr. Bildiride, çerçeve modelinin farkl paydalar tarafndan kullanm da deerlendirilecektir. Anahtar Kelimeler: Teknoloji Yönetimi, Teknoloji Olgunluk Seviyesi, Teknoloji Hazrlk Deerlemesi. ABSTRACT In this paper, Defense Technology Management System Framework Model is proposed to manage defense technologies in nation wide. Benefits of the model usage are to asses the status of defense science and technologies in nation wide; to make feasibility studies of defined platform and system needs by using national research and development infrastructure in short term; to identify research and technology development objectives and to define national/critical research and development projects, in long term. 389

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Defense Technology Management System Framework Model consists of i)Technology Scanning (monitoring and investigation) Model which is to generate the data for decision makers, ii)Measurement and Assessment Model which is to determine the status in nation wide, iii)Information Management System which is an information technology infrastructure. The usage of framework model by different stakeholders is also discussed in the paper. Keywords: Technology Management, Technology Readiness Assessment.

Technology

Readiness

Level,

1. GR Savunma hiçbir zaman durmayan, sürekli ve hep, daha iyi olmak zorunda olunan bir yartr. Bu yarta baarl olmak, her zaman en yetenekli savunma ürünlerini kullanmay gerektirir. Bu nedenle savunma sanayii ürünleri hem ileri teknolojili hem de oldukça karmak ürünlerdir ve deiik disiplinlerdeki son aratrma sonuçlarnn bir araya getirilmesini gerektirir. Herhangi bir savunma ürünü ile ilgili teknoloji gelitirme çalmalar, o ürüne ilikin ekil 1’de verilen savunma tedarii yaam döngüsünün ilk üç aamasna yaylr [1].

ekil 1. Savunma Tedarii Yaam Döngüsü ve Teknoloji Gelitirme

Kavram gelitirme aamasnda, farkl kavram seçeneklerinin deerlendirmesi yaplrken ilgili teknolojilerin durumu da göz önüne alnr. Bu aamada ayrca teknoloji gelitirme stratejisi belirlenir, çalmalar planlanr. Teknoloji Gelitirme aamasnda ürüne ilikin kritik teknolojilerin yeterli olgunlua gelmesi salanr. Sistem gelitirme aamasnda ise ilgili kritik teknolojilerin ürünlerin çalaca ortamda testleri yaplr. Ayrca üretim teknolojilerinin de yeterli olgunlua erimesi bu aamada gerçekletirilir. Savunma ihtiyac ve teknoloji gelitirme ilikisi ülke çapnda özel olarak bu amaçla oluturulan deiik mekanizmalarla ile salkl olarak düzenlenir [2]. Bu bildiride, ülke çapnda savunma teknolojilerinin yönetimi amacyla kullanlmas önerilen Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli de bu mekanizmalardan bir tanesidir. 2. SAVUNMA TEKNOLOJLER YÖNETM SSTEM (STYS) Savunma ürünleri, savunma tedarik yaam döngüsü ile etkileen tüm paydalarn ortak üretimlerinin bir çktsdr. STYS’nin amac, bu üretim 390

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara çktsnn en etkili bir biçimde olumasn salamaktr. STYS altyaps üzerinde oluan bilgilerin analizi u hedeflerin gerçekletirilmesinde kullanlacaktr: a)Ülkemizin savunma alannda kullanlacak bilimsel ve teknolojik birikimin olgunluk düzeyinin tespit edilmesi; b)Milli olmas zorunlu/kritik sistem ve teknolojilerdeki olgunluk düzeyinin tespit edilmesi;c)Tanml platform/sistem ihtiyaçlarnn, ulusal kaynaklardan karlanmas; d)Orta/uzun vadeli stratejik aratrma ve teknoloji gelitirme hedeflerinin belirlenmesi ve milli/ kritik ArGe projelerinin tanmlanmas; e)Strateji belirleme ve konsept gelitirme aamalarndan itibaren, ülkemizdeki özgün ArGe yeteneklerin deerlendirilmesi. Sistem sralanan alanlarda karar verilmesine temel tekil edecek ekilde, mevcut durumun analizine ve çözüm seçeneklerinin incelenmesine yönelik bilgileri oluturacaktr. Mevcut durumun analizi toplanan verilerin belirlenen hedefler nda incelenmesi ile gerçekletirilecektir. Çözüm seçeneklerinin analizi ise olas seçeneklerin simülasyonlarnn yaplmas ve etkilerinin deerlendirilmesi ile gerçekletirilecektir. Sralanan hedeflerin gerçekletirilmesi için STYS’nin karar destek süreçlerine entegre edilmesi büyük önem tamaktadr. Savunma tedarik yaam döngüsünün paydalar ayn zamanda savunma teknolojileri yönetim sisteminin de paydalardr. Bilimsel ve teknolojik yetenee sahip kurum ve kurulular, birikimlerini teknoloji taksonomisi ile ilikilendirerek sisteme bilgi girii yapacaklardr. htiyaç makam, tedarik makam, kamu temsilcileri ve sektörel temsilciler ise karar destek süreçlerinde burada oluturulan bilgileri analiz ederek kullanacaklardr.

ekil 2: Payda Etkileimi

lk etapta durum tespiti amacyla toplanacak veriler, STYS sisteminin etkin olarak iletilmesiyle, sürekli olarak güncel tutulacaktr. Böylece ülkenin bilimsel ve teknolojik birikimi ve savunma ihtiyac arasndaki iliki ekil 2’de gösterildii gibi sürekli olarak takip edilecek ve hedeflere uygun ekilde yönetilecektir. 3. SAVUNMA TEKNOLOJLER YÖNETM SSTEM ÇERÇEVE MODEL Sistem yaklam kullanlarak gelitirilen çerçeve modelde STYS’nin kapsam ve çalma prensipleri tanmlanmaktadr. Çerçeve modeli üç ana sistemden oluur. Bunlar Teknoloji Tarama Modeli, Ölçüm ve Deerlendirme Modeli ve Bilgi Yönetimi Sistemi'dir. 391

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Teknoloji tarama (gözlem - izleme) modelinde ülke çapnda ilgili teknolojilerin izlenmesine ilikin yap tanmlanmaktadr. Ölçüm ve deerlendirme modelinde tüm ülkeye yaylm kurum ve kurulularn, teknoloji tarama modelinde tanmlanan yöntemlere göre taranarak teknolojik olgunluk seviyelerinin belirlenmesinde kullanlacak yap tanmlanmaktadr. Bilgi yönetimi sisteminde ise teknoloji tarama ve ölçüm & deerlendirme modellerinin üzerinde çalaca bilgi ve iletiim teknolojileri (BIT) altyaps tanmlanmaktadr. Teknoloji Tarama (Gözlem-zleme) Modeli ekil 3’de verilen modelde, tüm faaliyet alann kapsayan, paydalar tarafndan ortak olarak kullanlan teknoloji taksonomisi, ürün gelitirmede kullanlan ArGe yetenekleri, bu alanlarda gelinen düzeyi gösteren teknoloji olgunluk seviyeleri, teknolojinin millik/kritik açlardan önemini anlatan teknoloji sahiplilii snf ve bütün hepsinin birbirleriyle amaca uygun bir biçimde ilikilendirmesi yer almaktadr.

ekil 3: Teknoloji Tarama (Gözlem zleme) Modeli

Teknoloji Taksonomisi Oluturma: Teknoloji taksonomisi, faaliyet alannda gerçekletirilecek sistemleri oluturacak teknolojilerin kategorize edilmi bir yap içerisinde, sistem/platform, altsistem ve temel teknolojiler seklinde tanmlanmasyla oluturulur [3]. Teknoloji taksonomisi teknolojik gelimelerin yanstlmas için belirli aralklarla güncellenmelidir. Teknoloji taksonomisinin güncellenmesinde bilimsel ve teknolojik gelimelere ilikin yaynlar, teknoloji öngörüsü çalmalar, askeri teknolojilerin takibi için oluturulan dier taksonomiler kullanlr. Teknoloji taksonomisi oluturulduktan (güncellendikten) sonra aratrma kurum ve kurulularn görüleri de alnarak son haline getirilir. ArGe Yetenek Yaps Oluturma: Ürünlerin ortaya çkarlmasnda, sadece teknolojik yetenekler deil, bu teknolojileri bir araya getirerek ürün ve hizmete dönütürme yetenei de çok önemli bir rol oynamaktadr [1], [4]. Ürün ve hizmet gerçekletirilmesine yönelik teknolojiler ArGe Yetenek yaps bal altnda dört kategoride incelenmektedir. Bunlar tasarm yetenekleri, üretim yetenekleri, entegrasyon/test yetenekleri ve yönetim yetenekleridir. 392

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Teknoloji Olgunluk Seviyesi: htiyaç duyulan bir ürün kavramnn gerçek hayata geçirilebilmesi için o ürün ile ilikili teknolojilere hakimiyet çok büyük önem tar [5]. Bu nedenle sahip olunan teknolojik olgunluk seviyesinin belirlenmesi gerekmektedir. Ülke çapnda ortak teknolojik olgunluk düzeyi tanmlarnn kullanlmas ve hangi seviyede bulunulduunun saptanmas için kontrol listelerinin oluturulmasna ihtiyaç vardr [6]. Teknoloji taksonomisi alanlarnda olgunluk seviyesinin belirlenmesi için kontrol listeleri doldurulur ve verilen cevaplar hesaplayc yardmyla deerlendirilerek sonuca ulalr [7]. Hesaplayc ilgili teknolojik düzey tek bana ele alndndaki durumu gösterdii gibi bir ürünün gerçekletirilebilmesi için ilgili tüm teknolojilerin durumuyla ilgili bilgi verebilir. Teknoloji Sahiplik Snf: Ürün gerçekletirilebilirliinin belirlenmesinde ikinci önemli konu o teknolojinin kritikliinin ve milli olmas gerekliliinin deerlendirilmesidir. Eer bir teknolojinin milli olmas gereklilii var ise veya kritik olarak belirlenmise o teknolojiye sahip olunmas olmazsa olmaz bir kouldur. Bu olgu teknoloji sahiplilii kapsamnda tanmlanr ve takip edilir. Teknoloji sahipliliinin belirlenmesi için snflarnn tanmlanmas ve ilgili teknolojinin hangi teknoloji sahiplilik snfnda olduunun bulunmas için kontrol listeleri kullanlr. Buradaki sonuçlarn deerlendirilmesinde filtre kullanlr. likilendirme:Teknoloji taksonomisinde yer alan elemanlar arasndaki balantlar ilikilendirme matrisleri içerisinde tutulur. likilendirmede sadece ilikili olduunu gösteren bir iaret konulabilecei gibi deiik kodlamalarla (ilikinin büyüklüü, örnekler v.b. gibi) ekstra bilgilere de yer verilebilir. likilendirme simülasyonlarda kullanlacak biçimde dinamik olarak deitirilebilir. Ölçüm ve Deerlendirme Modeli Modelde, ekil 4’de gösterildii gibi, kurulularn belirlenmesinde kullanlacak yöntemler, kurulularn özdeerlendirmesi, uzmanlar tarafndan yaplacak kurulu seviye deerlendirmeleri ve uzman havuzu yönetimi yer almaktadr. Kurulularn Belirlenmesi: Ülkemizde teknolojik yetenei askeri alanda kullanlacak kurulularn seçim kriterlerini ve yöntemlerini içerir. Kurulu Özdeerlendirmesi: Kurulularn teknoloji taksonomisindeki olgunluk seviyelerini belirlemelerine yönelik özdeerlendirme yöntemlerini içerir. Kurulu Seviye Deerlendirme: Özdeerlendirme sonuçlarna göre kurulularn teknolojik olgunluklarnn yerinde görülmesi için saha ziyaretleri ile dorulama yaplmas gerekebilir. Bu çalmalara yönelik yöntemleri içerir. Uzman Havuzu Yönetimi: Saha ziyaretini gerçekletirerek, durum saptamas yapacak ilgili teknolojilerde tecrübeli, hem süreci, hem de amacn ve yöntemlerini bilen bir uzman havuzu oluturularak yönetilir.

393

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4: Ölçüm ve Deerlendirme Modeli

Bilgi Yönetimi Sistemi ekil 5’de verilen bilgi yönetim sisteminde bilgi ilem faaliyetlerini kapsayan BIT altyap yönetimi, verilerin uygun bir ekilde toplanmasn ve güncellemesini içeren veri ilemleri, verilerin analiz edilerek sonuçlarn gösteren gösterim/analiz bölümü, olas seçeneklerin incelenmesine yarayan simülasyon bölümü ve sonuçlarn raporlanmasn salayan raporlama bölümü yer almaktadr.

ekil 5: Bilgi Yönetim Sistemi

Yönetim: Bilgi Yönetimi Sistemi’nin yönetilmesi kapsamnda, eriim kontrolleri, yardm masas, bakm ve güncelleme çalmalar yer alr. Veri lemleri: Veri yönetimi ilemleri bu kapsamda gerçekletirilir. Gösterim /Analiz: Verilerin karar destek amacyla incelenmesi yer alr. Simülasyon: Belirli bir amaca yönelik olarak, hem mevcut durumun deerlendirilmesinde hem de yaplacaklarn belirlenmesinde karar destek amacyla çeitli simülasyonlar yaplr. Bu kapsamda i)görev ve harekat ihtiyaçlarnn ulusal teknoloji altyaps ile uyumlu olarak tanmlanmasna 394

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yönelik senaryolarn, ii)istenilen teknik özelliklerin ulusal teknoloji altyaps ile uyumlu olarak belirlenmesine yönelik senaryolarn, iii)milli/kritik olmas zorunlu teknoloji gelitirme projelerinin, platform/sistem - alt sistem bütünlüü içerisinde tanmlanmasna yönelik senaryolarn; iv)savunma aratrma ve deneysel gelitirme projelerinin yol haritalarnn tanmlanmasna yönelik senaryolarn simülasyonlar gerçekletirilir. Raporlama: Çkt alnabilecek halde hazr raporlar tanmlanr. 4. UYGULAMAYA LKN ÖNERLER Sistem Gelitirme: Böylesine önemli ve oldukça büyük faydalar salayacak bir altyapnn tasarlanarak gelitirilmesinde, tedarik projelerinde kullanlan ve savunma sanayiinin oldukça alk olduu sistem mühendislii ve proje yönetimi yaklamlarnn kullanlmas baary garantileyecektir.

ekil 6: STYS Çerçeve Modeli

lk aamada bir fizibilite projesi kapsamnda ekil 6’da çerçeve modeli verilen STYS’nin kavram tasarm ilgili paydalarn katlmyla yaplmaldr. Tasarm srasnda mevcut sistemler ve uygulamalar ile arayüzler mutlaka göz önüne alnmaldr. Yaplacak fizibilite çalmalaryla sistem özellikleri son haline getirilmelidir. kinci aamada yer alacak sistem gelitirme ve pilot uygulama projesi kapsamnda, özellikleri belirlenen sistem gelitirilerek pilot uygulama gerçekletirilmelidir. Pilot uygulama, özel bir faaliyet alannn bütününü kapsayacak ekilde tanmlanabilir. Üçüncü aamada tariflenecek bir proje ile ülke çapnda ve tüm faaliyet alanlarna yaygnlatrma gerçekletirilmelidir. letme: STYS tam zamanl olarak görevlendirilen bir ekip tarafndan iletilmelidir. Bu ekip içerisinde teknoloji tarama ve izleme modeli sorumlular, ölçüm ve deerlendirme modeli sorumlular ve bilgi yönetimi sistemi sorumlular yer almaldr. Teknoloji tarama ve izleme modeli için üniversitelerden ve sanayiden katlmlarla bir danma kurulu oluturulmaldr. Danma kurulunun görevi bu modelde yer alan taksonomi, ArGe yetenek ve teknolojik olgunluk seviyelerine ilikin güncelleme gereksinimlerinin izlenmesi ve gerekli yönlendirmelerin yaplmasdr. Ölçüm ve deerlendirme modeli için de aratrma kurumu temsilcileri, sektör temsilcileri ve meslek organizasyonlar ile ilikilerin yönetiminde, yönlendirmeyi salayacak bir ekip oluturulmaldr. Ayrca BIT iletimi için 24saat destek verecek bir ekip oluturulmaldr. 395

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. SONUÇ Çamzda oldukça hzl gelimeler olmaktadr. Teknolojik açdan bakldnda önümüzde neredeyse sonsuz sayda çalma alan seçenei mevcuttur. Teknolojik güçlerini, amaçlarn gerçekletirecek ekilde yönlendirmeyi baaran ülkeler, kalknmada her açdan (teknolojik, ekonomik, toplumsal refah…) inanlmaz bir hz yakalamaktadr. Taraflarn teknolojik güçlerinin (birikimlerinin) bir araya getirilerek birletirilmesi ve uygulamaya dönütürülmesi bu hzda ivmeyi artrc bir etki salamaktadr. Bu gerçek, hem askeri uygulamalarda hem de sivil uygulamalarda karl görülen a merkezli sava (network centric warfare), komuta kontrol sistemleri, veri füzyonu (data fusion), bilgi yönetim sistemleri, ulusal yenileim sistemi (national innovation system), saysal i ekosistemi (digital business ecosystem), açk yenileim (open innovation) gibi pek çok kavramn ve uygulamann çk noktasnda yatmaktadr. Bu bildiride anlatlan çerçeve modeli ile tanmlanan Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi’nin kullanlmas, yaplan bilimsel ve teknolojik çalmalarla savunma ihtiyacnn karlanmas arasndaki ilikinin sürekli ve etkin bir biçimde yönetilmesini salayacaktr. Ayrca sistemin kullanmnn ülke çapnda yaygnlatrlmasnn avantajlar: i)Jenerik savunma ürünleri ve teknoloji ilikisi kurularak, teknoloji yönetimi sistematii için tüm paydalar tarafndan kullanlan salam bir temel oluturulmas; ii) Paydalar arasnda etkileim salanmas, oluturulan ortak dil ve altyap ile sinerji yaratlmas, iii)Teknoloji yönetimi konusunda kullanlan yaklamn, tüm paydalarn stratejik planlama ve yönetim süreçlerine entegre olmas olarak sralanabilir. Gerçekletirdii sistemlerle varln kantlayan bir savunma sanayiine sahip olan ülkemizde, STYS gibi bir sistemin tasarlanarak gelitirilmesi ve etkin bir biçimde iletilmesi için gereken tüm yetenekler mevcuttur. KAYNAKÇA [1] Technology Readiness Assessment (TRA) Deskbook, Amerika Birleik Devletleri Savunma Bakanl, 2005. [2] Defense Acquisition Guidebook, Amerika Birleik Devletleri Savunma Bakanl, 2006. [3] European Defense Agency Technology Taxonomy Overview, Avrupa Savunma Ajans, 2007. [4] Technology Management Guidance for the UK MOD Defense Acquisition Community, 2005, ngiliz Savunma Bakanl. [5] Better Management of Technology Development Can Improve Weapon System Outcomes, United States General Accounting Office, 1999. [6] Technology Readiness Levels, A White Paper, John C. Mankins, Advanced Concepts Office, Office of Space Access and Technology, NASA, 1995 396

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [7] Technology Readiness Level Calculator, William L. Nolte, 6th Annual System Engineering Conference, 2003.

397

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

398

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAVUNMA SSTEM GELTRME PROJELERNDE PLANLAMA VE ZLEME YÖNTEMLERNN "MALYET ARTI" MODEL AÇISINDAN DEERLENDRLMES

Mehmet ZAM (a)

(a)

TEKM, Tekolojik ve Kurumsal birlii Merkezi Armada  Merkezi Eskiehir Yolu No:6 Kat:12 06520, Ankara [email protected]

ÖZET Savunma sistemleri gelitirme projelerinde yaygn olarak uygulanan “Maliyet Art” tedarik modeli, gerek tedarik öncesi dönem, gerekse tedarik dönemi proje planlama ve izleme çalmalar için baz kstaslarn ve yöntemlerin tanmlanmasn zorunlu klmaktadr. Tedarik öncesi dönemde teknik ve idari kapsam belirleme, risk deerlendirme, maliyet tahmini ve tedarik planlama süreçleri, bu modelin uygulanmasnda en önemli süreçlerin banda gelmektedir. Bu modelin uygulanmas, tedarik döneminde de projelerin ayrntl planlama, teknik performans ve maliyet/program takibi süreçlerinde baz kstas ve yöntemlerin kullanlmasn tercih konusu olmaktan çkarp, zorunlu hale getirmektedir. Model, iletmelerde özellikle proje yönetimi ve iletme yönetimi ile ilikili süreçlerin, proje maliyet/program takibi ve iletme mali yönetim süreçleri boyutunda gözden geçirilmesini gerektirmektedir. Bu bildiride, savunma sistemleri gelitirme projelerinde tedarik öncesi ve tedarik sonras dönemde bu kapsamda üzerinde durulmas gereken teknik, idari ve mali hususlar, dikkate alnmas gereken kstaslar ile uygulanmas gereken yöntemler, uluslararas genel kabul görmü yaklamlar ve standartlar çerçevesinde ele alnmakta; uygulamaya yönelik çözümler tartlmaktadr. Anahtar Kelimeler: Maliyet Art, Tedarik, Proje Yönetimi, Maliyet, Risk ABSTRACT Cost plus contract approach is widely used in defense system development programs, where high levels of uncertainty on project outputs exist and where both acquirer and suppliers are willing to share risks thereof. However, this model requires some strict principles and methods to be applied both in preacquisition (planning and solicitation) and acquisition periods compared to fixed price contracts. Model is planned to be used in Turkish defense acquisition programs beginning with the year 2008, by Undersecretariat of 399

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Defense Industry (SSM). This paper discusses the requirements that model imposes on current project planning and tracking processes and practices. Keywords: Cost Plus, Acquisition, Project Management, Cost, Risk 1. GR “Maliyet Art” tedarik modeli, yükleniciye, maliyete ilaveten sabit ya da deiken miktarda (oran ya da mutlak deer olabilir) ödeme yaplmas esasna dayal bir sözleme modelidir. Model, proje çktsnn maliyetinden çok çkt kalitesinin ön planda olduu projelerde uygulanmaktadr. Bu modelde yaplacak ödemenin “maliyet” unsuru, belirli kurallar çerçevesinde kabul edilebilir tüm maliyetleri içerir. Kabul edilebilir maliyetler kanun, yönetmelik, tebli ve standartlarla belirlenmi olan maliyet snflar altnda toplanabilen maliyetlerdir. “Art” unsuru ise, sözlemeye balanm koul ve hesaplama yöntemine göre belirlenecek sabit kar, baarya bal prim ya da ödül ödemesi eklinde olabilir. Bu modelin uyguland tedarik projelerinin en önemli özellikleri, proje çktlarndaki (üründeki) ve maliyetlerdeki belirsizliktir. Bu projelerde tedarik makam, amacna ulaabilmek için belirsizliklerin yol açaca sapmalarn maliyetini karlamay kabul ederken, tedarikçi de serbest fiyat ve kar oran belirleme hakkndan feragat ve en iyiyi yapma gayretini ispat eder. Açkça anlalaca üzere bu model bir risk paylam modelidir. Özellikle ABD’de savunma sistemleri tedarik programlarnn seri üretim öncesi tüm aamalarnda “Maliyet Art” modeli yaygn olarak kullanlmaktadr. Modelin kullanld projeler nitelik itibariyle ArGe, ileri gelitirme, mühendislik ya da sistem gelitirme projeleridir. [1]

Savunma Sanayii Müstearl’nn 2007-2011 Stratejik Plan’nda da, “Maliyet Art” tedarik modelinin 2008 ylndan itibaren, belirlenecek ArGe ve yurt içi gelitirme projelerinde uygulanaca, plann Hedef-1.3 paragrafnda ifade edilmektedir. [2] 2. MALYET ARTI MODELNDE RSK Giri bölümünde de ifade edildii üzere “Maliyet Art” modeli bir “risk paylam” modelidir. Bu nedenle modelin uygulama ilkeleri ve süreçleri tanmlanrken ön planda olmas gereken etmen “risk”tir. Özellikle ArGe ve yurt içi gelitirme projelerinde “Maliyet Art” modelinin uygulanmas hedefi açsndan baktmzda, uygulamada dikkat edilmesi gereken dört temel risk alan u ekilde listelenebilir: -

Kapsam riskleri

-

Teknolojik riskler 400

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara -

Maliyet riskleri

-

Yönetim riskleri Bu liste -hemen anlalaca üzere- herhangi bir tedarik projesi için, risk yönetimi açsndan oluturulabilecek jenerik bir kapsam listesidir. Risk yönetimi kapsamnda yaplacak çalmalar açsndan bakldnda da, tanmlama, analiz, azaltma planlama/uygulama ve izleme eklinde özetlenebilecek jenerik bir alt süreç gruplamas geçerlidir. Dolaysyla “Maliyet Art” modelinin uygulanaca projelerdeki planlama ve izleme çalmalar için farkl bir yönetim çerçevesine ihtiyaç yoktur. Ancak, “Maliyet Art” modelinin içerdii yüksek belirsizlik, gerek tedarik öncesi dönem, gerekse tedarik dönemi proje planlama ve izleme çalmalar için, sabit fiyatl modellerde uygulananlardan daha kapsaml kstaslarn ve yöntemlerin uygulanmasn zorunlu klmaktadr. Bu kstas ve yöntemlerin, bir gelitirme projesinin tedarik öncesi ve tedarik aamalar için ayr ayr incelenmesi yararl olacaktr. 3. TEDARK ÖNCES DÖNEM Tedarik öncesi dönemde teknik ve idari kapsam belirleme, teknolojik risk deerlendirme, maliyet tahmini ve tedarik planlama süreçleri, bu modelin salkl bir biçimde uygulanmas açsndan kritik süreçler olarak sralanabilir. Teknik kapsam, projeden istenen çktdr. “Maliyet Art” modelinin uyguland ArGe ve sistem gelitirme projelerinde çkt genellikle elde edilecek üründen beklenen özellikler, ilevler ve performans özellikleri cinsinden tanmlanr. Örnein yeni gelitirilecek ileri teknolojili bir silah sistemi için bu ilev ve performans listesi, sistemin, yerine getirmesi gereken görevleri ve bu görevleri hangi koullarda yerine getirmesi gerektiini gösteren bir “hedefler” listesi olabilir. Bu hedefleri karlayan sistemin bileenleri için deerlendirmeye alnacak alternatif çözümler ve bu çözümlerin etkinlii konusu teknik kapsamdaki belirsizlii artran unsurlardr. Çünkü –büyük bir olaslklaalternatifler arasnda karar verme süreci, tedarik projesinin bir parças olacaktr. Bu nedenle teknik kapsamn tanmlanmasnda “gerek ve yeter” dengesi çok iyi salanmaldr. Ülkemizdeki uygulama açsndan baktmzda; bu amaçla tedarik öncesi sistem mühendislii sürecinin hayata geçirilmesi ve “sistem performans özellikleri” tanmlama yeteneinin gelitirilmesinin gerekli olduu deerlendirilmektedir. dari kapsam, istenen teknik hedefe ulamak için yaplacak çalmalarn nasl yönetileceini belirler. “Maliyet Art” modelin uyguland ArGe ve sistem gelitirme projelerinin yönetiminde, gerçekleecek risk ve oluacak problemlere tepki zamanlamas kritiktir. Bu nedenle, bu tip projelerde geleneksel proje planlama ve izleme yöntemlerine ilaveten, tedarik makam ve tedarikçiler arasnda daha sk ibirliine, entegre ekip anlayna, gerek ve yeterli yetkilendirme esasna dayal yöntemlerin ön plana çkarlmas gereklidir. Ülkemizdeki uygulama açsndan baktmzda; Savunma Sanayii Müstearl’nn “Entegre Proje Gruplar” yaklamnn bu amaçla 401

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara kullanlabilecek ekilde, kurumsal bir sürece dönütürülmesinin yararl olaca deerlendirilmektedir. [2] “Maliyet Art” modelin uyguland ArGe ve gelitirme projelerinin en önemli özellii, hiç kukusuz barndrdklar teknolojik risktir. leri teknolojili sistem gelitirme hedefi olan projelerde, genel olarak ülkenin, özelde ise projenin potansiyel tedarikçilerinin sistemi ve bileenlerini oluturan teknolojilere ve temel teknolojilere hakimiyet düzeyleri bu risklerinin en önemli kaynadr. Tedarik öncesi aamada bu risklerin tanmlanabilmesi ve analiz edilebilmesi, teknolojinin yetersiz olduu noktada destekleyici projelerin (örn: bamsz ArGe) balatlabilmesi için her eyden önce ülkenin ve potansiyel tedarikçilerin teknoloji envanterinin, karlatrma yapmaya olanak salayan ortak bir olgunluk düzeyi kriteri çerçevesinde bilinmesi gerekir. kici gereksinim ise, proje özelinde yaplacak analizle, kritik teknoloji alanlarndaki hazrlk düzeylerinin belirlenmesi, teknik risklerin ölçülebilir/izlenebilir ekilde tanmlanmasdr. Bu çalma yaplmadan balatlacak “Maliyet Art” projelerinde, bütçe imesi, bütçe snrlamas, kapsam daralmas, teknik performanstan feragat, v.b. problemlerle karlamas olasl yüksek olacaktr. Ülkemizdeki uygulama açsndan baktmzda; “Maliyet Art” uygulamasna geçi sürecinin paralelinde, yukarda verilen niteliklere sahip bir teknoloji envanteri belirleme, izleme, yönetme altyaps kurulum çalmalarnn da tamamlanmasnn yararl olaca deerlendirilmektedir. [3] ArGe ve sistem gelitirme projelerinde, teknik ve idari kapsam ile teknik risk deerlendirmelerinin yaplm olmas, maliyet hedefinin belirlenmesi açsndan gereklidir. Ancak bu çalmalarn yapl ekli ve nitelii, belirlenen maliyet hedeflerinin ne kadar gerçekçi olduunu gösterir. Gelitirilecek sistemin karmaklna, maliyet tahmininde kullanlan verilerin ve yöntemlerin olgunluuna bal olarak maliyet riski ve sapma potansiyeli oluur. Örnein NASA’nn kulland maliyet hazrlk düzeyi yönteminde sapma beklentisi, maliyet tahmini çok yeterli mühendislik kararlarna ve çok yeterli bütçe taahhütlerine dayanyorsa +/-%5, maliyet tahmini balangç öncesi mühendislik ve bütçe kararlarna dayanyorsa. +/- %45 olabilmektedir. [4] Ülkemizdeki uygulama açsndan baktmzda; “Maliyet Art” projelerde, tavan maliyetlerin tüm taraflarn katlm ile belirlenmesi salayacak, kriterleri belirli kurumsal bir sürecin hayata geçirilmesinin yararl olaca deerlendirilmektedir. “Maliyet Art” uygulamas açsndan, tedarik öncesi dönemle ilgili olarak üzerinde durulmas gereken en önemli noktalardan biri de tedarik planlama sürecidir. Burada tedarik planlama ifadesi, program ya da proje planlamann üstünde, öncelikle “tedarik stratejisi” belirleme çalmalarn da kapsayan bir süreci tanmlamak için kullanlmaktadr. Bu balamda, tedarik planlama sürecinin yurtiçi kaynaklarn bilgi, yetkinlik ve altyaplarnn en iyi kullanmn garanti altna alan bir süreç olmas gerekir. Dier yandan “Maliyet Art” modelinin uygulanaca ArGe ve sistem gelitirme projeleri, girdi ve çktlar itibariyle 1:N ilikisine sahip projelerdir. Bu projelerde yaplacak çalmalarn 402

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sonuçlar, büyük olaslkla, birden fazla projeye girdi olacak nitelikte olacaktr. Dolays ile bu çalmalarn ve çktlarnn, yeniden kullanlabilirlik, iç teknoloji transferi, yaygnlama, v.b. yollarla program, sektör ya da ülke çapnda olacak ekonomik etkilerinin yönetilmesi gerekir. Bu bak açs, özellikle yüksek riskli, yüksek maliyetli ArGe ve sistem gelitirme projelerinin maliyet etkinlik açsndan daha olumlu ve gerçekçi bir ekilde deerlendirilmesini salayacaktr. Ülkemizdeki uygulama açsndan baktmzda; bata “Maliyet Art” modeli olmak üzere, tüm tedarik süreçlerimizin, tedarik stratejisi ve “deer mühendislii” kavramlar dikkate alnarak gözden geçirilmesinin yararl olaca deerlendirilmektedir. 4. TEDARK DÖNEM “Maliyet Art” modelinin uygulanmas, tedarik döneminde de projelerin ayrntl planlama, teknik performans ve maliyet/program takibi süreçlerinde baz kstas ve yöntemlerin kullanlmasn tercih konusu olmaktan çkarp, zorunlu hale getirmektedir. Her eyden önce, “Maliyet Art” modelde sözleme yaplabilecek tedarikçilerin bata proje, mühendislik ve mali yönetim olmak üzere, ArGe ve yeni ürün gelitirme süreçlerinin yönetiminde kurumsal bir yapya ve belirli bir olgunluk düzeyine sahip olmalar gerekmektedir. Organizasyon, i tanmlama, ürün tanmlama, planlama, programlama ve bütçeleme, mali yönetim, analiz ve raporlama, deiiklik ve veri yönetimi süreçlerinde genel kabul görmü uygulamalarn ve standartlarn benimsenmi olmas beklenir. Bu süreçlerde, özellikle teknik performans ve maliyet/program izleme konusunda effaflk vazgeçilmez bir gereksinimdir. Yukardaki ifadelerden de anlalaca üzere, bir tedarikçi ile “Maliyet Art” modelde sözleme yaplabilmesi için, o tedarikçinin genel muhasebe ve maliyet muhasebesi sisteminin olgunluu ile, bu sistem içindeki maliyet toplama ve raporlama uygulamalarnn effafl, gerekli ancak tek bana yeterli olmayan bir kouldur. Bunun nedenleri aada ksaca açklanmaktadr: i)

“Maliyet Art” modeli, girite açklanan tanm gerei, tam serbestlii olan bir rekabet modeli deildir. Bu modelde yüksek maliyet kadar önemli dier bir tehlike de yetersiz bütçelendirmedir. Bu nedenle tedarikçinin planlama, programlama ve bütçeleme yetkinlii ve bu süreçlerdeki effafl önemlidir.

ii)

Benzer nedenle, birden fazla potansiyel tedarikçinin olduu “Maliyet Art” modeldeki bir proje için verilen tekliflerin salkl bir biçimde deerlendirilebilmesi ve karlatrlabilmesi için, teklif verenlerin teklif hazrlama süreçlerinin belirli bir olgunluk düzeyinin olmas gerekir. Çünkü bu tip bir proje, doas gerei, yalnz maliyet boyutu ile deil, maliyet belirlenirken kullanlan varsaymlar, yaanan süreç, yaplan risk, fayda, etkinlik, teknoloji, v.b. analizlerinin nitelii gibi, en ucuz deil, en iyi teklif kriterleri ile deerlendirilecektir. 403

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara iii)

Günümüzde iletmelerin muhasebe kaytlarnn tek düzen hesap planna uygunluu kanuni bir zorunluluktur. letmeler genel kabul görmü muhasebe standartlar ve bilgi teknolojileri uygulamalar ile proje bazl maliyet izlenebilirliini rahatlkla salayabilmektedirler. Dolays ile “Maliyet Art” modeli açsndan kritik husus salt maliyetlerin izlenebilirlii deil, maliyetlerle ilikili program performansnn ve teknik performansn izlenebilirliidir. Örnein iki yllk bir projede bütçenin yarsna ulalm ve maliyetlerin doru bir biçimde muhasebeletirilmi olmas, tek bana projenin sonunda istenen çktlara ulalp ulalamayacan göstermemektedir. Bu nedenlerle “Maliyet Art” modelinin salkl uygulanmas için, iletmelerde özellikle proje yönetimi ve iletme yönetimi ile ilikili süreçlerin, proje maliyet/program takibi ve iletme mali yönetim süreçleri boyutunda gözden geçirilmesi gerekir. Bu balamda EIA-748B Kazanlm Deer Yönetim Sistemi Standard ile tanmlanan ilke ve gereksinimler, “Maliyet Art” modelinde sözleme yapacak iletmeler için örnek olabilir. [5] Bu standart ile belirlenen temel ilkeler aada verilmitir:

-

Proje sonuna kadar tüm i kapsamnn planlanmas.

-

 kapsamnn, teknik, zaman ve maliyet hedefleri açsndan takip edilmesi amacyla bir kii veya kuruma atanabilmesini salayacak sonlu parçalara bölünmesi.

-

 kapsam, zaman ve maliyet hedeflerinin, gerçeklemelerin takip edilebilecei bir performans ölçüm taban çerçevesinde tümletirilmi olmas. Deiikliklerin bu ölçüm tabanna göre denetlenmesi.

-

Yaplan iin tamamlanma deerlendirmesinde gerçekleen maliyetlerin kullanlmas.

-

 tamamlanma deerlendirmesinin objektif kriterlere göre yaplmas.

-

Planda meydana gelen önemli sapmalarn analiz edilmesi, etkilerinin tahmin edilmesi ve ölçüm gününe kadar gerçekleen performans ile kalan ie baklarak, “Tahmini Toplam Maliyet”in belirlenmesi.

-

Bu sistem içinde üretilen bilginin iletmenin yönetim süreçlerinde girdi olarak kullanlmas. 5. SONUÇ “Maliyet Art” yöntemi tedarik makam ve tedarikçilerin birlikte çalmalarnn çok önemli olduu, yarar ve zararn yönetim kalitesi ile belirlendii bir tedarik yaklamdr. Ülkemizde bugüne kadar gerçekletirilen savunma ArGe ve gelitirmeye dayal sistem tedarik projelerinin says dikkate alndnda, “Maliyet Art” yöntemi uygulamasna geçebilecek aamaya gelindii söylenebilir. Ancak bu modelin yaygn uygulama öncesinde tedarik makam ve tedarikçi yönetim süreçlerinin gözden geçirilerek eksikliklerin tamamlanmas, 404

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gereken bilgi yönetim altyaplarnn kurulmas, eitime, bilgi ve tecrübe paylamna önem verilmesi gerekmektedir. Bu balamda “Maliyet Art” modeli için yaplacak hazrlk çalmalar için aadaki öneriler, minimum gereksinim seti olarak dikkate alnabilir: -

Genel olarak tedarik, mali yönetim, proje yönetim, sistem mühendislii ve teknoloji yönetim süreçlerinin –tercihan bir modele göre kyaslama yaplarak- gözden geçirilmesi.

-

Tedarik öncesi dönemdeki sistem mühendislii çalmalarna önem verilmesi; “sistem performans özellikleri” tanmlama pratiinin iyiletirilmesi.

-

Ortak ekip ve ibirliine dayal planlama ve izleme yöntemlerinin tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

-

Teknoloji hazrlk/olgunluk düzeyi yaklamnn tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

-

Maliyet hazrlk/olgunluk düzeyi yaklamnn tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

-

Tedarik stratejisi ve süreçlerine entegre edilmesi.

-

Tedarik, program, proje ve dier yeni ürün gelitirme yönetimi alanlarnda, genel kabul görmü, modele ve standartlara dayal süreçlerin benimsenmesi ve hayata geçirilmesi.

-

Teknik performans izleme süreci ile entegre bir kazanlm deer yönetim sisteminin hayata geçirilmesi.

-

Proje yönetimi ve bata mali yönetim olmak üzere iletme yönetimi çalmalarnn entegre ve effaf bir biçimde planlanmas ve izlenmesini salayacak bilgi teknolojileri altyaplarnn hayata geçirilmesi.

deer

mühendislii

kavramlarnn

tedarik

KAYNAKÇA [1] ABD DoD-USDATL, (2006), “Selecting Contract Types”, DFARS Subpart 2161, http://www.acq.osd.mil/dpap/dars/pgi/pgi_htm/PGI216_1.htm [2] Savunma Sanayii Müstearl, (2007), “Stratejik Yol Haritas, Tedarik Yönetimi, Hedef 1.3”, 2007-2011 Stratejik Plan, 26 [3] ABD DoD, (2005), “TRA Definition and Purpose”, Technology Readiness Assessment Deskbook, 1-2 [4] NASA, (2005), “Cost Readiness Levels”, Cost Estimating handbook”, 105 [5] GEIA, (2007), “Earned Value Management Systems”, EIA-748-B

405

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

406

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAVUNMA SANAYNN YÖNLENDRLMESNDE K BAI YILLIK SATI DEERNN BR PERFORMANS ÖLÇÜTÜ OLARAK KULLANIMI

Doç.Dr. Celal Zaim Çil Çankaya Üniversitesi, [email protected]

ÖZET Bu çalmada, dünyada Savunma ve Havaclk sektöründe baarl olmu ve baarda süreklilii salam firmalarn bir ksm ayrt edici özellikleri incelenmitir. Savunma Sanayiinde faaliyet gösteren milli ana entegratör firmalarmzn kii ba yllk sat deerleri bu firmalarn kii ba yllk sat deerleri ile karlatrlmtr. Savunma sanayinin ülke sanayini gelitirmede bir araç olarak kullanlmasnda, milli ana entegratör firmalarn daha salkl bir yapya kavumalar, daha yüksek katma deerli ürünler ve hizmetler üretmeleri ve ayn zamanda ilerinin bir ksmn KOB’lere rasyonel bir ekilde taere etmeleri sonucunda tedarik zincirindeki sanayinin gelitirilmesi için, kii ba yllk sat deerinin bir performans ölçütü olarak kullanlabilecei gösterilmitir. Anahtar kelimeler : Kii ba yllk sat, savunma sanayii, ana entegratör firma. ABSTRACT In this study, some differentiating properties of the world’s largest defence and aerospace firms, which have been continously successful and consistent for years, are investigated. Values of the annual revenue per employee of the national defence and aerospace firms are compared with the corresponding values for the world’s largest defence and aerospace firms. It is shown that, in using the defence industry sector to develop the country’s industry base, the annual revenue per employee value can be used as a performance measure for the national main integrator firms to achieve a healthier structure, to produce more products and services of higher added values, at the same time to improve the industry base throughout the procurement chain as a result of outsourcing some of their workload rationally to the SME’s. Keywords : Annual revenue per employee, defence industry, main integrator firm. 1. GR : TÜRKYE’DE SAVUNMA SANAYNN GELTRLMES VE SSM’NN STRATEJK PLANI SSM’nin geçen yl içinde yaymlad stratejik plana göre, SSM’nin misyonu: “Ülkemizin savunma ve güvenliine yönelik Türk Silahl Kuvvetleri ve kamu kurumlarnn sistem ihtiyaçlarn karlamak, savunma sanayiinin 407

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gelitirilmesine yönelik strateji ve yöntemleri belirlemek ve uygulamak” olarak belirlenmitir. Vizyonu ise : “Savunma Sanayiine yön veren uzman tedarik kurumu; ülkemizin stratejik savunma ve güvenlik ihtiyaçlarna teknolojik gelimeler dorultusunda özgün yurt içi çözümler sunan, uluslar aras pazara entegre ve rekabetçi bir savunma sanayiine yön veren uzman tedarik kurumu olmak” eklinde tanmlanmtr (www.ssm.gov.tr) [1].

x x x x

Bu Plan çerçevesinde, TSK ihtiyaçlarna yönelik tedariin yaklak %70’ini gerçekletirmekte olan SSM, konumuz bakmndan önemli olan aadaki hususlarda, savunma ve güvenlik ihtiyacn karlarken, tedarii ülke sanayiinin geliiminde bir araç olarak kullanacan, sanayide tekrarlanan yatrmlardan kaçnlacan, projeler kapsamnda KOB’lere i pay verilmesini sözleme kapsamnda taahhüt altna alacan, fizibilite etüdleri yoluyla da teknoloji yönetimini yönlendireceini, uluslar aras rekabet yapabilecek yetenekte güçlü irket yaplarnn ve özgün tasarm yeteneklerinin oluturulmas amacyla kamu sermayeli irketlerimizden balayarak, bu irketlerde bir yeniden yaplandrma ve konsolidasyona gideceini ve sonuçta bir Türk Savunma Sanayii Holdingi kurulmasn gerçekletireceini belirtmektedir. Stratejilere ulama yönünde SSM tarafndan kullanlan araçlar içinde ise Savunma Sanayi Destekleme Fonu, proje kaynaklar, yerli katk ve ofset uygulamalar saylabilir. SSM’nin belirledii öncelikli alanlarda Savunma Holding yapsna uygun olarak, önce milli ana entegratör firmalar belirlenerek, bu alanlarda yurt içinde gelitirilebilecek sistemler tespit edilmektedir. Daha sonra, platform ve sistem, kimi zaman da alt sistem seviyesinde ilerde, alanna göre tek kaynak olarak belirlenen bu ana entegratör firmalar ile sözlemeler imzalanmaktadr. Alt sistem, bileen ve teknoloji seviyesinde ise, yine alanlarna ve uzmanlklarna göre, belirlenen KOB firmalarna ve aratrma kurulularna- zorunluluk karsnda kimi zaman da ana entegratör seviyesindeki firmalara-ya yine tek kaynak olarak bu iler verilmekte ya da ana entegratör firmalarn bu ileri KOB’lere yaptrmas (outsourcing) sözleme hükümleri ile salanmakta, kimi zaman da bu konuda ana entegratör firmalara tavsiyeler yaplmakta, veya Ar-Ge projesi olarak tek kaynak yöntemi veya davet usulü ihale yöntemi ile firmalara ve TUBTAK enstitülerine bu iler verilmektedir. SSM, Ar-Ge projelerinin ise, dier tedarik projelerini tamamlayan ve destekleyen projeler olduunu düünmektedir. 2. KAYNAKLARIN SAVUNMA SANAYN YÖNLENDRMEDE KULLANIMI Ulusal savunma sanayi yeteneklerinin, özellikle alt sistem, bileen ve teknolojilerin yurt içindeki KOB firmalar ve aratrma kurulularnda gelitirilmesi, bileen ve teknoloji seviyesinde yetenek merkezlerinin oluturulmas, firma, aratrma kurumu, üniversite arasndaki ibirliinin gelitirilmesinde zorluklar yaanmaktadr. 408

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ana entegratör firma, KOB, üniversite arasnda istenen ibirlii seviyesine ulalamamasnn en önemli sebeplerinden birisi olarak, savunma sanayimizin yapt ilerin çounda gerçek bilginin gelitirilmesini, bulu ve inovasyonu gerektirecek teknolojikte ilerin yaplmamasnn en büyük neden olduunu düünüyorum. Teknolojiyle derinden ilgilenilen ve yeni teknolojilerin gelitirildii bu uzmanlk ileri, bilindii gibi Teknoloji Hazrlk Seviyesi (Technology Readiness level-TRL) cetvelinde 0-3 seviyelerinde yer alan faaliyetlerdir. Bizim Ana Entegratör ve büyük KOB firmalarmz henüz çounlukla bu seviyedeki ilerle uramyor (Mankins) [2]. Ancak TRL 6-7 seviyesindeki ilerle urayorlar. Üniversitelerdeki öretim görevlileri ve aratrmaclar ise, yayn yapma basks bilimsel ve teknolojik aratrmagelitirme seviyesinde, uluslar aras bilim ve aratrma camiasnn ilgilendii konularla urap, akademik kariyerlerinin hiç olmazsa geriye gitmesini önlemeye çalmaktadr. Bu nedenle ana entegratör firma-KOB-üniversitenin doal yaklam içinde bir araya gelmesi ve ortak aratrmalar yapmas henüz istenen seviyede gerçeklememektedir. (Bu konuda daha etraflca inceleme için baknz : Mente ve Koç) [3]. Bu zorlua ramen, üretim zincirinde düey olarak önemli bir ibirlii potansiyeli mevcuttur. Ancak, platform ve sistem seviyesindeki ileri üstlenecek olan ana entegratör firmalar tarafndan, alt sistem, bileen ve teknoloji seviyesindeki i paketlerinin mümkün olduunca KOB’lere verilmesi (outsourcing), kendilerine proje kapsamnda SSM tarafndan ödenen tedarik fonlarnn KOB’lerde de istenen yetenein oluturulmasnda kullanlmas nasl salanacaktr? Soruyu tersten soracak olursak, düey ve yatay olarak savunma sanayi yeteneklerini gelitirmek isteyen SSM’nin, KOB’lerden direkt sözleme yaparak teknoloji, bileen, alt sistem almas, Ar-Ge Projeleri hariç, çok zor olduuna göre; SSM, ana entegratöre ödedii kaynaklarn, bu firmalar tarafndan uygun yetenee sahip KOB’lere aklc ve hakkaniyetli bir ekilde yönlendirilmesini, ana entegratörün proje performansna ve süreçlerine müdahale de etmeden nasl gerçekletirecektir? 3. DÜNYANIN LDER SAVUNMA VE HAVACILIK FRMALARINDA K BAI YILLIK SATI Dünyada ylda ortalama 1 trilyon ABD dolar civarnda savunma harcamas yaplmaktadr. Bunun yaklak 300 Milyar ABD dolar ülkeler tarafndan savunma sistem almlar için harcanmaktadr. Dünya savunma ihracat pazar ise yllk ortalama 40 Milyar ABD dolar seviyesindedir. Bu satlarn toplamnn %80’ini gerçekletiren ABD ve AB firmalarnn incelenmesi ve bunun sonucunda alnacak tedbirlerle, savunma sanayimizin, elbette kendi ulusal yapmza uygun ve kültürel deerlerimiz ve hedeflerimize göre adapte edilmi olan, benzeri bir savunma sanayi altyapsna ulamasn salamaya çalmak herhalde aklc bir yol olacaktr. Dünya savunma ve güvenlik pazarndaki satlarn %80’ini gerçekletiren bu firmalar havaclk ve savunma sektöründe yllardr çalyorsa, dünyann 409

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

x

x

deiik yerlerinde bu ii yapyorlarsa, baarl ve kalc olmularsa, bunlarn ortak bir özellii olarak yaptn, bizim deerlerimize ve artlarmza uyumlu bir hale getirerek yapmak, bu sektörde bizim firmalarmz da baarya götürebilir. Bu teoremden hareketle u sonuçlara ulaabiliriz : Bu firmalara baktmzda satlarnn yaklak yarsnn sivil sektörlere yönelik olduunu görmekteyiz. O halde bizim savunma firmalarmz da sadece savunma sektörüne deil, ayn zamanda sivil sektörlere de sat yapacak ekilde yaplanmal, ürün ve hizmet gelitirmelidir. Bu firmalarn ihracatlar toplam satlarnn %30’larna ulamaktadr. Dünyada en çok sat yapan ilk 500 firma içine giren 11 savunma ve havaclk firmasnn 2006 toplam satlar (cirolar) toplam 360 Milyar dolar olduuna, bu satlarnn yaklak yars ihracata yönelik olduuna (yaklak 180 Milyar dolar), savunma ihracat pazar toplam ise 40 Milyar dolar olduuna göre, ihracatlarnn çounluunu ticari ürünlerin (sivil sektör) tekil ettii açkça görülmektedir. O halde bizim firmalarmz da ihracat yapmak istiyorsa, yine mutlaka sivil sektöre, yani ticari ürünlere de younlamaldr. SSM de savunma firmalarmz bu yönlerde tevik etmektedir. Dünyadaki ilk 11 havaclk ve savunma firmasnn baka ortak özellii ne olabilir diye baktmzda, kanmca uygulanabilecek dier bir ortak yön, karakteristik özellik olarak göze ilk çarpan “kii ba yllk sat” deerleridir. Tablo-1’de dünyada en çok sat yapan ilk 500 firma içinde yer alan savunma ve havaclk firmalarnn 2006 yl toplam satlar, personel saylar ve kii ba yllk satlar görülmektedir. Kii ba yllk sat deerlerinde bir uyum olduu, dalmn yaklak 200.000-400.000 ABD dolar içinde kald, ortalamann ise 280.000 ABD dolar seviyesinde olduu görülür. Tablo 1 : 2006 yl dünyada en çok sat yapan ilk 500 firma içinde yer alan savunma ve havaclk firmalar sat, personel, kii ba yllk sat bilgileri (Fortune Dergisi, Haziran 2007 says) [4]

FRMA

HAVACILIK VE SAVUNMA 2006 PERSONEL SATILARI SAYISI

K BAI SATI

1

BOEING

$61.350.000.000

154000

398.377

2

EADS

$40.476.000.000

116805

346.526

3

UNITED TECHNOLOGIES

$47.829.000.000

214500

222.979

4

LOCKHEED MARTIN

$39.620.000.000

140000

283.000

5

HONEYWELL INTERN.

$31.376.000.000

118000

265.898

6

NORTHROP GRUMMAN

$30.304.000.000

122200

247.987

7

GENERAL DYNAMICS

$24.212.000.000

81000

298.914

8

RAYTHEON

$23.274.000.000

80000

290.925

9

BAE SYSTEMS

$22.691.000.000

79000

287.228

$16.348.000.000

58059

281.576

10 FINMECCANICA

Avrupa Birlii Havaclk ve Savunma Sanayicileri Dernei verileri ise ekil-1’de görülmektedir. Avrupal firmalarn kii ba yllk satlar 2003 ylnda 180.000 410

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Avro (yaklak 250.000 ABD dolar) seviyesine ulamtr. Birçok firmay kapsayan bu deer, yukarda elde ettiimiz ilk 11 firmann kii ba yllk sat deeri ile oldukça uyumludur.

ekil 1 : Avrupa Birlii Havaclk ve Savunma Sanayicileri Dernei üyesi olan firmalarn yllk toplam satlar ve çalan saylar toplamnn yllara göre deiimi (EU Aerospace and Defence Association verileri-2004) [5] Perakende, bankaclk gibi pazarlar ve dinamikleri farkl, oldukça uzak sektörlerde kii ba yllk sat deerleri savunma ve havaclk sektöründen oldukça farkldr. Yakn olduunu tahmin edilen Elektronik ve Bilgi Teknolojileri (BT) sektörlerine ait benzeri veriler ise Tablo-2’de sunulmutur. Savunma ve Havaclk sektörüne ve bu sektöre en yakn olan söz konusu iki sektöre ait yukardaki tablolardan çkarlan deerler Tablo-3’te kyaslanmaktadr (firmalarn tamam gösterilmemitir). Tablo-3 incelendiinde Savunma ve Havaclk sektörüne ait deerlerin, bu sektöre oldukça yakn olduunu düündüümüz dier iki sektörden bile farkllklar gösterdii, açkças her sektöre ait verilerin farkl özellie sahip olduklar görülür. O halde sonuç olarak sektör dinamikleri ve özellikleri ile kii ba yllk sat deerleri arasnda bir iliki olduunu; kii ba yllk sat deerleri ortalamalarnn ilgili sektörü temsil ettiini söyleyebiliriz. Tablo 2 : 2006 yl dünyada en çok sat yapan ilk 500 firma içinde yer alan Bilgi Teknolojileri (BT) ve Elektronik firmalar sat, personel, kii ba yllk sat bilgileri (Fortune Dergisi, Temmuz 2007 says) [4] 411

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

FRMA

BLGSAYAR (DONANIM, HZMET VE YAZILIM) 2006 SATILARI PERSONEL SAYISI K BAI SATI

1

HEWLETT-PACKARD

$91.658.000.000

156000

587.551

2

IBM

$91.424.000.000

355766

256.978

3

DELL

$57.095.000.000

82290

693.827

4

MICROSOFT

$44.282.000.000

71000

623.690

5

FUJITSU

$43.604.000.000

160977

270.871

6

NEC

$39.778.000.000

154786

256.987

7

CANON

$35.727.000.000

118489

301.522

8

ELECTRONIC DATA SYS.

$21.337.000.000

131000

162.878

9

APPLE

$19.315.000.000

18987

1.017.275

$18.228.000.000

140000

130.200

10 ACCENTURE

FRMA

ELEKTRONK, ELEKTRK CHAZLARI 2006 PERSONEL SATILARI SAYISI

K BAI SATI

1

SIEMENS

$107.342.000.000

475000

225.983

2

SAMSUNG ELECTRONICS

$89.476.000.000

138000

648.377

3

HITACHI

$87.615.000.000

384444

227.901

4

MATSUSHITA ELECTRIC

$77.871.000.000

328648

236.943

5

SONY

$70.925.000.000

163000

435.123

6

LG

$68.754.000.000

158000

435.152

7

TOSHIBA

$60.842.000.000

190708

319.032

8

TYCO INTERNATIONAL

$42.155.000.000

238200

176.973

9

HON HAI PRECISION INS.

$40.596.000.000

382000

106.272

$38.707.000.000

121732

317.969

10 ROYAL PHILIPS

Tablo 3 : Savunma ve Havaclk, Bilgi Teknolojileri (BT) ve Elektronik sektörlerine ait verilerin kyaslanmas (veriler Fortune Dergisi, Temmuz 2007 saysndan alnmtr)

Bu firmalara ait özellikler ve verileri, benzeri ileri daha küçük boyutta yapmakta olan bizim milli ana entegratör savunma ve havaclk firmalarmz deerlendirmede, kendi ulusal dinamik ve özelliklerimize, deerlerimize göre bir uyarlamadan geçirdikten sonra, kullanabileceimizi düünüyorum. Bu firmalarn kii ba yllk sat deerleri, Türkiye’ye uyumlu hale getirildikten sonra, ana entegratör firmalarmzn performansn deerlendirmede bir kyaslama (benchmarking) ölçütü olarak kullanlabilir. Bu geçmie yönelik kullanmdr. Veya tam tersi bir yaklamla, bu ölçütü firmalarmz istenilen 412

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara noktalara getirmek için bir hedef deer olarak da kullanmak mümkündür. Bu da kii ba yllk sat ölçütünün gelecee yönelik kullanmdr. 4. MLL ANA ENTEGRATÖR FRMALARIMIZDA DURUM Bizim ana entegratör firmalarmzn (Aselsan, TAI, Havelsan, Roketsan, FNSS gibi) en büyüünün yllk satlar toplam 350 Milyon ABD dolar seviyesindedir (2006 verileri). Yani bizim firmalarmzn en büyüünün, söz konusu yabanc firmalardan en küçüünün yllk satnn krkta biri kadar toplam yllk sat vardr. Türkiye’nin en büyüünün personel says, bu firmalarn en küçüünün personel saysnn yaklak on sekizde biridir. Bu firmalarn toplam satlarnn yars sivil-ticari sektöre olmasna ramen bizim ana entegratör firmalarmzda sivil sektöre olan satlarn toplam satlarna oran çok daha düük kalacaktr. Bizim firmalarmzn ihracatlarnn toplam sata oranlarnn da bu firmalara göre düük olduu SSM verilerinden ortaya çkmaktadr (2006 ylnda 1.720 Milyar ABD dolar toplam sata karlk, 352 Milyon ABD dolar ihracat yaplmtr. hracat/sat = 0.20.) [www.ssm.gov.tr, 2006 Faaliyet Raporu]. Bu ölçek ve ürün çeitlilii farklarn hiçbir zaman dikkatten uzak tutmamamz gerekmektedir. Ayrca nakit akm ile gelir arasndaki dalgalanmalar önlemek için kii ba yllk satlar en az birbirini takip eden 3 yllk ortalama alnarak hesaplanmal ve bu deerler yukarda belirtilen yabanc firmalarn kii ba yllk deerleri ile kyaslanmaldr. Savunma ve Havaclk Sanayimizin yllk toplam sat ve çalan saylarndan elde edilen kii ba sat deerleri Tablo-4’te verilmektedir. Tablo 4 : Ana entegratör firmalarmzn toplam satlar ve çalan saylar Yl

Firma

Yllk Sat

Çalan Says

Kii Ba Yllk Sat

Açklama/Kaynak

2006

ASELSAN

341.000.000$

3000

113.667 $

2004

Türk Savunma Sanayii (TSKGV irketleri toplam) Türk Savunma Sanayii (Askeri fabrikalar hariç)

403.984.000$

7075

57.100 $

Çalan says yaklak olarak (www.aselsan.com.tr)[6] www.ssm.gov.tr, (Beyolu) [7]

1.713.445.000 $

21140

81.052 $

Türk Savunma Sanayii (Askeri fabrikalar hariç) Türk Savunma Sanayii (Askeri fabrikalar hariç) Türk Savunma Sanayii (Askeri fabrikalar hariç)

1.337.320.000 $

9629

139.000 $

1.300.000.000 $

Veri yok

Veri yok

SSM, 2006 Faaliyet Raporu

1.591.163.000 $

9629 (2004 yl)

165.246 $

Savunma Sanayicileri Dernei (SASAD)

2004

2004

2004

2005

www.ssm.gov.tr, (Beyolu) [7] (Askeri Fabrikalardaki yaklak 19000 çalan bu saynn dndadr.) Savunma Sanayicileri Dernei (SASAD)

Tablo-4’te görüldüü gibi Türk Savunma Sanayi sektörü için bulunabilen verilerde çelikiler olduu; anlaml bir veri topluluu bulunmamakla beraber, 413

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ortalama 100.000 ABD dolar civarnda bir kii ba yllk sat deerinin elde edilebilecei tahmin edilebilir. Ancak, SSM’nin bu firmalarmzdan gerekli verileri temin edip son 3 yllk kii ba yllk gelir deerlerinin ortalamasn çok daha doru olarak hesaplamas mümkündür. Yaklak olarak tahmin ettiimiz, ana entegratör firmalarmzn ortalama 100.000 ABD dolarlk kii ba yllk sat seviyesi, incelediimiz ABD ve Avrupa firmalarnn ortalama kii ba yllk sat deeri olan 250.000 ABD dolarna nazaran düük kalmaktadr (1’e kar 2.5). Burada kii ba yllk sat ölçütünün bir etkinlik (efficiency) ölçütü olduunu hatrlamamz gerekmektedir. Firmalarmzn doru ilerle urat, yani itigal alanlarn etkili (effective) bir ekilde seçtikleri ve bunlar etkin olarak yapmaya çaltklarn varsaydk. ABD ve AB firmalar yüzyldan uzun bir sanayileme ve gelime sürecinin, uygulanan sürekli ve kararl politikalarn, uzun yllar kendilerine salanan koruma duvarlarnn, büyük pazar ve maddi imkânlarn, salanan büyük Ar-Ge kaynaklarnn ve dier avantajlarn sayesinde bu duruma gelmilerdir. Bu anlamda bizim firmalarmza hakszlk edilmemelidir. Salanan bu kii ba sat ve ihracat seviyeleri bile ulusal sanayimiz için önemli bir baardr. Ancak mevcut yetenekleri ile, bu firmalarmz, sadece daha fazla taeron kullandklarnda bile, kii ba yllk sat performanslarn artrabilir. Bu yaplrsa, ülkemizdeki teknoloji ve yetenek firma tabannn düey ve yatay olarak gelimesi de salanabilir (Çil) [8]. Ana entegratör firmalarmza kii ba yllk sat hedefleri verilmesi durumunda, bu firmalarmza ibirlii yapaca firma iaret edilmemektedir. Performans sorumluluu üstlendii ilerde, en uygun firmalar bulup kendisine taeron olarak seçmeyi en iyi yine bu firmalarmz bilecektir. Bu özellikte bir taeron firma yoksa, KOB’lerde yetenek oluturmay salayacak bilgi birikimine de ana entegratör firmalarmz ulamtr diye düünüyoruz. Ana entegratör firmalarmz için, kii ba yllk sat performans deerlerine ulalmas zorunluluunun SSM tarafndan yllara sari tavizsiz ve kararl uygulanmas halinde hem ana entegratör firmalarmzn daha salkl bir yapya ulamasna önemli katks olacan, hem de ülkemizdeki KOBi firmalarndaki yetenekleri gelitireceini ve ana entegratör firma- KOBüniversite arasndaki ibirliini de artracan deerlendiriyoruz. 5. SONUÇ Savunma Sanayi, devletin tedarik makamlar tarafndan, ülke sanayisinin gelitirilmesini ve yönlendirilmesini salamak üzere bir araç olarak kullanlabilir. SSM, TSK’nn ihtiyaçlarn karlarken savunma sanayiinin uygun bir ekilde gelitirilmesini de salayacan ve bunu ülke sanayisinin gelitirilmesinde bir araç olarak kullanmay planladn belirtmitir. 414

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bu çalmada dünyada Savunma ve Havaclk sektöründe lider firmalarn bir ksm ayrt edici özellikleri incelenmitir. Söz konusu firmalarn kii ba yllk sat deerlerinin, sektöre özgü olduu, dier sektörlerin kii ba yllk sat deerlerinden farkllklar gösterdii, sektör özelliklerini yanstt, karakteristik ve ayrt edici olduu gösterilmitir. O halde baarl yabanc firmalarn yllk sat deerlerine yaklamann da bizim firmalarmzn daha shhatli bir yapya kavumasn salayaca deerlendirilmitir. Halihazrda milli ana entegratör firmalarmzn ortalama kii ba ylk sat deerlerinin dünya firmalarnn deerlerinden yaklak en az 2.5 kat düük olduu gözlenmitir. SSM tarafndan belirlenecek uygun kii ba yllk gelir deerleri ana entegratör firmalarmza hedef olarak verilip, firmalar bunlara ulamaya çalrsa, sonuçta bu deeri yükseltmek için alt yüklenici KOB firmalarna daha çok ve anlaml olacak i paketlerini taere etmeleri ve ayn zamanda katma deeri daha yüksek bilgi tabanl ürünler ve hizmetler gelitirmeleri daha etkin bir ekilde salanacaktr. Bu da SSM’nin savunma sanayiini gelitirme ve düzenleme amacna, firmalarn performans sorumluluuna müdahale etmeden, hakkaniyetli ve effaf bir ekilde ulamasn kolaylatracaktr. KAYNAKÇA [1] MSB Savunma Sanayi Müstearlnn (SSM) Stratejik Plan (www.ssm.gov.tr), (2007). [2] J.C. Mankins, “Technology Readiness Levels”, (A White Paper, NASA), (6 Nisan 1995). [3] A. Mente, K.Koç, “Üniversite-Sanayi-Devlet birlii Çerçevesinde TSK Tedarik Sisteminin Temel Sorunlar”, SAVTEK, (2004). [4] Dünyann En Çok Sat Yapan 500 Firmas Çalmas, Fortune Dergisi, Say 13, (Temmuz 2007). [5] EU Aerospace and Defence (ASD) Association Verileri, (2004). [6] ASELSAN Faaliyet Raporu, www.aselsan.com.tr, (2006). [7] B.E. Beyolu, “Türk Savunma Sanayiine Stratejik Bak”, Savunma Sanayi Gündemi Dergisi, 1nci Say, 50-60, SSM, (Temmuz 2007). [8] C.Z. Çil, “Dünyada ve Türkiye’de Savunma Sanayisinde Gelimeler”, Türk Teknolojisinin Dünya Teknolojisi çindeki Yeri Sempozyumu, TOBB-ETU Ankara, (9-10 Kasm 2006).

415

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

416

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara TÜRK SAVUNMA SSTEMLERNDE DIA BAIMLILIIN ANALZ Tuba AKINCILAR TAN (a), Haluk KORKMAZYÜREK (b) (a)

(b)

Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, Ankara, [email protected] Yrd. Doç.Dr. Ça Üniversitesi, ktisadi ve dari Bilimler Fakültesi, Mersin, [email protected]

ÖZET Bir ülkenin bamszl teknolojiye hâkim olmaktan geçmektedir. Teknolojiye hâkim olan ülkeler siyasi anlamda da karar verici ve dier ülkeleri yönlendirici rol oynamaktadrlar. Türkiye gibi corafi ve siyasi olarak stratejik bir konumda olan bir ülke için, özellikle savunma alannda, yerli sanayinin geliimi ile birlikte, da bamlln azaltlmas birinci öncelikli milli bir hedef olmaldr. ABD'nin Kbrs Bar Harekât sonras Türkiye'ye uygulad silah ambargosu savunma ihtiyaçlarnn karlanmasnda da bamlln sakncalarna önemli bir örnektir. Türk savunma sanayinde da bamll azaltma yönündeki çabalara ramen yerli katk paymzn yüzde 25 olduu, önümüzdeki yllarda bu katknn yüzde 50’lere çkarlmasnn hedeflendii belirtilmektedir. Bu çalmada, Türk Savunma Sistemleri kara, deniz ve hava sistemleri temelinde ele alnarak, her ana sistem için da bamllk oranlar ortaya konulmaya çallmtr. Çalmann sonunda elde edilen bulgularla Türk Savunma Sistemleri’nin da bamlln azaltmak için olas çözümler ve alnmas gereken tedbirler belirtilmitir. Anahtar Kelimeler: Da bamllk, savunma sistemleri ABSTRACT Independency of a country is directly related with the degree of ruling technology. The countries who rule the technology also become decision maker in global politics and control the other countries in many ways. For a country like Turkey which has a geographically and politically strategic position, it should be a privileged national goal to decrease the technological dependency by providing development of native industry especially in the field of defense. Weapon embargo applied to Turkey by USA after the Cyprus Peace Action showed the disadvantages of getting defense needs from a foreign source. Despite the active affords to decrease the technological dependency it is stated that current contribution of native industry to defense needs composed 25% of the total pie and it is emphasized to be aimed to increase this contribution to 50% in the following years. In this study, Turkish Defense Systems examined in land, naval and air systems distinction and for each major system, dependency ratios is tried to be calculated. At the end, within the light of the findings, it is stated the possible solutions and precautions to decrease technological dependency of Turkish Defense Systems. 417

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Keywords: Defense Independency, defense systems

1. GR Mustafa Kemal ATATÜRK, 1 Kasm 1937 Türkiye Büyük Millet Meclisi açl konumasnda unlar söylemitir; “...Harp sanayi tesisatmz daha ziyade inkiaf ve tevsii için alnan tedbirlere devam edilmeli ve endüstrileme mesaimizde de ordu ihtiyac ayrca göz önünde tutulmaldr...” Bu politika dorultusunda, Türkiye’nin ekonomik ilerlemesi hedef alnrken, ulusal endüstri de savunma gereksinimleri dorultusunda gelitirilmelidir. Savunma sanayindeki da bamllmz azaltmaya yönelik youn çabalara ramen, halen yüzde 25’lerde olan yerli katky yüzde 50’lere çkarma hedefi [1], da bamlln hala ciddi düzeyde olduunun ifadesidir. Bu çalmada, Türkiye’nin savunma sektöründeki ekonomik veriler deerlendirilmitir. Sistemler, ana savunma sistemleri açsndan ele alnm, sistemlerin kaynak ülkelerine göre toplam sistem says içindeki paylarna dayal olarak da bamllk yüzdeleri ortaya konulmaya çallmtr. Bu çalmada savunma sistemlerinin says ve menei hakknda bilgiler, yabanc bir internet sitesinden ve Tel-Aviv Üniversitesi’ndeki bir çalmadan elde edilmitir. Ülkemizde, kendi savunma kaynaklarna ait verilere ulalmakta sknt yaad deerlendirilmektedir. Bu bilgiler gizli olduu gerekçesiyle herhangi bir resmi ya da özel kaynakta yer almamakla birlikte, yabanc internet sitelerinde benzer rakamlarn yer ald görülmektedir. Bu nedenlerden ötürü bu çalmann doruluu, yabanc internet kaynaklarnn doruluu ile snrldr. Çalmada ayrca “Savunma Sanayi nereye gitmeli?” sorusuna cevap olarak da, yeni stratejik hedefler ve gelimeler incelenmi, Türk Savunma Sistemleri’nin da bamlln azaltmak için gereken tedbirler deerlendirilmitir.

2. MEVCUT DURUM ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

Da bamllk; Sistemi salayan ülke, Sistemi kullanmada da bamllk (izin, iletme, eitim), Sistemin bakm, onarm ve idamesinde da bamllk, Sistemde kullanlan mühimmatta da bamllk, Sistemi gelitirmede/yenilemede da bamllk, gibi boyutlarn bir fonksiyonudur. Bu çalmada da bamllk analizi sistemin meneine göre yaplmtr. Bir askeri yetenek alanndaki da bamllk düzeyi sadece ilgili ülkeden tedarik edilen sistem saysnn o alandaki toplam sistem saysna bölünerek bulunmutur. Dier boyutlar bu çalmann kapsam dndadr. Savunma Sistemleri için genel da bamllk oran hesaplanrken de, her bir ülkenin 418

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sistemler baznda yüzdeleri toplanarak toplam yüzdeye bölünmütür. Ayn hesaplama yöntemi Türk Savunma Tedariki genelinde yaplan deerlendirmede de kullanlmtr. 2.1 Ekonomik Veriler Türkiye’de savunma harcamalarnn devlet harcamalarnn yüzde 10’u civarnda olduu görülmektedir. Savunma harcamalarnn GSMH’ye orannn ise yüzde 3–4 gibi düük bir seviyede kald görülmektedir. Çizelge 1. Türkiye 2002–2006 yllar aras ekonomik veriler [2] EKONOMK VERLER Devlet Harcamalar 2002 2003 Toplam Harcama (Milyar $) 76.7 93.6 Savunma Harcamalar (Milyar $) 9.05 9.5 Savunma Harcamalarndaki Reel Deiim (%) 25.5 4.9 Savunma Harcamalar/Gayri Safi Milli Hâsla (%) 4.9 4.0

2004 98.6 10.0 5.3 3.3

2005 107.9 11.0 10 3.0

2006 121.9 -

2.2 Kara Savunma Sistemleri Kara Savunma Sistemleri 14 ana grupta toplanm ve bu gruplar altnda yer alan sistemlerin says, meneine göre toplam sayya oranlanarak, ülkeler baznda da bamllk düzeyi çkarlmaya çallmtr. Sonuçlar Çizelge 2’de görülmektedir. Çizelge 2. Kara Savunma Sistemleri ve Meneileri Kara Savunma Sistemleri [3][4]

Sistem Says

1. a. b. c. 2. a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. 3. a. b. 4. a. b.

3.602 727 975 1.900 10.148 2.031 1.375 48 1.698 665 458 5 3.312 156 175 225 54 48 6 388 73 28

Ana Muharebe Tanklar Leopard M60 M48 Zrhl Personel Tayclar ZMA ZPT ZTA FMC ACV-300 Otokar Akrep Otokar Cobra Otokar Yavuz M113 M125 M106 BTR-80 nsansz Hava Araçlar Cutlass/Harop I-GNAT UAV Helikopterler Sikorsky S-70 Blackhawk Bell AB206

419

Menei

ALMANYA ABD ABD TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE ABD ABD ABD RUSYA

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi) %20 %80

%62

%36 %2

SRAL ABD

%89 %11

ABD ABD

%79

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Kara Savunma Sistemleri [3][4] c. d. e. f.

Bell AB205 Bell UH-1 Bell AH-1 Cobra Eurocopter Cougar

g. T129 Agusta 5. Helikopterlerde Kullanlan Füzeler (Havadan Karaya) a. Hellfire II b. TOW II 6. Karadan Havaya Füze Sistemleri a. Atlgan KMS b. Zpkn KMS c. FIM 92B/C Stinger RPM d. FIM-43A Redeye e. 9M39 Igla 7. Tanksavar Roketler a. MILAN MIRA b. ERYX c. BGM-71 TOW d. M72 A2 e. RPG-7 f. 9M113M g. Cobra 8. Hava Savunma Silahlar a. L/70 b. L/60 c. Oerlikon d. Rheinmetall Mk.20 e. M42 f. M55 9. Karadan Karaya Füze Sistemleri a. TR-300 Kasrga b. MLRS (T-122, TR-107, RA 7040) c. YILDIRIM B-611 d. ATACMS e. M-270 10. Kunda Motorlu Topçu Sistemleri a. T-155 Frtna b. T-155 Panter c. 105R d. M110 e. M107 f. M55 g. M44T h. M52T

Sistem Says 50 114 42 30 51

Menei ABD ABD ABD ALMANYA/ FRANSA TALYA

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi)

%8 %13

580 215 365

ABD ABD

%100

1.902 34 28 800 1.000 40 46.560 390 550 365 40.000 5.000 70 185 2.870 300 600 660 300 110 900

TÜRKYE TÜRKYE ABD ABD RUSYA FRANSA FRANSA ABD ABD RUSYA RUSYA TÜRKYE SVEÇ SVEÇ SVÇRE ALMANYA ABD RUSYA

%3 %95 %2 %2 %87 %11 ~%0 %31 %23 %10 %4 %31

272 30 122 36 72 12

TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE ABD ABD

%69 %31

3.439 300 400 10 215 35 9 150 350

420

TÜRKYE TÜRKYE TÜRKYE ABD ABD ABD ABD ABD

%21

%76

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Kara Savunma Sistemleri [3][4] i. M108T j. M101 k. M114 l. M115 m. M116 n. M59 o. Skoda 11. Geri Tepmesiz Toplar a. M40A b. M20 c. M18 12. Havan Toplar a. HY-12Di b. UT1 c. M1/M29 d. M-30 13. Otomatik Bomba Atclar a. Roketsan MK 19 14. Kara Gözetleme Sistemleri 14.1. Topçu Havan Tespit Radarlar a. AN/TPQ-37 b. AN/TPQ-36 c. Stentor d. Blindfire 14.2. Gözetleme ve At Tanzim Radarlar a. ARS-2000 14.3. Optik Gözetleme a. BAA

Sistem Says

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi)

Menei

25 ABD 825 ABD 535 ABD 150 ABD 175 ABD 150 ABD 110 ÇEKOSLOVAKYA 3.985 2.135 ABD 1.000 ABD 850 ABD 5.340 575 TÜRKYE 325 TÜRKYE 3.175 ABD 1.265 ABD 1.500 1.500 TÜRKYE 29 4 7 5 13

ABD ABD FRANSA NGLTERE

%3

%100

%17 %83 %100

%38 %17 %45

+ + 150 150

TÜRKYE

%100

ALMANYA

%100

Kara Savunma Sistemlerinde da bamllnn ülkelere göre dalm ise, Çizelge 2’deki ülkelerin paylarnn toplama oranlanmas yoluyla, ekil 1’de görülmektedir. Buna göre Kara Savunma Sistemlerinde yüzde 51 orannda ABD’ye yüzde 23 orannda ise yerli savunma sistemlerine baml durumdadr. KARA SAVUNMA SSTEMLERNDE DIA BAIMLILIK DÜZEY

ngiltere 3%

Dier 6%

Rusya 3% srail 6% Almanya 8% ABD 51% Türkiye 23%

ekil 1. Kara Savunma Sistemlerinde Da Bamllk Düzeyi 421

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.3 Deniz Savunma Sistemleri Benzer yaklamla, Deniz Savunma Sistemlerinde da bamllk düzeyi, 13 yetenek grubunda, Çizelge 3’de verilmektedir. Çizelge 3. Deniz Savunma Sistemleri ve Meneileri Deniz Savunma Sistemleri [3][4][5] 1. a. b. c. 2. a. b. 3. a. b. c. d. 4. a. b. c. d. 5. a. 6. a. b. c. 7.

Denizalt Gür Snf (Tip 1400) Preveze Snf (Tip 1400) Ay Snf (Tip 1200) Denizaltlarda Kullanlan Silahlar 533 mm torpido Harpoon Frkateyn Barbaros Snf Yavuz Snf Gabya Snf Tepe Snf Frkateynlerde Kullanlan Silahlar Harpoon SSM Seasparrow SAM Standard SAM 324 mm Torpido Korvetler Burak Snf Korvetlerde Kullanlan Silahlar 38 mm Exocet SSM Mistral SSM ECAN L5 Torpido Hücumbotlar

Sistem Says 13 3 4 6 + + + 18 4 4 8 2 + + + + + 6 6 + + + + 24

a.

Doan Snf

4

b.

Rüzgar Snf

4

c.

Yldz Snf

2

d.

Klç Snf (I, II)

6

e. Kartal Snf 8. Hücumbotlarda Kullanlan Silahlar a. Harpoon SSM b. Penguin SSM c. 533 mm Torpido 9. Mayn Tarama (T)/Avlama (A)Gemileri a. Engin Snf (A) b. Aydn Snf (A) c. “S” Snf (T)

8

Menei

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi)

ALMANYA ALMANYA ALMANYA

%100

+ ABD ALMANYA ALMANYA ABD ABD ABD ABD ABD +

%100 %44 %56

%100

FRANSA

%100

FRANSA FRANSA FRANSA

%100

ALMANYA/ TÜRKYE ALMANYA/ TÜRKYE ALMANYA/ TÜRKYE ALMANYA/ TÜRKYE ALMANYA

%67

%33

+ + + +

ABD ABD +

%100

17 5 3 5

422

FRANSA ALMANYA ABD

%29 %18 %53

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Deniz Savunma Sistemleri [3][4][5] d. “F” Snf (T) 10. Tank ve Mekanize Çkarma Gemileri a. Sarucabey Snf b. Osmangazi Snf c. Erturul Snf d. Mekanize Vasta Çkarma (Ç117/Ç-302) 11. Karakol Gemileri a. Hisar Snf b. “T” Snf c. “K” Snf 12. Avc Botlar a. PGM-71 Snf b. Türk Tipi 13. Helikopterler&Uçaklar a. SeaHawk b. AB-212 Agusta Bell c.

CASA CN-235

d.

TB-20

Sistem Says 4

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi)

Menei ABD

50 2 1 2

ALMANYA ALMANYA ABD

45

ABD

8 2 1 5 10 4 6 34 7 14

%6 %94

ABD ABD ABD

%100

ABD ABD

%100

ABD ABD SPANYA/ 6 ENDONEZYA ALMANYA / 7 FRANSA/SPANYA

%62 %18 %21

Deniz Savunma Sistemlerinde da bamllnn ülkelere göre dalm ise, Çizelge 3’deki ülkelerin paylarnn toplama oranlanmas yoluyla, ekil 2’ de görülmektedir. Buna göre Deniz Savunma Sistemlerinin yüzde 58’ i ABD’ye ve yüzde 19’ u Almanya’ya olmak üzere toplam yüzde 97 orannda da baml durumdadr. DENZ SAVUNMA SSTEMLERNDE DIA BAIMLILIK DÜZEY

Dier 2% Türkiye 3% Fransa 18%

ABD 58%

Almanya 19%

ekil 2. Deniz Savunma Sistemlerinde Da Bamllk Düzeyi

423

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.4 Hava Savunma Sistemleri Hava Savunma Sistemlerinde 10 yetenek alannda da bamllk yüzdeleri Çizelge 4’ dedir. Çizelge 4. Hava Savunma Sistemleri ve Meneileri Hava Savunma Sistemleri [3][4] 1. Sava Uçaklar d. F-16 e. F-4 f. F-5 2000 2. Sava Uçaklarnda Kullanlan Mühimmatlar (Havadan-Havaya ve HavadanYere Güdümlü Füzeler ve Bombalar) a. AIM-120A b. AIM-7E Sparrow c. AIM-9 Sidewinder d. AGM-88 HARM e. AGM-65 MAVERICK f. GBU 8 HOBOS g. GBU 10/12 Paveway h. AGM-142 POPEYE i. BLU 107 Durandal 3. Sava Uçaklar Sistemleri a. AN/AAQ 14 LANTIRN b. AN/AAQ 13 LANTIRN c. AN/AVQ 23 Pave Spike d. ALQ-178 4. Hava Savunma Sistemleri a. Nike Hercules b. I-Hawk c. FIM-92C Stinger d. Rapier e. Zpkn/Atlgan KMS 5. Hava Savunma Füzeleri a. Nike Hercules b. I-Hawk c. FIM-92C Stinger d. MK2B (Rapier) 6. Taktik Ulam a. C-130 b. C-160 c. CN-235 7. Tanker Uça a. KC-135 8. Eitim Uçaklar a. T-38A b. Cessna T-37 c. T-41D

Sistem Says 427 224 155 48

Menei

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi)

ABD ABD ABD

%100

5.292

314 ABD 367 ABD 1.670 ABD 95 ABD 824 ABD 200 ABD 1.200 ABD 99 SRAL 523 FRANSA 226 40 ABD 40 ABD + ABD 146 TÜRKYE 246 24 ABD 18 ABD 108 ABD 86 NGLTERE 10 TÜRKYE 1.260 72 ABD 240 ABD 108 ABD 840 NGLTERE 82 13 ABD 19 ALMANYA/FRANSA 50 NGLTERE 7 7 ABD 193 69 ABD 58 ABD 28 ABD

424

%88

%2 %10

%35 %65

%61 %35 %4

%33 %67 %16 %23 %61 %100

%80

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Hava Savunma Sistemleri [3][4] d. SF-260D 9. nsansz Hava Araçlar a. Harpy UAV 10. Helikopterler a. AS 532UL Cougar b. Bell UH-1H

Sistem Menei Says 38 TALYA 100 100 SRAL 39 20 ALMANYA/FRANSA 19 ABD

Toplam Sistem Saysna Oran (Bamllk Düzeyi) %20 %100 %51 %49

Çizelge 4’den hareketle, Hava Savunma Sistemlerinde da bamllnn ülkelere göre dalm ise ekil 3’de gösterilmitir. Buna göre bu sistemlerimiz sava platformu olarak tamamen, genelde de yüzde 59 orannda ABD’ye olmak üzere da bamldr. HAVA SAVUNMA SSTEMLERNDE DIA BAIMLILIK DÜZEY

Almanya 4% Fransa 5%

Dier 3%

spanya / Endonezya 7% srail 11% ABD 59% ngiltere 11%

ekil 3. Hava Savunma Sistemlerinde Da Bamllk Düzeyi 3. SONUÇLAR Kara, Deniz ve Hava Savunma Sistemlerinin da bamllk oranlarndan hareketle Türk Savunma Tedarikinin %56 orannda ABD’ye olmak üzere yaklak yüzde 90 orannda da baml olduu görülmektedir (ekil 4). TÜRK SAVUNMA TEDARKNDE DIA BAIMLILIK DÜZEY

ngiltere 5% Dier 6% srail 6% Fransa 8%

ABD 56%

Türkiye 9% Almanya 10%

ekil 4. Türk Savunma Tedarikinde Da Bamllk Düzeyi 425

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bu sonuçlara göre, sadece savunma sistemlerinde da bamllk deil tek kaynaa bamllk da önemli bir sorun olarak dikkat çekmektedir. Savunma sistemlerinde hem Kara, Deniz ve Hava Savunma Sistemleri baznda ayr ayr hem de toplamda bakldnda büyük bir oranda ABD’ye daha sonra da Almanya ve Fransa gibi ülkelere baml olduumuz görülmektedir. Yerli katk paymz ise toplamda sadece %9 gibi bir deerde kalmaktadr. ABD’nin birçok sistemde tek kaynak durumunda olmasnn harekât etkinlii ve lojistik gibi katklarnn yan sra baz sakncalara da neden olabilecei deerlendirilmektedir. Uluslararas alanda bir ülkenin bilimsel ve teknolojik gelimilii bilim adam ve mühendis says, bilgisayar kullanm oran ve bilimsel, teknolojik aratrma ve gelitirme alannda yapt harcamalarla ölçülür. Bugün dünya nüfusunun dörtte üçünü (4,8 milyar) oluturan gelimekte olan ülkeler, dünyadaki bilim adam ve mühendislerinin sadece yüzde 10’una sahiptir (yüzde 7 Asya, yüzde 1,8 Latin Amerika, yüzde 0,9 Arap ülkeleri ve geri kalan ülkeler yüzde 3). Gelimekte olan ülkelerin bilimsel aratrma ve gelitirmeye harcad kaynak 3 milyar dolar gibi önemsiz bir miktarda kalmaktadr.[6] Buna karlk toplam dünya nüfusunun ancak dörtte birini oluturan (1 milyar) önde gelen ülkeler ise toplam mühendis ve bilim adamnn %90’na sahiptir. Bunlarn da yüzde 90’ ABD, Avrupa Birlii ve Japonya’dadr. Bu ülkeler ayrca toplam bilgisayarn yüzde 97’sine sahip olup her yl bilimsel aratrmalara ve gelitirmeye 220 milyar dolardan fazla para aktarmaktadr. Bu durum ulusal düzeyde teknolojiyi üretecek entelektüel insan kayna, birikim ve donanm için uzun vadeli bir çalma gerei yannda ksa vadede de teknolojiye ulamann pratik yollarn bulmamz gerektiini göstermektedir. Yurtiçinde üretilen silah sistemlerinin gerektirdii parçalarn da önemli bölümü yurtdndan ithal edilmektedir. Türkiye, bulunduu corafyada güçlü ve caydrc konumunu sürdürmek, bunun için de güçlü bir silahl kuvvetlere ve onu destekleyen güçlü bir savunma sanayine sahip olmak zorundadr. Ulusal savunma endüstrisine sahip olmayan hiçbir ülkenin dünya barna yeterli ölçüde katkda bulunamayaca bilinmelidir. Stratejik rekabet sektörü olan ve yüksek teknolojiye ihtiyaç duyan savunma sanayinde, teknolojik yetenein yükseltilmesi için teknolojinin “özgün Ar-Ge faaliyetleri” ile edinilmesi zorunludur. Teknolojinin özgün Ar-Ge faaliyetleri ile gelitirilmesi, ksa vadede kârll olmayan ancak 7-8 yldan sonra kârll hzla artan bir yöntemdir. Türkiye, özellikle ana sistemlerde kendine yeterli bir ulusal savunma endüstrisini hedeflemeli, elektronik harp sistemlerinin yazlm ve donanmlarn kendisi üretmelidir. Türkiye’nin öncelikli teknoloji ihtiyaçlar belirlenmeli, devlet, aratrma kurumlar ve sanayi üçgeni oluturulmal ve sabrla ancak sonuç alc projeler gelitirilmelidir. Genetik, bilgi iletiim sistemleri ve bunlarn elektronik kontrolü, bilgi sava, nano teknoloji, uzay aratrmalar, nükleer füzyon alanndaki gelimeleri Türkiye’nin yakalayabilme stratejisi olmaldr. [6] Türkiye’nin bilimsel ve teknolojik altyapsnn henüz arzulanan düzeye ulaamad, ancak bu alanda önemli gayretlerin olduu söylenebilir. Savunma teçhizat pazarnda büyük bir rekabet vardr. Sadece alan deil ayn 426

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara zamanda satan bir ülke olabilmek için hem milli savunma sanayinde yerli entegrasyon, hem de uluslararas savunma sanayileri ile entegrasyon tevik edilmelidir. [7] 4. KAYNAKÇA [1] Savunma Sanayii Müstearl, Stratejik Yol Haritas, http://www.ssm.gov.tr/TR/kurumsal/Documents/SP/syh.html (Ocak 2008). [2] SIPRI, “SIPRI Yearbook 2007 Armaments, Disarmament and International Security”, Oxford University Press, (2007) [3] http://en.wikipedia.org/ (Ocak 2008). [4] Tel-Aviv Üniversitesi, http://www.inss.org.il/upload/(FILE)1188214432.pdf (18 Ocak 2008). [5] Deniz Kuvvetleri Komutanl web sayfas, http://www.dzkk.tsk.mil.tr/ (Ocak 2008). [6] S. Ylmaz, “21. Yüzylda Güvenlik ve stihbarat”, Alfa Yaynlar, 709–710, (2006). [7] M.O. Alnak, “Savunma Sanayii ve Tedarik Hakknda Düünceler”, Ankara Genelkurmay Basmevi, 31–32, (2001).

427

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

428

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAVUNMA PLANLAMASINDA ESNEK DÜÜNME KÜLTÜRÜ VE DESTEKLEYECEK YAKLAIMLAR Akif DEMREL(a), Köksal HAZIR(b), Akif TABAK(c) (a) (b)

Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654 Ankara, [email protected] Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06654 Ankara, [email protected] (c) Kara Harp Okulu Dekanl, 06654 Ankara, [email protected]

ÖZET Souk Sava döneminin sona ermesiyle birlikte klasik anlamdaki askerî tehdit büyük ölçüde ortadan kalkm, ancak, bunun yerini belirsizliin egemen olduu “asimetrik tehditler” almtr. Souk sava sonras dönem, tam bir belirsizlik ile karakterize edilmeye balanmtr. Türkiye de corafi yönden Orta Dou, Balkanlar ve Kafkaslar gibi belirsizliin youn olarak yaand ve güvensiz bir bölgede bulunmaktadr. Savunma planlamasnda çalanlar ise ilerini yapabilmek için “tehdit” tanmlamasn yapmak durumundadrlar ve bu sebeple, savunma planlamasnda yeni yaklamlar ve metodolojiler üretmeye yönlenmilerdir. Uluslararas güvenlik ortamnda görülen hzl deiimler ve tehditteki bu belirsizlik, savunma planlama faaliyetlerinde de belirsizliin ve deiimin karlanabilecei, hzl uyum yetenekli esnek yaplara kavumay gerekli klmaktadr. Bu nedenle çalmada; esnek düünmenin savunma planlamasnda ne anlama geldii, esnek düünme kültürünün temel yaklam olarak benimsenmesi gereklilii, belirsizlik altnda hzl ve yüksek uyum yeteneine sahip bir savunma planlama sisteminin oluturulmasna yönelik, uygulama yönlü öneriler üzerinde durulacaktr. Anahtar Kelimeler: Savunma Planlamas, Esneklik, Esnek Planlama ABSTRACT Classical military threat has been disappeared after the Cold War era but after then asymmetric threats have replaced them. Post Cold War era has been characterized by high uncertainty. Turkey is in an unsecured geographical area where uncertainty is at most as in the Middle East, Balkans and Caucasus. The defense planners must identify the threat in order to do their job. For this reason new approaches and methodologies have been developed in defense planning. Because of rapid changes in the new security environment and uncertain threat, adaptive and flexible structures that can confront uncertainty and changes, must have been gained in defense planning activities. 429

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara In this paper, The meaning of flexible thinking in defense planning, the necessity of adopting flexible thinking culture as the basic approach, recommendations for formation of rapid and high adaptive defense planning system under uncertainty will be discussed. Keywords: Defense Planning, Flexibility, Flexible Planning 1. GR Belirsizliin her alanda youn biçimde hissedildii günümüzde güvenlik ve savunma planlama çalmalar, özellikle 11 Eylül sonras güvenlik alglamalarnda ve tehdit deerlendirilmelerindeki önemli deiikliklerle birlikte [1], bu belirsizlikten hiç olmad kadar fazla etkilenmektedir. Tehdit kavramnda da belirsizlik ön plana çkm ve savunma planlamasnda çalanlarn ve stratejistlerin ilerini yapmalarn zorlatrmtr. Bu kapsamda, belirsiz tehdide kar planlama yaklam ve stratejileri gelitirilmeye çallmtr. Souk Sava döneminin sona ermesiyle birlikte klasik anlamdaki askerî tehdit çok büyük ölçüde ortadan kalkm, ancak, bunun yerini terörizm, mikro milliyetçilik, kitle imha silahlarnn kontrolsüz olarak yaylmas, çevre sorunlar, radikal dinî akmlar, organize suçlar, yasa d göç sorunu ve uyuturucu kaçakçl gibi çok yönlü riskler ve en önemli özellii “farkllk” ve “üstünlük” olan “asimetrik tehditler” almtr [2]. Türkiye corafi açdan Orta Dou, Balkanlar ve Kafkaslar gibi belirsizliin hat safhada olduu ve güvensiz bir bölgede bulunmaktadr. Bu belirsizlik, doru stratejiler üretebilmeyi ve belirsizliin beraberinde getirdii deiime uyum salamay ayakta kalmak için zorunlu klmaktadr. 2. ESNEKLK KAVRAMI, TANIMI VE NEDENLER 2.1. Esneklik Kavram ve Tanm Gelecein önceden tümüyle kestirilemeyecei, önemli olann ve ihtiyaç duyulann deien koullara esnek bir ekilde cevap verme kapasitesi olduu gerçei, esneklik kavramnn temelini oluturmaktadr. Esnek planlama ise kestirilemeyen gelimelere olanak salarken, karmza çkan deiimlere kar da hzl ve zamannda tepki vermeyi salamaktadr. Böylece, gelecein baz belirsizlikleri ve riskleri tanan planlamada büyük bir esneklik salanm olacaktr. Kat bir planlama beraberinde birtakm tehlikeleri ve göze alnamayacak maliyetleri de getirir. Esnek planlama yaklam, daha önce yaplm program veya planlarn mutlaka yürütülmesi gerektii görüünü reddetmektedir. Bu yüzden esnek planlama yapmak, çevresel deiimleri ve bu konudaki trendi 430

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara önceden hissederek, planlar üzerinde devaml bir deerlendirme ve izlemeyle kontrolü salayarak, gerektiinde deiikliklere yönelmek suretiyle gelecei karlamann gereklerini karlamaktadr. Belirsizliin yüksek olduu durumlarda esnek planlama yaklamna bavurulur. Esnek planlama geçici planlamadr. Gelen bilgilere dayal olarak her zaman gelitirilebilir veya deitirilebilir niteliktedir. Titiz ve ar ölçüde planl hareket etmek isteyen planlamaclar, bu tür planlardan rahatsz olurlar, fakat hayatn gerçei olduundan sk sk geçici plan yapma ileminden kurtulamazlar. 2.2. Neden Esneklik? Souk Sava sonras dönemde, daha güvenli bir dünya için umutlar belirirken, bölgesel silahl çatmalar ve kitle imha silahlarnn dengesizlik yaratacak bir biçimde yaylmas bu umutlar boa çkartmtr. Kitle mha Silahlarnn yaylmas ve bunlarn datm yöntemleri, küresel ve bölgesel güvenlik için somut bir tehdit haline gelmitir. Dier bir ifade ile Souk Savan sona ermesi, dünyada silahl çatmalara, risk ve tehditlere son vermemi, aksine uluslararas toplumun küçük çapl iç karklklardan, bölgesel savalara kadar bir dizi uyumazlkla kar karya kalmasna sebep olmutur. Savunma planlamasnda çalanlar ilerini yapabilmek için “tehdit” tanmlamasn yapmak durumundadrlar. Souk sava sonras dönem ise, tam bir belirsizlik ile karakterize edilmektedir. Eski tehdit bazl planlamann yerini belirsiz tehditle birlikte, belirsizlik bazl planlamaya braktn ifade eden Gray [3], böyle bir ortamda doru sorunun “Bilinenin haftalk bazda belirsizlie dönütüü bir ortamda neye kar plan yapmalyz?” olduunu belirtmektedir. Frsatlarn yannda sorunlarn da younlat esiz bir jeopolitik konumda bulunan Türkiye; bekasn ve ulusal menfaatlerini temin için; etkin d ve güvenlik politikalar üretmek, kararl ve duyarl davranmak, gelecein güvenlik ortamn doru belirleyerek, muhtemel risk ve tehditleri zamannda alglayp gerekli önlemleri zamannda almak, maruz bulunduu risk ve tehditler ile orantl, caydrc ve d politikasn desteklemeye yeterli silahl bir gücü elde bulundurmak zorundadr [2]. 3. SAVUNMA PLANLAMASI VE ESNEKLK 3.1. Belirsizlik ve Tehdit Alglamalar Askerlerin üzerinde en fazla düündükleri kavramlar olan “düman” ve “tehdit” deerlendirmeleri; bilinemeyen ve öngörülemeyen bir gelecein basks altna girmitir. Bu gelimeler, sivil ve askeri planlamalarda yeni yaklam araylarna yol açm ve bu arada esnekliin (adaptiveness) önemi de artmtr [4]. Souk Sava’n sona ermesi ve iki kutuplu yapnn dalmas ile birlikte, güvenlik literatürüne “allmadk” tehdit ve riskler girmeye balamtr [5]. Bu tehdit ve riskler, uluslararas güvenlii etkileyen çok boyutlu, çok yönlü, öngörülmesi güç ve snr tanmayan, bata terörizm olmak üzere; kökten 431

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara dincilik, mikro milliyetçilik, yasa d göç, organize suçlar, uyuturucu ve silah kaçakçl, kitle imha silahlarnn kontrolsüz olarak yaylmas gibi sava d araçlar kullanlarak yaplan saldr eklinde tanmlanabilir. Türkiye ise bu allmadk tehdit ve risklerin oluturduu istikrarszlklarn merkezinde kalmtr [2]. stikrarszlk ve belirsizlik ortamnda günümüzün tehdit alglamalarna göre durumlar (senaryolar) yeterli hazrln yaplmasna imkân vermeyecek ölçüde çabuk ortaya çkmaktadr. Bu nedenle esnek planlama önem kazanmtr. Pek çok ülke bu belirsizlik ve tehdit alglamalarna göre Ulusal Güvenlik Politikalarn tekrar gözden geçirmi ve ordularn bu çerçevede yeniden yaplandrm ve yaplandrmaya devam etmektedirler [2] [6]. Uluslararas güvenlik ortamnda görülen deiimler ve belirsizlik, Türk Silahl Kuvvetlerinin de deiik harekât türleri ve görevleri ifa etmeye hazr olmasn gerektirmitir. Bu kapsamda, Beyaz Kitap’a [2] göre, savunma politikamz Türkiye’nin milli askeri stratejisinin içerdii aadaki alt husus ile desteklenmektedir: x

Caydrclk,

x

Güvenlik Ortamnn ekillendirilmesi,

x

Sava D Harekât,

x

Kriz Yönetimi,

x

Snrl Güç Kullanm,

x

Kesin Sonuçlu Konvansiyonel Harp. 3.2. Savunma Planlamasnda Esneklik Savunma planlamas, bir devletin savunma politikasnn belirlenmesi, uluslararas veya ulusal çaptaki askeri mevcudiyet vastasyla, belirlenen hedeflere ulalmas, savunma kaynaklarnn datm ve ulusal kurumlar arasndaki ibirlii sisteminin gelitirilmesi sürecidir [5]. Souk Sava’n sona ermesi ile birlikte savunma planlama faaliyetleri, bata tehdidin nereden, ne zaman ve ne ekilde gelecei olmak üzere temel nitelikteki pek çok belirsizlikle mücadele etmek durumunda kalmtr [5]. Savunma planlamasnda, hem üst düzey planlama araçlarnn hem de kuvvetlerin yaplar; deien tehdit unsurlarn karlayabilecek ve yeni görevlerin üstesinden gelebilecek esneklik ve çeviklii salamaldr. Davis ve dierlerine [7] göre savunma planlamasnda seviyelerine göre esneklik;

x

Harekât esneklii,

x

Güvenlik ortamn ekillendirmek, 432

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara x

Stratejik esneklik olarak sralanmaktadr. Harekât esneklii, geni bir yelpazedeki senaryolar için her zaman yeterli olacak güçlü bir kuvvet yapsn ifade etmektedir. Bu kuvvet yaps ise ancak senaryolarn gerektirdii kabiliyetlere sahip olmakla gerçekletirilebilir. Harekât esneklii daha ziyade ksa vadedeki esneklii ifade etmektedir. Harekât esnekliinde, tüm risklere kar hazr olmay salayan tüm yeteneklere sahip olmak, yani “snrsz esnekliin” imkânszl göz önüne alndnda, yetenek tabanl savunma planlama yaklam uygun yetenek karmasnn oluturulmas ile tüm risklere kar optimum güvenliin salanmasn salayarak harekât esnekliine en iyi hizmet eden savunma planlama yaklam olarak karmza çkmaktadr. Güvenlik ortamnn ekillendirilmesinde esas; muhtemel bir kriz/çatma öncesinde siyasi ve askeri durum üstünlüünü salamaktr. Güvenlik ortamnn ekillendirilmesindeki amaç:

x

Caydrclk salamak,

x

stikrarszlktan kaynaklanan tehditleri bertaraf etmek,

x

stikrarl bir bölge oluturmak,

x

Olas bir sava için muharebe ortamn hazrlamaktr. Güvenlik ortamnn ekillendirilmesi için uygulanabilecek hareket tarzlar ise;

x

Çok uluslu koalisyon güçlerine itirak etmek,

x

Psikolojik harekât yapmak,

x

Güvenlik ve ibirlii için hareket tarzlar gelitirmek,

x

lgili bölgelerde askeri güç bulundurmaktr. Stratejik esneklik ise; güvenlik ortamndaki trendlerin ve olaylarn dikte ettirdii gibi zamana bal olarak kuvvet yapsn deitirebilme kapasitesidir. Stratejik esneklik uzun dönemli esneklii ifade etmektedir. Deiebilecek tehdit alglamalarna göre kuvvet yapsnn almas gereken durumlar ifade etmektedir. Stratejik esneklik bu deiimi gerçekletirebilme kapasitesidir. Savunma planlama faaliyetlerinin balangc olan stratejik yönlendirme safhasnn en önemli belgesi olan Millî Güvenlik Siyaseti Belgesi, iç güvenlik ortam ile uluslararas güvenlik ortamnda meydana gelen önemli gelimelere göre gerekli görüldüünde; Cumhurbakan veya Babakan tarafndan verilecek direktiflere göre hazrlanmasnda takip edilen sistem içerisinde güncelletirilmek suretiyle stratejik esneklie hizmet eder.  dünyasndaki yöneticiler, hedeflerde veya dsal çevrede yaanan deiimlerin yatrm araçlarndaki etkilerini deerlendirmek üzere, portföyünü sürekli olarak kontrol etmektedirler. Benzer ekilde, ksa vadeden uzun vadeye deerlendirilen tehdit alglamalarndaki deiimler, savunma planlama faaliyetlerindeki öncelii de etkileyecektir. Örnein ksa vadede büyük bir 433

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara tehdit beklenmiyor olmas, planlamaclar, stratejik esneklik (strategic adaptiveness) ya da güvenlik ortamn ekillendirme (environment shaping) gibi görevlere odaklanmaya itebilir [7]. Gray [3], planlamada her zaman önemli olan sorunun “Doru olan ne?” olduunu belirterek, savunma planlamasnda belirsizlikten kaynaklanan endie yükünü azaltmada planlamaclara yardmc olacan savunduu yedi ilkeden söz etmektedir: a. Gelecein tüm detay ile bilinemeyecei gerçei, bu nedenle, gelecein detayl biçimde bilinmiyor olmasnn, planlama için bir problem ya da zayflk tekil etmedii, önemli olann, youn belirsizlikler karsnda akll ve gerçekçi bir biçimde planlama yapabilmenin olduu, güvenlik konusunda bilinmeyenlerin de bilinenler kadar önemli olduu, planlama öncesinde “bilinenler” ve “bilinmeyenler” olarak iki liste yapmann yararl olaca, b. Jeostratejik önceliklerin belirlenmesinin bir tercih meselesi olmad, bu nedenle ulusal corafya ve modern teknolojideki gelimeler göz önünde bulundurularak jeostratejik önceliklerin belirlenmesi gerektii, c. Uzun dönemin, birbiri ardnca gelen ksa dönemlerden olutuu gerçei ile “bugün ve gelecek dengesi”nin doru ekilde kurulmas gereklilii, bu konunun planlamaclar bekleyen en büyük engellerden biri olduu, Dünya’nn giderek daha tehlikeli bir hal ald bu nedenle gelecei ekillendirme zamannn geldii, d. Deien koullara uyum salayabilecek ölçüde esnekliin kazanlmas ve korunmas, esnekliin; açk görülülük, doktrinel üstünlük, yapsal elastikiyet, zaman ve maliyet gibi pek çok bileeni bulunduu, e. Geçmiten ders alnmas, yaanlan benzer nitelikteki problemler ve frsatlarn yeniden ortaya çkabilecei, benzer durumlarda geçmite yaplan hatalarn tekrarlanmamas, tarihin, her zaman, almasn bilenler için büyük dersler içerdii, toplumlarn, ancak ve ancak geçmiin izlerini sürerek bugünü anlayabilecekleri ve bu sayede gelecei de tahayyül edebilecekleri, f. Her ülkenin silahl kuvvetlerinin hizmet ettii toplum ve politik sistemin aynas olduu gerçei ile ülkenin güçlü ve zayf yönlerinin bilinmesinin ve güçlü taraflar ön plana çkartlmasnn fayda salayaca, g. Halihazrda geçerli olan savunma yapsnn nitelikleri, 30–40 yllk bir geçmie sahip inanç ve varsaymlarn ürünü olduundan, deien ve gelien koullar nda varsaymlar yeniden gözden geçirilmelidir. Çünkü Savunma Politikas günlük olaylara dayal anlk yarglarla yaplamayacak kadar önemli olduu ifade edilmektedir. Sonuç olarak; iki kutuplu dünya düzeninin yklmasndan sonra meydana gelen belirsizlikler ve tehdit alglamalarna bal olarak ülkelerin ordularn yeniden yaplandrma çalmalar  altnda, savunma planlamas konusunda da köklü deiimler meydana gelmi ve “neye kar hazr olunmas” gerektii 434

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sorusunun belirsizliine bal olarak savunma planlamasnn daha esnek bir yapda olmas gerektii ortaya çkmtr. Günümüzün geni bir yelpazede yer alan tehditlerine kar, kstl bütçe imkânlar içinde kalarak uygun yetenekleri salayacak bir planlama anlay ve bunun esnek bütçelerle desteklenmesi, bütçe anlamnda yeterli ihtiyat ayrlmas, esnek planlamann odak noktalarndan birini oluturabilecektir. Bulunduumuz jeopolitik ortamn gerekleri nda, nokta senaryolardan daha ziyade, gelecekle ilgili kabul edilebilir kapsaml bir senaryo uzay oluturmak, bu senaryo uzay içerisinde karlalabilecek durumlarla ilikili olarak, arlklar belirlenerek, bütçe imkânlaryla uyumlu, arlkl deerlendirmeler dorultusunda öncelikle kazanlmas gereken yeteneklerin kazanmnn ilk dönemlere planlanmas, müteakiben gerekli dier yeteneklerin teminine yönelinmesi ikinci olarak odaklanlmas gereken konular olacaktr. Esnek planlama yaklamlarn destekleyecek bir dier odak noktas ise, ihtiyaç duyulacak yetenekleri her artta destekleyecek ve karlayabilecek, Milli savunma sanayisinin gerekli bilgi ve teknoloji düzeyine yükseltilmesi, ARGE’ye dayal esnek üretim alt yapsnn oluturulmas olacaktr. Savunma planlamasnda esneklik ve bu esneklii salayacak araçlar olarak yeni planlama yaklam araylar önümüzdeki belirsizliklerle dolu dönemde de ilgi oda olmaya devam edecektir. KAYNAKÇA [1] F. Tuncel, (2005) “Tarihsel Süreç çerisinde Güvenlik, Askeri Yönetim ve Sava Kavramlarnn Deien Yüzü”, Uluslararas Yönetim ve Askerlik Sempozyumu, 26–27 Mays, Ankara. [2] Beyaz Kitap, (2004), Milli Savunma Bakanl, Türkiye. [3] S. Colin Gray, (1991) “Defense Planning for the Mystery Four, Principles for Guidance in a Period of Nonlinear Change”, Airpower Journal, Summer. [4] H. Korkmazyürek, Y. Öztürk, ve N. Basm, (2006) “Belirsizlik-Youn Güvenlik Ortamnda Savunma Planlamasna Yönelik Yeni Yaklamlar ve Bir Metodoloji Önerisi Olarak Senaryo Uzay”, 3. Savunma Teknolojileri Kongresi, Cilt-1 Bildiriler, 29-30 Haziran, Ankara. [5] Y. Öztürk, (2005) “Savunma Planlamasnda Yeni Yaklamlar ve Türk Silahl Kuvvetleri’nde Bir Senaryo Uzay Çalmas”, Baslmam Yüksek Lisans Tezi. [6] J. Lindley (2002) “European Defence: New Threats, New Missions, New Actors”, Military Tehnology 6/2002. [7] P.Davis, ve dierleri. (1996) “Adaptiveness in National Defense: The Basis of a New Framework”, RAND Issue Paper, August.

435

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

436

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara AR-GE PROJELERNN PERFORMANSININ DEERLENDRLMES ÇN ÇOK KRTERL KARAR VERME YAKLAIMI

Zeynep Tohumcu(a), Esra Karasakal(b)

(a)

(b)

TÜBTAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected] Doç. Dr. ODTÜ, Endüstri Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çalmada, Savunma Sanayii’de Ar-Ge faaliyetleri yürüten bir kurumda sözlemeli olarak yürütülen Ar-Ge projelerinin performanslarnn deerlendirmesi için Analitik A Süreci (AAS) ve Veri Zarflama Analizi (VZA) tabanl bir yaklam gelitirilmitir. Gelitirilen model ile, projeler performanslarna göre sralanmaktadr. Performans deerlendirmede kullanlmak üzere kriter ve alt-kriterler belirlenmi, kriter/alt-kriterlerin birbirlerine baml olduu görülmütür. Bu bamllklar hiyerarik ve a emas yaplarnn özelliklerini tayan hibrid bir AAS modeli gelitirilerek ele alnmtr. AAS modelinde, kriter/alt-kriterlerin önem ve etkilerini belirlemekte kullanlan ikili karlatrma matrisleri, Kurum içerisinde bir anket yaplarak, grup karar verme yaklam ile, aralkl yarglar eklinde oluturulmutur. Bu aralkl yarglardan alt-kriter arlklar için birer aralk elde edilmi, ve bu aralklar projeleri sralamak için kullanlacak olan süper verimli VZA modeline kst olarak eklenmitir. Oluturulan VZA modeli, eksik verileri de ele alabilecek ekilde gelitirilmitir. Kurumda yürütülmekte olan sözlemeli projelerin performanslar bu model ile deerlendirilerek, model gerçek bir uygulamada kullanlmtr. Anahtar Kelimeler: Ar-Ge Projelerinde Performans Deerlendirme, Çok Kriterli Karar Verme, Grup Karar Verme, Analitik A Süreci, Veri Zarflama Analizi ABSTRACT In this study, an Analytic Network Process (ANP) and Data Envelopment Analysis (DEA) based approach was developed in order to measure the performance of customer-based R&D projects being executed in a Turkish Defense R&D Institute. The model provides ranking of the projects. In order to evaluate project performance, many criteria and sub-criteria were determined. In order to handle the interdependencies, a hybrid ANP model, consisting of both a hierarchy and a network, was used. The pairwise comparison matrices that were built up for defining the importance and influences of the criteria/ subcriteria in the ANP model were formed as interval 437

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara judgments from a group decision making process. From the interval pair wise comparison matrices, weight intervals for the sub-criteria were determined and these bounds were used as assurance region constraints in a super-efficiency DEA model, through which the project ranking was obtained. The superefficiency DEA model was extended to handle missing data. The model was applied to a real case study on performance evaluation of the ongoing projects in the Institute. Keywords: R&D Project Performance Evaluation, Multiple Criteria Decision Making, Group Decision Making, Analytic Network Process, Data Envelopment Analysis 1. GR Projelerde baar elde etmenin temel faktörü etkin proje yönetimidir. Bir çok kurumda ayn anda birden çok proje yürütülmekte olup tüm bu projelerin egüdümlü bir ekilde yürütülmesi proje yönetimine daha da önem kazandrmaktadr. Karmak bir yapya sahip olan ve belirsizlik ile risk içeren Ar-Ge projelerinin yönetilmesi ilave bir efor gerektirmektedir. Bu projelerin etkin bir biçimde yürütülmesi için düzenli olarak izlenmeleri arttr. Bu çalmada, Savunma Sanayi sektöründe yer almakta olan bir kurumda sözlemeli olarak yürütülen Ar-Ge projelerinin performanslarnn deerlendirmesi için Analitik A Süreci (AAS) ve Veri Zarflama Analizi (VZA) tabanl bir yaklam gelitirilmitir. Gelitirilen model ile projeler performanslarna göre sralanmaktadr. Kurumda yürütülen projeler, savunma sistem veya alt-sistemlerinin kavramsal tasarm aamasndan prototip üretimi aamalarna kadar yaplan mühendislik ve Ar-Ge faaliyetlerinden oluur. Kurumda yürütülmekte olan her bir proje için proje yönetimi uygulanmakta, projeler zaman ve bütçe kstlarna göre izlenmektedir. Son yllarda, Kurumda yürütülmekte olan proje saysnda büyük bir art olmu, daha kapsaml ve karmak projeler yürütülmeye balanmtr. Bu art ile birlikte, projelerin izlenmesi daha da önem kazanm olup daha sofistike bir performans deerlendirme sistemi ihtiyac domutur. Performans deerlendirme sistemi; projelerin performanslarna göre sralamasn vermeli, tüm projeler için uygulanabilir olmal, projeleri tüm yönleriyle deerlendirecek ekilde kriterlerler içermelidir. Bu gereksinimler dorultusunda çok kriterli karar verme yaklam uygulanmtr. 2. PERFORMANS DEERLENDRME KRTERLER Ar-Ge projelerinin performans deerlendirmesi üzerine kapsaml bir literatür taramas yaplm, ancak literatürde az sayda kaynak bulunmutur. [1-7]. Literatürde patent says, yayn ve atf says, Ar-Ge’ye ayrlan kaynak miktar vb kriterler bulunmu olup bu kriterler Kurumda yürütülen projelerin performans deerlendirmesi için geçerli kriterler deildir. 438

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

2.1 Proje Performans Deerlendirme Kriterlerinin Belirlenmesi Performans deerlendirme kriterleri, Kurum personelinin katlm ile yürütülen kapsaml bir çalma ile belirlenmitir. Bu çalmada, literatür taramas sonuçlar, mevcut kriterler, Kurumun gereksinimleri, deneyimler ve uzman görülerinden faydalanlmtr. Çalma sonucunda 11 kriter ve 30 alt-kriter belirlenmi, her bir altkriterin ölçüm yöntemleri tanmlanm ve formulize edilmitir. Alt-kriterler 0-100 arasnda deer alacak ekilde ölçeklendirilmitir. Kriter/alt-kriterler arasndaki bamllklar tanmlanmtr. Kriterler, alt-kriterler ve bamllklar Tablo 1’de listelenmitir. Kriter ve alt-kriterlere, ölçüm yöntemlerine, ölçeklendirmelerine ve bamllklara yönelik detayl bilgi için baknz [8]. Tablo 1 Proje Performans Deerlendirme Kriterleri/Alt-Kriterleri

3. GELTRLEN MODEL Kurulan model dört seviyeden oluan hiyerarik bir yapdadr (hedef: proje performans, kriter ve alt-kriterler ve alternatifler:projeler). Kriter/altkriterler arasndaki bamllklar AAS ile ele alnmtr. AAS, tüm proje sralama sürecinde deil, alt-kriter arlklar için üst ve alt snrlarn belirlenmesinde kullanlmtr. AAS’den gelen bu arlk snrlar kullanlarak VZA ile projeler performanslarna göre deerlendirilmi ve sralanmtr.

439

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3.1 Analitik A Süreci (AAS) Saaty [9] tarafndan oluturulmu bir yöntem olan AAS, kriterler ve alternatifler arasndaki bamllklar da ele alabilen bir yöntem olup karmak ve bamllk içeren problemlerde kullanlabilmektedir. Bamllklar ele almasndan dolay problemlere daha gerçekçi bir yaklam salar. Tantldndan bu yana birçok farkl alanda uygulanm olup çok sayda alanda giderek yaygnlaarak uygulanmaktadr. Bir a emas yapsnda olan AAS yönteminde bamllklar elemanlar arasnda balantlar kurularak ele alnr. A emas elemanlar arasnda ikili karlatrmalar yaplr. Bu ikili karlatrma matrislerinden özvektör yaklam ile göreli öncelik vektörleri belirlenir, göreli öncelik vektörleri kullanlarak süpermatrisler oluturulur ve buradan elemanlarn arlklar belirlenir. AAS’nin temel girdisi ikili karlatrma matrisleridir. Klasik bir ikili karlatrma matrisi kesin yarglardan oluur ve bu kesin yarglardan kesin deerlerden oluan göreli öncelik vektörleri elde edilir. Ancak, gerçekte kesin bir deer üzerinde karar vermek oldukça zordur. kili karlatrma matrislerinde aralkl yarglar kullanmak, özellikle grup karar verme problemlerinde daha gerçekçi yaklam salar. Gelitirdiimiz modelde ikili karlatrma matrisleri bir grup karar verme yaklam ile oluturulan aralkl yarglardan kurulmaktadr. Model ekil 1’de verilmitir.

ekil 1 AAS Modeli Aralkl yarglar Kurumda proje yönetimi alannda deneyim sahibi alt personelin görüleri ile oluturulmutur. Bu personele, aadaki ekilde be aamadan oluan, ikili karlatrma sorular içeren bir anket yaplmtr. kili karlatrmalarda Saaty’nin 1-9 önem skalas [10] kullanlmtr. 1. Kriterlerin proje performansna göre önemi: Örnein, proje performans üzerindeki etkileri açsndan hangi kriter (C1 veya C2) daha önemlidir ve kaç kat daha önemlidir? 440

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. Kriterler arasndaki bamllklar: Örnein, hangi kriter (C2 veya C6) C1 kriterini daha çok etkiler ve kaç kat daha çok etkiler? 3. Alt-kriterlerin kriterlerlere göre önemi: Örnein, C1 üzerindeki etkileri açsndan hangi alt-kriter (S1 veya S2) daha önemlidir ve kaç kat daha önemlidir? 4. Alt-kriterler arasndaki bamllklar: Örnein, hangi alt-kriter (S5 veya S7) S1 altkriterini daha çok etkiler ve kaç kat daha çok etkiler? 5. Alt-kriterlerden kriterlerlere geri beslemeler: Örnein, hangi kriter (C1 veya C2) S7 alt-kriterinden daha çok etkilenir ve kaç kat daha çok etkilenir? Bu sorulara grup tarafndan verilen en düük ve en yüksek deerler kullanlarak aralkl yarglardan oluan ikili karlatrma matrisleri oluturulmutur. Bu ikili karlatrma matrislerinden, ki Aamal Dorusal Programlama Yaklam [11], aralkl yarglarn alt snrlar kullanlarak ve aralkl yarglarn üst snrlar kullanlarak üç ayr kesin arlk deerleri bulunmu ve bu deerler ile üç ayr süpermatris oluturulmutur. Bu üç süpermatristen elde edilen en düük ve en yüksek deerler ile alt-kriter arlk aralklar belirlenmitir. 3.2 Veri Zarflama Analizi VZA [12] birden çok girdi ve çkt içeren Karar Verme Birimlerinin göreceli verimliliinin ölçülmesi için kullanlan bir dorusal programlama yaklamdr. VZA ile her bir Karar Verme Birimi en iyi yönleri ortaya çkacak ekilde deerlendirilir. VZA çok kriterli karar verme alannda sralamada sklkla kullanlan bir araçtr. Çok kriterli karar verme yaklamnda girdiler minimize edilecek kriterler, çktlar maksimize edilecek kriterler, Karar Verme Birimleri alternatifler ile eletirilir. Projelerde baz durumlarda eksik veriler olabilecei gözönüne alnmtr. VZA yaklamnda eksik verilerin ele alnmasna yönelik literatür taramas yaplm ve literatürde rastlanlan yöntemlerden biri olan, eksik verilere dier projelerin o alt-kriterde ald deerlerin ortalamas atanmas yöntemine karar verilmitir. Çalmada ayrca, bu eksik olan verilerin Kurumda düzenli olarak tutulmas için yöntemler önerilmitir. Özet olarak, gelitirilen yöntem ekil 2’de sunulmutur.

441

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2 Gelitirilen Yöntem 4. MODELN UYGULANMASI 4.1 AAS Modeli Sonuçlar AAS’den elde edilen arlk aralklar Tablo 2’de verilmitir. Bu tablodan görüldüü üzere S16, S17, S24 ve S26 alt-kriterleri en yüksek öneme, S4, S10, S21, S22 and S28 alt-kriterleri ise en düük öneme sahiptir. Altkriterlerde ve/veya karlatrma yarglarnda herhangi bir deiiklik yaplmadkça bu arlk kstlar deimeyecektir. 2006 sonu itibaryla Kurumda yürütülmekte olan 15 projenin performans deerlendirmesi yaplmtr. 12 alt-kritere dair hiçbir kayt olmadndan, performans deerlendirmede 18 alt-kriter kullanlmtr. Bu alt-kriterlerden 16 tanesi minimize edilmeli, 2 tanesi maksimize edilmelidir. Baz projelerde, baz alt-kriterlerde eksik veriler olmutur. eksik verilere dier projelerin o alt-kriterde ald deerlerin ortalamas atanmtr. Projelere ilikin alt-kriter deerleri Tablo 3’de, VZA modeli sonuçlar Tablo 4’de sunulmutur.

442

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tablo 2 AAS Modelinden Elde Edilen Alt-Kriter Arlk Aralklar AltKriter S16 S26 S24 S17 S7 S20 S15 S19 S18 S8 S25 S3 S27 S5 S12 S28 S4 S21 S14 S1 S6 S2 S29 S10 S11 S9 S13 S23 S22 S30

Arlk için Alt Snr 0,0864 0,0684 0,0647 0,0524 0,0290 0,0273 0,0245 0,0220 0,0210 0,0164 0,0150 0,0097 0,0076 0,0073 0,0071 0,0070 0,0052 0,0046 0,0045 0,0041 0,0039 0,0032 0,0029 0,0028 0,0027 0,0027 0,0025 0,0020 0,0012 0,0007

Arlk için Üst Snr 0,1636 0,1774 0,0810 0,1089 0,0583 0,0404 0,0439 0,0281 0,0996 0,0290 0,0343 0,0150 0,1149 0,0134 0,0900 0,0080 0,0078 0,0077 0,0355 0,0374 0,0933 0,0460 0,0438 0,0074 0,0130 0,0274 0,0208 0,0309 0,0038 0,0392

Arlk 0.1-.... 0.05-0.1 0.01-0.05 0-0.01

Minimize Edilecek Alt-Kriterler

Mak s.A. K.

Tablo 3 Projelere likin Alt-Kriter Deerleri S21 S23 S1 S2 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S16 S17 S19 S20 S22 S24 S25 S27

P1 3,82 21,83 32,50 100,00 18,00 100,00 59,93 0,00 53,69 21,77 8,96 75,37 95,00 87,50 25,78 20,00 9,33 55,67

P2 34,41 100,00 20,83 5,95 9,00 100,00 47,75 0,44 41,63 15,63 51,47 63,70 100,00 100,00 17,96 10,00 44,67 46,87

P3 P4 P5 P6 P7 P8 100,00 82,79 34,02 65,06 100,00 0,00 100,00 0,00 100,00 0,00 0,00 16,67 0,00 50,00 0,00 0,00 0,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 5,00 41,41 19,05 15,00 32,89 8,00 100,00 100,00 100,00 100,00 0,00 100,00 75,34 57,81 55,07 50,05 58,09 17,71 53,24 0,00 0,00 40,89 6,48 39,50 8,69 21,36 23,50 7,04 31,44 88,89 16,79 0,00 33,33 75,00 22,50 45,43 19,90 2,26 0,00 0,30 8,35 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 96,91 100,00 25,00 0,00 50,00 0,00 0,00 12,93 20,33 4,53 39,83 6,73 8,65 14,29 61,11 33,33 -

443

P9 20,95 0,00 0,00 3,23 7,78 60,91 36,39 23,33 17,31 0,00 50,00 2,44 -

P10 P11 P12 73,28 0,00 100,00 16,59 50,00 0,00 0,00 0,00 0,00 90,30 14,74 5,88 30,00 84,44 0,00 60,00 63,56 100,00 66,69 0,00 0,00 10,26 31,43 18,04 44,00 21,43 22,22 30,63 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 100,00 50,00 0,00 0,00 9,70 1,35 8,17 100,00 -

P13 0,00 0,00 10,53 90,25 32,04 12,50 1,39 0,00 0,00 4,17 -

P14 P15 0,00 0,00 0,00 0,00 73,33 0,00 71,43 2,00 0,00 100,00 100,00 0,00 12,64 33,81 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 17,00 -

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tablo 4 VZA Modeli’nden Elde Edilen Sralama Sralama

Proje

Verimlilik

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

P5 P3 P15 P11 P2 P9 P12 P13 P14 P8 P10 P7 P4 P6 P1

0,381 0,240 0,217 0,215 0,182 0,172 0,168 0,160 0,156 0,150 0,144 0,129 0,058 0,050 0,045

Tablo 4’den de görüldüü üzere P5 bariz bir farkla ilk sradadr. P3, P15 ve P11 sralamada P5’i takip etmektedir. Son sralarda ise P1, P6 ve P4 yer almaktadr. Projeler için düük ve birbirine yakn verimlilik deerleri elde edilmitir. Düük deerlere yol açan iki ana sebep vardr: Tüm projeler birtakm alt-kriterlerde kötü deerlere sahiptir, ve bir kriterde projeler kötü deerlere sahip olduunda, eksik verilere sahip projeler de, ortalama atandndan, kötü deerler almaktadr. 5. SONUÇ Bu çalma ile Ar-Ge projelerinin performansnn deerlendirilmesi için kriterler belirlenmi ve bir performans deerlendirme modeli gelitirilmitir. Klasik AAS yöntemi, aralkl yarglar ele alacak ve, grup karar verme problemi için uygulanacak ekilde gelitirililerek daha gerçekçi bir yaklam salanmtr. AAS ve VZA birleimi bir yaklam kullanlarak; bamllklar ele alnm, AAS’deki ikili karlatrma says azaltlm, her bir projenin en iyi yönleri ortaya çkacak ekilde deerlendirilmesi salanm, alt-kriterlere verilen öncelikler dikkate alnm, kullanm kolay ve etkin zamanl bir yöntem salanmtr. Gelitirilen bu model, sadece Kurumda deil, baka herhangi bir kurumdaki projelerin performans deerlendirilmesinde de kullanlabilecek genel bir modeldir. KAYNAKÇA [1] Thomas A. DeCotiis ve L. Dyer, "The Dimensions and Determinants of Project Performance," Industrial Marketing Management, 6, 370-378, (1977). [2] V. Chiesa ve C. Masella, "Searching for an Effective Measure of R&D Performance," Management Decision 34/7, 49–57, (1996). 444

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [3] S. Lipovetsky, A. Tishler, D. Dvir ve A. Shenhar, "The Relative Importance of Project Success Dimensions," R&D Management, 27, 2, (1997). [4] I.C. Kerssens-van Drongelen ve A. Cook, "Design Principles for the Development of Measurement Systems for R&D Processes," R&D Management, 27, 4, (1997). [5] B.M. Werner ve W.E. Souder, "Measuring R&D Performance – State of the Art", Research Technology Management; 40, 2, (Mar/Apr 1997). [6] John R. Hauser ve F. Zettelmeyer, “Metrics to Evaluate R, D & E”, Research Technology Management, Vol. 40 Issue 4, p32, (Jul/Aug97). [7] A.S. Pillai, A. Joshi and K.S. Rao, "Performance Measurement of R&D Projects in a Multi-Project Concurrent Engineering Environment", International Journal of Project Management, 20, 165-177, (2002). [8] Z. Tohumcu, “R&D Project Performance Evaluation with Multiple and Interdependent Criteria”, MS Thesis, Middle East Technical University, (2007). [9] T. L. Saaty, "Decision Making with Dependence and Feedback: The Analytic Network Process”, RWS Publications, Pittsburgh, (1996). [10] T. L. Saaty, “The Analytic Hierarchy Process”, McGraw-Hill, New York, (1980). [11] B. Chandran, B. Golden ve E. Wasil, “Linear Programming Models for Estimating Weights in the Analytic Hierarchy Process”, Computers and Operations Research, 32, 2235–2254, (2005). [12] C. Charnes, W.W Cooper ve E. Rhodes, “Measuring the Efficiency of Decision Making Units”, European Journal of Operational Research 2, 429444, (1978).

445

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

446

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAVRAMSAL TASARIM SÜRECNDE KULLANICI ODAKLI KARAR DESTEK YÖNTEMLERNN UYGULANMASIÖRNEK ÇALIMA: FÜZE TASARIM PROJES

Güne AYDIN(a) , Yavuz ÖZTÜRK(b)

(a) (b)

Roketsan A.. , 06780, Ankara, [email protected] Roketsan A.. , 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride; kavramsal tasarm aamasnda kavram seçimine yardmc olmas amacyla Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD), Analitik Hiyerari Yöntemi (AHP), Teknoloji Hazrlk Seviyesi (TRL) gibi çeitli güçlü/yaygn analiz yöntemleri tümletirilerek oluturulan karar analiz süreci, bir füze sistemi tasarm projesine uygulanarak anlatlmtr. Bu analiz sürecinin temel amac; ihtiyaç sahibinin tercihleri ve teknolojik yaplabilirlik unsurlarn tasarm sürecine katarak mümkün olan en doru kavramn tanmlanmasn salamaktr. Anahtar Kelimeler : Kavramsal tasarm, QFD, AHP, TRL, Füze Sistemleri ABSTRACT In this paper, a quantitative concept downselect analysis, integrates powerful analysis tools, like Quality Function Deployment (QFD), Analytic Hierarchy Process (AHP), Technology Readiness Level (TRL), is applied to a missile conceptual design. The main purpose of this analysis process is helping to define the right system solution by including the voice of the customer and technology readiness in the selection. Keywords : Conceptual Design, QFD, AHP, TRL, Missile Systems GR

Günümüzde sistemlerin; zorlayc operasyonel koullarda çoklu görev senaryolarn gerçekletirebilecek kabiliyette olmalar ihtiyac, karmak sistemlerin, görevin gerektirdii tüm koullardan etkilenmeyecek gürbüzlükte ve gelien ihtiyaçlara cevap verecek bir süre içinde tasarlanmas zorunluluunu ortaya çkarmtr. Bu nedenle kavram tanmlama ve ön tasarm süreçlerinin, maliyet etkin sistem çözümleri sunabilmek için, daha etkin kullanlmas zorunludur. Bu durum sistem tasarm döngüsünde iki kritik nokta olan; sistemin doru tasarlanmas 447

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ve doru sistemin tasarlanmas kavramlarna daha büyük önem kazandrmtr. Doru sistemin tasarm, sistem tasarm döngüsünün ilk basama olan kavram tanmlanmas aamasndan itibaren devreye girmektedir. htiyacn doru analiz edilmesi, sistem gereksinimlerinin eksiksiz ve gerçekçi belirlenmesi ve sistem gereksinimleri ile performans özelliklerinin dengeli eletirilmesi, doru sistem tasarmnn temel talarn oluturmaktadr. Sistem mühendislii ve geleneksel tasarm literatürü incelendiinde, ihtiyacn ve sistem gereksinimlerinin analizi amacyla bir çok yöntemin mevcut olduu görülmektedir. Bu makalede Analitik Hiyerari Yöntemi (AHP), Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD) ve Teknoloji Hazrlk Seviyesi (TRL) analiz araçlar incelenerek örnek bir füze sisteminin kavram seçim sürecinde uygulanacaktr. ANALTK HYERAR YÖNTEM (AHP) ve KARAR VERME SÜREC

1970’lerin balarndan itibaren karmak problemlerin çözümü ve karar verme süreçlerinin birçounda çoklu kriter karar verme yöntemleri kullanlmaktadr. Analitik Hiyerari Yöntemi (AHP) 1977-1980 yllar arasnda Pittsburg üniversitesinden Saaty T. L. tarafndan gelitirildikten sonra çok yaygn kullanm alanna sahip olmu bir çoklu kriter karar verme yöntemidir. [1] [2] AHP analiz sürecinde insana özgü öznel kararlar, matematik bilimi ile birletirilerek kararlarn sistematik bir ekilde belirlenmesi salanr. [3] Karar verme sürecinde AHP; karmak problemi hiyerarik bir düzene koyarak karar veren kiiye kriterler arasnda ikili karlatrma ans tanr. Karlatrmalar “1” ile “9” arasndaki skala kullanlarak yaplr. Burada “1” iki kriterin eit olduunu belirtirken, “9“ bir kriterin dierine oranla çok daha önemli olduunu ifade eder. AHP genellikle 4 ana adm ile özetlenebilir. 1. Problemin hiyerarik yapsn kurmak 2. Her seviyedeki kriterleri birbirleriyle karlatrmak 3. Karlatrmalarn tutarllk analizlerini gerçekletirmek 4. Kriterler arasndaki öncelik sralarn belirlemek AHP analiz sürecinin ilk basama olan hiyerarik yap kurulurken öncelikle problemin üst seviye kriterleri oluturulur. Daha sonra her üst seviye kriterin alt seviye kriterleri oluturulur. Kaç seviye kriter tanmlanaca tamamiyle problemin karmakl ve karar vericiye baldr. Ayn seviyedeki kriterlerden matrisler oluturularak AHP sürecinin ilk adm tamamlanr. K 1 , K 2 ,...K n parametrelerinin ayn 448

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

seviyede kriterler olduu bir örnekte,. her iki kriterin birbirleri arasndaki karlatrma oran aij deeri aldnda; AHP karlatrma matrisi “ A ” aadaki gibi olmaktadr. Karlatrma oran aij ’nin deerleri Çizelge 1’de verilmitir. Çizelge 1. AHP Karlatrma Skalas

aij ! 0

A

(aij )

aij

1

aij

1 / aij i, j

i

a ij deeri

K i vs K j

j 1,2,..., n(i z j )

Eit

1

Biraz Önemli

3

Önemli

5

Çok Önemli

7

Son Derece Önemli

9

Karlatrma matrisleri oluturulduktan sonra matrisin karakteristik kökleri ( O ) ve vektörleri ( W ) hesaplanr ( ( A  OI )W 0 ). Karakteristik kökler bize kriterler arasndaki öncelik sralamasn verirler. Bulunan bu öncelik srasn kullanmadan önce oluturulan matrislerin içerisinde yaplan karlatrmalarn tutarl olup olmadklarnn kontrol edilmesi gerekmektedir. Saaty, tutarl matriste en büyük kararteristik kökün ( O max ) matrisin boyuna ( n ) eit olduunu göstermitir. [1] [2] AHP analiz sürecinde matrislerin tutarll tutarllk oran ( CR ) hesaplanarak bulunur. Tutarl bir matrisin tutarllk kabul oran % 10’dur ( CR d 0.1 ).[1] [2] Tutarllk oran tutarllk indeksinin ( CI ), rastlantsal indekse ( RI ) bölünmesi ile bulunur. ( CR CI / RI ). Tutarllk indeksi ( CI ); matrisin en büyük karakteristik kökü ve matris boyutlar kullanlarak hesaplanr ( CI (O max  n) /(n  1) ). Rastlantsal indeks ( RI ) ise rastgele oluturulmu matrislerin tutarllk indekslerinin ortalamas alnarak bulunur. (Çizelge 2) Matrisin tutarsz olduu durumlarda, matristeki tutarsz kararlarn belirlenmesi ve karar vericinin ilgili kararlarn tekrar gözden geçirmesi gerekmektedir. Çizelge 2. Matris Boyutlarna Göre Rastlantsal ndeks ( RI ) n RI

1 0

2 0

3 0.52

4 0.89

5 1.11

6 1.25

7 1.35

8 1.4

9 1.45

10 1.49

KALTE FONKSYON GÖÇERM (QFD)

Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD); 1960’larn sonlarna doru Japonya’da ortaya çktktan sonra otomotiv ve savunma sanayii irketlerinde skça kullanlan bir müteri gereksinimleri analiz arac olmutur. QFD analizinin temel amac; müteri isteklerini (M), sistemin tasarmn yönlendirecek önemli teknik parametreler (TP) ile 449

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ilikilendirmek ve böylece sistem tasarmnn müteri istekleri yönünde yaplmasn salamaktr.[4] likilendirmeler “Kalite Evi” (ekil-1) denilen matris yaps ile kurulur. Kendi aralarnda müteri tarafndan önceliklendirilen istekler teknik parametreler ile aadaki gibi bir kyaslama skalas (Çizelge-3) kullanlarak ilikilendirilir. Analiz sonucunda teknik parametreler arasnda bir öncelik sras oluur ve bu durum tasarmcya sisteminin hangi teknik parametrelerinin öne çkarlmas konusunda önemli bir girdi salar. Teknik Parametreler Müteri stekleri

TP(1) TP(2)

...

TP(n)

M1 M2 … M(n)

Çizelge 3. Kalite Evi Skalas M vs TP

Biraz lgili

1

Orta Dere lgili

3

Son Derece lgili

9

ekil 1. Kalite Evi

TEKNOLOJK HAZIRLIK SEVYELER (THS)

NASA tarafndan gelitirilen Teknolojik Hazrlk Seviyeleri (THS); teknolojilerin olgunluk seviyesini sistematik bir ekilde belirleyen bir skaladr.[5] THS teknolojilerin olgunluk seviyelerini 1’den 9’a kadar sralar. THS – 1 seviyesi söz konusu teknoloji için literatür taramas ve temel prensiplerin aratrlp raporlandn belirtirken, THS – 9 seviyesi ise teknolojinin uçulu görevlerde baaryla kullanldn temsil eder. NASA tarafndan hazrlanan teknoloji hazrlk seviyeleri aadaki gibidir. Çizelge 4. Teknolojik Hazrlk Seviyeleri 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Söz konusu teknoloji ile ilgili bilgi seviyesi yalnzca temel aratrma düzeyinde ( Temel prensipler aratrlm ve raporlanm) Söz konusu teknoloji ile ilgili bilgi seviyesi teorik çalmalar düzeyinde ( Aratrlan temel prensiplerin pratik uygulamalar aratrlmtr. Bu seviyede uygulamalar destekleyecek hiçbir deney veya analiz yaplmamtr) Söz konusu teknoloji ile ilgili teorik ve deneysel çalmalar yaplm( Bu seviyede aratrlan teknolojiler için analitik çalmalar yaplm ve bu çalmalar laboratuar ortamnda deneylerle dorulanm) Söz konusu teknolojiyi içeren bir masaüstü prototip gelitirme çalmas tamamlanm ve komponentlerin bir arada çalabilirlii laboratuar ortamnda dorulanm Gelitirilen masaüstü prototipin çalabilirlii/gereksinimleri salayabilirlii gerçek veya simüle edilmi ortamlarda testlerle dorulanm Söz konusu teknolojiyi içeren bir model veya prototip gelitirme çalmas tamamlanm ve bu prototipin çalabilirlii/gereksinimleri salayabilirlii gerçek veya simüle edilmi ortamlarda testlerle dorulanm Söz konusu teknolojiyi içeren bir kalifikasyon prototip gelitirme çalmas tamamlanm ve bu prototipin çalabilirlii/gereksinimleri salayabilirlii gerçek ortamnda dorulanm Nihai ürün tamamlanm ve yer ve uçu testleri yaplm. Nihai ürün kullanlm ve baarl olduu kantlanm

ÖRNEK ÇALIMA : FÜZE TASARIM PROJES

Bu çalmada portatif bir tanksavar füze sisteminin kavramsal tasarm sürecinde baz alnacak konfigürasyonlar tanmlamak için yaplan bir çalmadan örnekler verimitir. Bu çalmada önceki bölümlerde açklanan yöntemler karar destek arac olarak kullanlmaktadr. Portatif tanksavar füze sistemleri temel olarak piyadenin hareket ve araziden 450

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

faydalanabilme avantajlarn tanklara kar kullanmay hedefleyen taaruz silahlardr. Bu nedenle tek ya da iki er tarafndan kullanlabilecek basitlikte ve hafiflikte tasarlanrlar. Kavramsal tasarm sürecinin ilk adm olarak gereksinim analizi yaplmtr. Gereksinimler ortaya çktktan sonra ihtiyaç sahibi/kullancnn gereksinimler arasndaki eilimini belirlemek için bir önceliklendirme çalmas yaplm, bu çalmann sistematik ve tutarllnn kontrolü amacyla AHP yöntemi kullanlmtr. AHP yöntemine göre gereksinimler arasnda hiyerarik bir yap oluturulmu, öncelikle ayn kriter grubu altnda ele alnabilecek gereksinimler gruplandrlmtr. (Çizelge 5) Daha sonra kullancdan her seviyedeki kriterleri (kriter gruplar ve gruplar içindeki kriterleri ayr ayr) ikili olarak birbirleri ile karlatrmalar istenmitir. Kullancdan gelen matrisler AHP yöntemi ile analiz edilmi, tutarsz matrisler elenerek, kullancn istekler arasndaki öncelii belirlenmitir. Çizelge 5. Hiyerarik Sistem Gereksinimleri ve Öncelik Sras K1 Görev Etkinlii % 32 K1.1 Yüksek Azami Menzil 2 K1.2 Düük Asgari Menzil 1 K1.3 Ksa Uçu Süresi 1 4 K1.4 Yüksek Vuru Oran K1.6 Yüksek Zrh Etkinlii 5 K2 Kullanm Kavram % 25 K2.1 At-Unut Kabiliyeti 3 K2.2 At-Güncelle Kabiliyeti 1 K3 Kullanlabilirlik % 18 K3.1 Kolay Kullanm 1 K3.2 Portatif Tanabilme 2 K4 Lojistik Etkinlii % 25 K4.1 Yüksek Güvenilirlik 2 K4.2 Bakm Yaplabilirlik 2

Kullanc önceliklerini incelediimizde görev etkinlii ve lojistik kriter gruplarnn daha ön plana çkt görülmektedir. Ayrca kullanc; “Yüksek Zrh Etkinlii” ve “Yüksek Vuru Oran” kriterlerini dier kriterlere göre daha öncelikli konuma yerletirmitir. Kullanc isteklerini füze sistemi teknik parametreleri ile ilikilendirmek ve böylece kullanc isteklerinin tasarm dilindeki karlklarnn saptanabilmesi için QFD çalmas yaplmtr. Bu çalma için füze sistemi teknik parametreleri belirlenmi [6] ve tasarm ekibi, bu teknik parametreleri, kullanc istekleri ile eletirmitir. (Çizelge 6) Bu çalma sonucunda tasarmn öncelikli teknik parametreleri ortaya çkmtr. Çizelge 6. QFD, Kalite Evi

451

1

Ksa uçu süresi

1

Yüksek vuru oran

4

Yüksek zrh etkinlii

5

Yüksek at-unut kabiliyeti

3

Yüksek at-güncelle kabiliyeti Kolay kullanm

1

Portatif tanabilme

2

Yüksek Güvenilirlik

2

Yüksek bakm yaplabilirlik

2

Toplam Puan Yüzde Puan

9

9

MTTR (Saat)

3

MTBF (Hata/Görev)

3

3

Sensör Hassasiyeti

9

Tespit Mesafesi (km)

Uçu Hz (Mach)

Füze Çap mm)

Toplam Görü Açs (deg)

2

Düük asgari menzil

Manevra Kabiliyeti (g)

Yüksek azami menzil

Harp Bal Kimyasal Tipi

Yakt Kütlesi (kg)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

9 1

9 9

9

1

3

3

3

1 9 3

1

1 9

3

3

9 9

36 10

45 12

69 19

14 4

26 7

40 11

42 12

34 9

3

9

36 10

21 6

QFD analizi sonucunda harp bal performansn dorudan etkileyen “Füze Çap” ve özellikle At-Unut kullanm kavramn yakndan ilgilendiren arayc performans parametreleri; “Toplam Görü Açs” ve “Tespit Mesafesi”nin öne çkt görülmektedir. Bu noktadan sonra tasarmcnn görevi bu teknik parametrelerin yüksek olduu sistem çözümlerine yönelmektir. Günümüzdeki teknoloji alternatiflerinin çeitlilii göz önüne alndnda, elimizdeki füze problemi için yüzlerce deiik çözüm konfigürasyonu türetmek mümkündür. Ancak bu bildirinin de nihai amac olan konfigürasyon uzayn daraltmak THS seviyelerini ve QFD sonuçlarn kullanarak mümkün olabilir. Problemin konfigürasyon uzayn tanmlayabilmek için öncelikle bir morfolojik matris oluturulmutur. (Çizelge 7) Bu morfolojik matriste sadece teknoloji alternatifleri deil, ayn zamanda kullanm kavram alternatifleri de deerlendirmeye alnmtr. THS tanmlarna göre, olgunluk seviyesi 5 ve üstü olan teknolojilerin, tasarm projelerinde dorudan kullanlabilir teknolojiler olduklar deerlendirilmektedir. Olgunluk seviyesi 5’den düük teknojilerin doudan kullanm, projelere teknik risk getirecektir. Bu gerekçe ile, oluturulan morfoloji matrisinde ilk olarak olgunluk seviyesi 5’in altnda olan teknolojiler elenmitir. Örnein yandan lüleli motor 452

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

teknolojisi ile ilgili deneyim az olduundan, bu teknoloji THS-2 olgunluk seviyesinde bir teknoloji olarak deerlendirilmitir. AHP ve QFD analizi sonuçlar da morfoloji matrisinin ekillendirilmesi ve seçeneklerin oluturulmas amacyla kullanlmtr. Bu sayede kullancnn ihtiyaçlarna cevap vermeyen teknoloji ve kullanm kavramlar ayklanabilmektedir. Örnein QFD sonuçlarna göre füze çap, kullancnn yüksek zrh etkinlii ihtiyacna birinci derecede cevap verdiinden, sistemin çapnn olabildiince yüksek tutulmas arttr. Bu yüzden düük çapl konfigürasyonlar tasarm uzayndan çkarlmtr . Çizelge 7. Teknoloji ve Kullanm Kavramlar Morfoloji Matrisi Çap (mm) Kullanm Kavramlar

Güdüm Arayc

Harp Bal

Ortalama Hz (Mach) At Kavram

3 150

<0.9

1.3-1.5

>1.5

At-Unut

At-Güncelle

Fiberoptik

RF

Ataletsel Ölçüm Birimi

MEMS

FOG

Tip

IIR

IIR/TV

Gimbal

Var

Yok

Mod

Aktif

Yar-Aktif

Tip

JET (HEAT)

EFP

Tapa Kontrol Tahrik Sistemi Kontrol Yüzeyi Manevra Tipi Sistem

Motor

2 140

Güncelleme Yöntemi

Tip Kontrol

1 130

Lüle

mmW

Laser

Pasif

Çarpma

Yaklama

Aerodinamik

tki Vektör

Hibrit

Pnömatik

Elektromekanik

Hidrolik

Kanard

Kuyruk

Yok

BTT

STT

Boost

Boost-Sustain

Yanal Lüle

Arka Lüle

Yakt Tipi Kat Teknolojik Hazrlk Seviyesi 5’in altnda olan teknoloji

4

Boost-Cruise

Sidejet

Pintle

Jel

QFD ve Kullanc steklerine göre elenen teknoloji veya kullanm kavram

Bu aamadan sonra alternatif konfigürasyonlar, seçim uzay daraltlm morfoloji matrisinden (Çizelge 7) türetilebilir. Türetilen konfigürasyonlar simülasyon / analiz, QFD ve AHP sonuçlar kullanlarak derecelendirilebilir ve bu sayede en iyi alternatif konfigürasyonun seçimi salanabilir. SONUÇ

Bu bildiride; kavramsal tasarm aamasnda kavram seçimine yardmc olmas amacyla Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD), Analitik Hiyerari Yöntemi (AHP), Teknoloji Hazrlk Seviyesi (THS) gibi çeitli güçlü/yaygn analiz yöntemleri tümletirilerek oluturulan karar analiz süreci, bir füze sistemi tasarm projesine uygulanarak anlatlmtr. Yaplan analizlerin tasarmc açsndan 2 ana sonucu olmutur. Birincisi 453

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ihtiyacn veya problemin tanmlanmas, ikincisi ise ihtiyac karlayacak sistem çözümünü için kullanlabilecek teknoloji alternatiflerinin belirlenmesidir. Bu sayede problemin tasarm uzay nicel olarak daraltlmtr. Ayrca bilindii gibi söz konusu analiz araçlar insana ait nitel kararlar, nicel kararlara çeviren araçlardr. Bu da bu analiz araçlarnn sonuçlarn insan baml yapmaktadr. nsan kararlarnn getirdii belirsizlikleri de hesaba katabilecek “Fuzzy Logic” uygulamalarnn bu analizlere katlmasnn, süreci ve sonuçlar daha salkl hale getirecei deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA

[1] Saaty T.L. (1977), “A scaling method for priorities in hierarchical structure” J Math Psychol (15) : 234-281 [2]Saaty T.L. (1980), “The analytic hierarchy process” McGraw-Hill, Newyork [3] Saaty T.L. (2001), “How to make a decision? In: Saaty TL, Vargas LG(eds) Models, methods, concepts and applications of the analytic hierarchy process” chap 1. Kluwer, Dordrecht [4] Cohen L. (1995), “Quality Function Deployment : How to make QFD work for you” Addison - Wesley [5] Mankins J.C. (1995), “Technology Readiness Levels . A white paper” Advanced Concepts Office, Office of Space Access and Technology, NASA [6] Wollover D.R. (1997), “Qualitiy function deployment as a tool for implementing cost as an independent variable” Acquisition Review Quaterly

454

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara MÜHMMAT VE ROKET/FÜZE SSTEMLER ÜRETMNDE ÜRÜN VE ÜRETM HATTI KALFKASYONU

Nevzat KILINÇ (a), Serkan YAVUZ (b)

(a)

Dr.Y.Müh.Alb., MSB Teknik Hizmetler Dairesi Bakanl, 06100,Ankara, [email protected] km.Yzb., MSB Teknik Hizmetler Dairesi Bakanl, 06100, Ankara, [email protected]

(b)

ÖZET leri teknoloji içeren ürünler olan ve TSK ihtiyaçlarnn karlanmas maksadyla yurtiçi ve yurtd kaynaklardan tedarik edilen mühimmat ve roket/füze sistemlerinin üretiminde en önemli hususlardan birisi; mühimmat veya roket/füzenin gelitirme ve üretim safhalarnda, taktik ve teknik ihtiyaçlar karlayacak, ürünün kullanm ve depolama esnasnda karlalaca riskleri en aza indirecek, performans ve emniyet gereksinimlerini salayacak ürün ve üretim hatt kalifikasyon programlarnn oluturulmasdr. Ürün ve üretim hatt kalifikasyonunun savunma sanayi gelimekte olan ülkemizde yeterince bilinmemesi nedeniyle, ürünün ömür devri boyunca çeitli problemlerle karlalmaktadr. Bu çalmann amac planlamac, proje yöneticisi, üretici ve kullanc gibi çeitli savunma sanayi aktörlerinin, ürün ve üretim hatt kalifikasyonu programlar konusunda bilgilendirilmesini salamaktr. Çalmann Türkiye’de üretilen mühimmat ve roket/füze sistemleri kapsamnda, hem teorik bilgi birikimine hem de uygulamadan alnan dersler nedeniyle yeni üretilecek sistem projelerine katk salayaca deerlendirilmektedir. Anahtar Kelimeler: Sistem Mühendislii, Ürün Kalifikasyonu, Üretim Hatt Kalifikasyonu. ABSTRACT One of the most important issues in the production of high-technology products such as ammunition, rocket/missile systems procured from domestic or foreign sources to satisfy the requirements of Turkish Armed Forces is the establishment of product/production line qualification programmes aiming to satisfy tactical and technical requirements, minimize the risks associated with the usage and warehousing, provide the performance and safety requirements. Because of the inadequate awareness of product/production line qualification in the lately developing Turkish Defence Industry, numerious problems are faced in the life cycle of products. This study aims to acknowledge defence industry actors such as project managers, manufacturers and users about the product/production line 455

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara qualification programmes. It is assumed that the study will be beneficial to both the theoretical body of knowledge and to new systems projects under consideration in Turkey, due to lessons learned from the application. Keywords: Systems Engineering, Product Qualification, Production Line Qualification. 1. GR “Belli bir amac gerçekletirmek için biraraya getirilmi ve aralarnda etkileim olan çeitli bileenlerden oluan bütüne” veya “Belirlenmi bir ihtiyac karlayabilecek veya bir hedefi gerçekletirebilecek insanlar, ürünler veya süreçler bütününe [1]” sistem ad verilmektedir. Günümüzde sistemler, özellikle de savunma sistemleri, teknolojinin gelimesine de paralel olarak, çok yüksek maliyet gerektirmekte, çou zaman planlanan bütçe ve zamanda tamamlanamamakta, kendilerinden beklenen fonksiyonlar ve performans gerçekletirememektedir. Alt sistemler ve bileenlerin bir bütün oluturacak ekilde entegre edilmesinde ve sistemlerin deien teknoloji ve çevresel artlar ile kullanc ihtiyaçlar yönünde modifikasyonunda sorunlarla karlalmaktadr. Kullanclarn ihtiyaçlar tam olarak tespit edilememekte, bu nedenle tasarlanan sistemler çou zaman kullanclar memnun etmemekte, hatta kullanm esnasnda beklenmeyen tehlikelere sebep olmaktadr. Yukarda açklanan sebepler ve modern savunma sistemlerinin karmakl; günümüzde görev ihtiyaçlarn karlayacak, üretilebilir, çalabilir, desteklenebilir ve envanter dna çkarlabilir sistemlerin gelitirilebilmesi için “sistem mühendisliinin” uygulanmasn gerekli klmaktadr. “Sistem mühendislii, müteri ihtiyaçlarn karlayabilecek sistemlerin gelitirilmesini salamak ve sistemin ömür devri aamalar boyunca yürütülen çalmalarda teknolojik gelimelerden yararlanmak amacyla, çeitli bilim ve mühendislik dallarndan elde edilen bilgilerin kullanlmasn salayan disiplinleraras bir mühendislik yönetim sürecidir [2]”. Sistem Mühendisliinin Teknik Bilgi Boyutu ve Sistem Mühendislii Yönetimi boyutu olmak üzere temel iki disiplini bulunmaktadr [2]. Sistem Mühendislii Yönetimi, sistemlerin tedarikinde gerçekletirilmesi gereken, sistem gelitirme çabalarnn uygun bir ekilde yönetilebilmesi için zorunlu olan 3 ana faaliyetin entegrasyonu ile baarlabilir. Bunlar; x Tasarm sürecini kontrol eden ve tasarm çalmalarnn koordinasyonunu salayan gelitirme safhas, x Tasarm problemlerini çözümlemek için yap salayan ve gereksinimlerin tasarma dönütürülmesi akn izlemeye yarayan sistem mühendislii süreci,

456

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara x Tasarm sürecine müterinin dahil olmasn salayan ve gelitirilen sistemin ömür devri boyunca güvenilir bir ekilde görev yapmasn garanti eden ömür devri entegrasyonudur. Gelitirme safhasnn; tasarm faaliyetlerinin kontrolü ve sistemin teknik boyutlarnn yönetimi, genel tedarik yönetimi ile balantnn kurulmas olmak üzere, iki temel amac bulunmaktadr. Gelitirmede, her safhay yönetecek tasarm ana çizgileri oluturularak tasarm kontrol edilir. Gelitirme sürecindeki tasarmn doruluunun ve geçerliliinin deerlendirilebilecei kritik faaliyetler ortaya konarak, tedarik süreci ile gelitirme arasndaki arayüz oluturulur. Gelitirilmi ana çizgilerin doruluk ve geçerlilii tedarik yönetimi karar noktalar için temel bir girdidir. Sistem Mühendislii Süreci, Sistem Mühendislii Yönetiminin temelidir. Amac, gereksinimleri artnamelere, mimarilere ve konfigürasyon ana çizgilerine dönütürecek yapsal ve esnek bir sürecin salanmasdr [2]. Süreç, müteri ihtiyaçlarn karlayacak çözümlerin gelitirilebilmesi için kontrol ve izlenebilirlik salar. Sistem Mühendislii Süreci, yukarda bahsedilen ve literatürde genel olarak konfigürasyon ana çizgileri olarak adlandrlan tanmlamalar oluturabilmek amacyla, sistem gelitirmenin her seviyesine uygulanr. Bu ekilde, her seviyede daha ayrntl hale gelen konfigürasyon ana çizgileri serisi oluur. Konfigürasyon ana çizgileri, sistem seviyesinde fonksiyonel ana çizgi, altsistem/komponent performans tanm seviyesinde tahsis edilmi ana çizgi, altsistem/komponent ayrntl tanm seviyesinde ürün ana çizgisi adn alr. Sistem Mühendislii Süreci, ihtiyaç ve gereksinimleri her safhada biraz daha fazla deer katarak ve ayrntlandrarak, ürün ve süreç tanmlarna çevirebilmek, karar vericilere bilgi salamak, ömür devri süreçlerinin bir sonraki safhas için girdi salamak maksatlaryla, ömür devrinin bütün safhalarna uygulanan bir problem çözme tekniidir. Süreç, deiik tekniklerin kullanld karmak 3 temel faaliyetten olumaktadr; Gereksinim Analizi, Fonksiyonel Analiz ve Tahsis, Tasarm Sentezi. Bu üç temel faaliyetin sonucu da, çeitli tekniklerin kullanld Sistem Analizi ve Kontrol olarak adlandrlan dördüncü bir faaliyetle dorulanmakta ve dengelenmektedir [3]. Ömür devri entegrasyonu ise, gelitirilen tasarm çözümünün sistemin ömür devri boyunca geçerli olabilmesini salayabilmek için gereklidir. Entegrasyon, ürün ve süreç gelitirme ile ilgili planlamay ve çokyönlü fonksiyonel kayglarn tasarm ve mühendislik sürecine entegre edilmesini içerir. Uygulama prensipleri ve ayrntlar çeitli dokümanlarda verilen sistem mühendislii süreci, sistem mühendislii yönetimi ve sistem ömür devri aama ve süreçleri kapsamnda, tasarm ve gelitirme safhasnn üretime dönütürülmesinde önemli bir yeri olan ürün ve üretim hatt kalifikasyonu kavramlar ve uygulamalar, bu çalmann ana ilgi alann oluturmaktadr.

457

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. SAVUNMA SSTEMLER ÜRETM YÖNETM VE ÜRÜN/ÜRETM HATTI KALFKASYONU a. Savunma Sistemleri Üretim Yönetimi Çalmada, bir sistemin gelitirilmesi ve üretimi safhalarnda gelimi ülkeler tarafndan uygulanan, [4] ve [5] numaral kaynaklarda ayrntlar verilen sistem ömür devri yönetimi ile uyumlu olarak gelitirilerek ekil-1’de basitletirilmi olarak verilen, Üretim Yönetimi Modeli kullanlacaktr. Error! Objects cannot be created from editing field codes. ekil 1. Savunma Sistemi Üretim Yönetimi Modeli

Sistem tasarmnn baarl bir ekilde tamamlanmas, ancak youn olarak Sistem Mühendisliinin uygulanmas ile mümkündür. Bir sonraki aamada, belirlenen taktik ve teknik istekler dorultusunda tasarm dorulama aamasndaki testlerden (alt sistem testleri, prototip testleri, döngüde yazlm ve donanm simülasyon testleri) olumlu sonuç alnmasn müteakip, ürün kalifikasyonu/sertifikasyon safhasnda ürüne yönelik olarak, fonksiyonel testler, güvenilirlik testleri, emniyet testleri, çevresel testler ve ömür belirleme testleri yaplr. Bu testlerde müteri tarafndan talep edilen isteklerin yannda uluslararas standartlarda belirtilen kriterlerin de salanmas amaçlanr. Bu kapsamda, sistemden beklenen performansn ölçülmesi amacyla fonksiyonel testler icra edilir. Sistemin her türlü muharebe koulunda göreve hazr olma durumunun bir ölçütü olan Sistem Güvenilirlik Testleri her alt komple baznda detayl olarak planlanr. Özellikle sistemin kullanm, tama ve depolama faaliyetlerinde personel ve malzemeye hasar vermeden emniyetli bir biçimde üretiminin temin edilmesi için Emniyet Testlerine ilaveten, souk, scak, nemli ortam, tuzlu ortam, radyasyon, titreim vb. taktik ortamdaki muhtemel koullarn simule edildii çevresel testler, kalibrasyona uygun ekilde yaplm test merkezleri ve laboratuarlarda yaplr. Hâlen ülkemizde MIL-STD-810F çevre koullar için arlkl olarak kullanlan standarttr. Sistemin raf ömrü boyunca performansnn korunmas, emniyet kriterlerini sürdürmesinin ölçümünü salamak için, yalandrma ömür belirleme testleri icra edilir. Her sistemin teknolojik yapsna bal olarak özel bir test program yaplr ve uygulanr. Örnein, kompozit veya çift bazl yakt teknolojisi kullanlarak üretilen bir roket sisteminde, yakt belirlenmi s deerlerinde, belirli sürelerde (aylar mertebesinde) muhafaza edilerek, periyodik olarak kimyasal, fiziksel testler uygulanr. Öngörülen performans kriterlerinin salanmamas durumunda tasarm gözden geçirilir.

458

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Ürün kalifikasyon aamasnn olumlu sonuçlandrlmas konusunda, ihtiyaç makam ile mutabk kalnmasn müteakip, sisteme yönelik teknik resimler, malzeme/hammadde listeleri uygulanan standartlar dahil olmak üzere ilgili tüm dokümantasyonun yer ald Teknik Bilgi Paketi (Technical Data PackageTDP) nihai hale getirilir. MIL-STD-31000C, dünyada TDP’nin oluturulmas ve format konusunda uygulanmakta olan önemli bir standarttr. Sistemi tanmlayan en önemli referans doküman olan TDP’nin oluturulmasn müteakip, üretimin gerçekletirilmesi ve kazanm hedeflenen öncelikli teknolojiler göz önüne alnarak, projede görev alacak sanayi kurulular üretim alt yaplar ve teknolojik düzeyleri deerlendirmek suretiyle Proje Yönetim Makam (PYM) olarak görevlendiren hükümet birimi tarafndan icra edilen proje sanayileme faaliyetleri çerçevesinde, her üretim hattna özgü bir Üretim Bilgi Paketi (Manufacturing Data Package-MDP) sonuçlandrlr. Üretimde uygulanan prosesler, üretimi yapacak personelin eitimleri, özel maksat test/ekipman tasarm, operasyon planlar vb. Üretim Bilgi Paketinde yer alr. TDP ve MDP’nin hazrlanmas bir süreç olup, bu dokümanlarn hazrl kavramsal tasarm ile balamakta ve her aamada gerek duyuldukça revize edilerek olgunlatrlmaktadr. Dier bir ifade ile, Sistem Mühendislii Sürecinin deiik aamalarnda ilgili konfigürasyonel ana çizgide konfigürasyon yönetimi ilkeleri dorultusunda deiiklikler yaplarak, söz konusu bilgi paketleri güncellenebilmektedir. Kalifikasyonun olumlu sonuçlanmas ile, kavramsal tasarmdan beri oluturulagelmekte olan TDP ve MDP üzerinde, konfigürasyonel ana çizgi seri üretime baz bir hal almaktadr. Temel olan TDP, MDP ve sözlemeler kapsamnda üretimi gerçekletirecek sanayi kuruluunca oluturulan ilgili dokümantasyon çerçevesinde kalifiye edilmi ürünün söz konusu üretim hattnda üretilebilirliinin ispat ve kontrollü üretim koullarnn oluturulmasna yönelik olarak, PYM koordinatörlüünde Üretim Hatt Kalifikasyonu (ÜHK) icra edilir. ÜHK kapsamnda u kontroller yaplr: a. Parça-Malzeme-Proses (PMP) Listeleri b. Ekipman Kalibrasyonu c. Proses Kontrol ç. Konfigürasyon Ana Çizgisi d. Personel Sertifikasyonu e. Pilot Kafile Üretimi f. Çevresel Testler/Tasarm Limit Kontrol g. Pilot Kafile Testleri. Genel olarak, ÜHK’nn icrasna yönelik yeterli sayda ürünün yer ald bir pilot kafile üretilir ve sistemle ilgili taktik, teknik istekler/standartlar gözönüne alnarak detayl olarak hazrlanm ÜHK test planlar kapsamnda, Pilot Kafile Testleri icra edilir. ÜHK’nn baarl sonuçlanmas ile, gerek ürün 459

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara konfigürasyonu, gerekse üretim hattndaki ilgili tüm ürünlerin (ekipman, proses vb.) statüsü tespit edilerek kontrol altna alnr. Ürüne yönelik Konfigürasyon Statü Listesi oluturulur. Kalite Kontrol ve Konfigürasyon Yönetimi alt disiplinleri ile desteklenen kontrollü seri üretimi müteakip, ürün muayeneleri yaplarak envantere teslim edilmektedir. Üretim esnasnda oluturulan Mühimmat Bilgi Paketi, kullancya ürünün kullanm safhasnda gerekli bakm, depolama vb. bilgileri içermektedir. htiyaç duyulduunda, ürüne teknolojik gelimelerin uygulanmas ve sistemin gelitirilmesi için, tekrar tasarm safhasna geri dönülmesi gerekmektedir. b. Ürün/Üretim Hatt Kalifikasyonu ngilizce ve Franszcadaki qualification, Almancadaki qualifikation kelimelerinden Türkçeye uyarlanm olan kalifikasyon kelimesi, bir eyin veya kimsenin niteliklerine uygunluunun ortaya konmas, yeterliliin kantlanmas anlamna gelmektedir. Savunma Sistemleri üretiminde ise kalifikasyon, bir süreç veya sistemin istenilen spesifikasyonlara uygun olarak çalarak kendisinden beklenen görevi emniyetli bir ekilde gerçekletireceinin dökümante edilerek kantlanmasdr. Ürün Kalifikasyonu/Sertifikasyon: Alc tarafndan, ürünün belirlenmi standartlara (MIL-STD, STANAG, DIN, Teknik artname vb) uygunluunun belgelenmesi faaliyetidir. Ürün kalifikasyonu/sertifikasyon safhasnda ürüne yönelik olarak 2.a. maddesinde anlatlan çeitli testler yaplmaktadr. Üretim Hatt Kalifikasyonu: Proje kapsamnda üretimi öngörülen ürünün fonksiyon, kalite ve konfigürasyonunun ilgili sözleme koullarna ve tasarm kriterleri dorultusunda sistemden beklenen performans ve uluslararas standartlara uygunluunun tespit edilmesi, belirlenen bir üretim hattnda üretilebildiinin kantlanmas ve kontrollü üretim koullarnn salanarak, üretim hattnn tam ölçekli seri üretime hazrlanmasdr. Üretim hattnn kalifiye edilmesi sonras TBP’ye uygun biçimde muayene ve testler yaplmasna devam edilmekle birlikte, kontrollü bir üretimin gerçekletirilmesi halinde, ürünün ömrü boyunca karlamas muhtemel en ar artlar temsil eden testlerin bir daha yaplmasna gerek yoktur. ÜHK kapsamnda yukarda 2.a. maddesinde anlatlan kontroller yaplmaktadr. c. Örnek Uygulama MSB lnn Proje Yönetim Makam olarak görevlendirildii bir roket sisteminin MKEK ana yükleniciliinde yerli üretimi kapsamnda, ürün/üretim hatt kalifikasyonu program oluturularak baarl bir ekilde tamamlanmtr. Böylece MKEK’de ilk kez tamamen yerli olarak üretilen bir roketin kalifikasyonu gerçekletirilmi, kalifikasyon sonucu nihai hale getirilen Teknik Bilgi Paketi ile ihraç imkan elde edilmitir. Roketin kalifikasyonunda ilk üretim kafilesi pilot kafile olarak belirlenmi ve alt komponent-alt sistem-ana sistem srasyla yukardan aaya bir kalifikasyon program çerçevesinde kalifikasyon tamamlanmtr. Kalifikasyon programnda; kullancnn teknik ve taktik ihtiyaçlar dorultusunda mühimmat, 460

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara roket/füze kalifikasyonlarnda kullanlan 50’ye yakn ulusal ve uluslararas standart incelenmi, buna göre alt sistem (roket alt kompleleri) ve ana sistem (nihai ürün) baznda test kategorileri oluturulmutur. Pilot kafilenin üretiminde kullanlan tapa, harp bal, motor borusu, ateleyici komplesi, yakt komplesi gibi ana alt komplelere yönelik olarak, MaysTemmuz 2005 döneminde MSB koordinatörlüünde Teknik Bilgi Paketine göre testler icra edilmitir. Alt komple testlerinin tamamlanmasn müteakiben, roket seviyesinde testler icra edilerek, roketlerin atl testlerinin yaplmas ile kalifikasyon baar ile tamamlanmtr. 3. SONUÇ leri teknoloji içeren ürünler olan ve TSK ihtiyaçlarnn karlanmas maksadyla yurtiçi ve yurtd kaynaklardan tedarik edilen mühimmat ve roket/füze sistemlerinin üretiminde en önemli hususlardan birisi; mühimmat veya roket/füzenin gelitirme ve üretim safhalarnda, taktik ihtiyaçlar karlayacak, ürünün kullanm ve depolama esnasnda karlalaca riskleri en aza indirecek, performans ve emniyet gereksinimlerini salayacak ürün ve üretim hatt kalifikasyon programlarnn oluturulmasdr. Ürün ve üretim hatt kalifikasyonunun savunma sanayi gelimekte olan ülkemizde yeterince bilinmemesi nedeniyle, ürünün ömür devri boyunca çeitli problemlerle karlalmaktadr. Bu çalmada özet olarak örnek bir uygulama üzerinden açklanan ürün ve üretim hatt kalifikasyonun, üretime dayal tüm savunma sistemleri tedariklerinde uygulanmasnn faydal olaca deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA [1] IEEE P1220, Standart for Application and Management of the System Engineering Process,( 1998). [2] Systems Engineering Fundamentals (2001), Supplementary Prepared by the Defense Acquisition University Press. [3] NASA Systems Engineering Handbook, (1995). [4] ISO/IEC 15288 Systems Engineering-System Life Cycle Processes. [5] AAP-48 (Edition 1) NATO System Life Cycle Stages and Processes.

461

Text

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

462

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SAYISAL BUZLANMA ANALZLER VE BUZLANMA SERTFKASYONU

Serkan ÖZGEN (a,b), Murat CANBEK (c), Erhan TARHAN (d), Özlem CEYHAN (e)

(a) (b) (c)

Doç. Dr.ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

TUSA, Türk Uçak Sanayi A.., Uçu Bilimleri eflii, ODTÜ Teknokent, 06531, Ankara

TUSA, Türk Uçak Sanayi A.., Uçu Bilimleri eflii, 06531, Ankara, [email protected]

(d)

TUSA, Türk Uçak Sanayi A.., Uçu Bilimleri eflii, 06531, Ankara, [email protected]

(e)

TUSA, Türk Uçak Sanayi A.., Uçu Bilimleri eflii, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Uçu srasnda buzlanma, havacln en temel sorunlardan biri olarak kabul edilmektedir. Kanatlar, gövde, kuyruk yüzeyleri, motor alklar ve pitot tüpleri üzerinde oluan buz ciddi performans kayplarna yol açmakta ve uçu emniyetini tehdit etmektedir. Örnein, buzlanmadan dolay kanadn eklinin deimesi tama kuvvetinin ve perdövites açsnn azalmasna, sürükleme kuvvetinin ve perdövites süratinin artmasna sebep olmaktadr. Kumanda yüzeyleri ve dengeleyiciler üzerinde oluan buzlanma ise uçan kumanda özellikleri üzerinde ciddi ve çounlukla öngörülemeyen bozulmalara yol açmaktadr. Bu nedenlerle, tüm uçaklarn tanmlanm buzlanma artlarnda uçurulabilir ve kumanda edilebilir olduklarnn kantlanmas gereklidir. Anahtar Kelimeler: buzlanma, kaba buz, effaf buz, perdövites hz, saysal buzlanma analizi, buzlanma sertifikasyonu, FAR 25. ABSTRACT In-flight icing is one of the fundamental problems in Aviation. Ice formation on wings, fuselage, tail, inlets and pitot tubes results in serious performance degradations threatening flight safety. Modification of the wing shape due to ice results in reductions in lift force and stall angle with increases in drag force and stall speed. Ice formation on the control surfaces cause severe and often unpredictable degradations in the control characteristics of airplanes. Therefore, all airplanes must prove airworthy under specified icing conditions. Keywords: icing, rime ice, glaze ice, stall speed, stall angle, numerical icing analysis, icing certification, FAR 25.

463

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR Dünyada buzlanma sertifikasyonu FAR 25 - Ek C’de tanmlanan meteorolojik artlara göre yaplmaktadr. Sertifikasyon süreci, uçu ve laboratuar testleri ile simülasyonlardan olumaktadr. Son 20 ylda bilgisayarlarn kapasite ve hzlarnn artmas, saysal buzlanma analizlerinin kanat, kanat profili, motor alklar gibi gerçekçi geometriler ve uçu artlar için yaplabilmesine olanak tanmtr. Bunun sonucunda saysal buzlanma analizleri, uçu ve laboratuvar testlerinin -tamamen olmasa da- belli ölçüde yerini almtr. Messinger’n çalmas [1] ve gelitirmi olduu yöntem saysal buzlanma analizleri açsndan öncü konumundadr. Bu çalmada da bu yöntemden gelitirilmi bir yaklam izlenmektedir. nceleme makalesinde Gent [2], buzlanma analizlerinin geçmiini ve güncel durumunu sunmaktadr. Damlack güzergahlar, buzlanma tahminleri ve aerodinamik performansta buzlanmaya bal bozulmalar ilenmektedir. Myers [3], buzlanma tahmini için özgün Messinger Modeli’nin gelitirilmi ekli olan bir boyutlu bir matematiksel model önermektedir. Modelin iki ya da üç boyutlu geometriler için de gelitirilebilecei gösterilmektedir. Mingione, Brandi ve Saporiti ise makalelerinde [4] üç boyutlu geoemtriler için gelitirdikleri buzlanma programndan söz etmektedirler. Makalede NASA MS317 30o açl kanat ve Agusta A109 helikopteri hava al için elde edilen buzlanma sonuçlar sunulmaktadr. Bu bildiride, TUSA Uçu Bilimleri efliinde saysal buzlanma analizleri için gelitirilen üç boyutlu analiz program tantlmakta ve elde edilen sonuçlarn sertifikasyon sürecinde nasl kullanldklar anlatlmaktadr. Ayrca, gelitirilen programdan elde edilen buz ekilleri ile literatürde bulunan deneysel ve saysal çalmalardan elde edilen buz ekilleri karlatrlmaktadr. 2. TEOR, MATEMATK MODEL VE ÇÖZÜM YÖNTEM Buzlanma hesaplamalar ak alannn çözümü, damlack güzergahlar ve birikme etkinliklerinin hesaplanmas, konvektif s transferi katsaylarnn belirlenmesi ve son olarak buzlanma hzlar ile buz ekillerinin çözümü aamalarndan olumaktadr. Aada ksaca özetlenen hesaplama yönteminin detaylar Referans [5]’te verilmektedir. Problem girdileri, harici hava scakl Ta, hava sürati V , havadaki sv su miktar a, damlack çap dp, toplam buzlanma süresi texp, hücum açs D ve kanat eklidir. 2.1 Ak Alannn Çözümü Kanat etrafndaki basnç dalm ile damlack güzergahlarnn hesaplanmas için gereken ak alan hzlarnn belirlenmesi için Hess-Smith panel metodu kullanlmaktadr. Elde edilen hzlar, konveksiyon s transferi katsaylarnn hesaplanmas amacyla snr tabaka çözümlerinde de kullanlmaktadr.

464

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2.2 Damlack Güzergahlar ve Damlack Birikme Etkinlikleri Damlack güzergahlarnn hesaplanmas için aadaki kabuller yaplmaktadr: x x x

Damlacklar küçük ve küreseldirler, Ak alan damlacklarn varlndan etkilenmemektedir, Damlacklara aerodinamik ve yerçekimi kuvvetleri etki etmektedir. Bu kabuller damlack çapnn 500 Pm’den küçük olduu durumlarda geçerlidir. Damlacklar için üç boyutlu hareket denklemleri aadaki gibi yazlmaktadr:

J1

mxp

D cos J 1 ,

(1)

my p

D cos J 2 ,

(2)

mzp D cos J 3  mg , y p  V y x p  V x , J3 , J 2 tan 1 tan 1 Vrel Vrel

Vrel D

(3)

tan 1

z p  Vz

x p  Vx 2  y p  Vy 2  z p  Vz 2 , 2 1 / 2UVrel CD Ap .

Vrel

,

(4) (5)

(6)

Burada Vx, Vy ve Vz damlacn bulunduu konumdaki ak alan hz bileenleri, x p , y p , z p , xp , y p ve zp ise damlacn hz ve ivme vektörü bileenleridir. Damlacklarn kesit alan Ap, göreli hzlar ise Vrel ile gösterilmitir. Damlacklarn sürükleme katsays CD, literatürde verilen ampirik ifadeler ile hesaplanmaktadr [2]. Damlacklarn güzergahlar, Denklem (1), (2) ve (3)’ün zamana göre integrallerinin alnmas ile hesaplanmaktadr. Damlacklarn kanat yüzeyinde slattklar bölge, buzlanmaya maruz kalan bölgeyi belirlemektedir. Damlack birikme etkinlii, damlacklarn çk yüzeyinde oluturduklar alann, ayn damlacklarn yüzeyde slattklar alana oran eklinde tanmlanmaktadr ve  = A/Ao eklinde ifade edilmektedir. ekil 1’de damlack güzergahlarna bir örnek ve damlack birikme etkinliklerinin hesaplanmas grafiksel olarak betimlenmektedir. 2.3 Konvektif Is Transferi Katsaylar

Ak alan ve damlack güzergahlarnn hesaplanmasndan sonra kanat eritlere bölünmektedir. Snr tabaka ve buzlanma hesaplamalar her erit için iki boyutlu yaklamlar kullanarak gerçekletirilmektedir. Bu çalmada, snr tabaka hesaplar için iki boyutlu Integral Snr Tabaka Denklemi çözülmekte ve gerektiinde ampirik bantlardan faydalanlmaktadr. Hesaplamalarda laminer-türbülansl ak geçii dikkate alnmakta ve akn laminer ve türbülansl ksmlar için farkl eitlikler kullanlmaktadr. Bunun yan sra buzlanmadan kaynaklanan pürüzlülük de snr tabaka hesaplarnda dikkate alnmaktadr. Ksaca özetlenen bu yaklamn üç boyutlu ak etkilerinin çok güçlü olmad durumlar için uygun olduu düünülmektedir. 465

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. Damlack güzergahlar ve birikme etkinliinin hesaplanmas.

2.4 Gelitirilmi Messinger Yöntemi

Buzlanma problemi temelinde bir faz deiimi problemidir. Faz deiimi, buz ve su için enerji denklemleri, kütle korunumu denklemi ve su/buz snrnda faz deiimi denklemi kullanlarak modellenir. Bu yöntem kullanldnda buzlanmann önce kaba buzlanma olarak balad, meteorolojik artlar uygun olduunda effaf buz olarak devam ettii sonucu ortaya çkmaktadr [3, 5]. Kaba buz, scakln ve havadaki su miktarnn düük olduu durumlarda görülmekte ve kanada çarpan suyun tamam donmaktadr. Kaba buz kalnl B sembolü ile gösterilmekte ve cebirsel bir denklemle ifade edilebilmektedir: dB dt

U a E Vf . Ur

(7)

Yukardaki ifadede U r sembolü kaba buz younluunu ifade etmektedir. effaf buz ile scakln ve havadaki su miktarnn yüksek olduu durumlarda karlalmaktadr. Bu durumda kanada çarpan suyun bir ksm donmakta, bir ksm ise sv halde kalmaktadr. Buz kalnl, enerji ve kütle korunumu denklemlerinin bileimi olan birinci dereceden bir adi diferansiyel denklemin zamana bal çözümü ile elde edilmektedir [3, 5]. 3. BUZLANMA ANALZ SONUÇLARI

Bu bölümde, özgün olarak gelitirilen üç boyutlu buzlanma programndan elde edilen sonuçlar sunulmakta ve tartlmaktadr.

analizi

ekil 2’de NASA MS-317 kesitine sahip 30o açl kanat için elde edilen buz ekilleri ve kanadn orta kesitindeki buz eklinin litearatürde bulunan ekillerle karlatrlmas görülmektedir. Elde edilen buz eklinin tipik kaba buz görünümünde yani girintisiz çkntsz olduu, kalnlnn ve eklinin kanat boyunca deimedii göze çarpmaktadr. Literatürdeki sonuçlarla karlatrldnda, elde edilen sonuçlarn saysal ve özellikle de deneysel sonuçlarla büyük uyum içinde olduu görülmektedir. 466

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

a) Buz ekilleri

b) Literatür karlatrlmas

ekil 2. NASA MS-317 30o açl kanat üzerinde buz oluumu. (V =74 m/s, Ta=-18oC, dp=20m, a=1 g/m3, texp=390 s)

ekil 3’te ise uca doru incelen (=0.5), NACA 0012 kesitli, 10o ok açl, 4o dihedral ve 4o burulma açl bir kanatta =4o’de oluan buz ekilleri görülmektedir. Buz ekli bu defa kanat boyunca farkllk göstermektedir. Kanat ucuna doru gidildikçe, buz kalnl/lokal veter boyu orannn artt ve buzlanmaya maruz kalan bölgenin darald gözlenmektedir. 4. FAR 25-EK C GRAFKLERNN BUZLANMA DDET GRAFKLERNE DÖNÜTÜRÜLMES

Jeck [6], buzlanma iddetini temiz, stlmam bir kanat yüzeyi üzerindeki buzlanma hz ile ilikilendirmektedir. Bu iliki Çizelge 1’de özetlenmektedir. FAR 25 – Ek C’de verilen ve azami sürekli artlarda havadaki sv su miktarn yatay uçu mesafesi ile ilikilendiren meteorolojik tablolar buzlanma iddeti grafiklerine kolayca dönütürülebilir. Örnek olarak, FAR 25 – Ek C’de 15 Pm damlack çapna karlk gelen tablo ekil 4’de sunulmaktadr. Çizelge 1. Buzlanma iddeti ve buzlanma hznn ilikisi. Buzlanma iddeti Kalnt Hafif Orta iddetli

0.25 inç buz oluumu için geçen süre 1 saatten fazla 15-60 dakika aras 5-15 dakika aras 5 dakikadan daha az

Bu tablodaki veriler kullanlarak, buzlanma hz ve dolaysyla buzlanma iddeti, a, , V cinsinden Denklem (7) den hesaplanabilir. Denklemde r, kaba buz younluudur ve 917 kg/m3’e eittir. ekil 4’teki verilerin Denklem (7)’de kullanlmas ile elde edilen buzlanma hzlar ise ekil 5’te verilmitir. Bu hesaplamalarda damlack birikme etkinliinin  = 0.25, uçu hznn ise V = 77 m/s olduu varsaylmtr. 467

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

a) Buz ekilleri

b) Kanat kökünde buz ekli

c) kanadn orta kesitinde buz ekli

d) Kanadn uç kesitinde buz ekli

ekil 3. 10o açl bir NACA 0012 kanad üzerinde buz ekilleri. (V =129 m/s, Ta=-13oC, dp=20m, a=1 g/m3, texp=120 s) 1.2

1.0

0oC

3

LWC (g/m )

0.8

0.6 -10

o

C

0.4 -20oC 0.2 -30oC 0.0 0

50

100

150

200

250

300

350

mesafe (nm)

ekil 4. Yatay mesafeye göre havadaki sv su miktarnn deiimi (dp=15 Pm).

468

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 5’te dikkat çeken en önemli nokta, yüksek scaklklarda buzlanma iddetinin daha fazla olduudur. Örnein, iddetli buzlanma bu durum için sadece -10oC’den yüksek scaklklarda, o da çok ksa mesafeler için gerçekleebilmektedir. Dier taraftan 200 nm’den uzun mesafelerde buzlanma ancak hafif kategoride karmza çkabilmektedir. 0.25 inç buz olumas için geçen süre (dakika)

80 70 kalnt 60

-30oC

50 40

-20oC hafif

30 -10oC 20 0oC 10

orta iddetli

0 0

50

100

150

200

250

300

350

mesafe (nm)

ekil 5. Yatay mesafeye göre buzlanma iddetinin deiimi (dp=15 Pm).

5. SONUÇ

Üç boyutlu kanat geometrileri için buzlanma analizleri yaplmtr. Sonuçlar, üç boyutlu buzlanma analizlerinin -snr tabaka ve termodinamik analizlerin iki boyutlu yaklamlarla ele alnm olmasna ramen- buz ekillerinin tahmininde çok baarl olduunu göstermektedir. FAR 25 – EK C’de yer alan tablolar kullanlarak buzlanma hz ve buzlanma iddeti ilikilendirilmitir. Sonuçlar, iddetli buzlanmann sadece yüksek scaklklarda olutuunu göstermektedir. Ayrca, uzun mesafeli uçularda iddetli ya da orta iddette buzlanma olasl çok azalmaktadr ve ancak hafif iddette buzlanma olas görünmektedir. Gelitirilen yöntem ve bilgisayar program, ön tasarm aamasnda buzlanmay önleyici ya da giderici sistemlerin seçimi ve sertifikasyon amaçl olarak kullanlabilir. Ancak, snr tabaka ve termodinamik verilerin hesaplanmas için de üç boyutlu yaklamlar kullanlmasnn sonuçlarn doruluunu ve güvenilirliini arttraca düünülmektedir. Bu sayede sadece kanat geometrileri deil, gövde, motor girileri ve hatta tüm uçak geometrilerinin de incelenmesi mümkün olabilecektir.

469

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA

[1] B. Messinger, (1953), “Equilibrium Temperature of an Unheated Icing Surface as a Function of Airspeed”, Journal of Aeronautical Sciences, January 1953, 29-42. [2] R. Gent, N. Dart ve J. Cansdale, (2000), “Aircraft Icing”, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 358, 2873-2911. [3] T. Myers, (2001), “Extension to the Messinger Model for Aircraft Icing”, AIAA J., 39, 211-218. [4] G. Mingione, V. Brandi ve A. Saporiti, (1999), “A 3D Ice Accretion Simulation Code”, AIAA Paper 99-0247. [5] S. Özgen, M. Canibek, B. Korkem ve Y. Ortakaya, (2007), “Ice Shape Prediction on Airfoils Using Extended Messinger Method“, 4th Ankara International Aerospace Conference, September 10-12 2007, METU, Ankara, Turkey. [6] R. K. Jeck, (2002), “Icing Design Envelopes (14 CFR Parts 25 and 29, Appendix C) Converted to a Distance-Based Format, DOT/FAA/AR-00/30.

470

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

AVRUPA BRL ASKER YETENEKLERNE TÜRKYE’NN KATKISI lker MET (a), Haluk KORKMAZYÜREK (b) (a)

(b)

Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, Ankara, [email protected] Yrd.Doç.Dr, Ça Üniversitesi, ktisadi ve dari Bilimler Fakültesi, Mersin, [email protected]

ÖZET Askeri, ekonomik ve siyasi stratejiler uyum içerisinde gerçekletirildii zaman kalc sonuçlar vermektedir. II. Dünya Sava'nda Alman tanklar ile Japon donanmasnn ulat bölgede bugün Alman ya da Japon ekonomik modelinin görülmesi bir tesadüf deildir. Bu durumun tersi bir ekilde ekonomik ve siyasi stratejileri öncelikli olarak uygulayan AB, önümüzdeki dönemde küresel bir güç olmak istiyorsa ortak bir ordu kurmak bata olmak üzere çeitli yöntemlerle u ana kadar ikinci planda tuttuu askeri stratejileri, uygulad siyasi ve ekonomik stratejilerine balayacaktr. Bu aamada NATO’nun en önemli askeri gücü olan Türk Silahl Kuvvetleri’nin (TSK) AB için öneminin somut bir ekilde ortaya konulmas Türkiye’nin AB üyeliinin deerlendirilmesi açsndan üzerinde durulmas gereken önemli bir parametredir. Bu nedenle bu çalmada AB’nin sahip olabilecei olas askeri güç potansiyeli TSK dâhil edilerek ve edilmeden dier önemli ülkelerle mukayese edilecek, böylece AB’nin küresel bir güç olma yönünde uygulayaca askeri stratejilerde Türkiye’nin rolü ve önemi belirlenmeye çallacaktr. Anahtar Kelimeler: Türk Silahl Kuvvetleri, Avrupa Birlii, Askeri Yetenek. ABSTRACT When military, political and economic strategies are synchronized together permanent results can be taken. It is not a coincidence to see German or Japanese economic models in the regions where German Panzers and Japanese Navy reached in the Second World War. Apart from this reality, if European Union (EU), focusing on economic and political strategies at first, wants to be a global force in the forthcoming period, EU must use several methods especially building a joint army to combine economic and political strategies with military strategies which have been postponed by EU so far. At this stage as being one of the strongest military forces in NATO, the importance of The Turkish Armed Forces (TAF) for EU must be brought forward concretely as a parameter when considering the membership of Turkey to EU. For this reason the potential military strength of EU will be determined in this study. The strength of the EU’s joint force will be compared with other important nations by including and excluding TAF, and hence the importance and role of TAF in the military strategies that will be performed by EU to become a global force will be estimated. Keywords: Turkish Military Forces, European Union, Military Capability

471

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. AVRUPA BRL’NN DOUU VE GELM

Avrupa ktasnda bulunan ülkelerin sk sk birbirleriyle savamas nedeniyle bu ülkelerin birleerek kta Avrupa’snda refah bölgesi oluturma fikri oldukça eskidir ve orta çaa kadar uzanr. ngiliz William Penn 1693’teki bir çalmasnda [1] bamsz devletlerden oluan bir Avrupa Birlii fikrinden bahsederek bu konudaki çalmalara ilham kayna olmutur. AB fikrinin gerçeklemesi ise, ancak II. Dünya Sava sonras birleme ve ekonomik bütünleme isteklerinin sonucu olarak ortaya çkabildi. Fransa’nn, II. Dünya Sava’ndan sonra yeniden sanayileebilmek için kömür ve çelie ihtiyaç duymas ve zengin kömür / çelik kaynaklarnn Almanya’nn kontrolü altndaki Ruhr bölgesinde bulunmas bu iki devlet için Sava sonras tekrar bir gerginlik kayna oluturmaya balad [2]. O dönemlerde Fransz ekonomisinin yeniden yaplandrlmasnda görev alan Jean Monnet, bu gerginliin yeni bir savaa neden olabileceini düünerek bir plan hazrlamaya karar verdi. Plana göre Fransz-Alman kömür ve çelik kaynaklarnn yetkili bir üst otorite tarafndan kontrolünün salanmas öngörülüyordu. Bu fikir dorultusunda 1951 tarihinde Paris Antlamas ile 6 Avrupa ülkesinde (Fransa, Almanya, talya, Belçika, Hollanda ile Lüksemburg) kömür ve çelik ürünlerinin serbest dolam salanarak, bu dolam kontrol eden bir otorite oluturuldu. Avrupa Kömür ve Çelik Topluluu (AKÇT) olarak bilinen bu otorite Avrupa Birlii’nin resmi temeli saylmaktadr. lerin yolunda gitmesiyle, üye 6 devlet 1957 ylnda Roma Antlamasyla Avrupa Atom Enerjisi Topluluu (AAET) ve Avrupa Ekonomik Topluluu’nu (AET) kurdular [3]. AET, Avrupa’y önce ekonomik sonra siyasal alanda birletirme çabalarnn bir göstergesi olmas açsndan oldukça önemlidir. 1967 ylnda, AKÇT, AAET ve AET’nin kurumlar Avrupa Topluluu (AT) çats altnda birletirildi. Avrupa Parlamentosu'nun (AP) yan sra, tek bir komisyon ve bakanlar konseyi de oluturularak ortak siyasi stratejiler uygulanmaya balad [4]. Roma Antlamas'nda nihai hedef sadece ekonomik deil, tarm, ulatrma, rekabet gibi dier birçok alanda ortak politikalar oluturulmas, ekonomik politikalarn yaknlatrlmas, parasal birlik kurulmas, ortak d ve güvenlik politikas oluturulmasyd. Belirtilen bu amaçlara, süreç içerisinde daha sonra imzalanacak olan dier anlamalarla aamal olarak ulalmaya çallmtr. Maastricht Antlamas (1992) üye ülke hükümetleri arasnda yeni ibirlii imkânlarnn balangc olmu, var olan topluluk sistemine hükümetler aras ibirlii mekanizmasnn eklenmesiyle AB oluturulmutur. 1999 ve 2003 yllarnda imzalanan Amsterdam ve Nice Antlamalar sonrasnda AB, baz üyeler hariç parasal birlii (Avro) salad, Ortak D Politika ve Güvenlik Politikasn (ODPGP) benimsedi, Adalet, çileri ve suça ilikin konularda Polis ve Hukuk alanlarnda ibirliine karar verdi. Böylece uygulanan ekonomik stratejilere siyasi stratejileri de eklemi oldu. 2. AVRUPA’NIN GÜVENLK HTYACI VE ASKER STRATEJLER

AB’nin geliim süreci incelendiinde eskiden beri bir güvenlik ihtiyacnn söz konusu olduu görülmektedir. Bu yöndeki ilk admlar 1954 ylnda Avrupa 472

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Savunma Topluluu (AST) için yaplan planlar ile atldysa da, planlarn baarsz olmas ortak savunma politikalarnn Souk Sava’n sonuna kadar gündeminin dnda kalmasna neden olmutur. Avrupa’nn güvenliinden bahsederken Avrupa Güvenlik ve birlii Tekilat (AGT) üzerinde ksaca durmak gerekir. 1975’den 1990’a kadar AGT, yeni yükümlülüklerin ele alnd ve uygulamalarn gözden geçirildii bir dizi konferans ve toplantlar ile faaliyetlerine devam etmekten öteye gidemedi. Ancak Sovyet Blounun dalmasyla Avrupa’daki jeopolitik ortam tamamen deiti ve AGT sonras savunma ile ilgili tartmalarn tekrar balatlmas yolunu açt. Maastricht Antlamasyla ODGP’nin oluturulmas gündeme geldiyse de, o dönemlerde Yugoslavya’nn dalmasyla sonuçlanan iç savalar Avrupa’daki zayflklar ve bölünmeleri tekrar su yüzüne çkart. 1991 ylnda imzalanan Maastricht Anlamas ile Avrupa ODGP’nin ibirlii alanlarna dâhil edilmesinden sonra Fransa ve ngiltere’nin tevikiyle AB bir çevik müdahale gücü oluturmaya ve Kosova krizi srasnda görülen yetenek açklarn kapatmaya karar verdi. 1996’da NATO üyesi devletlerin babakanlarnn katld bir toplantda NATO bünyesi içinde Avrupa Güvenlik ve Savunma Birlii’nin kurulmas karar alnd [5]. Helsinki zirvesinde AB’nin 2003 ylna kadar kazanmas gereken askeri yetenekleri belirlemesiyle Avrupa’nn ekonomik ve siyasi stratejilerden sonra askeri stratejileri de yava yava hayata geçirdiini söylemek mümkündür [6]. 2003 ylnda ulalmas gereken hedeflerin baaryla salanmasnn ardndan AB, yeni hedefleri gündeme getirdi. 17 Haziran 2004’te saptanan Headline Goal 2010 [7] olarak anlan bu yeni program ve 2000 ylnda deklare edilen “Helsinki Force Catalogue” belgesindeki askeri kapasite hedefi ile birlikte halen yürürlüktedir. Avrupa Silahlanma Ajans 2004’ten bu yana hizmette ve üye ülkelerin savunma sanayinin gelimesini ve ihtiyaçlarnn karlanmasn temin etmektedir. Ayrca AB’nin askeri amaçl uzay aratrmalarn 1,6 milyar avroluk bütçe ile halen sürdürmesi bu konuda yaanan dier önemli gelimelerdir. Görüldüü gibi AB, ekonomik ve siyasi stratejileri gelitirmesinden sonra askeri stratejileri uygulama yönünde önemli admlar atmaktadr. AB tarafndan oluturulan askeri gücün NATO’nun yerini almamas yönünde tartmalar devam etse de [8], AB’nin önümüzdeki dönemlerde küresel bir güç olmak istiyorsa ortak bir ordu kuracan beklemek yanl bir tahmin deildir. Bu aamada 1959 ylnda ortaklk bavurusu yapan Türkiye’nin AB için öneminin bir de Türk Silahl Kuvvetleri (TSK) açsndan incelenmesi, Türkiye’nin AB üyelii açsndan baz somut tahlillerde bulunmamza yardmc olabilecek bir olgudur. Çünkü AB’nin, Türkiye’nin üyelii ile hem stratejik olarak, hem de güvenlik politikas açsndan güç kazanacan savunan görüler bulunmaktadr [9]. Bu görüten yola çkarak AB’nin askeri yetenei ve Türkiye’nin bu yetenee olan katks sonraki bölümlerde incelenerek bir sonuca varlacaktr.

473

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. AB ÜYELERNN ASKER YETENEKLER VE POTANSYEL ANALZ

AB Üye ülkelerinin sahip olduu askeri yetenekler aktif asker, tank, zrhl araç, ar silah, sava gemisi, sava uça ve toplam uçak saylar olarak Çizelge 1’de özetlenmektedir. AB ülkelerinin askeri yeteneklerini bulurken üye ülkelerin sahip olduklar yeteneklerin kümülatif toplam ile genel bir sonuca ulalmtr. Çizelge 1’den de görüldüü gibi AB’nin kara deniz ve hava gücü bakmndan dünyann en büyük askeri gücü olma potansiyeli bulunmaktadr. Çizelge 1. Dünyadaki önemli ülkelerin kara, deniz ve hava güçleri bakmndan askeri yeteneklerinin mukayesesi [10] - [11]. KARA GÜCÜ

DENZ VE HAVA GÜCÜ

(Jane's Defence 2007 [10] ve SIPRI 2007 [11])

ÜLKE

Savunma bütçesi

Aktif asker says (bin)

Çin* ABD* Rusya * ran Japonya TÜRKYE AB* AB+Türkiye Katk (%) * Nükleer güç.

(milyar Dolar)

2.255 1.426 1.200 545 239 514 2.134 2.648 24%

Tank says

65,00 553,10 32,40 6,30 49,10 15,17 306,36 321,53 5%

(Jane's Defence 2007) [10]

Zrhl araç says

8.390 6.467 7.058 1.710 980 4.132 10.627 14.759 39%

Sava gemisi says

Ar silah says

13.459 24.106 37.200 2.005 830 10.238 47.662 57.900 21%

29.060 5.192 15.755 4.302 2.660 7.960 23.018 30.978 35%

Sava uça says

177 186 171 25 68 38 282 320 13%

Toplam uçak says

1.670 2.767 1.206 260 312 415 2.541 2.956 16%

2.872 5.761 2.669 536 754 729 6.134 6.863 12%

Oluan askeri gücün kendini idame ettirme ve gelitirme yetenei ise enerjiye olan bamllk ve savunma sanayi baznda incelenmitir (Çizelge 2). AB’nin en önemli zafiyeti Çizelge 2’de görüldüü gibi petrole olan bamlldr. AB’nin Dünyadaki dier tüm önemli güçlerden daha fazla petrole baml olmas, AB’nin enerji merkezlerine yakn olmas gerektiini net bir ekilde ortaya koymaktadr. Çizelge 2. Dünyadaki önemli ülkelerin petrole olan bamllklar ve savunma sanayilerinin durumu [12] - [13].

ÜLKE

Çin* ABD* Rusya * ran Japonya TÜRKYE AB* AB+Türkiye Katk (%)

ENERJ BAIMLILII

SAVUNMA SANAY

(CIA WFB 2007) [12]

(SIPRI 2007 [11] ve BICC 2007 [13])

Petrol üretimi

Petrol tüketimi

(günlük bin varil)

(günlük bin varil)

3.504 7.610 9.150 3.979 125 50 3.222 3.272 2%

6.534 20.730 2.500 1.510 5.578 715 14.758 15.474 5%

Petrol reservi

Silah ihracat

(milyon varil)

(milyon dolar)

18.260 22.450 69.000 133.300 29 288 7.987 8.275 4%

* Nükleer güç.

474

564 7.929 6.623 9 45 10.479 10.524 0%

Silah ithalat (milyon dolar)

3.261 419 891 392 486 5.338 5.824 9%

Savunma sanayinde çalan says 2.500.000 2.320.000 835.000 40.000 85.000 45.000 638.000 683.000 7%

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara AB’nin sahip olduu askeri yetenein gelecekte sürdürülebilir olup olmadn anlamak için ise AB üyelerinin savunma sanayileri de incelenmitir. Çizelge 2’de özetlenen verilere göre AB arlkl olarak silah ihracatçs konumundadr. Bu durum AB’nin sürdürülebilir silahlanma açsndan önemli bir avantaj olduunu göstermektedir. Ancak AB içinde savunma sanayinde çalan kii saysnn Çin, ABD ve Rusya’dan sonra 4ncü konumda olmas, AB için gelecekte zafiyet yaratabilecek bir olgudur. Zira dier küresel güçlerin savunma sanayinde sahip olduklar çalan says ile önümüzdeki dönemde silah ihracat/ithalat dengesini kendi lehlerine çevirme potansiyeli bulunmaktadr. Çizelge 1 ve 2’de özetlenen veriler konvansiyonel açdan önemli bir güce sahip olan AB’nin, enerjiye olan bamll ile savunma sanayindeki düük çalan says yüzünden zafiyetleri bulunduunu göstermektedir. Peki, böyle bir oluum Türkiye’yi bünyesine ald zaman küresel güç olma potansiyelini sürdürebilir mi, yoksa Türkiyesiz de yoluna devam edebilir mi? Bu önemli soruyu sonraki bölümde cevaplanmaya çallacaktr. 4.TÜRKYE’NN AB’YE OLAN ASKER KATKISI Türkiye’nin AB’ye olan askeri katksn belirtmeden önce AB’nin 1nci bölümde detaylar verilen kurulu amacna odaklanmakta tekrar fayda bulunmaktadr. AB küresel bir güç olma potansiyeline ramen kta Avrupa’snda gerilim ve çatmalarn sona erdirilmesi için kurulan bir oluumdur. Bu nedenle AB’nin öncelikli amacnn kendi güvenliini salamak olduunu göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Zira bar hiçbir zaman kesin deildir ve bütün hükümetlerin ilk görevi güvenliktir [14]. Dolaysyla Türkiye’nin AB’ye olas katksnn AB’nin içinde bulunduu önemli gerilim ve çatma kaynaklaryla birlikte deerlendirilmesi gerekmektedir. AB’nin en önemli sorunu hâlâ corafi sorunlara dayanan etnik gerilimler ve çatmalardr (Yugoslavya’nn dalmasyla vb). Öte yandan Rusya’nn bölgede bir güç olarak tekrar varln hissettirmesi AB için potansiyel bir tehdittir. Rus Dileri Bakan Lavrov’a göre, NATO ülkeleri Avrupa'nn kuzeyinden güneyine antlamayla dayatlan snr 50.500 silah birimi kadar amken, bu kanatta tek bir Rus birliine kar NATO'nun 11,6 tank 8,3 topçu birlii bulunmaktadr ve bu durum Rusya için kabul edilemez bir gelimedir [15]. ABD’nin Irak’n ardndan ran’a olas müdahalesi enerji kaynaklarnn tekrar ekillenmesi açsndan enerji kaynaklarna baml AB’yi tehdit eden dier bir olgudur. “Bu önemli gelimeler karsnda AB nasl tavr alacak?” sorusu elbette AB karar vericilerinin tavrlarna göre cevaplanabilecektir. Ancak baz öngörüler yapabilmek için “eer Türkiye AB üyesi olsayd AB’nin askeri yetenekleri nasl deitirdi?” sorusunu cevaplamak, gelecek tahmini açsndan faydal bir egzersiz olacaktr. Bu açdan Çizelge 1 ve 2’nin tekrar incelenmesi gerekmektedir, çünkü söz konusu Çizelgeler Türkiye’nin askeri olanaklarnn AB ülkelerine olan katksn da göstermektedir. Çizelge 1 ve 2’den de görüldüü gibi Türkiye’nin aktif asker saysnn AB üye ülkelerine dâhil edilmesiyle, AB’nin dünyada aktif asker says bakmndan 1nci sraya çkt görülmektedir. Tank says ile Türkiye’nin AB’ye %39’luk bir katk salad 475

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara görülmektedir. Benzer ekilde zrhl araç saysnda %21, ar silahlarda ise yine %35’lik bir katk söz konusudur. Bu art özellikle Avrupa ktasna yönelebilecek Rus tehdidine kar çok önemlidir. Çünkü AB’yi konvansiyonel kara gücü bakmndan bölgede tehdit edebilecek tek güç Rusya Federasyonudur ve AB’nin bu güçle ba edebilmek için Türkiye ihtiyac olaca düünülmelidir. Deniz ve hava gücü bakmndan da durum çok farkl deildir. Sava gemisi bakmndan Dünya’nn en büyük gücü olma konumunu sürdüren AB’nin Türkiye’nin katlmyla bu gücünü daha da pekitirecei görülmektedir. Sava uça says bakmndan Türkiye’nin katksyla AB, dünyann en fazla sava uçana sahip olan gücü konumuna ulaacaktr. TSK’nn Kuzey Irak’taki terörist hedeflere kar düzenledii nokta hava operasyonlarda gösterdii baar, bu konuda Türkiye’nin AB’ye önemli bir katk salayacan gösteren önemli bir örnektir. Tüm bu yeteneklere ek olarak AB’nin insani yardm, bar koruma ve sürdürme amaçl askeri harekâtlarna Türkiye’nin azmsanmayacak derecede önemli bir katk yapma potansiyelinin de bulunduu deerlendirilmelidir. Dünya barnn korunmasna yönelik Birlemi Milletler (BM) bar koruma faaliyetlerine Türkiye'nin katks, 1950 ylnda Kore Sava ile balam ve Avrupa’da UNPROFOR, Deny Flight, SHARPGUAR, ALBA ve Essential Harvest harekâtlarna verilen destekle günümüzde halen aktif olarak devam etmektedir. Türkiye’nin sahip olduu tüm bu askeri yetenekler AB’nin çevresinde yer alan çatma ve gerilimlerin önlenmesi açsndan önem kazanmaktadr. Bunun yan sra Türkiye’nin enerji kaynaklarna yakn olmas nedeniyle sahip olduu jeopolitik avantaj göz önünde bulundurulmas gereken önemli bir faktördür. Bakü-Ceyhan ve NABUCCO projesi gibi enerji koridor projeleri Türkiye’nin bu alanda sahip olduu önemli avantajlardr. Bununla birlikte, Baltk Denizi'nin altndan Almanya'ya ulaacak olan ve 2010 ylnda devreye girecek Kuzey Akm hattyla Ukrayna'y saf d brakmaya hazrlanan Rusya’nn, Karadeniz'den geçecek Güney Akm adl boru hattyla Avrupa’ya doal gaz salamas Türkiye’nin enerji koridoru olma iddialarn zayflatan bir gelimedir. Ancak, AB’nin zaten askeri açdan kendisine tehdit olan Rusya’ya enerji konusunda baml kalmak isteyecei düünmek zayf bir olaslktr. Bu nedenle Türkiye’den geçecek hattn cazibesini koruyaca göz ard edilmemelidir. Türkiye’nin savunma bütçesi AB’nin toplam savunma bütçesinin %5’ine eittir. Silah ihracat düük olan Türkiye’nin bu alanda da Avrupa’ya önemli bir katks bulunmamaktadr. Bu açlardan Türkiye’nin AB’nin savunma sanayi yeteneklerine olan katksnn çok az olduu sonucuna varmak mümkündür. 5. DEERLENDRMELER VE SONUÇ

Küresel bir güç olabilmek ekonomik, siyasi ve askeri stratejilerin bir arada uyumlu bir ekilde koordine edilmesiyle salanabilir. AB u an için ekonomik stratejileri baaryla yerine getirmek üzere, siyasi stratejilerde önemli bir mesafe kaydetmi, askeri stratejilerde ise henüz balangç aamasndadr. 476

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Avrupallarn A400M ve Tiger saldr helikopterleri gibi ortak silahlanma proje üretimi yönünde ilerlemeye balamas ve ortak bir hava ulatrma projesi üzerinde çalmas önemli askeri yeteneklerdir. Askeri stratejilerde u an için Avrupa’nn varlklarnda bilhassa da stratejik hava ulatrma ve subay eitiminin bir araya getirilmesi konusunda mesafe kaydettii görülmektedir. Bu gelimeler nda Türkiye’nin AB’ye askeri yetenekler açsndan AB’ye katks önemli olduu sonucuna varlabilir. Nitekim Türkiye'nin AB'nin kara gücüne olan katks ortalama yüzde 25, deniz ve hava gücüne katks ise yaklak yüzde 15'dir. AB üyesi 27 devlet olduu göz önüne alndnda, bir tek ülkenin bu düzeydeki katksnn azmsanmayacak bir katk olduu deerlendirilebilir. Dier taraftan, Türkiye'nin çkar bölgelerine yaknl, jeopolitik konumu ve silahl kuvvetlerinin özellikle terör konusundaki deneyimi, Türkiye'nin AB'ye askeri katk derecesini artrabilecek dier faktörlerdir. Türkiye stratejik olarak önemli bir bölgede yer alan bölgesel bir güç olmas nedeniyle, Avrupa Birlii’nin Türkiye’nin üyelii ile Yakn ve Ortadou'da stratejik olarak önemli bir mevzi kazanma potansiyeli bulunmaktadr. Bu durum AB’nin çatmalarla kaynayan Yakn ve Ortadou'da nüfuzunu arttracak, AB küresel etkili bir aktör olacak, görece büyük TSK ile Avrupa Güvenlik ve Savunma Politikas’na güç kazandracaktr. Ancak AB d politika ve güvenlik politikalar düzleminde hareket kabiliyeti olan bir oluum olursa bu düüncelerin makul kabul edilebilecei unutulmamaldr. Güvenlik politikas açsndan AB'nin asl önemi, birlik üyesi ülkelerin çkar çatmalarn, birliin kendi içinde barçl bir ekilde gidererek, Bat ve Orta Avrupa'y bara kavumu istikrarl bir bölge haline getirmesinde yatmaktadr. Nitekim AB’nin dou felsefesi de budur. Bugün, AB küresel bir güç olup olmama konusunda kararsz durumdadr. Söylenen bütün güzel sözlere ve dier devletlerin de az çok dâhil olduu bir istikrar bölgesi oluturulmasna karn, AB küresel anlamda etkili bir aktör olmaktan henüz çok uzaktr. Son Balkan krizi birçok üyenin kendi ulusal çkarlar uruna, ortak Avrupa çkarlarn geri plana atabileceini ve AB’nin ortak d politikalarnn nasl etkisiz kaldn göstermitir. Corafi konumundan ötürü Türkiye, Yakn ve Ortadou'da gerçekten de önemli bir jeopolitik ve jeostratejik role sahiptir. Türkiye'nin AB'ye üye olmasyla, birliin d snrlar da, Kafkas Cumhuriyetleri Gürcistan, Ermenistan ve Nahçvan Özerk Cumhuriyeti'yle birlikte Azerbaycan'a, ayrca ran, Irak ve Suriye'ye dayanacaktr. Bu durum, AB'yi Yakn ve Ortadou'nun sorunlar içine daha da fazla çekecek ve AB çatma yönetiminde en azndan henüz sahip olmad bir yeterlilie ihtiyaç duyacaktr. Bu yeterlilii salamak konusunda Türkiye’nin askeri katks önemlidir. Ancak AB Ortadou'dakilerle kyaslandnda, sradan çatmalarla kaynayan Balkanlar'daki kriz yönetimiyle bugün bile zor baa çkarken, dünyann en tehlikeli bölgesinde ortak bir d politika ve güvenlik politikasn nasl uygulayacaktr? Bu durum, küresel güç olmak isteyen bir oluumun üstünden gelmesi gereken önemli bir sorundur. AB daha Yugoslavya örneinde olduu gibi yan banda gelien olaylara müdahil olmamay seçerse, bu durumda Türkiye’nin askeri gücü AB için vazgeçilebilir bir kaynaktr. Nitekim AB'nin Headline 2010 için önerilen 477

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Türk tugayn "faal kuvvetler" yerine "yedek kuvvetlere" koyma karar AB’nin küresel bir güç olmak için çok da istekli olmadn göstermektedir [16]. Bunun yansra Yunanistan’n askeri yetenekleri açsndan AB üye ülkeleri içinde 4üncü önemli ülke konumuna ulamas AB’nin Ortadou’dan gelecek bir tehdide set çekmesine imkân vermektedir. AB yan banda gelien olaylara duyarsz kalabilir mi? ABD’nin 2nci Dünya Sava srasnda etrafnda olup bitenlere seyirci kalamayp, oluan gerilim ve çatmalara müdahil olduunu ve böylece küresel bir güç olmay baardn unutmamak gerekir. Dolaysyla küresel güç olma yönünde bir strateji uygulayacak olan AB için Türkiye’nin askeri yeteneklerin katks hiç de azmsanmayacak düzeyde olduu sonucuna varlabilir. Bu sonuç üyelik müzakereleri esnasnda karar vericiler tarafndan üzerinde kuvvetle durulmas gereken bir parametredir. 6. KAYNAKÇA

[1] W. Penn, (1693), “An Essay towards the Present and Future of Europe”, 402-419 [2] A. Yoder, (1955) "The Ruhr Authority and the German Problem", The Review of Politics, Vol. 17, No. 3, 345-358 [3] Europa (2008), “A peaceful Europe – the beginnings of cooperation” [4] European NAvigator, (2008), “Merging the executives” [5] Final Communiqué of the Ministerial Meeting of the North Atlantic Council, Berlin, 3-4 Haziran 1996 [6] G. Lindstorm, (2006), “Helsinki Headline Goal”, European Union, Institute for Security Studies, 1-7 [7]G. Quille, (2006), “The European Security and Defence Policy: from the Helsinki Headline Goal to the EU Battlegroups”, European Parliament, General For External Policies of the Union Directorate B, 15-23 [8]F. Cameron ve A. Moravcsik, (2003), “Avrupa Birlii NATO’nun her yaptn yapabilmeli mi?”, Nato Dergisi [9] R. Erich, (2007) “Sicherheitspolitik und der EU-Beitritt der Türkei”, Qantara – slam dünyasyla Dialog [10] Jane’s Info Group, Veri Taban (2007) http://catalog.janes.com/catalog/ [11] SIPRI, Veritaban (2007) http://armstrade.sipri.org/arms_trade/toplist.php [12] CIA World Fact Book (2007) https://www.cia.gov/library/publications/ [13] BICC, Veritaban (2007) http://www.nationmaster.com/graph/mil_emp_in_arm_pro-militaryemployment-in-arms-production [14] J. Chirac, (2006), “Europe must shoulder its share of the Nato burden”, The Guardian [15] S. Lavrov, (2007), “Armes conventionnelles : ce que la Russie n'acceptera pas”, Le figaro [16] A. imek, (2007), “Kbrs, AB-NATO ibirliinde anlamazlk noktas”, Southeast European Times

478

M 60A3 TANK KULE MÜRETTEBAT ETM SMÜLATÖRÜNÜN MALYET ETKNLK ANALZ

Mehmet AKÇAY, Taner ALTINOK, Davut BALBAA KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06100 ANKARA

ÖZET

Bu çalmada 1996 ylndan itibaren kullanlmakta olan M 60 A3 Tank Kule Mürettebat At Eitim Simülatörünün tank snfnn eitim sistemine olan katks incelenmitir. Bu katknn incelenmesi, tank üstü eitim ile simülatör eitim yöntemlerinin bir haftalk maliyetleri ile etkinliklerinin deneysel ve teorik olarak ortaya konma aamalarn içermektedir. Maliyetlerin bulunmasnda ömür devri maliyet modeli, etkinliin ölçülmesinde ise Kirkpatrick’n eitim deerlendirme yönteminden örenmeyi ve performans ölçme aamalar kullanlmtr. Anahtar Kelimeler: Maliyet etkinlik analizi, simülatör eitimi, tank üstü eitim. ABSTRACT

At this work, M 60 A3 tank crew training simulator being used since 1996, was inspected in terms of its contribution to tank training. The study consists of theoretical and experimental findings of the cost and the efficiency of one week training of both the simulator and classic military training on the tank. Life cycle cost model was used to find the cost of training systems while Kirkpatrick’s model of evaluation that includes measurement of learning and performance was used to measure the effeciency of the training systems. Keywords: Life cycle cost analysis, simulator training, training on the tank 1.GR

Günümüzde, tank niancsnn eitimi bizzat tankn üzerinde veya simülatörde yaplabilmektedir. Eitimde simülatörlerin kullanlmas hzla artmaktadr. Simülatörün, eitim gören personele arzu edilen hedeflere ulatrmada ve eitimin örenme hedefleri ile bilgi ve yetenek kazandrmada yerinin bilinmesine ihtiyaç vardr. Ancak, günümüzde simülatörler de etkin bir eitimin verilip verilmedii sorunundan ziyade simülatörlerin daha çok kullanlmasna younlald görülmektedir. Bu yanl yarg ise, çeitli alanlarda kullanlan eitim simülatörlerin etkinliklerini deerlendirme çalmalarnn literatürde çok

479

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yetersiz durumda olmasnn ana sebebini oluturmaktadr [1]. Örnek olarak tp alannda yaymlanm olan toplam 72 makalenin sadece 3 adedi simülatörlerin etkinliini uygulamal olarak ölçmek üzerinedir. Benzer ekilde ticari havaclk sektöründe pilot eitiminde yaymlanm hiçbir çalma mevcut deildir. Amerikan hava kuvvetlerinde ise simülatörlerle ilgili olarak yaynlanm olan 67 makalenin sadece 13 tanesinde etkinlii ölçme konusu ilenmitir. Tank simülatörlerinin etkinliinin ölçülmesi konusunda yaynlanm makale bulunmamaktadr. Bu çalmann amac, muharebe ortamnda aktif olarak görev alacak olan tank niancsnn yetitirilmesinde, tank kule mürettebat eitim simülatörünün ne derece etkin olduunu belirlemek, at etkinliini artrmak için uygulanan iki farkl eitim sisteminin maliyet ve etkinlik açsndan kyaslamasn yapmak ve ileri eitim programlarna karar vericiler açsndan yön veren bir bilimsel girdi oluturmaktr. 2. Materyal ve Metot

Aratrmann kapsamn, eitim gören personele eitim öncesi ve sonras yaplan uygulamal snav ve balangç seviye atlar oluturmaktadr. Aratrma, Tank taburunda askerliini yapmakta olan ve daha önce simülatör eitimine katlmam olan tank niancs ve tank komutan görevlerini yapacak olan 40 kiilik bir erba ve er gurubunu kapsamaktadr. M 60 A3 tank simülatörü, tankn komuta kontrol göstergeleri, görsel ve iitsel verileri ile hz, basnç, corafi konum gibi çevresel faktörleri yanstmas nedeni ile interaktif olma özelliini tamaktadr [2]. 2.1 Maliyet Etkinlik Analizi

Maliyet etkinlik analizi, alternatiflerin maliyetlerinin deerlendirme imkann olduu, çktlarnn ise maddi olarak deerlendirme imkann bulunmad durumlarda uygulanr [3,4]. 2.1.1 Maliyet Hesaplama Modeli

Pratikte maliyet etkinlik analizinin en önemli yönü, sistemin toplam maliyetlerinin hesaplanmasdr. Bu çalmada kullanlan model ömür devri maliyet modelidir.Tank üstü eitimin ve simülatörde eitimin, ömür devri maliyet modeli nda yatrm, iletme ve bakm maliyetleri Ref.5’te detayl olarak incelenmitir. Bu çalmada bir haftalk tank üstü eitimin birim maliyeti 2721 Dolar, bir haftalk simülatör eitiminin birim maliyeti ise 4429 Dolar olarak hesaplanmtr. 2.1.2 Etkinlik Deerlerinin Bulunmas

Etkinlik deerlerinin bulunmas Ref.6‘da detaylar verilen Kirkpatrick modeline uygun olarak yaplmtr. Bu modelde yer alan örenmenin ölçülmesi safhasnda deney grubuna uygulanan tank üstü eitim ve simülatör eitiminin hemen öncesinde ve sonrasnda uygulamal snav yaplm, sonuçlar kaydedilmi ve karlatrlmtr. kinci safha olan performansn ölçülmesinde 480

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ise eitimin haslasnn alnd ve ölçüldüü “at” icra edilmi ve sonuçlar puan ve zaman açsndan eitim öncesi ve sonras olmak üzere deerlendirilmitir. 2.1.2.1 Örenmenin Ölçülmesi Safhas

Bu safhada 40 personelden oluan deney grubuna 30 alt konudan oluan ve takat ve stabilizasyon sistemi, lazer mesafe ölçücüsü, nianc periskopu, tank termal sistemi, balistik hesaplayc, teleskop, cephane seçme, görmeyerek nian aletlerinin kullanlmas, topun ve kule makinal tüfeinin atelenmesi eklinde toplam 10 temel ayr konuda uygulamal snav icra edilmitir. Personel, 100 tam puan üzerinden deerlendirmeye tabi tutulmutur. Snavda 60 puan ve üzeri not alan personel snav baarm kabul edilmektedir. Deneye katlan toplam 40 niancnn tank üstü eitimden önce ve sonra aldklar notlar incelendiinde, tank üstü eitim öncesi yaplan snavda personelin hiçbirisinin geçerli not olan 60 seviyesini geçemedii görülmütür. Personelin tank üstü eitimden önceki baar ortalamas 43,1 iken, eitim sonras baar ortalamas 53,47’e yükselmitir. Baar ortalamasnn %25 artt görülmütür. Bir haftalk tank üstü eitim sonunda personel hemen simülatör eitimine alnm ve eitim sonucunda uygulamal snav tekrar yaplmtr. Sonuçlar incelendiinde, eitim öncesi baar oran %25 iken, simülatör eitim sonras baar orannn % 77,5 seviyesine çkt görülmütür. Tank üstü eitim ve simülatör eitiminin baar oranlar grafii ekil-1’de verilmitir. 2.1.2.2 Performansn Ölçülmesi Safhas

Bu safhada da bir önceki aamada olduu gibi, eitim sonucundaki deiiklikleri ortaya koymak amacyla eitim öncesi ve sonras performans ölçümü yaplmtr. Ancak bir önceki aamayla arasndaki temel fark, bu safhada sadece eitim programndan beklenen ve hedeflenen sonuçlarn ölçülmesidir. Yaplan çalmada 40 personele simülatör eitiminin öncesinde ve sonrasnda görev no 3 ve görev no 6 atlar yaptrlmtr. Bu atlarda, personel aldklar at puanna ek olarak at zaman kriterleri üzerinden de deerlendirmeye tabi tutulmutur. 3 Numaral At Görev Sonuçlar

Hareket eden hedeflere at olarak adlandrlan görev no 3, tank niancsnn hareket eden hedeflere nian alma, önleme verme, hedefi takip etme, hareket eden hedefe at tanzim tekniklerini uygulama yeteneklerini kontrol etme ve deerlendirme amacn gütmektedir. At Puan Sonuçlar

Deneye katlan toplam 40 niancnn, tank üstü eitimden önce ve sonraki at sonuçlar incelendiinde; tank üstü eitim öncesi personelden sadece 5 tanesinin 60 puan seviyesini geçtii ve baar orannn %12.5’te kald 481

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

80 70 60 50 40 30 20 10 0

77, 5

25

eitim öncesi

25

eitim sonras

0 tank

sim ülatör Eitim Yöntem leri

ekil–1

Uygulamal Snav Baar Yüzdeleri Bir haftalk tank üstü eitim sonunda personel hemen simülatör eitimine alnm ve eitim sonucunda 3 numaral at tekrar yaplmtr. Sonuçlar incelendiinde, eitim öncesi baar oran %20 iken, simülatör eitimi sonras baar orannn %60 seviyesine çkt görülmektedir. Simülatör eitimi öncesinde baarl personel says 8 iken bu say 24 olarak gözlenmitir. ekil–2’de tank üstü eitim ve simülatör eitiminin 3 numaral at görevinin baar oranlar grafii verilmitir. 60

60 Baar Yüzdes

Baar Yüzdes

görülmektedir. Bir hafta süren tank üstü eitim sonras ise baar oran %20 seviyesine çkmtr.

50 40 30 20

20

20

12, 5

eitim öncesi eitim sonras

10 0 tank

sim ülatör Eitim Yöntem leri

ekil–2 3 Numaral At Görevinin Baar Yüzdeleri

At sonuçlarna göre personelin baar durumu incelendiinde, eitim seviyesi düük olan personelin geliiminin, seviyesi yüksek olan personele göre daha fazla olduu görülmütür. Zaman Sonuçlar

Muharebe ortamnda atlan her merminin isabet salamas baarl olmak için ne kadar gerekliyse, dümandan daha hzl hareket etmekte o oranda zaruret tekil etmektedir. Çok iyi eitilmi bir tank mürettebatnn, muharebe 482

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sahasnda hedefi tespit ettikten sonra ate altna alabilmesi 5 saniye içerisinde olabilmektedir. Bu da tank muharebesinde birkaç saniyenin bile ne kadar önemli olduunu ortaya koymaktadr.

Zaman Ortalamas

60

56, 77 52, 65

50

52, 65 46, 25

40 30

eitim öncesi

20

eitim sonras

10 0 tank

simülatör

Eitim Yöntemleri

ekil–3 3 Numaral At Görevinin Zaman Ortalamalar

Tank üstü eitimden önceki süre ortalamas 56,77 saniye iken eitim sonras süre ortalamas 52,65 saniyeye dümütür. Bunun anlam, görevi tamamlama zamannda ortalama 4,2 saniyelik bir azalma salanddr. At sonuçlar incelendiinde, eitim sonucunda at baarsn ortalama 15,6 puan yükselten toplam 25 kiinin, at sürelerini de ortalama olarak 5,24 saniye ksalttklar görülmütür. Simülatör eitiminden önceki süre ortalamas 52,65 saniye iken, eitim sonras süre ortalamas 46,25 saniyeye dümütür. ekil–3’de tank üstü eitim ve simülatör eitiminin 3 numaral at görevinin zaman ortalamalar verilmitir. Simülatör eitimi sonucunda; görevi tamamlama zamannda ortalama 6,4 saniyelik bir azalma salanm, at baarsn ortalama 22,29 puan yükselten toplam 35 kiinin de at sürelerini ortalama olarak 6,6 saniye ksalttklar görülmütür. 6 Numaral At Görev Sonuçlar

Tek tankn taarruzda at olarak adlandrlan görev no 6, tank niancsnn tankla gündüz mevzide veya hareket halinde iken, duran veya hareket eden hedeflere kar at yapabilme yeteneini deerlendirmek amacn gütmektedir. At Puan Sonuçlar

Aratrmaya katlan tüm nianclarn tank üstü eitimden önce ve sonra 6 numaral at görevinden alm olduklar puanlar incelendiinde; tank üstü eitim öncesi personelden sadece 6 tanesinin 60 puan seviyesini geçerek baar orannn %15’te kald görülmektedir. Bir hafta süren tank üstü eitim sonras ise baar oran %25 seviyesine çkmtr. Tank üstü eitimden önceki puan ortalamas 36,75 iken eitim sonras puan ortalamas 41,5 puana yükselmitir. 483

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Tank at eitim alannda icra edilen görev no 6, simülatör eitimini müteakip tekrar yaptrlmtr. Sonuçlar incelendiinde, eitim öncesi baar oran %25 iken simülatör eitimi sonras baar orannn % 72 seviyesine çkt görülmütür. Eitim öncesinde baarl personel says 10 iken bu say 29 olarak gözlenmitir. ekil–4’te tank üstü eitim ve simülatör eitiminin 6 numaral at görevinin baar oranlar grafii verilmitir. Zaman Sonuçlar

Tank üstü eitimin verilmesi sonucunda, görev no 6’nn toplam olarak görevi tamamlama zamannda ortalama 3,77 saniyelik bir azalma salanmtr. Ata katlan personelin simülatör eitiminden önceki süre ortalamas 77,55 saniye iken eitim sonras süre ortalamas 71,75 saniyeye dümütür. Yani at süresinde 5.8 saniyelik azalma olmutur. ekil–5’de tank üstü eitim ve simülatör eitiminden sonra yaplan 6 numaral at görevinin zaman ortalamalar verilmitir. Eitim sonucunda at baarsn ortalama 23,71 puan yükselten toplam 35 kii, at sürelerini de ortalama olarak 5,8 saniye ksaltmtr. 3. SONUÇLARIN ANALZ

Sonuçlarn analizi safhas deerlendirmenin son aamasdr. Bu safhada ikinci ve üçüncü aama sonucunda elde edilen verilerin güvenilirlikleri incelenmi eitim yöntemlerinin etkinlik puanlar hesaplanm ve bu etkinlie karlk tasarruf edilen maliyet bulunmutur. 3.1 Snavlar ve At Testleri Sonucunda Elde Edilen Verilerin Güvenilirlii

Tank üstü eitimden önce ve sonra, simülatör eiminden önce ve sonra yaplan snavlarda alnan notlarn ve at testleri sonucunda alnan puanlarn istatistiki açdan anlam ifade edip etmediklerinin belirlenmesi amacyla t-test’i uygulanmtr. Test sonuçlar, not ve puanlarn tesadüfi olmadn, güvenilirliin %99 eviyesinde olduunu göstermektedir. Ayrca, uygulanan korelasyon testi sonucunda da, eitimler öncesi ve sonrasnda yaplan snavlarn ve at testlerinin sonuçlar arasnda dorusal bir iliki olduu görülmütür. Bunun anlam eitimler öncesinde düük puan alan personelin, eitimler sonrasnda da düük puan aldklar, yüksek puan alan personelin ise yüksek puan alma eiliminde olduklardr [7]. 3.2 Etkinlik Puanlarnn Hesaplanmas

Tank üstü eitim ile simülatör eitiminin etkinliklerini deerlendirme sürecinde birden fazla kriterden yararlanld için, her bir kriterin önemine uygun biçimde göreceli olarak belirlenen arlk faktörleri ile deney sonucunda elde edilen puanlar Ref.5’de verilen bantlar kullanlarak hesaplanmtr. Bu hesaplamalarda kullanlan deikenlerin deerleri Tablo–1’de sunulmutur. Hesaplamada kullanlan deikenler, eitim yöntemleri için farkl olarak belirlenmitir. Simülatör eitimi için; Su uygulamal snavn ortalama notunun art deerini, SP3 3 numaral atn ortalama puannn art deerini, St3 3 numaral atta puan geliimini salayan personelin ortalama zamannn azal 484

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara deerini, SP6 6 numaral atn ortalama puannn art deerini, St6 6 numaral atta puan geliimini salayan personelin ortalama zamannn azal deerini temsil etmektedir. 80

72

Baar Yüzdesi

70 60 50 40

25

30 20

eitim öncesi

25

eitim sonras

15

10 0 tank

simülatör Eitim Yöntemleri

Zaman Ortalama

ekil–4: 6 Numaral At Görevinin Baar Yüzdeleri 82 80 78 76

81, 32 77, 55

77, 55

74 72 70 68 66

71, 75

eitim öncesi eitim sonras

tank

sim ülatör Eitim Yöntem leri

ekil–5 6 Numaral At Görevinin Zaman Ortalamalar

Tank üstü

Geliim fark

Simülas yon

Tank üstü

3 numaral görev

18, 7

8, 8

9, 9

6, 6

5, 2

1, 4

6 numaral görev

20, 5

4, 8

15, 7

5, 8

4, 7

1, 1

Uygulamal snav

14, 7

10, 4

4, 3

-

-

-

Puan Art

485

Süre Azalm

Geliim fark

Simülas yon

Tablo–1 Etkinlik Puanlarn Hesaplamada Kullanlan Deerler

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Tank üstü eitim için ise; Tu uygulamal snavn ortalama notunun art deerini, TP3 3 numaral atn ortalama puannn art deerini, Tt3 3 numaral atta puan geliimini salayan personelin ortalama zamannn azal deerini, TP6 6 numaral atn ortalama puannn art deerini ve Tt6 6 numaral atta puan geliimini salayan personelin ortalama zamannn azal deerini temsil etmektedir. S p0 , S t0 ve T p0 , Tt0 srasyla simülatör eitimi ve tank üstü eitim sonrasnda 3 ve 6 numaral görevlerin at puanlarnn ortalamalarn, S u ve Tu ise 3 ve 6 numaral görevlerin at zamanlarndaki azal ortalamasn göstermektedir. Yukarda verilen deerler etkinlik hesaplama formülünde kullanlarak her iki yönteme ait olan etkinlik puanlar hesaplanm ve aada gösterilmitir: Simülatörün etkinlik puan;

Se [(

Spo  Sto ) * %70]  Su * %30 2

19,6  6,2 Se ([( ) * %70]  14,7 * %30) 13,4 2 Tank üstü eitimin etkinlik puan;

Te

[(

Tpo  Tto

Te ([(

2

) * %70]  Tu * %30

6,8  4,9 ) * %70]  10,4 * %30) 7,2 2

3.3 Maliyet/Etkinlik Oranlarnn Hesaplanmas

Maliyet etkinlik analizinde, mevcut alternatif yöntemlerin maliyet etkinlik oranlarnn karlatrlmas sonucu bir karara varlmakta ve maliyet/etkinlik oran en düük olan seçenek en maliyet etkin olarak kabul edilmektedir. Yaplan bu çalmada iki ayr eitim sistemi olan M 60 A3 Tank Kule Mürettebat At Eitim Simülatörü ile tank üstü eitim sisteminin maliyet ve etkinlik puanlar srasyla Sm= 4429.4, Se=13.4, Tm= 2780.6, Te=7.2 olarak bulunmutur. Her iki eitim yöntemi için maliyet/etkinlik oranlarn hesapladmzda Smaliyet/etkinlik= 4429,4/13,4=330,6 ve Tmaliyet/etkinlik = 2780,6/7,2= 386,2 orantlar bulunmaktadr. Bu artlar altnda (338,5<386,2) bir haftalk simülatör eitimi bir haftalk tank üstü eitime göre daha maliyet etkin bir yöntem olmaktadr.

486

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. Sonuç ve Öneriler

Askeri eitim alannda simülasyon sistemleri, gerçek sistemin ayn özelliklerine sahip benzerleri ile araç ve silahlar kullancya daha tasarruflu ve emniyetli ekilde öretmek için kullanlmaktadr. At sonuçlar incelendiinde, uygulamal snav sonuçlarna göre simülatör eitiminin daha etkin sonuç verdii görülmektedir. Eitim yöntemlerinin süre açsndan at üzerindeki etkinlii incelendiinde ise, ortalama olarak 6,2 saniye gibi bir ksalmann olduu gözlenmektedir. Bu sonuç muharebede dümandan önce bir mermi atabilmek demektir. Simülatörün eitimde kullanlmasnn en önemli katks, sonuçlarn gözlemlenebilirlii sayesinde çok tekrar yapmay salamas ve zayf personelin daha at alanna gitmeden tespit edilerek eksikliklerini gidermesine imkan tanmasdr. Harp silah ve araçlarnn gereinden fazla ypranmasn önlemek, zaman ve kaynak tasarrufu salamak açsndan simülatör ve simülasyon sistemlerinden azami derecede istifade edilmesi önemlidir. Ancak, bu tür eitimlerin personeli gerçek muharebe artlarndan uzaklatrabilecei hususu hiçbir zaman göz ard edilmemeli ve bu tür eitimler ile gerçek hava ve arazi artlarndaki eitimler arasnda optimum denge salanmaldr KAYNAKÇA

[1] THURMAN, R. And DUNLAP, R. Assessing the Effectiveness of SimulatorBased Training, Air Force Researche Laboratory, Orlando Florida, 1999. [2] LERMAN, Bruce. How to Develop a Training Simulation,

Training&Development, Bennington, 1994, 50. [3] BAARAN, Mustafa. Maliyet-Etkinlik Deerlendirmeleri, Ankara Üniversitesi, Kara Harp Okulu Basmevi, 1988. [4] GOLDMAN, Thomas. Cost-Effectiveness Analysis, Frederick A. Preager Inc, New York, 1967, 18. [5] AKÇAY Mehmet, BALBAA Davut M 60A3 Tank Kule Mürettebat Eitim Simülatörünün Maliyet Etkinlik Analizi, Yüksek Lisans Tezi , KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06100 ANKARA, 2006. [6] KIRKPATRICK, Donald. Techniques for Evaluating Training Programs, Training&Development, Virginia, 1996. [7] AKGÜL, Aziz. statistiksel Analiz Teknikleri, Emek Ofset Ltd. ti,

Ankara, 2003, 358.

487

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

488

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara SUALTI ve SUÜSTÜ GEMLERNN AKUSTK Z ÇIKARTIMI

Erkul BAARAN(a), Ramazan ÇOBAN(b), Serkan AKSOY(a)

(a)

Yrd. Doç. Dr., Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Elektronik Müh. Böl., 41400, Gebze, Kocaeli [email protected] [email protected] (b) Yrd. Doç. Dr., Çukurova Üniversitesi, Bilgisayar Müh. Böl., 01330, Balcal, Adana [email protected]

ÖZET

Bu çalmada, hareket etmeyen ve derin sularda olduu varsaylan sualt ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin çkartlmas konusunda elde edilen sonuçlar verilmitir. Motor ve pervane gürültü kayna modeli olarak tek frekansl, birim genlikli ve noktasal (eyönlü) akustik kaynaklar kullanlm olup, akkanlk gürültüsü ile mekanik titreimler hesaba katlmamtr. Sualt ve suüstü gemilerinin su içinde bulunan ksmlar çelikten ve geçirgen olarak modellenmitir. Teorik bakmdan iki boyutlu dalga denklemi Zaman Uzaynda Sonlu Farklar (Finite Difference Time Domain) yöntemi ile zamanda yinelemeli olarak çözülmü, Sourucu Snr Koulu olarak Mur türü koul kullanlmtr. Anahtar Kelimeler: Akustik z, Zaman Uzay, Sonlu Farklar. ABSTRACT

In this work, the results are presented about the calculation of the acoustical trace of the motionless underwater vessel and the surface vessel with assumption of deep water. Two point sources (omnidirectional) with a single frequency and unit amplitude are used as a model of motor and propeller noise sources, not taking into account the flow noise and mechanical vibrations. The parts of the the submarine and the ship are modelled as a penetrable steel materials. Two dimesional time domain wave equation is solved by using the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, numerically. The Mur type boundary condition is applied as an Absorbing Boundary Condition. Keywords: Acoustic Trace, Time Domain, Finite Difference. 1. GRS

Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izleri ticari ve askeri gemiler bakmndan önemlidir. Gemi izlerinin çkartlmas için akustik benzetim ve ölçüm 489

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara çalmalar yaplmaktadr. Akustik ölçümlerin zaman ve ekonomik bakmdan maliyetli olmas nedeni ile benzetim çalmalar önem kazanmaktadr. Benzetimlerin ölçümlerin dorulanmas bakmndan da önemi büyüktür. Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin hesaplanmas askeri bakmdan gemilerin dost - düman olarak tannmas ve snflandrlmas kapsamnda ulusal güvenlik gereksinimler açsndan da son derece büyük önem tamaktadr. En genel manada akustik iz motor, pervane ve akkanlk gürültüleri ile mekanik titreim etkilerinin de hesaba katlmas ile hesaplanr. Özel olarak bu çalmada akkanlk gürültüleri ve mekanik titreim etkileri hesaba katlmakszn, akustik izler çkarlmtr. Bu nedenle mekanik titreimlerle ilgili literatüre yer verilmemitir. Akustik iz hesabnda gerçekte sualt ve/veya suüstü gemisinden yaylan akustik dalgalarn genliinin sualt ve/veya suüstü gemisine göre hangi pozisyonda ölçüldüü önemlidir. Gerçekte akustik iz, sualt ve suüstü gemisinden tüm frekanslarda ve her yöne doru zamana göre izlenmesi gereken bir büyüklüktür [1]. Böylece sessiz gemilerin tasarm ve sonarn kendi gürültüsünün (self-noise) azaltlmas mümkündür. Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izleri temelde makine, pervane ve akkan gürültüsü olarak üç farkl kaynaktan oluur. Tüm bu gürültü kaynaklarnn kendi balarna ürettikleri (deniz ortam ile etkilemeksizin) gürültülerin alan dalm ve zaman bamll bakmndan modellenmesi bile oldukça zor bir problem olarak ortaya çkmaktadr. Gerçekte bu gürültü kaynaklar gemi gövdesi ve geminin bulunduu deniz ortam ile de etkiletiinden, akustik iz hesab zor bir problem ortaya çkmaktadr. Böyle bir problemin çözümünün belli kanonik yaplar haricinde analitik incelenmesi pek mümkün deildir. Bu nedenle öncelikle problemin saysal bir yöntemle incelenmesi gereklidir. Böyle bir incelemede, sistematik bir yaklam çerçevesinde - ki veya üç boyutlu olarak gemi ve ortamn geometrik ve yapsal tespiti - Gürültü modellerinin ve buna göre bilgisayar kaynaklarnn tespiti - Çözüm yönteminin tespiti - Dorulama ve geçerleme yönteminin tespiti olmak üzere temel çözüm admlar izlenebilir [2]. Buna göre geometrisi ve yaps oldukça basit olarak modellenmi bir suüstü gemisinin 2 boyutlu akustik izleri daha önce saysal bir yöntem kullanlarak incelenmitir [2]. Bu çalmada ise geometrik ve yapsal bakmdan daha gerçekçi modellenen suüstü ve sualt gemilerinin akustik iz çkartm problemi 2 boyutlu zaman uzay dalga denkleminin Zaman Uzaynda Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemi ile zamanda yinelemeli olarak çözümü eklinde incelenmitir. ZUSF yöntemi özellikle geni bantl gürültü kaynaklarnn neden olduu akustik izlerin tek seferde hesaplanmas bakmndan da avantajldr. Gemi gövdelerinin yaplar farkl ses hzlar tanmlanarak geçirgen malzeme gibi ele alndndan, sualt ve suüstü gemilerinin odalarnda oluabilecek iç rezonanslarn akustik iz hesab üzerindeki etkisinin de hesaplanmas imkânn salamaktadr. 490

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. TEOR

Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin çkartlmas için bu çalmada saysal bir yöntem olan Zaman Uzaynda Sonlu Farklar (Finite Difference Time Domain) yöntemi kullanlmtr [3]. Gemi ve denizaltnn derin sularda düünülebilmesi için, denizin yana ve dibe doru sonsuz uzunluu ZUSF yönteminde Mur türü Sourucu Snr Koulu ile modellenmitir [3]. Eer s sularda inceleme yaplmak istenirse, denizin sonsuz uzunluu sadece yatayda Mur koulu ile modellenmeli ve deniz dibinin etkisi empedans snr koulu ile hesaba katlmaldr. Böylece ayr bir çalma olarak s sularn akustik iz üzerine etkisinin ZUSF yöntemi ile incelenmesi mümkündür. Suüstü gemisi olarak askeri bir sava gemisi, sualt gemisi olarak ise bir denizalt seçilmitir. Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin hesaplanmas için fiziksel model olarak akustik dalga yaylm ele alnm ve bu kapsamda ikinici mertebeden Zaman Uzay Dalga Denklemi

G 1 w 2u  r , t G 'u  r , t  2 2

v

wt

0

(1)

olmak üzere uygun balangç ve snr koullar kullanlarak ZUSF yöntemi ile G çözülmütür. Burada  Laplace operatörünü, u  r , t konuma ve zamana bal olarak akustik izleri oluturan akustik basnc (N/m2), v ise gemi duvarlarnda, odalarnda ve sudaki akustik dalgann yaylm hzn (m/s) göstermektedir. Bu çalmada problem Kartezyen Koordinat sisteminde ve iki boyutlu ele alndndan  Laplace operatörü w 2 wx 2  w 2 wy 2 olarak uygulanmtr. Deniz yüzeyi ve suüstü gemileri için geminin suüstünde kalan bölümünün duvarlar basnçtan-arndrlm (pressure-release) snr koulu olarak modellenmitir. Suüstü ve sualt gemisinin tümü çelik, odalar ise hava olarak kabul edilip farkl younluklara sahip malzemeler biçiminde akustik bakmdan geçirgen olarak modellenmitir. Bu kapsamda yukarda verilen Zaman Uzay Dalga Denklemi uzaysal ve zamansal olarak ayrklatrlp, ZUSF yöntemi ile çözüm için zamanda tekrarlamal olarak düzenlenirse ZUSF güncelleme denklemi (update equation)

491

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

u

n 1

 i, j

ª § v't · 2 § v't · 2 º n n 1 «1  ¨ ¸ »  2u  i, j  u  i, j ¸ ¨ «¬ © 'x ¹ © 'y ¹ »¼ 2

§ v't · ª n n ¨ ¸ ¬ u  i  1, j  u  i  1, j º¼ (2) © 'x ¹ 2

§ v't · n n ¨ ¸ ª¬ u  i, j  1  u  i, j  1 º¼ ' y © ¹ olarak bulunur. Burada x ve y uzaysal birim adm büyüklüklerini, t ise zamansal birim adm büyüklüünü gösterir. i ve j sras ile x ve y yönündeki hücre numarasn, n ise zamandaki adm numarasn gösterir. Sualt gemisinin akustik izinin çkartlmasnda geminin merkezinden belli bir uzaklkta tanmlanan tam bir daire boyunca belirli açsal aralklarla zaman uzaynda hesaplanan akustik basnç deerleri kaydedilmektedir. Suüstü gemisi için benzer bir ilem merkezi gemi merkezinde olan ve deniz yüzeyinin altnda kalan bir yarm daire boyunca belirli açsal aralklarla zaman uzay akustik basnç deerlerinin kaydedilmesi eklinde uygulanmtr. Her iki durumda da kaydedilen zaman uzay akustik basnç deerlerine Hzl Fourier dönüümü (Fast Fourier transform) uygulanarak frekans uzayndaki akustik basnç deerleri hesaplanmtr. Hesaplanan bu deerlerin kutupsal koordinatlarda çizilmesi ile gemi akustik iz deerleri elde edilmektedir. ZUSF çözümlerinin kararl olmas ve gemilerin detaylarnn yeterince dikkate alnabilmesi için  dalga boyu olmak üzere, x = y =  /20 olacak ekilde uzaysal zgaralama yaplm ve buna göre Courant kararllk kriteri kapsamnda 't deeri uygulanmtr. Bu artlar altnda problemin gerçek fiziksel boyutu 175 m x 175 m olmak üzere, problemin elektriksel uzunluu 35  x 35  boyutlarna sahiptir. Toplam ZUSF hücre says ise 700 x 700 deerindedir. Uzaysal birim hücre uzunluu x = y = 0.25 m olup, bu durumda birim zaman adm t = 5.6569x10-5 s olarak uygulanmtr. Bu durumda zamandaki toplam süre 6000 x t = 0 .34 s olmaktadr. 3. SAYISAL ÖRNEK

ZUSF ile akustik iz çkartmda pervane ve motor gürültüsü olarak noktasal ve 500 Hz frekansna sahip birim genlikli iki temel gürültü kayna kullanlmtr. Böylece bir denizalt ve suüstü gemisi için elde edilen akustik izler kutupsal koordinat sisteminde açya bal olarak hesaplanmtr. ekil 1.a ve 1.b'de iki boyutlu olarak incelenen sualt ve suüstü gemisinin geometrik yaps verilmitir. Suüstü gemisi örnei olarak 77.5 m uzunlua sahip, 15.25 m yükseklikli ve yaklak olarak yars sualtnda kalan ve hareket etmeyen bir askeri gemi seçilmitir. Sualt gemisi örnei olarak ise 81 m uzunlua sahip, 492

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 28 m yükseklikli ve tümü ile sualtnda kalan ve hareket etmeyen bir denizalt seçilmitir. Gelecee yönelik olarak hareketli gemi ve denizaltlar için akkankanlk gürültüsünün de modele katlmas planlanmakta olup, akkanlk gürültüsünün akustik iz paterni üzerinde etkili olaca öngörülmektedir. Akustik dalgalarn denizde yaylm hz 1500 m/s, içerisi hava olan gemi odalarnda yaylm hz 340 m/s, çelikten kabul edilen gemi gövdesindeki yaylm hz 2500 m/s olarak alnmtr. ekil 2.a ve 2.b'de motor ve pervane gürültüsü nedeni ile deniz ortamnda oluan toplam akustik alan dalmlar gösterilmitir. ekil 3.a ve 3.b'de suüstü gemisinin motor ve pervane gürültüsü nedeni ile oluturduu akustik izler gösterilmitir. ekil 4.a ve 4.b'de ise sualt gemisinin motor ve pervane gürültüsü nedeni ile oluturduu akustik izler görülmektedir.

a)

b)

ekil 1. ncelenen a) suüstü, b) sualt gemisinin gerçek görüntüsü ve 2 boyutlu modeli

.

a)

b) ekil 2. ncelenen a) suüstü ve b) sualt gemisinin gürültü kaynaklar nedeni ile oluturduklar akustik alan dalm (f=500 Hz).

493

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

a)

b) ekil 3.Suüstü gemisinde a) motor ve b) pervane gürültüsü kaynakl akustik iz deseni (f=500 Hz).

494

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

a)

b) ekil 4.Sualt gemisinde a) motor gürültüsü b) pervane gürültüsü nedeni ile oluan akustik iz deseni (f=500 Hz).

4. SONUÇ

Sualt ve suüstü gemilerinin akustik izleri noktasal, tek frekansl ve birim genlikli olarak modellenen pervane ve motor gürültüsü için kutupsal koordinatlar sisteminde (2 boyutlu olarak) Zaman Uzaynda Sonlu Farklar yöntemi kullanlarak hesaplanmtr. Bu kapsamda suüstü gemisi olarak 495

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara seçilen askeri bir sava gemisi ve sualt gemisi olarak seçilen bir denizalt için akustik izler hesaplanmtr. Gelecek çalma hedefleri olarak hareketli gemiler için (akkanlk gürültüsü) geni bantl ve daha gerçekçi ikiden fazla gürültü kaynann (motor, pervane, akkanlk v.b.) sualt ve suüstü gemilerde oluturduu akustik izlerin 3 boyutlu olarak modellenmesi ve mekanik titreim etkilerinin de hesaba katlmas hedef olarak alnmtr. Böylece sualt ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin azaltlmas için çeitli öneriler yapmak mümkün olabilecektir. Yine yaplmas planlanan bir dier çalma da elde edilen sonuçlarn dorulama ve geçerlemesinin yaplmas için, akustik iz probleminin bir baka çözüm yöntemi ile ele alnarak irdelenmesidir. KAYNAKÇA

[1] Bureau of Ships, (1965), “Introduction to Sonar Technology”, Department of the Navy, Navyships, 0967-129-3010. [2] S. Aksoy, E. Baaran, D. Bölükba, S. Akgün, (2007), “Suüstü Gemilerinin Akustik zlerinin Zaman Uzaynda Modellenmesi ve Simülasyonu”, kinci Ulusal Savunma Uygulamalar Modelleme ve Simülasyon Konferans, USMOS, Nisan 18-19, 131-137, ODTÜ, Ankara, Türkiye. [3] A. Taflove, S. C. Hagness, (2005), “Computational Electrodynamics: The Finite Difference Time Domain Method”, 3rd. ed., Norwood, MA, Artech House.

496

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara AKTF SONAR SSTEMLERNDE YANKI ANALZ VE MODELLEMES

In AKYILDIZ (a), Tevfik Bahadr SARIKAYA (b), Mustafa KUZUOLU (c), Tolga ÇLOLU (d)

(a) (b)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (c)

Prof. Dr. ODTÜ, Elektrik Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(d)

Doç. Dr. ODTÜ, Elektrik Elektronik Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Aktif sonar sistemleri, sualt akustik harbi açsndan en kritik teknolojilerden biridir. Aktif sonar sistemleri bir sualt hedefine özellikleri önceden bilinen bir sinyalin gönderilmesi ve hedefin özelliklerine göre hedeften gelen yanknn istenen amaca göre ilenmesi ilkesine dayanr. Hedefe gönderilen sinyalin, hedeften ne ekilde yansyacann bilinmesi hedef snflandrma ve konumlandrma açsndan büyük önem tamaktadr. Bu çalmada aktif sonar sistemlerinde hedeften yansyan akustik yanknn modellenmesi problemi ele alnmtr. Deiik fiziksel ve geometrik yapdaki hedeflerin çeitli sinyal türleri kullanlarak farkl frekanslardaki akustik yank modellenmesi yaplm, benzetimler yoluyla sonuçlar sergilenmitir. Anahtar Kelimeler: Akustik yank modelleme, snflandrma, hedef konumlandrma, katakustik.

aktif

sonar,

hedef

ABSTRACT

Active sonar systems are among the most critical technologies for the underwater acoustic warfare. In active sonar systems, a known signal is sent to the underwater target and the echoes from the target are processed to achieve the desired aim. It is of great importance to know how the transmitted signal reflects from the target for the purposes of target classification and localization. In this work, we have considered the problem of target echo modeling. Using various signal types, echo modeling of the targets of various physical and geometric properties is explained, and the results are shown using simulations. Keywords: Acoustic echo modeling, active sonar, target classification, target localization, catacoustics.

497

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Aktif sonar sistemleri bir sualt hedefine özellikleri önceden bilinen bir sinyalin gönderilmesi ve hedefin özelliklerine göre hedeften gelen yanknn istenen amaca göre ilenmesi ilkesine dayanr. Hedeften gelen yanklarn özellikleri hedefin uzaklna, yöneli açsna, fiziksel ve geometrik yapsna, gönderilen sinyalin frekans dalmna göre farkllk gösterir. Hedef yansma fiziinin anlalmas, sistem ve benzetim modelleri tasarm için büyük önem tamaktadr. Hedeften gelen yansmalarn modellenebilmesi, hedef özelliklerinin çkartlmasnn yan sra algoritma tasarm için hedef yank karakteristiinin gerçekçi bir tanmnn yaplabilmesine de olanak salar. Hedef yank modellemesi konusunda iki tür yaklam bulunmaktadr. Bunlar zaman tabanl ve frekans tabanl yaklamlardr. Zaman tabanl yaklamlarda geçici (transient) dalgalar kullanlarak hedeften gelen yanknn modellenmesi gerçekletirilir. Geçici dalgalar, belli bir manta göre modulasyona uram, genelde ksa süreli, herhangi bir dalga yapsnda olabilir. Frekans tabanl yaklamlarda ise hedefin sürekli harmonik dalgalara (CW) verdii yansmalar modellenir. Bu çalmada hedef yank modellemesi için yukarda söz konusu iki yaklam da ele alnmtr. Zaman tabanl yaklamlarda fiziksel olay modellemek amacyla saysal bir yaklam olan sonlu elemanlar yönteminin (finite element method) kullanlabilirlii deerlendirilmitir. Frekans tabanl yaklamlarda ise, fiziksel optik yaklamn baz alan yüksek frekans teknikleri kullanlmtr. 2. FORMÜLASYON 2.1 Zaman Tabanl Yaklam

Aktif sonar sistemlerinin birçounda sürekli dalgalar yerine ksa süreli, ve genelde belli bir manta göre modulasyona uram dalgalar kullanlmaktadr. Bu dalgalar hedeflere çarptktan sonra hedefin yapsna göre deiik ekillerde yansmaktadr. Hedeften gelen yanklarn doru bir ekilde modellenmesi için diferansiyel bir denklem olduu bilinen akustik dalga denkleminin hedefin fiziksel özellikleri de dikkate alnarak uzay ve zaman boyutunda her noktada çözülmesi gerekmektedir. Bu tarz diferansiyel denklemlerin çözümünde analitik ya da numerik yöntemler kullanlabilir. Konuyla ilgili yazna bakldnda küre ve silindir gibi basit ve düzenli geometriye sahip cisimler için yansma analizinin analitik çözümler kullanlarak yapld görülmektedir [1,2]. [1]’de yaplan çalmada elastik kürelerden gelen yansmalarn modellenmesi analitik yöntemler kullanlarak yaplm ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karlatrlmtr. Söz konusu çalmada küre gibi basit ve düzenli bir cismin kullanlmasnn nedeni yansmalarn sadece geometrik düzensizliklerinden kaynaklanmadn, kat 498

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara malzemenin içinde meydana gelen titreimlerden de ortaya çkabileceini göstermek olarak açklanmtr. Bu çalmada ise analitik bir yöntem yerine, saysal bir yöntem olan ve diferansiyel denklemlerin çözümünde kullanlan sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullanlmtr. Zaman tabanl hedef yank modellenmesinin yaplmas için sonlu elemanlar yöntemini kullanan ve akustik analiz kabiliyeti olan ANSYS [3] kullanlmtr. ANSYS’te küre gibi basit yaplar kullanlarak gerçekletirilen yansma analiz sonuçlar [1]’de bulunan analitik sonuçlarla karlatrlmtr. ANSYS’in daha karmak geometriye sahip cisimlerin yank analizi için kullanlp kullanlamayaca deerlendirilmitir.

ekil 1. Akustik ortam ve hedef modeli

Model olarak 2 metre yarçapndaki bir kürenin iki boyutlu kesiti ele alnmtr. Akustik ortam olarak da 40 m x 20 m boyutunda bir akustik kanal kullanlmtr (ekil 1). Benzetimlerde tek frekansl, sabit genlikli ve deiik uzunluktaki darbeler (pulse) kullanlarak küreden gelen yansmalar incelenmitir. Her bir analiz için uygulanan ses dalgalarnn frekans, genlik ve uygulanma süresi Çizelge 1’ de gösterilmitir. Çizelge 1. Yansma analizi için uygulanan ses dalgalar

Frekans 500 Hz 1000 Hz 3000Hz Chirp

Genlik 100 100 100 100

Darbe Süresi 6 ms 3 ms 5 ms 3.5 ms

(500Hz, 1 Khz, 2 kHz)

499

Eleman Boyutu

O /12 O /6 O /2 O /3 (2 Khz)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1

0.5

0

-0.5

-1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

ekil 2. Armko demir küre modeli için teorik yansma sonuçlar 1

0.5

0

-0.5

-1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

ekil 3. Armko demir küre modeli için ANSYS yansma sonuçlar

ekil-2’de, [1]’de verilen formülasyon kullanlarak, 2m yarçapndaki armko demir bir küre için analitik olarak hesaplanm yansma sonuçlar görülebilir. ekil-3’de ise ayn model için ANSYS kullanlarak bulunmu yansma deerleri verilmitir. Analitik olarak hesaplanm ve ANSYS tarafndan bulunan iki sonuca da bakldnda, sonuçlarn birbirleriyle örtütüü görülmektedir. Sonuçlarda verilen zaman ekseni gönderilen dalgann küreye çarpma ve kaynan olduu noktaya geri dönü süresi ile orantl olarak verilmitir. ekil-2’de de görüldüü gibi zaman ekseninin 0 olduu noktada ilk yansma görülmektedir. Bu nokta tam olarak giden sinyalin kürenin en yakn noktasna çarpp gözlem noktasna geldii ana denk gelmektedir. Ayn zamanda yansyan sinyal gönderilen sinyalle ayn forma sahiptir. Sadece faz ters çevrilmi ve genlii dümütür. Bu da ilk yansmann, kaynan akustik sert (acoustically hard) cisim olarak davranmasndan kaynaklandn göstermektedir. 500

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Yansmann ikinci ksm ise genlik olarak gönderilen sinyale göre çok daha düük bir seviyeye sahip olup, kürenin elastik yapsndan kaynakl meydana gelen titreimlerden kaynaklanmaktadr. Bu hesaplamalar berilyum küre kullanlarak yapldnda, kullanlan kürenin berilyum malzemesinin özellikleri gerei su içinde akustik sert cisim özelliine yakn bir davran sergilemekte olduu gözlemlenmektedir. (ekil 4). Ayn hesaplamalar, armko demir kullanlarak yapldnda ilk yansmann formunun ayn kald ve ikinci yansmalarn ise daha yüksek genlikli ve daha uzun süreli olduu görülmektedir. Yansima - Baskin Frekans 500Hz ka=4.19 1.5

Yansim a Seviyesi

1

0.5

0

-0.5

-1 -2

-1

0

1 Zaman

2

3

4

ekil 4. Berilyum küre modeli için teorik yansma sonuçlar

Yukarda bulunan sonuçlar 500 Hz için 2 metre boyutlarnda Armko demir ve berilyum küreler için verilmitir. Ayn hesaplamalar ve benzetimler farkl frekans aralklar ve deiik malzeme yapsnda farkl boyutlardaki küreler için de tekrar edilmitir. Yansma formlarnn kürenin boyutlarna, kullanlan frekansa, gönderilen sinyalin uzunluuna ve malzemenin elastik özelliklerine bal olarak farkllklar gösterdii gözlemlenmitir. 2.2 Frekans Tabanl Yaklam

Bölüm 2.1’de anlatlan zaman tabanl yaklamda varlan sonuçlar göstermektedir ki, ele alnan sonlu eleman analizi yöntemleri, yüksek frekanslarda ve akustik cismin boyutlarnn dalga boyuna göre çok büyük olduu durumlarda, analiz için gereken eleman saysnn çok fazla olmas nedeniyle uygulanabilir deildir. Bu tür yöntemler yerine fiziksel optik yaklam kullanlarak yüksek frekansta akustik sert cisimlerden gelen saçlm yaklak olarak hesaplanabilir [4]. Bu çalmada da fiziksel optik yaklam kullanlarak akustik saçlmn hesaplanmas yaplm ve sonar kesit alan için kapal formda bir ifade bulunmutur. Basnç deikeni, p , için dalga denklemi:

501

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

1 w2 p c 2 wt 2

’2 p

(1) eklinde yazlabilir. Burada c sualtnda ses hzn, t ise zaman temsil etmektedir. Bu denklem, u ile gösterilen akustik hz potansiyeli için de geçerlidir. Eer basnç ve hz potansiyeli fonksiyonlarn zamanda harmonik (time harmonic) kabul edersek, bu fonksiyonlar fazör olarak ifade edilebilir. Fazör yaklam kullanarak, hz potansiyeli için denklem (1)’i yazarsak Helmholtz denklemini elde ederiz:

’ 2u  k 2u

0

(2) Green fonksiyonu ise:

’2 g  k 2 g

G G (r )

(3) diferansiyel denkleminin çözümü olarak verilir. Üç boyutlu uzayda bu

G

denklemin çözümü g ( r )

exp( jkr ) olarak bulunabilir. Burada r 4Sr

G r olarak

tanmlanr.

’2 g  k 2 g

G G G ( r  r0 )

(4) denkleminin

G G g (r0 , r )

çözümü

uzayda

exp( jkr ) olacaktr. Burada R 4SR

deimezlik

ilkesine

G G r  r0 olarak tanmlanr.

göre

Üç boyutlu uzayda S ile gösterilen bir kapal yüzey varsayalm. Bu yüzeyin G dnda kalan sonsuz uzay bölgesini ise V ile gösterelim. r0  V , bir gözlem noktas olsun ve denklemler (2) ile (3) V bölgesinde geçerli olsun:

ekil 5. S kapal yüzeyi ve V sonsuz uzay

Green teoremi kullanlarak aadaki ifade elde edilebilir: 502

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

³ u ’

2



§ wg



wu ·

³ ¨© u wn  g wn ¸¹dS

g  k 2 g  g ’ 2u  k 2u dV

V

(5)

S

G

Sol taraf  u r0 olacaktr. Bunun sonucunda aadaki ifadeyi elde edebiliriz:

G u r0

G G G G wg ( r0 , r ) · § G G wu (r ) ³S ¨© g (r0 , r ) wn  u (r ) wn ¸¹dS

(6)

S yüzeyini akustik sert bir saçc cismin yüzeyi olarak ele alrsak yüzey üzerinde

wu wn

0 olacaktr. Bu durumda: G G G § G wg (r0 , r ) · u r0  ³ ¨ u (r ) ¸dS wn ¹ S©

(7)

ifadesi elde edilecektir. Akustik cismin boyutlar dalga boyutuna göre çok büyükse yüzey üzerindeki u deerleri için aadaki yaklak ifade kullanlabilir:

­2u u#® i ¯0

ki . nˆ  0 ki . nˆ ! 0

(8)

Bu ifadede ui gelen alan göstermektedir. Gelen alann birim genlie sahip bir düzlem dalga olduu varsaylabilir:

ui

G G exp( jki ˜ r )

(9)

G

Eer r0 gözlem noktas cisimden çok uzaktaysa, olarak hesaplanabilir:

wg wn

G G ’g ˜ nˆ # jgk s ˜ nˆ , k s

kaˆ s

G G wg (r0 , r ) terimi yaklak wn G r0 k G r0

(10)

Bu yaklak deerleri kullanarak alan deikenini aadaki integralden hesaplayabiliriz:

u

2j

G u g k ³ i s ˜ nˆdS

(11)

kˆi ˜nˆ  0

u

G G G G G exp( jk s r  r0 ) G 2 j ³ exp( jk i ˜ r ) k s ˜ nˆ dS G G 4S r  r0 kˆ ˜nˆ  0 i

Uzak alanda aadaki yaklak ifade geçerlidir: 503

(12)

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

G G G GG exp( jk s r  r0 ) exp( jk s r0 ) exp( jk s r ) # G G 4S r  r0 4Sr0

(13)

Bu ifadeyi alan deikenini hesapladmz integralde yerine koyarsak:

u

u

2j

G G G G exp( jk s r0 ) ˆ exp(  j k i  k s ˜ r ) k s ˜ n dS ³ˆ 4Sr0 ˆ ki ˜n0





(14)

G G exp( jk r ) s 0 S (k s ) olarak tanmlayalm. S (k s ) uzak alan saçlma genlii 4S r0

olarak isimlemdirilir. G S (k s )

j

S

G

³ exp( j k

i

G G G  k s ˜ r )k s ˜ nˆ dS

kˆi ˜nˆ 0



(15)

olarak elde edilecektir. Sonar kesit alan

V

G G S (k s ) S * (k s )

(16)

olarak hesaplanabilir. Sonar kesit alan bilgisi kullanlarak, akustik sert cisimler için, hedef yank modellemesi yaplabilir. 3. SONUÇ

Bu çalmada hedef yank modellemesi için iki farkl yaklam ele alnmtr. Zaman tabanl yaklamlarda analitik ve saysal yöntemler kullanlarak hedef yank analizi yaplm ve sonuçlar karlatrlmtr. Hedef yanksnn hedefin uzaklna, fiziksel ve geometrik yapsna, gönderilen sinyalin frekans dalmna ve uzunluuna göre deiimi incelenmitir. Frekans tabanl yaklamlarda ise yüksek frekanslarda ve akustik cismin boyutlarnn dalga boyuna göre çok büyük olduu durumlar için yaklak olarak sonar kesit alan hesaplanmtr. KAYNAKÇA

[1] R. Hickling, (1962), “Analysis of Echoes from a Solid Elastic Sphere in Water”, The Journal of Acoustical Society of America, 34, 1582-1592. [2] J.J. Faran, (1951), “Sound Scattering by Solid Cylinders and Spheres”, The Journal of Acoustical Society of America, 23, 405-418. [3] Ansys ®, sürüm 10.0. [4] N.N. Bojarski, (1982), “A Survey of the Physical Optics Inverse Scattering Identity”, IEEE Trans. on Antennas and Propagat., 30, 980-989.

504

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GEN BANT 1. SINIF GERLM LE BÜKÜLEN AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI

Aykut AHN(a), Hayrettin KÖYMEN(b) (a)

ASELSAN A.., SST - Sonar Sistemleri Müdürlüü, 06370, Ankara, [email protected] Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800 Ankara, [email protected]

(b)

ÖZET

Bu bildiride, düük frekanslarda yüksek güç gerektiren uygulamalara uygun 1. Snf fç tipi, gerilim ile bükülen (Barrel-stave flextensional) akustik dönütürücü tasarm tartlmaktadr. Fç tipi dönütürücünün iç ksmnda halka tipi piezoelektrik malzeme bulunmaktadr. Bu piezoelektrik malzemeye elektriksel gerilim uygulanr ve piezoelektrik malzemede boylamsal hareket oluturulur. Fçnn orta ksmnda oluan boylamsal hareketler kabuk ksmnda bükülmelere neden olmaktadr. Bu ekilde fç mekanik bir transformatör etkisi göstererek eksenindeki küçük genlikli titreimleri geni fç yüzeyi marifeti ile ortama yükselterek aktarmaktadr. Fç dönütürücü edeer devre çözümlemesi MATLAB program ile gerçekletirilmi ve fç parametrelerinin rezonans frekans üzerindeki etkileri incelenmitir. Fçnn kritik analiz çözümlemeleri sonlu eleman modelleme (Finite Element Model: FEM) yöntemi kullanlarak gerçekletirilmitir. ANSYS programnda, fç, su içerisinde iki boyutlu ve üç boyutlu modellenerek akustik performans incelenmitir. Akustik analizler piezoelektrik malzemeye gerilim uygulayarak, bolukta ve suda dbükey fç tipi için gerçekletirilmitir. Fç boyutlar, kabuk kalnl ve erilii, kabuk malzemesi gibi fçnn yapsal parametrelerinin, dönütürücünün elektriksel giri empedans, elektro-akustik transfer fonksiyonu, rezonans frekans, kalite faktörü üzerindeki etkileri incelenmitir. Anahtar Kelimeler: Sualt Akustik Dönütürücü, Barrel-Stave, Flextensional Transducer, Düük Frekans, Yüksek Güç, Piezoelektrik ABSTRACT

In this paper, low frequency, high power capability class-1 barrel-stave flextensional transducer design is described. Piezoelectric ceramic rings are inserted inside the shell. Under an electric drive, ceramic rings vibrate in the thickness mode in the longitudinal axis. The longitudinal vibration of the rings is transmitted to the shell and converted into a flexural motion. Low amplitude displacements on its axis create high total displacement on the shell, acting as a mechanical transformer. 505

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Equivalent circuit analysis of transducer is performed in MATLAB and the effects of structural variables on the resonance frequency are investigated. Critical analysis of the transducer is performed using finite element modeling (FEM). Two dimensional and three dimensional transducer structure is modeled in ANSYS, and underwater acoustical performance is investigated. Acoustical analysis is performed by applying a voltage on piezoelectric material both in vacuum and in water for the convex shape barrel-stave transducer. Effects of transducer structural variables, such as transducer dimensions, shell thickness, shell curvature and shell material, on the electrical input impedance, electro-acoustical transfer function, resonance frequency and quality factor are investigated. Keywords: Underwater Acoustic Transducer, Barrel-Stave, Flextensional Transducer, Low Frequency, High Power, Piezoelectric. 1. GRS

1.Snf fç tipi, gerilim ile bükülen akustik dönütürücüler yüksek güç gerektiren, düük frekanstaki uygulamalarda youn olarak kullanlmaktadr. Dbükey kabuk biçimli 1. Snf fç tipi, gerilim ile bükülen akustik dönütürücünün 2 boyutlu boyuna kesiti ekil 1’de verilmektedir. Dönütürücünün iç ksmnda ve orta düzleminde kalnlk modunda çalan piezoelektrik seramik halkalar bulunmaktadr. Bu halkalar ile kabuk arasnda aralayc olarak çelik halkalar bulunmaktadr. Dönütürücüye ait olan bütün malzemeler, dönütürücü orta düzleminden geçen bir cvata yardm ile birbirine balanmaktadr. Piezoelektrik seramik halkalara voltaj uygulandnda dönütürücü orta düzleminde boylamsal hareket olumaktadr. Bu hareket, dönütürücü kabuk ksmnda bükülmelere neden olmaktadr. Uygulanan gerilim yönüne bal olarak dönütürücü boyundaki uzamalar kabuk ksmnn dönütürücü iç ksmna doru hareket etmesini salarken, gerilimin yönünün deimesi ile meydana gelen boy ksalmas kabuk ksmnn da doru açlmasna neden olmaktadr. Kabuk d yüzey alan, piezoelektrik halkalarn üst yüzey alanna göre oldukça fazla olduu için halkalarda oluturulan deplasman miktar, dönütürücü yüzeyinde büyük bir toplam deplasmana neden olmaktadr. Bu ekilde, dönütürücü ekseninde oluturulan küçük genlikli titreimler, mekanik transformatör etkisi ile ortama yükseltilerek aktarlmaktadr.

506

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. Dbükey 1. snf fç tipi dönütürücü ekli

1. Snf fç tipi gerilim ile bükülen akustik dönütürücüler ekil 2 a’ da verilen düük frekans modunda çaltrlrlar [1]. Düük frekans modunda çaltrlan dönütürücüler, bu frekanstaki dalga boyuna göre küçük olduklar için tüm yönlü olarak çalrlar. Bu bildiri düük frekans modunda çalan 1. snf fç tipi gerilim ile bükülen dönütürücü tasarmn anlatmaktadr. Tasarm iki aamadan olumaktadr. Edeer devre çözümlemeleri MATLAB program kullanlarak yaplm, kritik analiz çözümlemeleri de sonlu eleman ve snrl eleman yöntemleri kullanlarak ANSYS programnda gerçekletirilmitir. Sonlu eleman analizi bu alanda kullanlan yeni bir yöntemdir. Bu yöntem kullanlarak, üretim aamasnda ortaya çkabilecek sorunlarn en aza indirilmesi ve tasarmdan üretime geçiin hzlandrlmas amaçlanmaktadr.

ekil 2. (a) Düük Frekans Modu (Fundamental, flexural mode), (b) Yüksek Frekans Modu (Higher frequency, extensional mode). Kesik çizgi ile gösterilen eriler deformasyona uramam kabuk ekilleridir.

2. ANALZLER VE SONUÇLAR 2.1 2 Boyutlu Axisimetrik ANSYS Model Çözümlemesi

Sonlu eleman analizlerinde kullanlan sonlu eleman modeline ait elastik formül u ekildedir:

^F ` > K @^a`  w2 > M @^a`

(1)

507

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ANSYS bu formül ile, uygulanan kuvvete (F) bal olarak, frekans (w), malzeme sertlik matrisini (K) ve kütle matrisini (M) kullanarak her bir düüm noktas için deplasman (a) deerlerini hesaplamaktadr [2]. ki Boyutlu 1. Snf fç tipi gerilim ile bükülen dönütürücü yapsal parametreleri ve seçilen ilk yapsal parametre deerleri, srasyla, ekil 3 ve Çizelge 1’ de verilmektedir. Çizelge 1. Yapsal parametre deerleri Parametre r t l

Açklama Erilik yarçap (radius of curvature) Kabuk kalnl

lk Deer 0.3m 0.015m 0.25m

re

Uç levhalar arasndaki uzaklk Uç levha yarçap

he

Uç levha kalnl

0.03m

rd

Seramik iç yarçap

0.02m

Rd

Seramik d yarçap

0.04m

n

Kabuu oluturan plaka says

8

0.085m

ekil 3. Dönütürücü yapsal parametreleri

Dönütürücü sürücü parças 2 adet 10 cm kalnlnda PZT-4 halka elemanndan olumaktadr. Kabuun, bütün bir parça halinde olduu düünülüp, kabuk d yüzeyi tamamen düzgün olarak alnmtr. Bu durumda, dönütürücü yaps orta düzleme göre ve açsal olarak tamamen simetrik olup, ekil 3’ teki gibi X-Y düzleminde modellenebilmektedir. Kabuk malzemesi, dönütürücünün kullanlaca uygulamaya göre farkllk göstermektedir. Kabuk ksmnda sert bir malzeme olan çelik kullanld takdirde dönütürücü akustik çk gücü ve kalite faktörü yüksek olmaktadr. Kabuk malzemesi olarak çelie göre daha yumuak bir malzeme olan alüminyum kullanld takdirde dönütürücü gücü dümekte, fakat çalma frekans band genilemektedir [3]. Geni bir çalma frekans band elde edebilmek amac ile kabuk malzemesi olarak alüminyum seçilmitir. PZT-4 ile kabuk arasna konulan aralayc malzemesi olarak da çelik kullanlmaktadr. Kabuk ksmnn bütün bir parça halinde olduu düünülüp, dier yapsal parametre deerleri için Çizelge 1’ de verilen deerler kullanlarak dönütürücü modeli oluturulmutur. Bu modelde sürücü ksmna 10 V gerilim uyguland, PZT-4’ e ait sertlik, dielektrik ve piezoelektrik matrisleri ve malzeme younluu ile çelik, alüminyum ve suya ait gerekli veriler [4,5] girildii takdirde PZT-4 üzerinde ve kabuk üzerinde oluan deplasmanlar ekil 4 ve ekil 5’ te verilmektedir.

508

eki boylamsal

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 5. Kabuk üzerinde x yönündeki

(y yönünde) deplasman erisi

deplasman erisi

Kullanlan halka says 2’ den 8’ e çkarlp, bir halka kalnl 10 cm’ den 2.5 cm’ye düürüldüü zaman ekil 4 ve ekil 5’ teki deplasman miktarlarnn 4 katna çkt, rezonans frekansnn da deimedii görülmütür. Dönütürücü kabuk ksmnn tek bir parçadan olutuu düünüldüü için dönütürücü sertlii, sonlu sayda plakadan oluan kabua sahip olan dönütürücüye göre daha yüksek olmakta ve daha yüksek bir rezonans frekans elde edilmektedir. ki boyutlu analiz yöntemi kullanlarak daha düük rezonans frekans elde etmek amac ile kabuk kalnl 15 mm’ den 3 mm’ ye düürülmütür. Bu durumda dönütürücü rezonans frekans 2,7 kHz’ e dümütür (ekil 6 ve ekil 7).

ekil 6. PZT-4 üzerindeki boylamsal

ekil 7. Kabuk üzerinde x yönündeki

(y yönünde) deplasman erisi

deplasman erisi

2.2 Edeer devre analizi ve MATLAB çözümlemesi

Dönütürücü edeer devresinin analiz edilebilirliini salamak amacyla, dönütürücü akustik performans üzerindeki etkisi düük olan bileenler edeer devreye dahil edilmemitir. Bu sebeple, sonlu eleman çözümlemeleri edeer devre analizlerine göre daha gerçekçi sonuçlar vermektedir. Ancak, sonlu eleman analizinde kazanlamayan dönütürücü yapsal parametrelerinin 509

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara dönütürücü akustik performans üzerindeki etkileri hakkndaki önsezi, edeer devre analizlerinde kazanlabilmektedir. Fç tipi dönütürücü edeer devre analizleri ekil 8’ de verilen model kullanlarak gerçekletirilmitir [1]. Edeer devre analizlerinde Çizelge 1’ de verilen yapsal parametre deerleri kullanlmtr. Analizler, bolukta gerçekletirilmi ve ekil 10 ve ekil 11’ deki iletkenlik-sanal iletkenlik grafikleri elde edilmitir. ekil 10’ da 1,7 kHz’ de görülen rezonans ekil 2’ de bahsedilen düük frekans moduna ait olan rezonanstr. ekil 2’ de bahsedilen yüksek frekans moduna ait olan rezonans ise ekil 11’ de gösterildii gibi 5,9 kHz’de bulunmutur.

ekil 8. 1. Snf Fç Tipi Gerilim ile Bükülen Dönütürücü Edeer Devre emas [1]

2.3 3 Boyutlu ANSYS Model Çözümlemesi

Dönütürücü kabuk ksmn sonlu sayda plakadan oluturabilmek ve sekiz adet plakadan oluturulan dönütürücü için gerçekletirilen edeer devre analizlerini sonlu eleman yöntemi ile ANSYS programnda analiz edebilmek amac ile dönütürücü üç boyutlu modeli oluturulmutur (ekil 9). 3 boyutlu ANSYS modelinde her bir parça arasna ortalama genilii 0,5 mm olan sert lastik malzemesi eklenmitir. Bu sayede dönütürücü sertlii azaltlm ve dönütürücünün boluktaki rezonans frekans 2,3 kHz’ e düürülmütür. Bu frekanstaki PZT üzerinde z yönündeki deplasman-frekans grafikleri ekil 12 ve ekil 13’ te verilmektedir. Edeer devre analizleri ile elde edilen düük frekans rezonans 1,7 kHz’ de elde edilmi (ekil 10), buna karlk sonlu eleman analizlerinde bu frekans 2,3 kHz’de bulunmutur (ekil 12). Dönütürücüye ait yüksek frekans rezonans deeri edeer devre analizlerinde 5,9 kHz’ de elde edilmi (ekil 11), sonlu eleman analizlerinde ise bu frekans 5,4 kHz’ de bulunmutur. Elde edilen verilerin birbirine yakn olmalarna karn bire bir uyumlu olmamalarnn sebebi, edeer devre analizlerinde yer almayan parametrelerin (plakalar arasna yerletirilen malzeme özellikleri ve miktar gibi) dönütürücü performans üzerindeki etkileridir.

510

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 9. 8 Parçal ANSYS Dönütürücü Modeli

ekil 10. Düük Frekans letkenlik-Sanal

ekil 11. Yüksek Frekans letkenlik-Sanal

letkenlik Erisi

ekil 12. Düük Frekans Deplasman Erisi

letkenlik Erisi

ekil 13. Yüksek Frekans Deplasman erisi

5. SONUÇ

Bu bildiride, düük frekansta çalan, yüksek güç kapasiteli 1. snf gerilim ile bükülen dönütürücü tasarm anlatlmaktadr. Dönütürücü tasarm temel olarak iki aamada gerçekletirilmitir. MATLAB program kullanlarak dönütürücü edeer devre çözümlemesi gerçekletirilmi ve elde edilmek istenilen akustik deerlere uygun yapsal deikenler belirlenmitir. Edeer 511

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara devre çözümlemeleri yardm ile elde edilen yapsal parametreler kullanlarak ANSYS programnda dönütürücü sonlu eleman modeli oluturulmu ve akustik analizler gerçekletirilmitir. Sekiz plakadan oluan kabua sahip dönütürücü üzerindeki tasarm çalmalar devam etmektedir. Bu dönütürücüye ait yapsal model oluturulmu ve boluktaki analizleri yaplmtr. Plakalar arasna yerletirilen lastik malzeme nedeni ile dönütürücü yapsnn sertlii azaltlmtr. Bunun sonucu olarak da dönütürücü rezonans frekans 2,3 kHz’ e düürülmütür. Dönütürücü frekansnda, su ortamna konulduktan sonra düü beklenmektedir. ANSYS programnda gerçekletirilen testler sonunda dönütürücünün üretilmesi ve gerçek su ortamnda akustik performans testlerinin gerçekletirilmesi planlanmaktadr. KAYNAKÇA

[1] M.B. Moffett, J.F.Lindberg, E.A. McLaughlin, and J.M. Powers, “An equivalent circuit model for barrel stave flextensional transducers,” in Transducers for Sonics and Ultrasonics, ed. By M.D. McCollum, B.F. Hamonic, and O.B. Wilson, (Technomic Publishing Co., Lancaster, PA 1993) [2] S.S. Jarng, (2003), “Comparison of Barrel-Stave Sonar Transducer Simulations Between a Coupled FE-BEM and ATILA”, IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 3, NO. 4. [3] D.T.I. Francis, (1994), “The Development of a Low Frequency BarrelStave Transducer for Tomographic Applications Using Finite Element and Boundary Element Modeling”, IEEE, 0-7803-2056-5, I-371 – I-376. [4] ANSYS, “Piezoelectric Rectangular Strip Under Pure Bending Load”, Release 10.0 Documentation for ANSYS, VM231 [5] C.H. Sherman, J.L. Butler, (2007), “Transducers and Arrays for Underwater Sound ”, Springer Science+Business Media, New York.

512

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara DARESEL SONLU ENGEL ÜZERNDE GEN BANT GEN HÜZME AÇIKLIKLI PSTON TP AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI

Zekeriyya AHN (a), Hayrettin KÖYMEN (b)

(a) (b)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

Prof. Dr., Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu bildiride, dairesel sonlu engel üzerinde 42kHz-78kHz bandnda, geni hüzme açklkl, akustik güç kapasitesi 200W üzerinde olan piston tipi dönütürücü (transducer) tasarm anlatlmtr. Dönütürücü, srt srta yerletirilmi iki elemandan olumaktadr. Her bir eleman, PZT-4 halkalar, uyumlama ve çelik arka katmanlarn sonlu dairesel engel üzerinde ylmasyla oluturulmutur. Bant genilii ve hüzme açklnn piston ve engel yarçapna, srasyla a ve b, bal olarak gösterdii deiim incelenmi ve rapor edilmitir. Dönütürücünün rezonans frekans 65kHz olup, ka=2.45 (k: dalga says) ve b/a=2 için %55 bant genilii ve yatay eksende her bir yarm düzlemde 60º huzme açkl elde edilmitir. ki tane dönütürücü uzaysal olarak doru bir açyla yerletirilip paralel olarak sürüldüünde, alçak frekans bandnda yatay eksende tümyönlü bir nm örüntüsü (omnidirectional beam pattern) elde edilebilecei gösterilmitir. Inm örüntüsü, frekans bandnn üst ksmnda her bir çeyrek düzlemde iki adet 8dB’den daha küçük bir çukur göstermitir. Dönütürücü sonlu eleman modeli ile de analiz edilerek, çalma frekans aralnn 42kHz-78kHz olduu görülmütür. Anahtar kelimeler: Sualt akustik dönütürücü, geni bant, geni nm örüntüsü, sonlu engel, yüksek güç ABSTRACT

The design of a high power piezoelectric underwater transducer operating at frequency range 42kHz-78kHz with acoustic power capability in excess of 200W is described. The transducer consists of two back-to-back elements. Each element is formed by stacked PZT-4 ceramic rings, a matching and a steel backing layer, and placed in a finite rigid circular baffle. We investigate the dependence of bandwidth and beamwidth to the combination of piston and baffle radii, a and b, respectively. With ka of 2.45 (k is the wave number) at resonance and a b/a ratio of 2, the transducer resonates at 65kHz with 55% bandwidth and has a beamwidth of 60º at each half space. We show that 513

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara when two transducers are placed at right angles spatially and driven in parallel, we can obtain an omnidirectional beam pattern in the lower frequency band. The beam pattern exhibits two dips in each quadrant at the higher end of the frequency band, which are within 8 dB. Transducer is also analyzed with finite element model and working band is also obtained as 42kHz-78kHz. Keywords: Underwater acoustic transducer, finite baffle, wideband, wide beamwidth, high power 1. GiRi

Piston tipi dönütürücüler, baz avantajlarndan dolay yüksek güç uygulamalarnda yaygn olarak kullanlrlar [1-2]. Bu tip dönütürücüler, seramik, uyumlama (matching) ve arka (backing) katmanlarn çelik vida ile merkez eksen boyunca sktrlmasyla çok yüksek gerilmelere dayanabilmektedir. Yüksek sl iletkenlie sahip arka katman, seramiklerde aça çkan snn atlmasna yardmc olarak seramiklerin yüksek güçlerde kullanlabilmesine olanak salar. Ayrca, seramik elemanlar kalnlk modunda kullanldndan piston tipi dönütürücüler yüksek kuplaj katsaysna sahiptir. Uygulama alanna göre ihtiyaç duyulan nm örüntüsü dönütürücünün tipini belirlemektedir. Silindirik ve küresel dönütürücüler en az bir eksende tümyönlülük salayabilmekte, ancak bu tip dönütürücülerin üretimi zor olmaktadr. Piston tipi dönütürülerin ise üretimi kolay olmakla birlikte, yönlü olmalarndan dolay tümyönlü nm örüntüsü gerektiren uygulamalarda kullanlmamaktadr. Bu bildiride, yeni bir tasarm seçenei olarak srt-srta yerletirilmi iki elemandan oluan piston tipi dönütürücü tasarm anlatlmtr. ki adet dönütürücüyle bir düzlemde ve 42kHz-78kHz bandnda yaklak tümyönlü bir nm karakteristiinin elde edilebilecei gösterilmitir. Srt-srta iki elemandan oluan dönütürücünün tasarm piston ve engel yarçap ve pistonlar arasndaki uzakla bal olduundan, ikinci ksmda anlatlan tümyönlü nm örüntüsü tasarm ve üçüncü ksmda anlatlan dönütürücünün tasarmnda özyineli bir optimizasyon yaplmtr. Seramik, uyumlama ve arka katmanlardan oluan piston tipi dönütürücünün tasarm ve simülasyonu iletim hatt model tabanl edeer devre kullanlarak yaplmtr[1,3]. Çeyrek dalga uyumlama katman, su ile seramik elemanlar arasndaki büyük empedans uyumsuzluunu gidermek ve band geniletmek amacyla kullanlr. Yüksek empedansl çelik arka katman ise, sert bir snr oluturarak, seramik halkalarn akustik gücün büyük bir ksmn yük tarafna ulatrmalarn salar. Genel olarak, yarm dalga boylu rezonatör, arka ve aktif katmanlarn her birinin çeyrek dalga boyu kalnlnda ayarlanmasyla elde edilse de, arka ve aktif katmanlar deiik kalnlklarda kullanlarak frekans istenilen deere ayarlanabilir. letim hatt tabanl edeer devre modeli, katman kalnlklarnn çaplarna göre çok küçük olduunu, dolaysyla katmanlarn içerisindeki ses hzn sabit kabul eder. Ancak, elemanlarn yanal boyutlar ile uzunluklar karlatrlabilir olduu durumda, malzemenin kalnlk 514

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara modundaki sertlii azalmaktadr. Sonlu eleman modeli bu deiimi de hesapladndan, dönütürücü ANSYS ’te analiz edilerek, uyumlama ve arka katmanlarn kalnlklar ayarlanmtr. Piston tipi dönütürücülerin radyasyon karakteristii genel olarak sonsuz engel üzerinde hesaplanr [1]. Ancak, pratikte sonsuz engel koulu mümkün olmamaktadr. Dairesel sonlu engel üzerindeki bir diskin nm karakteristii ve radyasyon empedans yakn zamanda hesaplanmtr [4]. Radyasyon denklemleri, sonlu engel kalnlnn radyasyon yarçapnn dörtte birinden daha küçük olduu durumlar için verilmitir. Ancak, dalgann ön yüzeyin kenarlarndan yansm ve radyasyon karakteristiinde etkisini göstermi olduu göz önüne alnrsa, arka yüzeyin kenarna ulat zaman yapaca ikinci yansmann küçük olaca ve bunun nm örüntüsünde çok küçük bir giriim yaratmas beklenir. Nitekim engel yarçap radyasyon yarçapna eit durumda iken elde edilen radyasyon karakteristii sonsuz tüpün ucundaki pistonun radyasyon karakteristii ile ayndr [4,5,6]. Bu nedenle, ayn denklemlerin daha büyük kalnlklar için de kullanlabilecei sonucuna varlarak tasarlanan dönütürücünün radyasyon karakteristiinin hesaplanmasnda kullanlmtr. 2. X-Y DÜZLEMNDE TÜMYÖNLÜ IINIM ÖRÜNTÜSÜNE DÖNÜTÜRÜCÜ BOYUTLARININ HESAPLANMASI

SAHP

Bir pistonun uzak alan akustik basnç dalm u denklemle verilir; p( R, T )

 jk U 0 c0 A

1 2S R

D (T ) e

 jkR

(1)

, c 0 suyun younluunu (kg/m3) ve sudaki ses hzn (m/s), A radyasyon alann (m²) ve D (T ) yönlülük fonksiyonunu göstermektedir. D (T ) aadaki gibi ifade edilir [4]: U0

D (T )

2 J1 ( ka sin T ) ka sin T

M b 2 2 m 3/ 2 J m 3/ 2 ( kb sin T )  kb ( ) cos T ¦ W m * ( m  5 / 2)( ) 0 m a kb sin T

(2)

Merkezi balangç noktas olan ve ekseni Y-ekseni boyunca uzanan bir tane dönütürücünün sonsuz ve sonlu engellerde, normalize edilmi x-y düzlemi yönlülük erisi, ka =1.70, 2.45 ve 3.20 (f=45kHz,65kHz ve 85kHz) için ekil 1’deki gibi hesaplanmtr. Dalga says k, k

Z c

ifadesiyle verilir. a , b ve

r srasyla metre cinsinden piston yarçap, engel yarçap ve her bir piston merkezinin dönütürücünün merkezine olan uzakl olup, b 2a ve r 25mm olarak alnmtr. W güç serileri katsaylarn ve J Bessel fonksiyonunu göstermektedir.

515

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Toplam akustik basnç bir pistonun ekseni üzerindeki maksimum basnç deerine normalize edilerek hesaplanmtr. Sonsuz engel modelinin hiçbir yansma varsaymamas, yönlülük fonksiyonunun ka =1.70 için tümyönlü bir radyasyon karakteristii göstermesini salamtr. Sonlu engel durumunda ise engelin kenarlarndaki yansmalarn giriiminden dolay radyasyon karakteristiinde çukur ve tepeler olumutur. b 2a için 45kHz-85kHz bandnda her bir yar düzlemde yaklak 60° hüzme açkl elde edilmitir. X-Y düzleminde tümyölü bir radyasyon karakteristii elde etmek amacyla ekil 2’de verilen yap oluturulmutur. ki tane dönütürücü x-y düzlemine göre simetrik ve birbirine dik olarak konulmutur. Uzak alan basnç dalm dönütürücülerin ortak gerilim kaynandan paralel olarak sürülecei varsaylarak hesaplanmtr. h,  srasyla her bir dönütürücünün ekseninin y eksenine olan uzakln ve uzak alan noktas Z’nin +y ekseni ile yapt açy göstermektedir. Z noktasndaki toplam akustik basnç;

ekil 1. Srt srta yerletirilmi iki elemandan oluan dönütürücünün normalize edilmi yönlülük fonksiyonu p( R, T )

 jk U 0 c0 A

ekil 2. ki adet dönütürücünün birbirine dik olarak yerletirilmesi

 jkR3  jkR1  jkR2  jkR4 D (T ) e D (T ) e D (T ) e D (T ) e ( 1 )  2  3  4 2S R1 R2 R3 R4 1

(3)

fadesiyle verilir. Z noktasnn her bir pistona metre cinsinden yaklak uzakl; 2 2 R1 # R  r  h cos T

(4)

2 2 R2 # R  r  h cos(S / 2  T )

(5)

2 2 R3 # R  r  h cos T

(6)

2 2 R4 # R  r  h cos(S / 2  T )

(7)

516

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara olarak hesaplanr. Yukardaki denklemlerde altsimgeler 1,2,3 ve 4 srasyla +y,-x,-y, ve +x yönüne bakan pistonlar temsil etmektedir. Normalize edilmi uzak alan akustik basnç dalmnn b,a ve r’ye bal deiimleri hesaplanmtr. ekil 3’te a=9mm., r=25mm. ve engel yarçaplar b=a, 1.5a, 2a, ve 2.5a için, ekil 4’te b=2a, r=25mm. ve a=5mm.,9mm.,15mm. ve 20mm. için nm örüntüleri verilmitir. Optimum nm örüntüsü b=2a ve a=9mm. için elde edilmitir. Frekansn alt bandnda yaklak tümyönlü bir akustik basnç dalm elde edilirken, basnç dalm frekansn üst bandnda her bir çeyrek düzlemde iki adet 8dB’den az çukur göstermitir. Son olarak, akustik basnç dalmnn r’ye bal deiimi ekil 5’te gösterilmitir.

ekil 3. Normalize edilmi nm örüntüsünün ekil 4. Normalize edilmi nm örüntüsünün engel yarçapna bal deiimi piston yarçapna bal deiimi

ekil 5. Normalize edilmi nm örüntüsünün piston dönütürücünün merkezine olan uzaklna bal deiimi

ekil 6. Srt-srta yerletirilmi iki merkezinin elemandan oluan dönütürücü diyagram

517

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI Srt-srta yerletirilmi iki elemandan oluan dönütürücü diyagram ekil 6’da verilmitir. Her bir eleman iki adet PZT4 seramik halka, çelik arka katman ve GRP-10 fiber uyumlama katmanndan olumaktadr. Dönütürücünün iletim hatt modeli kullanlarak elde edilen edeer devre emas ekil 7’de verilmitir.

ekil 7. Dönütürücü edeer devre modeli

ekil 7’de b, c ve m

altsimgeleri srasyla arka, seramik ve uyumlama

Z

w katmanlarn göstermektedir. Zc1, Zc2 ve Zc3 seramik empedanslar, ise suyun radyasyon empedans olup bunlarn ifadeleri aada verilmitir [1,3,4]. H Struve fonksiyonunu göstermektedir. Uyumlama ve arka katmanlarn empedanslar seramik empedanslar ile ayn ekilde hesaplanr.

Z c1



j U c cc A0 sin(kc lc )

(8) Zc2

Zw

j U c cc A0 tan(

Zc3

U0c0 A[ Rw  jX w ] Rw Xw

1 § J1 (2ka) b2  kb 2 ¨1  2 ¨© ka a

kc lc ) 2

(9) (10)

m  3/ 2 ª ª º· a 2º W ( ) 1 1 ( ) ƒ   ¸ » ¦ m « « b »¼ m 0 «¬ ¬ »¼ ¸¹ m  3/ 2 ª ª º· 1 § H1 (2ka ) b2 M a º  kb 2 ¦ ‚(W m ) «1  «1  ( ) 2 » ¨1  ¸ » 2 ¨© ka a m0 b ¼ «¬ ¬ »¼ ¸¹ M

(11)

(12)

Seramik halkalarn her birinin kalnl 5mm olup istenen frekans için aral için uyumlama ve arka katman kalnlklar srasyla 8.4mm ve 5.6mm. olarak bulunmutur. ekil 8’de dönütürücünün elektriksel uçbiriminde gözüken geçirgenlik-sanal geçirgenlik (conductance-susceptance) ve dönütürücünün bir tarafndaki güç kazanc verilmitir. 3dB bant kenarlar 45kHz ve 85kHz olup, 65kHz rezonansta band genilii yaklak olarak %60’tr. 1kVrms giri 518

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara geriliminde seramiklerin tanjant kayb 0.02’dir. Bu durumda, band içinde ortalama giri gücü 280W olup, her bir pistondan yaklak 130W akustik güç elde edilebilmektedir. -4

4

Bir Pistondaki Güç Kazanc

-4

Geçirgenlik-Sanal Geçirgenlik

x 10

x 10 5

0 -1 -2

0

-4 Gain(dB)

2

Sanal Geçirgenlik(S)

Geçirgenlik(S)

-3

-5 -6 -7 -8 -9

0 30

40

50

60

70 Frekans(kHz)

80

90

100

-5 110

-10

40

50

60

70 80 Frekans(kHz)

90

100

110

ekil 8. Dönütürücü geçirgenlik-sanal geçirgenlik ve bir pistondaki güç kazanc erileri

4. ANSYS ile SONLU ELEMAN ANALZ

letim hatt modeli kullanarak tasarlanan dönütürücü, ANSYS programnda sonlu eleman benzetim modeliyle su ortamnda çözülmütür[7]. ANSYS’ te, PZT halkalardaki gerçek ses hz hesaplanarak edeer devre modelinde bulunan kalnlk deerleri üzerinde ince ayar yaplm, arka katman kalnl 5.6mm., uyumlama katman kalnl ise 8.4mm. olarak bulunmutur. ekil 9’da verilen modelde eksensel simetriden dolay dönütürücünün yars model olarak kullanlmtr. ekil 10’da güç kazanc, ekil 11’ de ise elektriksel uçbirimde gözüken geçirgenlik-sanal geçirgenlik verilmitir. ANSYS ve edeer model analizlerinde dönütürücü giriine 40mH’lik ayar bobini eklenmitir.

ekil 9. Dönütürücünün ANSYS’te ortamndaki modeli

ekil 10. Piston ve elektriksel terminal arasndaki güç kazanc

519

su

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 11. Sonlu eleman modelinde elektriksel uçbirimlerde elde edilen geçirgenlik-sanal geçirgenlik

Edeer devre modeli ile sonlu eleman analizi karlatrldnda dönütürücünün sonlu eleman analizinde 3dB güç band 42kHz-78kHz olarak bulunmutur. lk radyal rezonansn 90kHz civarnda olmas, sonlu eleman analizinde band geniliinin bir miktar dümesine sebep olmutur. 5. SONUÇ

Bu bildiride, piston tipi dönütürücüler yardmyla dairesel sonlu engel üzerinde 42kHz-78kHz bandnda yaklak tümyönlü bir nm örüntüsüne sahip dönütürücü tasarm anlatlmtr. Sonsuz engel modelinin yansmalar yok saymasnn pratikte hatalara sebep olaca gösterilmi, sonlu engel ve sonsuz engellerde tasarlanan dönütürücünün nm örüntüsü arasndaki fark gösterilmitir. ki tane elemann srt srta yerletirilmesiyle tasarlanan dönütürücü bütün frekans bandnda her iki yar-düzlemde yaklak 60° huzme açklna sahipken, iki tane dönütürücünün uzaysal olarak birbirine dik yerletirilmesi bandn alt tarafnda tümyönlü bir nm örüntüsü elde edilmesini salamtr. Dönütürücü tasarm iletim modeli edeer devresi ile yaplm, ANSYS’te sonlu eleman modeli ile de analiz edilerek sonuçlar karlatrlmtr. Bir sonraki aama olarak, dönütürücünün sl güç limitleri sonlu eleman analiz yöntemiyle incelenecektir. Daha sonra, dönütürücü üretilerek deneysel olarak admitans ve nm örüntüsü ölçümleri yaplacaktr. KAYNAKÇA

[1] C.H. Sherman, J.L. Buttler, (2007), “Transducers and Arrays for Underwater Sound”, Springer Science-Business Media, New York. [2] D. Stansfield, (1990), “Underwater Electroacoustic Transducers”, Bath University Pres, UK.

520

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [3] G. Kossoff, (1966), “The Effects of Backing and Matching on the Performance of Piezoelectric Ceramic Transducers”, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-13, No.1 [4] T. Mellow, L. Kärkkäinen (2005), “On the sound field of an oscillating disk in a finite open and closed circular baffle”, Joint Acoustical Society of America, 118(3),Pt.1 [5] L. L. Beranek, (1993), “Acoustics” , Acoustical Society of America, New York. [6] H. F. Olson, (1991), “Acoustical Engineering”, Professional Audio Journals, Inc., Philadelphia. [7] ANSYS, “Piezoelectric Rectangular Strip Under Pure Bending Load”, Release 10.0 Documentation for ANSYS, VM231.

521

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

522

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara YERL ÜRETM HARP ARAÇLARI ÇN YEN YANMA DÜZENEKL ULUSAL DZEL MOTORLARI GELTRMEK Rafig MEHDYEV (a), Taner DERBENTL (a), Kurtulu ÖÜN (b), S.Levent ÖZÜR (c) , Kenan GÜNDÜZ (d), Akn KUTLAR(a), Hikmet ARSLAN(a),

(a)

TÜ Makina Fakültesi, 34437, STANBUL,

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected] (b) (c)

TÜMOSAN, STANBUL, [email protected]

MOTOSAN, 34210 STANBUL, [email protected],

(d) Anadolu MOTOR, 34870 STANBUL, [email protected]

ÖZET

Türkiye’de bugüne kadar içten yanmal motorlar ve otomotiv sanayi alannda önemli miktarda yatrm yaplm olmasna ramen, yerli üretim harp araçlarn motorlar büyük oranda komple ithal edilmekte veya teknolojisi yurtd lisanslar ile karlanmaktadr. Günümüzde mevcut olan çok çeitli motorlarn birbirinden fark esasen yakt-hava karm oluumu ve yanma düzeneklerindedir. Son birkaç yl içerisinde TÜ, yerli motor üretici firmalarla ibirlii kapsamnda TÜBTAK destekli projeler yürüterek Türkiye patentleri ile korunan yeni yanma düzenekleri gelitirmeyi baarmtr. Bu düzeneklerle çalan dizel motorlarn daha güçlü ve ekonomik, düük gürültülü ve egzoz gaz emisyonlu, farkl yaktlarla çalabilme yeteneine sahip olduu yaplm teorik, deneysel ve uygulama çalmalar ile tespit edilmitir. Ulusal kaynaklarn harekete geçirilmesi ile TSK’nin gereksinimlerine, ana ve yan sanayi olanaklarna ve motor aratrmalar konusunda yaptmz Ar-Ge çalmalarna dayanarak yerli üretim harp araçlar için daha kaliteli, maliyeti düük, rekabet gücü ise üstün olan ulusal dizel motorlar ailesinin gelitirilmesi mümkündür. Bildiride gelitirilmi yeni yanma düzeneklerine sahip farkl boyuttaki mevcut motorlarn modernizasyonu ve sfrdan yeni bir motor tasarm ve prototip üretimi hakknda bilgiler sunulmaktadr. ABSTRACT

Until today although in Turkey has been made big investments in the area of internal combustion (IC) engines and automotive industry national production vehicles’ engines are completely imported or their technology is met by foreign licenses. The differences among various engines are essentially in their airfuel mixture and combustion mechanisms. During last several years ITU has achieved success in the development of the new combustion mechanisms, protected by Turkish patents, by making projects supported by TUBITAK in cooperation with national engine manufacturers. It is shown that diesel 523

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara engines working with these mechanisms have more power, less fuel consumption, less noise and lower exhaust gas emissions, ability to work with alternative fuels. By putting in action national sources in accordance to Turkish Armed Forces’ requirements and in the base of IC engine R&D studies as well as taking in account all industry potential it is possible to develop national diesel engine family for army vehicles with more quality, less cost and with more competition power. In this study it is given information about modernization of the available different sized engines in the base of the new developed combustion mechanisms and is presented a completely new engine design and production work of a prototype engine. 1. GR

Türkiye’de Zrhl Muharebe Araçlar, Tekerlekli Zrhl Personel Tayclar,Taktik Tekerlekli Araçlar ve Kunda Motorlu Top gibi harp araçlar üretilmektedir. Tüm bu araçlarda güç üreticileri olarak kullanlan MTU, Detroit Diesel ve Cummins vb. markal motorlar büyük oranda komple ithal edilmekte veya teknolojisi yurtd lisanslar ile karlanmaktadr. Uzun süre gündemde olan “MLL MKANLARLA TANK ÜRETM PROJES (MTÜP)” kapsamnda da motorun yurtdndan getirilmesi düünülmektedir. Gerek sivil ve gerekse askeri araçlarnn performans, taktik imkan ve kabiliyetleri, dayankll ve maliyeti ileri motor teknolojisi ile dorudan ilikilidir. Bu yüzden d kaynakl lisansl motor kullanan yerli araç üreticilerinin sürekli olarak güncel teknolojik artlara uyum salamas ve gelitirme çalmalarnn sürdürülmesi, üreticisinin uygulad engellemeler nedeniyle kstldr. Ayrca araç maliyetinin önemli bir bölümünü oluturan motorlar yurtdndan hazr getirildii için yerli üreticinin ülkeye kazandraca katma deer düük, üretilen araçlarn yurtd pazarlarna çkarlma yetkisi kstl ve araçlarn bakm ve onarm maliyetleri yüksek olacak ve ayrca olaanüstü hallerde ülke ulusal güvenlii uygulanabilecek ekonomik veya askeri ambargolar nedeniyle ilave risklerle kar karya kalabilecektir. . Türkiye’de içten yanmal motorlara ilikin yatrmlarn yaplmas öncesinde harp silah araç ve gereçleri motorlarnn yurtdndan getirilmesi doru bir çözüm tarz olarak deerlendirilebilir. Fakat Türkiye’ de içten yanmal motor imalatna balanm olmas, otomotiv ve yan sanayi alannda Avrupa’nn önde giden firmalarnn motorlar için silindir blou, kafas, piston, biyel, krank ve kam milleri v.b. yedek parçalarnn üretilmesi ve ayrca bu alanda yeterli sayda teknisyen, uygulama mühendisi ve bilim adamnn yetitirilmi olmas ve tasarm ve üretim teknolojileri ile ilgili becerilerin varl bu konunun yeniden deerlendirilmesini zorunlu klmaktadr.Yaplan tespitler nda günümüzün ve gelecein askeri ihtiyaçlarn karlayacak içten yanmal motorlarn yerli üretimi için yeniden önemi yatrmlara gerek kalmayaca ve mevcut alt yapnn yeterli olduu deerlendirilmektedir. Söz konusu nedenlerle,günümüzde ülkemizde aratrma ve gelitirme çalmalarna verilen önem paralelinde savunma sanayi kapsamnda da harp silah,araç ve 524

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara gereç motorlarnn Ar-Ge çalmalarnn yaplmas ve yerli üretimi konusunda kararlln gösterilmesi ve tevik edilmesi önem arz etmektedir. Bu yaklamn süratle uygulamaya sokulmas için sadece motorun gelitirilmi yeni yanma prensibinin ve bu prensibi gerçekletirebilecek yeni teknolojik tasarmn varolmas gerekmektedir. 40 yl akn bir süredir motor konusunda eski Sovyetler Birliinin çeitli bilimsel ve sanayi merkezleri ile ibirlii kapsamnda Azerbaycan Teknik Üniversitesinde (AzTÜ) yaplm pek çok teorik ve deneysel çalmalardan kazanlan tecrübe esas alnarak, 2000 ylndan itibaren stanbul Teknik Üniversitesi (TÜ) ve motor üretici firmalar olarak TOFA, TÜMOSAN, ANADOLU MOTOR ve MOTOSAN’la ibirlii kapsamnda Ar-Ge proje çalmalar sürdürülmü ve ileri motor teknolojisi alannda birçok baarlara imza atlmtr. Çalmalar srasnda dört bulua patent bavurusu yaplmtr ve bunlardan ikisi onaylanmtr (No: B.14.1. TPE.0.07.01.02-2003/01040 ve No: B.14.1. TPE.0.07.01.03-2004/01674). Benzinli ve dizel motorlarn yanma süreci ve i çevriminin yeni bir yöntemle gerçekletirilmesine yönelik olan bu bulular, motorlarn daha güçlü, daha ekonomik, daha az gürültülü ve daha düük egzoz gaz emisyonlu çalmasn salad gibi motorlara farkl yaktlarla çalabilme yeteneini de kazandrm olduu için, Türkiye’ de üretilmesi öngörülen yeni ulusal motorlarn rekabetçi olabileceinin bir emaresi olarak kymetlendirilmektedir. Aada; dizel motorlar için öngörülen yeni yanma düzenei kullanlarak TÜMOSAN ve ANADOLU MOTOR markal mevcut dizel motorlarn modernizasyonu, MOTOSAN Fabrikasnda ise A’ dan Z’ ye Türkiye’ de tasarlanm ve üretilmi 3 Silindirli Turbo arjl Ulusal Dizel Motoru hakknda özet bilgiler sunulmaktadr 2. MEVCUT ve ÖNERLEN YANMA ODALARIN KARILATIRILMASI

Askeri araçlarda kullanlan dizel motorlarda genellikle direkt püskürtmeli dizel teknolojisi uygulanmaktadr. Söz konusu uygulamada piston üzerinde yer alan “açk” tip klasik yanma oda geometrisi kullanlmaktadr (ekil 1). Bu yanma odasnn esas özellii çok delikli (7-8 adet) enjektörden püskürtülen yakt demetinin mümkün olduu

ekil 1. Dizel motorlarn klasik yanma odas kadar yanma odas duvarlarna çarpmamas ve yanma oda hacmindeki hava ile maksimum derecede karmasnn salanmasdr. Bu artlar salamak için yanma oda geometrisi daha geni hacme (“açkla”) sahip olmal, püskürtülen 525

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yakt ise mümkün olduu kadar hava ile homojen ekilde karmaldr. Homojen yakt-hava karm oluturmak için çap 0,10-0,20 mm civarnda çok delikli enjektörün yardmyla yakt direkt olarak yanma oda hacmine ar basnçta (800- 2000 bar) püskürtmek gerekir. Püskürtme basnc arttkça yakt damlacklarn says da doru orantda artarak hava ortamnda daha fazla yer alabilmektedir (hacimsel karma). Bu halde yaktn ar yüksek hzla yanmas ile motorun performans ve verimi bir miktar artmakta ve is (duman) emisyonu azalmaktadr. Fakat yüksek basnçla püskürtme sonucu yanma odasnda biriken yaktn aniden tutumas (aniden patlamas) ve difüzyonlu teknikle yaklmas motor devri n<3000 d/dak olan ar dizellerde silindir içindeki basnç ve scakln ar yükselmesine neden olmakta ve dolaysyla motor ömrünü azaltmakta, cevre için “is” emisyonundan daha zararl kirletici etkisi olan NOx emisyonunu ve motor gürültüsünü artrmaktadr. Ayrca bu tip yanma odasnda gerçekleen “hacimsel karma” düzenei yaktn setan saysna olan bamll artrdndan dolay motorun farkl yaktlarla, özellikle setan says düük olan yaktlarla çalabilme imkann kstlamaktadr. Söz konusu araçlarn sava artlarnda ve ekstrem hava koullarnda faaliyette bulunaca düünüldüünde petrol, bitkisel ve sentetik esasl yaktlarla çalabilmesinin bir zorunluluk olaca gözden kaçrlmamaldr.. Yeni nesil askeri araçlara yönelik üretim yapan MTU, Detroit Diesel ve dier firmalar klasik yanma odal mevcut motorlarn gücünü artrmak ve %10-15 yakt ekonomisi salamak ve arln ise %5-8 civarnda düürmek amacyla motorun ana boyutlarn küçültmek (Çap/Strok orann 165/190’ dan 135/155 mm dek azaltmak), devir saysn 2100 d/dak’dan 3000 d/dak’ya çkarmak, turbo basnç art orann 4,5:1’e kadar artrarak yanma basncn 150 bar’ dan 200-260 bar’ a yükseltmek, malzeme olarak daha hafif, fakat daha dayankl malzeme ve konstrüksiyon gelitirmek gibi çalmalar sürdürmektedirler. Bu çalmalarla motorlara çok yaktlk özellii kazandrlp kazandrmayaca hakknda herhangi bir bilgi verilmemektedir. Bu durum klasik yanma odas ile “çok yaktllk” probleminin çözümünün zor olacan göstermektedir. Bu nedenle harp araçlarnn dizel motorlarnn farkl yaktlarla çaltnda performans ve yakt ekonomisinin düüünü önlemek güncel bir sorun olarak önümüze çkmaktadr. Uzun süre AzTÜ’de ve 2000 yldan itibaren ise TÜ’de yaplm pek çok teorik ve deneysel çalmalarla [1...3] dizel motorlar için genel uygulamadan farkl ve yakt-hava karmnn daha uygun olarak oluumu ve yanmasn salayan düzenek ve bu düzenei gerçekletirebilen yanma odas geometrisi gelitirilmitir. ekil 2’de sembolik olarak MR-1 olarak adlandrlan bu yanma odasnn emas gösterilmitir. Klasik yanma odas geometrisinden farkl olarak yeni yanma odasnda yakt-hava karm oluumu, MAN-M-Prosesli motorlarda olduu gibi [4], püskürtülen yaktn yanma odas duvarna svanmas veya “tabakal karma” yöntemi ile gerçekletirilmektedir. Sktrma sürecinin sonuna yakn belirli bir avans açsnda en çok 6 delikli enjektörün yardmyla düük basnçta (<500 bar) yakt yanma odas oyuunun duvarlarna doru püskürtülmektedir. Püskürtülen yaktn svanmas için duvarn yüzey alann artrmak 526

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2. Yeni MR-1 yanma odas. ve böylece duvarlarn scakl ile yaktn çabuk buharlamasn salamak için yanma odas oyuunun koni açs ve yakt demetinin yanma odasna yönlendirilme açs belli bir aralkta tutulmutur. Ayrca, nispeten düük basnçta püskürtülen yaktn güvenli olarak duvarn yüzey alanna svanmasn temin etmek için pistonun sktrma sürecinde oyuun içine sktrd havann düey yönündeki ak hz, oyuun en küçük çapnn silindir çapna orann motorun maksimum hzna bal olarak belli deerler arasnda tutulmasn gerekli klmtr. Bu artlar altnda gerçekletirilen yakt-hava karm oluumu ve yanma yöntemi aadaki üstünlüklere sahiptir: 1) Yanma odas duvar scaklnn (300-350 oC) sktrma süreci sonu hava scaklna (600-700 oC) göre yaklak iki kat düük olmasna ramen, çevrim bana püskürtülen yaktn büyük bir ksm (>%90) duvara svanarak,temasla s iletim katsaysnn yüz kat kadar yükselmesinden dolay çabuk buharlamaktadr. Yanma odasnn özel geometrisi sktrma sürecinde oluturduu türbülansl hava ile buharlamakta olan yakt birbirine kartrp yanma odasnn en scak bölgesine - merkezine doru sürükler. Böylece yanma süreci esasen yanma odasnn merkezinde gerçekleerek verimli bir zanma salanr. 2) Yaktn büyük bir ksmnn nispeten düük scaklk ortamnda buharlatrlmasndan dolay petrol esasl motor yaktlarnn >400 oC scaklklarnda gerçekleebilen piroliz prosesi, dier bir deyile yaktn hidrokarbon yapsnn deimesiyle serbest karbon ve hidrojene parçalanmas önlenir ve böylece is ve parçack (C) oluumu büyük oranda engellenmi olur. 3) Püskürtülen yaktn duvara svanmam az bir ksm (%5 – 10) ksa tutuma gecikmesi salayarak tutuur, yaktn geri kalan büyük bir ksmnn yanma süreci ise buharlama ve hava ile karma süreçlerini takip ederek gerçekleir. Böylece yanma srasndaki basnç art hz bir ölçüde frenlenerek, klasik yanma odasnda olduu gibi, aniden patlama ve yanma basncnn ar yüksek deerlere ulamas engellenir. Bu ise motor ömrünün artrlmas, azot oksitler (NOx) ve gürültü emisyonlarnn düürülmesini salayan en önemli etkendir. 4) lk tutumada az miktarda yakt kullanld için yaktn tutuma özelliini gösteren setan says düük olsa bile, güvenli tutuma salanr. Bununla da 527

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara motora çok yaktllk yetenei kazandrlarak, harp tipi araçlarda olmas arzu edilen önemli bir talep karlanm olur. 5) Yaktn yanma odas duvarna svanmas için püskürtme basnc 500 bar’ , ar hzl yanmay engellemek için ise enjektör delik says 6’y amamaldr. Bu durumda, direkt püskürtmeli dizellerde kullanlan çok delikli (7-8 adet) ve yüksek püskürtme basnçl (>1000 bar) pahal yakt püskürtme sistemi yerine, sradan bir sistem kullanarak hem üretim ve bakm ihtiyac maliyetlerini düürmek mümkündür. Aada bu yanma odas esas alnarak yerli üretim ANADOLU MOTOR ve TÜMOSAN dizel motorlarn modernizasyonu, MOTOSAN fabrikasnda ise sfrdan yeni bir 3 silindirli ar doldurmal dizel motorun gelitirilmesi hakknda özet bilgiler sunulmaktadr. 3. “ANTOR” MARKALI DZEL MOTORLARIN MODERNZASYONU

30 yl akn bir süredir “ANADOLU MOTOR” fabrikasnda talyan – LOMBORDN lisans ile üretilmekte olan silindir hacmi 395-820 cm3 aralnda deien 4 tipte tek silindirli hava ve su soutmal dizel motorlar bahçe traktörleri, jeneratörler, su pompas vb. gibi makinelerde kullanlmaktadr. Lisans süresi bitmi olan bu motorlarn performans ve emisyon deerleri günümüz standartlarna cevap vermemektedir. Son birkaç yl içinde TÜ ve “ANADOLU MOTOR” ibirlii kapsamnda MR-1 yanma odas kullanm ile ANTOR 3 LD 510 markal motorunun (Çap/Strok=85/90 mm) modernizasyon çalmalar sürdürülmütür. Bir dizi teorik ve deneysel çalmalar sonucu olarak bu motorun performans ve s emisyonu deerlerinin güncel standartlar seviyesine ulatrlmas mümkün olmutur.

ekil 3. Standart ve MR-1 yanma odal ANTOR 3 LD 510 motorun hz karakteristiklerinin karlatrlmas (- - - - - Standart YO).

528

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 3.’te 3 LD 510 motorunun standart ve MR-1 yanma odalar ve farkl hz rejimlerinde çaltnda elde edilmi güç (Pe, BG), özgül yakt tüketimi (be, g/BGsaat) ve is (k, 1/m) emisyonunun deerleri karlatrlmtr. Bu deneysel verilerde göründüü gibi, motorun nominal devrinde (n=3000 d/dak) MR-1 yanma odas gücün ve yakt ekonomisinin yaklak %10 civarnda artmasn, is emisyonunun ise 2 kat düürülmesini salamtr. MR-1 yanma odas ile donatlm birkaç prototip motorlarn ömür testleri’ de olumlu sonuçlanmtr. Bu sonuçlara dayanarak ANADOLU MOTOR fabrikasnda üretilmekte olan motorlarn modernizasyonu gerçekletirilmitir.

4. “TÜMOSAN” MARKALI DZEL MOTORLARIN MODERNZASYONU

Türkiye’ nin ilk dizel motoru üreten büyük firmalarndan biri olan TÜMOSAN’ da 1988 ylna kadar talyan – FIAT lisans ile, daha sonra kazanlan tecrübelerle oluan bilgi birikimi dorultusunda 30 yl akn süredir üretilmekte olan silindir hacmi 2930-3908 cm3 aralnda deien 8 tip 3 ve 4 silindirli su ile soutmal dizel motorlar traktörler, jeneratörler, kamyonlar vb. makinelerde kullanlmaktadr. Lisans süresi bitmi olan ve teknolojik ömrünü tamamlayan bu motorlar gelitirmek için TÜ ve TÜMOSAN’ ibirlii kapsamnda TÜBTAK destekli Ar-Ge, tasarm ve uygulama projesi sürdürülmektedir. Projenin amac TÜMOSAN tarafndan üretilen mevcut dizel motorlarn tarafmzdan gelitirilmi yeni yakt-hava karm oluumu ve yanma yöntemlerini uygulayarak yeni modeller gelitirip performans, yakt tüketimi, emisyon ve gürültü kalitesini Avrupa standartlar seviyesine ulatrmaktr. Proje kapsamnda mevcut doal emili dizellerin modernizasyonunun yan sra, turbo arjl versiyonlarn da gelitirilmesi öngörülmütür. ekil 4’te MR-1 yanma odas ile donatlm 4 silindirli TÜMOSAN turbo dizel motorunun fotoraf gösterilmitir.

ekil 4. TÜMOSAN 4 silindirli turbo dizel motoru.

Optimum yanma hz gerçekletirebilen MR-1 yanma odas kullanldnda TÜMOSAN motorlarnn doal emili ve turbolu versiyonlarnn gerçek çevrimlerinin termodinamik hesaplar yaplarak silindir içi basnç deerleri 529

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belirlenmitir. Sonuçlarn karlatrlmas için bu motorlarn öncelikle hzl yanma gerçekletiren “açk” tip standart yanma odas deerleri hesaplanmtr. Hesap sonuçlarnn bir ksm Tablo 1’de verilmitir. Buradan görüldüü gibi, standart yanma odas kullanldnda doal emili motorun gücü 75 BG, özgül yakt tüketimi 166 g/BGsaat, maksimum yanma basnc 92 bar, gürültü 92,4 dB(A) ve azot oksit emisyonu 1080 ppm deerlerinde bulunmutur (Baknz: Tablonun soldan 1’ci sütunu). Tablonun 2’ci sütununda bu motorun MR-1 yanma odas kullanldnda teorik olarak elde edilebilecek parametreleri gösterilmitir. Tablonun birinci ve ikinci sütunlarndaki deerleri karlatrldnda, motorun yaklak ayn güç ve özgül yakt tüketimi salamas artlarnda MR-1 yanma odas optimum yanma hz gerçekletirdii için maksimum yanma basnc 92’den 60 bar’a (%34), yanma gürültüsü 92,4’ten 88,5 dB(A)’e (4 dB(A)), NO emisyonu ise 1080’den 588 ppm’e (yaklak 2 kat) kadar düürülmütür. Tablo 1. TÜMOSAN dizel motorlarn termodinamik hesap sonuçlar.

Doal emili Doal emili Turbo dizel Turbo dizel Parametreler Stand.YO, H 17 MR-1, H=17 MR-1, H=17 MR-1, H =16 Güç, BG 75 76,5 99,1 97,5 Özgül yakt tüketimi, 166 169 168 171 g/BGsaat Maksimum 92 60 88 83 yanma basnc, bar Yanma gürültüsü, 92,4 88,5 89 89 dB(A) Azot oksitNO, ppm 1080 588 774 669 Tablo-1’in 3’cü ve 4’cü sütunlarnda ise 4 silindirli TÜMOSAN dizel motorun turbo versiyonunun MR-1 yanma odas ve farkl sktrma oranlarnda (H=17 ve 16) teorik olarak elde edilebilecek parametreleri gösterilmitir. Buradan anlald gibi, Turbo arj uygulamas ile motorun özgül yakt tüketimini kötületirmeden gücünü %30 civarnda artrmak durumunda (75’ten 99-97 BG ‘e) sktrma oran H=17 olduunda yanma basncn 92’den 88 bar’a (%4,5), H=16 olduunda 83 bar’a (%11), gürültüyü 92,4’ten 89 dB(A)’e, NO emisyonunu ise 1080’den 774 ve 669 ppm’a kadar düürmek mümkündür. Yaplan bu hesaplamalarla, MR-1 yanma odasnn uygulanmas ile harp araç motorlarnda turbo arj uygulamas sonucu yanma basncnn nedeniyle motor ömrünün azalmasnn, NO ve gürültü emisyonlarnn ise ar deerlere ulamasnn engellenebilecei gösterilmi olmaktadr. Yaplm bir dizi Ar-Ge çalmalaryla TÜMOSAN motor grubunun doal emili, tubo arjl, turbo arj ve arasoutuculu olmak üzere üç versiyon ana motorlar MR-1 yanma odas 530

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ve 4 delikli özel enjektörler kullanlarak gelitirilmi ve 2004/26/EC standardna uygun sertifika testlerine tabi tutularak Stage II ve Stage IIIA onay belgeleri alnmtr. 5. ÜÇ SLNDRL AIRI DOLDURMALI MOTOSAN DZEL MOTORU

MOTOSAN Motor Sanayi ve Ticaret A..; TÜ ile ibirlii kapsamnda A’dan Z’ye 3 silindirli arasoutuculu turbo dizel motorunun tasarmn, prototip üretimini ve gerekli ayarlama, performans, emisyon ve ömür testlerini yerli kadro ve olanaklar ile günümüz

ekil 6. MOTOSAN Jeneratör motorunun fotoraf

ileri teknolojileri seviyesinde yapmay baarmtr. Bu motorun traktör (Gücü 90 kW (122 BG)/n=2500 d/dak) ve jeneratör (Gücü 65 kW (88 BG)/n=1500 d/dak) versiyonlarnda üretilmesi öngörülmütür. Motorun Jeneratör versiyonunun fotoraf ekil 6’ da gösterilmitir. Söz konusu motor; silindir bana 4 supap, eksantrik milin yukarda - silindirler kapana yerletirilmesi, turbo arj ve arasoutucu, elektronik kontrollü rotatif tipli yakt püskürtme sistemi ve MR-1 yanma odas kullanm gibi modern motor teknolojilerini içermektedir. TÜ’de motorun termodinamik, dayankllk, azot oksit ve gürültü emisyonlarn hesaplamak için özel bir matematik model gelitirilmi, bu modelden yararlanarak motorun ana boyutlar, farkl yaktlar kullanldnda optimum yanma kriterleri, motordan beklenilen performans ve emisyon deerleri, piston-biyel mekanizmasnn kinematik, dinamik, titreim ve dayankllk hesaplar yaplarak mekanizma detaylarnn optimum malzeme ve boyutlar belirlenmi ve motorun teknik ve konstrüksiyon özelliklerinin günümüz ileri teknolojileri seviyesinde tutulmas salanmtr. MOTOSAN’ n özel test laboratuarnda TÜ elemanlar ile birlikte bir dizi ayarlama, performans-emisyon ve ömür testlerine tabi tutulmu bu motorlarn seri üretimi ve 2008 ylndan itibaren ise piyasaya çkarlmas planlanmtr. 531

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 5. SONUÇLAR

1.

Son birkaç yl süre içerisinde TÜ, yerli motor üretici firmalar olarak ANADOLU MOTOR, TÜMOSAN ve MOTOSAN’la ibirlii kapsamnda TÜBTAK destekli projeler yürüterek Türkiye patentleri ile korunan yeni yanma mekanizmalar gelitirmeyi baarmtr. Bu mekanizmalarla çalan dizel motorlarnn daha güçlü ve ekonomik, düük gürültülü ve egzoz gaz emisyonlu, farkl yaktlarla çalabilme yeteneine sahip olduu yaplm olan teorik, deneysel ve uygulama çalmalar ile tespit edilmitir. 2. Ulusal kaynaklarn harekete geçirilmesi ile TSK’nin gereksinimlerine, ana ve yan sanayi olanaklarna ve motor aratrmalar konusunda yaplan aratrma, tasarm ve uygulama çalmalar sonuçlarna dayanarak yerli üretim harp araçlar için daha kaliteli, maliyeti düük, rekabet gücü ise üstün olan gücü 400-1600 BG arasnda 6, 8 ve 12 silindirli ULUSAL TURBO DZEL ALE MOTORLARININ gelitirilmesi mümkündür. TEEKKÜR

Bu çalmalar destekleyen TÜBTAK’a çok teekkür ederiz. KAYNAKÇA

[1] R.Mehdiyev, C. Sorubay, L.Özgür, H. Arslan, A. Kutlar, (2006) OTEKON’ 06 Otomotiv Teknolojileri Kongresi Kitab, Bursa, 2006, sayfa 57-65. [2] R.Mehdiyev, T.Derbentli, C. Sorubay, L.Özgür, H. Arslan, A. Kutlar, (2007) X.OTOMOTV ve Yan Sanayi Sempozyumu Kitab, Bursa, 2007, sayfa 155-160. [3] Mehdiyev R., smailov A., Ergeneman M., Çalk A. T., an D. ve Yldrm M., (2002) “Dizel Motorlarnda NO Emisyonunu Hesaplama ve Azaltma Yöntemleri”, 205-210, OTEKON’02 Otomotiv Teknolojileri Kongresi Kitab, Bursa, 2002. [4] S. Meurer., (1956) Evaluation of reaction kinetics eliminates diesel knock. The M-combustion system of MAN. SAE Transact, 64, 1956, 251.

532

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara AÇIK SLNDR TÜP YAPILI AKUSTK DÖNÜTÜRÜCÜ TASARIMI Sacit YILMAZ (a), Hayrettin KÖYMEN (b)

(a) (b)

ASELSAN A.., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected]

Prof. Dr., Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu bildiride, derin sularda yüksek güç kapasitesi olan açk (free-flooded) 31mod piezoelektrik silindir tüp yapl (ring) dönütürücü (transducer) tasarm ve elektromekanik analizi anlatlmaktadr. Açk silindir tüp dönütürücülerde, tüpün radyal rezonansnn yan sra iç hacimde oluan ve Helmholtz rezonans olarak anlan bir rezonans daha vardr. Tüp boyutlar doru seçilerek bu iki rezonansn frekanslar ayarlanabilir. Bu nedenle bu tür çeviricilerde elektroakustik kuplaj katsays (coupling coefficient) kapal tüp dönütürücülere göre düük olmasna ramen daha geni bant elde edilmektedir. Dier taraftan, açk tüp dönütürücünün herhangi bir zemine sabitlenmesi tasarm zorlayan etmenler arasndadr. Açk silindir tüp dönütürücü tasarm bant gereklerine göre elektriksel edeer devre üzerinde geni yaylm band elde etmek üzere yapld. Açk tüp, su içerisinde titretirildii için malzemenin sudaki yaylm empedans hesaba katld. Analiz aamasnda, tasarlanan açk tüp dönütürücü sonlu eleman modelleme (SEM) yöntemini kullanan ANSYS programnda modellendi. Açk tüp dönütürücü hem iki boyutlu (2-D) hem de üç boyutlu (3-D) olarak programa tantld. E deer devre çözümlemesinden elde edilen rezonans frekans ile ANSYS ’de elde edilen rezonans deerleri karlatrld. Anahtar Kelimeler : 31-mod açk silindir tüp yapl dönütürücü, ANSYS, Sonlu eleman modelleme, SEM ABSTRACT

In this paper, design and electromechanical analysis of radially polarized 31Mode free-flooded ring transducers with high power capability in deep submergence are explained. 31-Mode free-flooded ring transducers have Helmholtz resonance caused by the water inside, beside the radial resonance. By adjusting the dimensions of the ring, these resonance frequencies can be changed to the desired values. Therefore, despite having lower coupling coefficients compared to the end-caped rings, free-flooded ring transducers can have wider bandwidth. On the other hand, mounting is an important design constraint for free-flooded ring transducers. 533

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Transducer is designed using circuit theory techniques on the electrical equivalent circuit of free-flooded ring. Aim of the design is to have a large bandwidth when transducer is operated in water. The ring transducer is modeled in ANSYS, a Finite Element Modeling tool, in both 2-D and 3-D. The results obtained by analyzing the electrical equivalent circuit and the ANSYS outputs are compared. Keywords: Free-flooded, 31-mode ring transducer, ANSYS, Finite Element Modeling, FEM 1. GR

SONAR teknolojisi deniz sistemlerinin sualt tehlikelerine kar korunmas anlamnda kritik önem arz etmektedir. Elektro-mekanik dönütürücüler (transducer) de SONAR teknolojisi içerisinde çok önemli bir yere sahiptir. Açk silindir tüp yapl dönütürücüler okyanus dibine kadar tam performans salayabilmeleri nedeniyle dönütürücüler arasnda üstünlük arz etmektedirler. Ayrca açk silindir tüp yapl dönütürücüler geni bantta yüksek güç basabilirler. Dönütürücünün tasarmnda öncelikle malzeme seçimi önemlidir. Seramik üreticisi firmalarn dokümanlar malzeme çeitleri konusunda detayl bilgi içermektedir [1]. Bu bilgiler nda malzeme tipi seçildi. Malzemenin seçiminden sonra dönütürücünün elektriksel edeer devresi üzerinde tasarm gerçekletirildi [2]. Elektriksel edeer devre üzerinde tasarlanan dönütürücü ANSYS sonlu eleman modelleme programnda modellenerek analiz edildi [3-4]. Bu makalede, örnek bir 31-mod açk silindir tüp yapl elektro-mekanik dönütürücü tasarm anlatlacak, edeer elektriksel devreden edinilen sonuçlar ile ANSYS modelleme çktlar karlatrlacaktr. 2. TEOR

Açk silindir tüp yapl dönütürücülerde d yüzeyin suya uygulad itme ve çekme kuvvetleri sonucu oluan radyal rezonans dnda Helmholtz rezonans olarak isimlendirilen bir rezonans daha vardr. Tüpün genilemesi srasnda etraftaki su sktrlrken iç hacimdeki su genileme eilimindedir. Darda sktrlan suyun içe dolmas srasnda radyal yöndeki yaylm sfr olmaz. Bunun nedenleri: farkl iç ve d yüzeyler, küçük fakat fark edilebilir büyüklükteki kalnlk ve yükseklik modundaki yaylmlardr. Bu iç hacimden kaynaklanan radyal yaylm belli bir frekansta Helmholtz rezonansn ortaya çkarr. Bu frekansta iç hacimde suyun radyal yumuakl ( C2 ) ile yaylm oluturan kütle ( M 2 ), wh2

1/ C2 M 2 eitliini salar [2].

534

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Açk silindir tüp yapl dönütürücünün elektro-mekanik analizinde silindirik koordinat sisteminin kullanlmas uygundur. Dönütürücünün elektriksel kutuplamas radyal yöndedir (3-yönünde). Buna göre 1 ve 2 yönündeki elektrik alan ( E1 , E2 ) ve 2 yönündeki mekanik gerilme ( T2 ) sfrdr.

ekil 1. 31-Mod açk silindir tüp yapl dönütürücü

Buna göre elektrik alan ve mekanik gerilmeye bal, mekanik ve elektriksel deplasman denklemleri öyle yazlabilir:

S1 D3

s11E T1  d31 E3

(1)

T d31T1  H 33 E3

(2)

Denklemlerde geçen parametreler Çizelge 1 ‘de tanmlanmtr. Verilen parametre deerleri PZT-4 malzemesine aittir. PZT-4 malzemesinin seçim kstaslar Bölüm 3.1. ‘de anlatlacaktr.

Çizelge 1 Piezoelektrik parametreler

Parametre

Deer

Açklama

E 11

s

12.3 pm²/N

Sabit elektrik alannda elastik uyumluluk (elastic compliance)

d31

-123 pC/N

Piezoelektrik sabiti

H 33T

11.95 nC/mV

Dielektrik sabiti ( 1300 * H 0 )

Mekanik denklemler üzerinde yaplan türetmeler sonucu elektriksel edeer devre ekil 2 ‘deki gibi elde edilebilir. Bu edeer devrede 1:N sarm oranna 535

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sahip elektromekanik transformatörün sol taraf elektriksel deerleri, sa taraf ise mekanik deerleri göstermektedir. Z r ve Z p deerleri akustik yaylm empedanslar olup dönütürücünün suya temas yüzeylerini temsil etmektedir.

ekil 2 Açk silindir tüp yapl dönütürücü elektriksel edeer devresi [2]

Edeer devre üzerinde gösterilen elemanlarn hesaplanaca Çizelge 2 ‘de gösterilmektedir.

deerlerinin

nasl

Çizelge 2 Edeer devre elemanlar

Parametre

Deer

C0

T 2S aLH 33 /t

Giri kapasitans

G0

hmal edilmitir

letim Kayb

N

2S Ld31 / s11E

Elektromekanik transformatör sarm oran

CE

s11E a / 2S tL

Mekanik yumuaklk

M

U 2S atL

Dönütürücü kütlesi

Rm

hmal edilmitir

Zr

AU0 c0 [(kas )2  jkas ] /[1  (kas ) 2 ]

D yüzeye ait radyasyon empedans

Zp

AU0 c0 [(ka2 s ) 2  jka2 s ] /[1  (ka2 s ) 2 ]

ç yüzeye ait radyasyon empedans

C1

1/ E 2S L

n

ri / L

R2

hmal edilmitir

Açklama

Mekanik sönümleme direnci

ç hacmin radyal yumuakl ç yüzeyden d yüzeye akustik transformatör sarm oran ç hacimdeki sudan kaynaklanan mekanik kayp

Çizelge 2 ‘de geçen parametrelerin formüllerinde geçen baz deerler Çizelge 3 ‘de verilmitir. Çizelge 3 Edeer devre elemanlar

536

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Parametre

Deer

a

(ro  ri ) / 2 ro  ri

t

U0 c0 k

kg / m3 1500 m / sn

7550

2S f / c0 (ro L / 2)1/ 2 (ri L / 2)1/ 2 U0c02

as a2s

E

Açklama Ortalama yarçap Kalnlk Özkütle Sudaki ses hz Dalga says Tüpün d yüzeyinin alanna sahip kürenin yarçap Tüpün iç yüzeyinin alanna sahip kürenin yarçap Yn büyüklüü (bulk modulus)

3. TASARIM 3.1. Malzeme Seçimi

PZT 4 malzemesi yüksek güç kapasitesi, düük elektriksel kayb, yüksek dielektrik direnci ve yüksek mekanik baskya kar dayankll nedeniyle tercih edilmitir [1]. 3.2. Dönütürücü Boyutlarnn Belirlenmesi

10 – 17 kHz araln kapsayabilmek amacyla malzeme boyutlarnn Çizelge 4 ’teki gibi seçilmesi uygun görülmütür.

Çizelge 4 Malzeme boyutlar

Parametre

ri ro L

Boyut 35.55 mm 41.9 mm

Açklama iç yarçap d yarçap

38 mm

boy

3.3. Edeer Elektriksel Devre Analizi

Malzeme boyutlarnn belirlenmesi sonras edeer devre üzerinde çeitli analizler yaplmtr. Bunun sonucu elde edilen güç kazanc ekil 3’te gösterilmektedir. Güç kazanc dönütürücünün iç ve d yüzeylerinin yaylm empedanslar üzerine düen güçlerin toplamdr. ekil 4’te ise geçirgenlik (conductance) ve sanal geçiri (susceptance) deerleri verilmitir. 14 kHz civarnda radyal rezonans baskn olarak görülmektedir. Helmholtz rezonans ise 7 kHz civarndadr ve bu frekans altnda güç kazancnn hzla dümesine neden olmaktadr. 537

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 3 Güç Kazanc vs Frekans

ekil 4 Conducatance - Susceptance

4. SONLU ELEMAN MODELLEMES

Dönütürücü açsal yönde özde olduundan modelleme 2 boyutta yaplmtr [3-4]. 2 boyutta modellenen dönütürücü ekil 5’te verilmitir.

ekil 5 Açk tüp yapl dönütürücü 2-D ANSYS modeli

Bu modellemede ANSYS programnn eksenel simetri özellii kullanlmtr. Gerçek ekil, görülen dikdörtgenin düey eksen etrafnda 360º dönmü hali iken 2 boyutlu modellemede istenilen sonuçlar edinilebilmektedir. Modelde düey kenarlar iletken plakalardr. letken plaka modellemesi ilgili noktalarn voltaj deerlerini balatrarak salanmaktadr. ki plaka arasna 10 VAC gerilim kayna ve PZT üzerinden geçen akm ölçmek için de 1  direnç 538

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara yerletirilmitir. Modelleme çkts olarak dönütürücünün d yüzeyinin radyal deplasman deerlerine ve dönütürücünün giri geçirgenlik ve sanal geçirisine baklmtr. Bu sonuçlar ekil 6 ve ekil 7’de verilmitir.

ekil 6 Conductance vs Frequency

ekil 7 Susceptance vs Frequency

Radyal deplasman ve ortalama basnç deerleri ise ekil 8 ve ekil 9’da verildii gibidir.

ekil 8 Radyal yöndeki deplasman

ekil 9 D yüzeydeki ortalama basnç

5. SONUÇ

31-Mod açk silindir tüp yapl elektromekanik dönütürücüler geni bantta yüksek güç basabilmektedirler. Okyanus dibine kadar tam performans sergilemeleri ile dier dönütürücü tiplerine üstünlük salarlar. Bu bildiride örnek bir açk silindir tüp yapl transducer tasarm incelendi. Bu dönütürücünün harmonik analizi hem edeer elektriksel devre üzerinde hem de sonlu eleman modelleme yöntemi ile yapld. Edeer devre modellemesi ile sonlu eleman modellemesi sonucu elde edilen rezonans deerlerinin örtütüü fakat edinilen zirve deerlerinin örtümedii görülmektedir. Edeer devre üzerinde, özellikle iç yüzeyin oluturduu yaylm empedans üzerinde çalmas gerektii düünülmektedir.

539

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bu çalmalar sonrasnda, dönütürücü montaj üzerine çallmaya devam edilecektir. Buna ilaveten dönütürücünün üretebilecei en yüksek çk gücünün analizi yaplacaktr. Bu noktada bir gerek olarak ortaya çkacak olan sl koullar da dikkate alnarak dönütürücünün güç limitleri belirlenecektir. KAYNAKÇA

[1] D. Berlincourt ve H.H.A. Krueger, “Properties of Electro Ceramic Ceramics”, Morgan Electro Ceramics, Technical Publication TP-226, 1-12 [2] C.H. Sherman, J.L. Buttler, (2007), “Transducers and Arrays for Underwater Sound”, Springer Science+Business Media, New York. [3] ANSYS, “RLC Circuit with Piezoelectric Transducer”, Release 10.0 Documentation for ANSYS, VM237. [4] ANSYS, “Piezoelectric Rectangular Strip Under Pure Bending Load”, Release 10.0 Documentation for ANSYS, VM231.

540

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara MKROFON DZLER KULLANARAK TI DAVINCITM PLATFORMUNDA AKUSTK KAYNAKLARIN UZAMSAL KONUM TESPT H. Cem KEFEL (a), Sarp ERTÜRK (b)

(b)

(a) KOÜ, Elekt. Ve Hab. Müh. Böl., 41000, Kocaeli, [email protected] Prof. Dr. KOÜ, Elekt. Ve Hab. Müh. Böl., 41000, Kocaeli, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada, ses dalgalar yayan cisimlerin uzaydaki konumlarnn tespitinin yaplabilmesi için bir yöntem gelitirilmi ve Texas Instruments’in DaVinciTM ilemcisi kullanlarak gerçeklenmitir. Ses dalgalarnn dairesel bir ekilde yaylmas nedeniyle, ayn ses kaynandan çkan seslerin farkl ses iareti alclarna ayn nitelikte fakat farkl zaman dilimlerinde ulat bilinmektedir. Bir ses kaynann uzaydaki konumu, ses iaretinin bu özelliinden faydalanlarak birden fazla ses alcsndan alnan verilere bal olarak hesaplanabilmektedir. Çalmada, farkl konumlara yerletirilmi iki edeer mikrofon ile ses iaretleri alnmakta ve alnan ses iaretleri arasndaki gecikme faz korelasyonu ile hesaplanmaktadr. Bulunan gecikme bilgisine bal olarak ses kaynann açsal yönü tespit edilmektedir. Sistem TI DaVinciTM platformunda gerçeklenmi olup gerçek zamanl olarak çalmaktadr. Askeri sistemlerde ses iaretleri yayan cisimlerin konumlarnn tespiti için bu ve benzer yöntemler sklkla kullanlmaktadr. Anahtar Kelimeler: Akustik Konum Tespiti, Keskin Nianc Konum Tespiti ABSTRACT

In this work, an approach to detect the spatial location of sound sources has been developed and implemented using the Texas Instrument DaVinci processor. Because sound waved propagate spherically, sound leaving a certain source will come to different sound receivers at different time slots. The spatial location of a sound source can be determined using several sound receivers making use of this feature. In this work, two microphones positioned ate different locations are used to capture sound signals, and the delay between the two signals is obtained using phase correlation. The angular direction of the sound source is determined according to the delay value. The system has been implemented on the TI DaVinci platform and operates in real-time. In military applications this method is used frequently to dedect location of object that spreads sound waves. Keywords: Accoustic Locator, Sniper Locator

541

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GRS

Ses yayan cisimlerin konumlarnn belirlenmesi ve türleri hakknda snflandrma yaplmas için bir sistem gelitirme fikri 19. yüzylda öncelikle askeri ihtiyaçlardan dolay ortaya atlmtr. Pasif ve aktif konum bulucular olarak iki ayr grupta toplanarak incelenen bu sistemler hedeften gelen ses iaretlerinin yorumlanmas sonucu hedef hakknda baz öngörülerde bulunmaktadr. Gelimi dünya devletlerinin askeri birimleri bu teknolojiye o yllarda bile oldukça önem vermilerdir ve aktif bir ekilde kullanmaya balamlardr.

(a)

(b)

(c)

ekil 1. (a) Japon akustik konum tespit edicileri [1]. (b) Amerika Birleik Devletleri ordusunun 1935 li yllarda kulland pasif akustik konum belirleyiciler [1]. (c) ABD ordusunun ikinci Irak Sava’nda kullanld araca monteli konum bulucu yaps [2].

ekil 1 (a) ve (b)’de, 1900’lü yllarn balarnda kullanlan pasif konum tespit edici yaplar verilmektedir. Bu yaplar sayesinde hava taarruzlar srasnda gelebilecek tehditlere kar önceden pozisyon belirlenebilmektedir. Hava saldr unsurlar daha çok uzaktayken ve insanlar tarafndan sesleri tespit edilemezken sezilmekte ve akn daha balamadan önce önlem alnabilmektedir. Aktif ses konum tespit edicilerin su altnda sklkla kullanlan bir çeidi ise SONAR olarak bilinmektedir. Sistem prensip olarak baz ses dalgalarn ortama kendisi yaymakta ve yansyan ses dalgalar üzerinde baz ilemler yaparak hedef konumlar hakknda bir haritalama yapmaktadr. Bu çalma kapsamnda pasif konum belirleyicileri üzerinde arlkl olarak durulmaktadr ve yaplarnn gerçek zamanl olarak gerçeklenmesi üzerine baz donanmsal sistemler anlatlacaktr. Pasif konum tespit etme yöntemlerini kullanan ve günümüzde pratik olarak kullanm gün geçtikçe yaygnlaan bir dier uygulama ise nianc konum belirleme sitemleridir. Elde edilen bilgilere göre bir çatma ortamnda en büyük kayplar çatmann ilk birkaç dakikasnda verilmektedir. Askeri birliklerin ate edilen yeri saptamas ve ona göre konum almas aamasnda geçen süre çou zaman baz personelin düman unsurlar tarafndan etkisiz 542

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hale getirilmesi ile sonuçlanmaktadr. Dolays ile dost birliklerin daha verimli bir ekilde düman kuvvetlerine kar direnç göstermesi, geçen bu sürenin en aza indirilmesi ile mümkün olmaktadr. ekil 1 (c)’de Amerika Birleik Devletleri(ABD) ordusunun ikinci Irak Sava srasnda kulland askeri araçlara monte edilebilir ekilde tasarlanan bir nianc konum bulucu yaps verilmektedir.

ekil 2. Vücuda monteli pasif konum bulucu yaps [3], [4].

Araç üzerindeki yükseltici yapya monte edilen mikrofonlar sayesinde ayn ses farkl alclar ile tespit edilmektedir. Böylece kaynak noktadan çkan ses iaretinin alclara farkl zaman dilimlerinde ulamas kaçnlmaz olmaktadr. Saysal iaret ileme donanmlar yardmyla farkl alclarda elde edilen bu iaretler ilenmekte, kaynan yönü ve uzakl hakknda bilgi toplanabilmektedir. Deien ortam artlarna göre ayn sistemin farkl ekillerde de oluturulmas mümkündür. Örnein askerlerin kasklarna monteli alclar kullanlarak da ayn ilemler yaplabilmektedir. ekil 2’de asker kaskna monte edilerek kullanlan bir sitem verilmektedir. Asker üzerinde bulunan tanabilir ve çok küçük boyutlardaki bir kontrol ünitesi yardmyla mikrofonlardan gelen verilen saysal olarak ilenmektedir. lemler sonucunda elde edilen sonuçlar ise askerin göz hizasndaki bir ekran yardmyla gerçek zamanl olarak gösterilmektedir. 2. TEOR

Ses dalgalar üç boyutlu uzayda küresel yörüngeli bir yaylm izlemektedir. Bu küresel yaylmmn doal sonucu olarak, ses iaretlerini ifade edebilmek için nokta eklindeki bir yapdan balayarak giderek büyüyen ve büyüdükçe zayflayan bir yap skça kullanlmaktadr. Ses dalgalarnn yaylm ve farkl alclara ulamas arasnda geçen zamansal iliki ekil 3 (a)’da görülmektedir.

543

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

(a) (b) ekil 3. (a) Ses iaretlerinin uzaydaki yaylm [5]. (b) ki mikrofon ile aç tespiti [6].

ekilde de görüldüü üzere, merkeze uzakl r olan bir noktadaki iaret için yeinlik seviyesi I 0 iken, merkezden 2r uzaklktaki bir nokta için bu yeinlik deeri zayflamalar nedeniyle I 0.25I 0 olmaktadr. Sistem zamanda ve genlikte ayrk bir ekilde düünüldüünde örnek dizi x >n@ ile ifade edilebilmektedir. Sistemin örnekleme frekans f s Hz ise birbiri ardna alnan iki ses örnei arasnda 1/ f s saniye kadar bir zaman fark olacaktr. Merkezden r kadar uzaklktaki noktaya x >n  r. f s / Vsound @ numaral örnek henüz ulatnda, zaman gecikmesinden dolay 2r kadar uzaklktaki bir noktaya x >n@ numaral örnek ulamaktadr. Bir baka söyleyile merkezden r kadar uzaklktaki bir noktaya ses iaretinin ulamasnn ardndan ayn örnein 2r uzaklktaki noktaya ulamas için r / Vsound saniye zaman geçmektedir. Bu çalmada, iki edeer mikrofondan ayr konumlardan alnan ses iaretleri, TMS320DM6446 (DaVinciTM platformu [7]) DSP’de yazlm olan faz korelasyonu algoritmas ile deerlendirilmekte ve alnan ses iaretleri arasndaki gecikme, ilemcinin ARM çekirdei üzerinden LCD ekranda açsal olarak gösterilmektedir. 2.1. SES ARETLERNDEN YÖN TESPT

Literatürde konum tespiti yapabilmek için kullanlan farkl yöntemler önerilmitir. Bu çalmada ise ekil 3 (b)’de verilen ve konum tespitini açsal veriler yardm ile gerçekleyen yaklam temel alnmtr. T açs, aralarndaki uzakl bilinen iki mikrofon ile, zamansal gecikme ve sesin yaylm hz hesaba katlarak kolayca bulunabilmektedir.

544

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

T

sin

1 § Vsound . ITD ·

¨ ©

DM

¸ ¹

(1)

Bu denklemde Vsound , sesin bir saniye boyunca ortama bal olarak yaylma hznn metre cinsinden ifadesidir. Bu çalma kapsamnda sesin hava ortamndaki yaylma hz Vsound 334m / s olarak alnmtr. Dm ise mikrofonlar arasndaki uzakln metre cinsinden karldr. ITD (inter-aural time differences) ise ayrk örnek düzleminde mikrofonlar aras bal gecikmenin örnek says cinsinden ifadesidir. ITD hesaplanmas için literatürde deiik yöntemler önerilmitir. Bu çalmada ITD hesab için faz korelasyonu kullanlmtr. Faz korelasyonu birbirine benzer fakat zaman düzleminde gecikmelerle ifade edilebilen iki iaret arasndaki gecikme miktarnn hesaplanabilmesi için sklkla kullanlmaktadr [6]. Bu yap sayesinde ayrk sistemler için örnek uzayndaki bal gecikme miktar hesaplanabilmekte ve buradan hareketle zamansal karl ile ilgili yorum yaplabilmektedir. x ve y , srasyla sol ve sa mikrofonlardan alnan iki farkl saysal iaret ise, bu iki iaret için faz korelasyonu (2)’de verildii gibidir. Fo X  f x t  Fo Y f y t 





(2)

§

· ¨ X  f u8 f ¸ F 1 ¨

¸ ¨ X  f uY  f ¸ © ¹

< t

Bu eitlikte x t ve y t ayn örnek saylarna sahip iki farkl iaretin örnek uzayndaki ifadesidir. X  f ve Y  f , x t ve y t iaretlerinin frekans uzay karldr ve Fourier dönüümü ile hesaplanmaktadr. Sistem prensip olarak iaretler arasndaki gecikme miktarnn hesaplanmas üzerine kurulacandan, y t iareti, x t iaretinin zamanda geciktirilmesi ile oluan yeni bir ifade olarak düünülebilmektedir. Y  f iaretini X  f iaretinin bir fonksiyonu olarak ifade edebilmek için ise frekans dönüümü özelliklerinden faydalanlmaktadr. Bu özellik gerei zaman düzleminde t0 kadarlk bir gecikme frekans düzleminde t0 lk bir faz kaymasna neden

olmaktadr. Y  f iareti Y  f iaretinin karmak düzlemde eleniini göstermektedir. Y  f in elenii alnarak X  f in faz bilgisinin etkisinin ortadan kaldrlmas ve yalnzca t0 lk zaman gecikmesinin oluturduu faz bilgisinin

okunmas amaçlanmaktadr. Y  f ve <  n için oluturulan sonuç eiklikleri (3),(4) ve (5) ile verilmektedir. 545

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Yf <  n

Xf e

 j‘X  f  j 2S ft0 e

(3)

§  j‘X  f  j‘X  f  j 2S ft0 · ¨ Xf e ¸ Xf e e F 1 ¨ ¸ X  f .Y  f ¨¨ ¸¸ © ¹

<  n

(4)

  j2S ft

F 1 e

(5)

0

(5)’de verilen yap faz korelasyonu sonucunun frekans düzlemindeki karln vermektedir. Dolaysyla faz korelasyonun zaman düzlemindeki karlnn bulunabilmesi için ters frekans dönüümü yaplmas gerekmektedir. (6)’da <  n için zaman düzlemi ifadesi verilmitir. <  n

G t  t0

(a)

(6)

(b)

ekil 4. (a) x[n] ve y[n] iaretleri, (b) x[n] ve y[n] iaretleri için faz korelasyonu sonucu. <  n

iareti zaman düzleminde gecikmenin yerini verecek ekilde oluan baskn bir delta iaretinden olumaktadr. Böylece zaman düzlemindeki t0 örneklik zaman gecikmesi faz korelasyonu yardmyla tespit edilebilmektedir. ekil 4’de 256 örnek içeren iki sentetik iaret için oluturulan faz korelasyonu grafii ve iaretlerin orijinal deerlerini gösteren grafik verilmektedir. Burada y  t iareti, x  t iaretinin zamanda 12 örnek geciktirilmesi ile oluturulmutur. eki 4’den de görüldüü gibi grafik içerisinde en baskn genlik seviyesi 12 numaral örnein bulunduu zamansal konuma karlk gelmektedir ve böylece sentetik iki iaret için zaman gecikmesi doru bir ekilde hesaplanmaktadr.

546

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

Bala Ses verilerini al

Verileri ilemek için Codec Engine i hazrla ve aç

Verileri DSP ye gönder

(b)

Gelen verileri ileyerek gecikmeyi bul

Faz korelasyonu sonucunu ve gecikme yi ARM a gönder Gelen verileri yorumla ve OSD ile kullancya göster

DSP

ARM

(a)

(c)

ekil 5. (a) Önerilen sistem için ak emas, (b)-(c) Gerçekletirilen sistem ve mikrofon yaps

3. UYGULAMA

Bu çalmada yaplan uygulamalarda tasarmclarn DaVinciTM ilemcisi ile kolay ve rahat bir ekilde uygulama gelitirebilmeleri için TI tarafndan üretilen bir uygulama gelitirme kiti [8] (Digital Video Evaluation Module-DVEVM) kullanlmtr. Uygulamalar DVEVM platformunda farkl ortamlara yazlm yazarak yaplmtr. Sistemin yaps gerei Linux tarafndan kontrol edilen bir DSP yaps kullanlmas gerekmektedir. Dolaysyla DSP tarafnda koan bir algoritma, bu algoritmay yöneten bir Linux uygulamas ve bu ikisi arasnda hafza ve bellek ilemlerini yönlendiren sunucu yapsnn kullanlmas zorunludur. ARM ilemci tarafndan Linux API leri kullanlarak çevre birimlerden alnan ses verileri ortak hafza alanna gerekli parametreler ile birlikte yazlarak DSP nin ilemesi için sunulmaktadr. Kendisine gönderilen bu parametreler sayesinde veri yaps hakknda bilgi sahibi olan DSP ise verileri ilemekte ve ilenmi veriyi yine bu ortak kullanm alanna brakmaktadr. Konum tespiti için izlenilen ilem sras ekil 5 (a)’da verilmektedir.

547

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4. SONUÇLAR VE UYGULAMA ALANLARI

Bu çalmada ses dalgalar yayan cisimlerin uzaydaki uzamsal konumlarnn tespit edilebilmesi için kullanlan bir yöntem gerçeklenmitir. Yöntem temel olarak farkl ses alclar ile alnan ses iaretlerinin gecikme miktarlarnn deerlendirilmesi ile cisimlerin uzamsal konum bilgisini elde etmektedir. Kullancya geni imkanlar sunan ve yüksek güçlü iaret ileme yetenei bulunan TI DaVinciTM platformu sistemin gerçeklenmesi aamasnda kullanlmtr. Gerçekletirilen sistem ile üç boyutlu uzayda konum için bir çember verecek ekilde konum tespiti yaplabilmektedir. Mikrofon saysnn arttrlarak daha fazla alc ile çallmas sonucu bu konum bilgisinin noktasal olarak yaplabilmesi de mümkündür ve hali hazrdaki sistemin buna adapte edilebilme yetenei mevcuttur. ekil 5 (b) ve (c)’de sistemin gerçeklenme aamasndaki görünümü verilmektedir. Gelitirilen sistemin birçok farkl alanda uygulamas bulunmaktadr. Örnein video konferans uygulamalarnda kamerann konumacya döndürülmesi çok standart bir uygulama alandr. Ayrca araç veya cisimlerin geli yönünün tespiti için de önerilen yaklamn kullanlmas mümkündür. Askeri uygulamalarda ise dehef konumunun belirlenebilmesi aamasnda kritik bir öneme sahip bu sistem gelimi dünya ordular tarafndan günümüzde kullanlmaktadr. KAYNAKÇA

[1] http://futurefeeder.com/index.php/archives/2005/06/01/acoustic-radar-fromthe-past/ [2] http://www.defenseindustrydaily.com [3] G.L. Duckworth, J.E. Barger, S.H. Carlson, D.C. Gilbert, M.L. Knack, J. Korn, R.J. Mullen (1998), “Fixed and wearable acoustic counter-sniper systems for law enforcement ”, Sensors, C3I, Information, and Training Technologies for Law Enforcement SPIE Proceedings Vol. 3577. [4] Gail Erten, Ph.D. [email protected], (2005), “Acoustic direction finding using biologically inspired techniques”, U.S. Army Research Office. [5] http://www.diracdelta.co.uk/science/source/s/o/sound%20propagation/sour ce.html [6] http://www.ise.ncsu.edu/kay/msf/sound.htm [7] “tms320dm6446.pdf”, http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320dm 6446.html [8] http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tmdxevm6446.html

548

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara BR NSANSIZ SULATI ARACI: ULSAR GÖVDE TASARIMI Necmettin Cevheri1, Fikret enel2, Prof. Dr. S. Kemal der1,3, Prof. Dr. M. Haluk Aksel1,3, Prof. Dr. Levend Parnas1,3 1

2

3

Orta Dou Teknik Üniversitesi, Ankara, Bar Elektrik Endüstrisi A.., Ankara ODTÜ-Biltir Merkezi,

ÖZET nsansz sualt araçlar, enerji veya veri aktarm için herhangi bir kablo balantsna ihtiyaç duymayan otonom sualt araçlardr. Doalgaz ve petrol arama, sualt arkeoloji, sismik çalmalar, boru hatt döeme ve bakm gibi sivil ihtiyaçlar ile mayn avlama, sörvey ve denizalt kurtarma gibi askeri ihtiyaçlar için kullanlabilecek çok maksatl araçlardr. Yürütülmekte olan projenin amac bu tür bir aracn ilk örnek tasarmnn mümkün olduunca yerli kaynaklar kullanlarak yaplmasdr. Bu tür bir aracn tasarmnda mekanik tasarm evresi aracn istenilen görevleri doru bir ekilde gerçekletirmesi açsndan önemlidir. Bildirinin giri bölümünde tasarm öncesi yaplan iler ve belirlenen temel tasarm kstaslar verilmitir. Bildirinin sonraki bölümlerinde bu kstaslarla ilgili yaplan çalmalar ve elde edilen sonuçlar açklanmtr. Bildirinin kapan bölümünde ise yaplan çalmalar ve elde edilen sonuçlar deerlendirilmitir. Anahtar Kelimeler: nsansz sualt arac, otonom, kablosuz, doalgaz, petrol, mayn, sörvey ABSTRACT Autonomous underwater vehicles are unmanned vehicles which do not require a tether for data and energy transfer. They are multi-purpose vehicles that can be used for civilian purposes such as natural gas and oil inspection, underwater archeology, seismic inspections, underwater pipeline construction and maintenance and for military purposes such as mine destruction, survey and submarine rescue. The purpose of the project is to design and construct a prototype of such a vehicle by domestic sources as much as possible. Mechanical design of such a vehicle is of major importance for it to perform as required. In introduction part of the paper, design criteria determined during the literature survey are presented. In the following chapters, work done related with these criteria is presented. Finally in the conclusion mechanical design period and results are evaluated. Keywords: Autonomous underwater vehicle, unmanned, natural gas, oil, mine, survey

1. GR

549

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Gövde tasarmnda ilk olarak yurt dnda çeitli üniversiteler, aratrma kurulular ve özel irketler tarafndan gelitirilmi sualt araçlar incelenmitir. Bu incelemeler sonucunda sualt arac ne kadar farkl tasarma sahip olursa olsun, baz tasarm öelerinin ortak olduu görülmütür. Bu öeler u ekilde sralanabilir: Su szdrmaz bir bölmenin tasarm, d gövdenin tasarm, itki ve manevra sistemleri, kararllk, batmazlk, kablaj ve imalat yöntemi. Bu öelerin tasarmlar için gerekli mühendislik çalmalar yaplm ve gerektii noktalarda analiz ve test sonuçlarna bavurulmutur. 2. DI GÖVDENN TASARIMI D gövde, arac dtan saran bir yapdr ve araca eklini verir. nsansz sualt araçlar sadece silindirik yapda olmak zorunda deildir. Farkl ekiller olsa da d gövde belli kstaslar salamaldr: Basnca ve sürtünmeye bal kar kuvvetleri azaltacak ölçüde dar ve ksa, ekipman kapsayacak ölçüde geni ve uzun, arl çok arttrmayacak derecede ince ve dönme kararll açsndan simetrik olmaldr. Boyutlarla ilgili bu kstaslarn yannda modülerlik de önemlidir. Modüler araçlar kolayca sökülüp birletirilebilir ve araçtaki teçhizata gerektiinde kolayca eriilebilir. Bu özellik gelitirme aamasndaki araçlar için önemlidir. Literatür taramas sonucunda, en çok tercih edilen eklin silindirik yap olduu görülmütür. Silindirik yapl araçlarda kimi zaman bütünleik tek bir gövde, kimi zaman da farkl ekipmanlarn grupland birden fazla silindir görülmektedir. Tek silindirli modellerde araç ayrlabilen modüllerden oluabilir. Bu modüllerin tamam su geçirmez olabilecei gibi, bazlar su alabilen yapda da olabilir. Su alan bölümlere sahip araçlarda szdrmazlk salanan bölümler daha az olduundan szdrmazlk açsndan daha güvenli olduu söylenebilir. Yaplan literatür taramas sonucu, düük kar kuvvet, kolay üretim ve geni veritaban gibi nedenlerden dolay tek silindirli bir yap tercih edilmitir. Gövde malzemesi olarak ise kompozit malzeme seçilmesi uygun görülmütür. Bilindii üzere kompozit malzemelerin en önemli özellii düük younluklarda yüksek mukavemet salamalardr [5]. Bunun yannda tasarm esneklii, kalplama kolayl ve çeitli yüzey uygulamalarna izin vermesi kompozitlerin art özelliklerindendir. Ayrca gerekli durumlarda malzeme içine metal parçalar yerletirilebilir ve yaptrma ilemleri uygulanabilir. Kompozit malzemelerin balca olumsuz özellikleri ise üretim maliyeti ve tasarm zorluudur. ULSAR denizaltsnda, cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzeme kullanlmas uygun görülmütür. Üretim teknii olarak ise filaman sarg yöntemi ve reçine transferi yöntemleri düünülmütür. Filaman sarg yönteminde reçineye batrlm filamanlar bir mandrel üzerine sarlr. Bu yöntemle genel olarak silindirik yaplar elde edilir. Reçine transfer yönteminde ise daha önceden hazrlanm kalbn üzerine laminasyon ilemi gerçekletirerek istenilen gövde elde edilir. Bu yöntem karmak ekilli yaplar için birinci yönteme göre daha uygundur. Ayrca bu yöntem, ilk yatrm maliyetinin daha düük olmas nedeni ile prototip çalmalar için tercih edilmektedir. Sonuç olarak, vakum yardm ile reçine transfer kalplama yöntemi üretim teknii olarak seçilmitir.

550

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Üretim tekniinin belirlenmesi ve malzeme seçimindenden sonra gövdenin ekli ile ilgili daha ayrntl çalmalar yaplmtr. Maliyeti düürmek ve yüksek mukavim yap elde etmek için gövdenin tek bir kalp kullanlarak üretilecek bir adet alt ve üst parçadan olumas düünülmütür. Ayrca daha önce bahsedilen nedenlerden ötürü bir ksm su alan, bir ksm szdrmaz olan bir yapya karar verilmitir. Alt ve üst parçalar birleirken karlkl gelen baz yüzeylerde szdrmazlk salanarak bu özelliin salanmas planlanmtr.

ekil 1: Alt ve üst gövde parçalar

Elektronik aksamn sorunsuz çalmas açsndan szdrmazlk son derece önemlidir. Üst ve alt gövdenin yüzeylerinin karlkl geldii yerlerde szdrmazlk için lastik segman ve sk bir balant için sklatrc kemerler düünülmektedir. Gövdenin ekli ile ilgili olarak ise ön tarafn yarm küre eklinde, orta ksmn silindirik, arka ksmn ise elipsoid olmas düünülmütür. Bu sayede hidrodinamik açdan araca uygulanan kar kuvvetlerin azaltlaca düünülmütür. Bu konuda hesaplamal akkanlar mekanii kullanlarak baz hesaplamalar yaplmtr. Bu çalmalardan birinde aadaki ekilde görülen 3 boyutlu bir model kullanlmtr.

ekil 2: 3 boyutlu çözüm hacmi

Model için Gambit, çözüm için ise FLUENT® programlar kullanlmtr. Türbülans modeli olarak k- modeli kullanlm ve enerji denklemleri kullanlmamtr. Snr koul olarak 2.5 m/s lik ak verilmitir. Elde edilen sonuçlara göre yaklak olarak 32 N (3.33 kgf) kar kuvvet araca etki 551

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara etmektedir. Elbette model karmaklatkça bu kar kuvvet deerinin artmas beklenebilir. 3. TK ve MANEVRA Sualt aracnn yapmas istenilen hareketleri öyle sralayabiliriz: leri geri hareket (x ekseni boyunca), yukar aa hareket (z ekseni boyunca), saa sola dönü (z ekseni etrafnda) ve yukar aa dönü (y ekseni etrafnda). Bunlarn dndaki hareketlerden, örnein x-ekseni etrafndaki dönü istenmemektedir ve pasif olarak engellenmeye çallmaldr. Araca gerekli hareketleri vermek için 4 adet motor eklenecektir. Motorlardan ikisi aracn iki yannda x ekseni boyunca yerlemilerdir. Bu motorlar araca hem ileri geri yönde hareket verirken hem de aracn saa sola dönüünü salamaktadrlar. Motorlardan dier ikisi aracn ön ve arka ksmlarna z ekseni boyunca duracak ekilde yerletirilmitir. Bu motorlarn aracn içine açlan iki oyuk içinde olmas planlanmaktadr. Bu motorlar aracn yükselip alçalmasn ve yunuslama hareketi yapmasn salanacaktr. 4. Ç YERLEM ve TASARIM ç yerleim sualt aracnn tasarmnda en kritik noktalardandr. Bunun nedeni kstl bir alana bir çok parçann, hacim en verimli kullanlacak ekilde yerletirilmesi zorunluluudur. Parçalar yerletirilirken denge unsuru göz önünde bulundurulmal, ar parçalar mümkün olduunca alt taraflarda kalmal, arlk merkezi mümkün olduunca ortalanmaldr. Ayrca baz parçalarn birbirine çok yakn durmalar çalmalarn olumsuz etkilerken, bazlarnn çalmas için belli bir durua sahip olmalar gerekir. Bu bilgiler nda önemli parçalarn gövde içinde yerleimi yaplmtr ve kablolama gerçekletirilmitir. Elde edilen tasarm ekildeki gibidir.

ekil 3: ç yerleim

Aracn iç bölümlerinin tasarm ile ilgili en önemli noktalardan biri szdrmaz orta modül ile ilgili doabilecek baz snma problemleridir. Bu bölümde snma problemi olmasnn dier bölgelere göre daha olas olmasnn nedenleri ise bu bölgede snmaya yol açan denetim ekipmanlar ile pillerin bulunmas ve bu 552

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara bölgenin et kalnlnn fazla olmasndan ötürü s çknn daha az olmasdr. Su geçirmez bölümlerde et kalnlnn yüksek tutulmasnn nedeni bu bölgenin içine su almamasndan dolay dardan yüksek su basncna maruz kalmasdr. Isnmaya dair sorunlarn üretimden sonra çözümü kolay olmadndan, bu sorunlarn batan tahmin edilmesi son derece önemlidir. Isnma problemine ilikin çalmalarda analizlerden ve deneylerden gelen sonuçlardan faydalanlmtr. Mühendislik çalmalarnn genelinde olduu gibi burada da probleme dair analizler yaplm ve buralardan gelen veriler test sonuçlar ile karlatrlarak dorulanmtr. Isnma problemi, FLUENT® yazlm kullanlarak aracn çalma süresi olarak düünülen 2 saatlik sürelerde analiz edilmitir. Zamana bal s problemlerinin çözümü yüksek hzlarda bilgisayarlar gerektirdiinden, problemler öncelikle 2 boyutlu çözülmütür. 2 boyutlu analizlerden elde edilen sonuçlar tatmin edici olmaz ise 3 boyutlu analizlere bavurulacaktr. Isnma problemi için 2 boyutlu bir model kullanlmtr. Su scakl 20 0C, gövdenin, içerideki havann ve kutunun ilk scaklklar ise 30 0C olarak alnmtr. Proje çalmalar dahilinde önceden yaplm olan güç tüketimi hesaplar sonucunda denetim elemanlarn barndran kutunun 50 W, pillerin ise 5 W düzeyinde s yaydklar hesaplanmtr. Bu deerler kutu ve pil duvarlar için snr koul olarak kullanlmtr. En kötü olaslk düünüldüünden, aracn ve dolaysyla etrafndaki suyun hareketsiz olduu kabul edilmitir. Aracn hareket ettii durumlarda oluacak su ak s transferi katsaysn arttracak ve scaklklar düürecektir. Orta modülün alabilecei en yüksek scaklk deeri, bu bölümdeki cihazlarn çalabilecekleri en yüksek scaklk deerlerince belirlenmektedir. Bu scaklk piller için 50 0C dir. Analizler sonucu sistemin 2 saatlik çözümü elde edilmitir. Herhangi bir andaki scaklk dalm incelendiinde en yüksek scakln kutu yüzeylerinde olduu görülmektedir. Örnein 2388 inci saniyedeki scaklk dalm bunu dorulamaktadr.

ekil 4: Szdrmaz bölümde scaklk dalm

Gövdedeki en yüksek scakl bulmak için çözücüye her zaman admnda kutu üzerindeki en yüksek scakl kaydetmesi komutu verilmitir. Bunun 553

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara sonucunda gövdedeki en yüksek scakln zamana kar grafii elde edilmitir. Bu grafik ekil 5’ te verilmitir.

Temperature (degrees)

Maximum Temperature

45

35

25 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Time (sec)

ekil 5: En yüksek scaklk deerinin zamana bal deiimi

Grafikteki baz aksaklklar göz ard edip, genel gidiata bakarsak, en yüksek scakln zamanla azalp, yaklak olarak 36-37 0C gibi bir deere yaknsadn söyleyebiliriz. Bu scaklk deeri izin verilen deerden düüktür. Isnma probleminin çözümüne yardmc olmas açsndan kompozit gövdeyi üretecek firma tarafndan bir deney yaplmtr. Bu deneyde firma tarafndan daha önceden üretilmi olan ve üretilecek aracn orta modülüne boyutlar itibari ile son derece benzeyen kompozit bir tüp kullanlmtr. Is kayna olarak gövdenin içine 50 W s yayan bir ampül yerletirilmitir. Bu düzenek su tankna batrlp yaklak 1.5 saat kadar bekletilmitir. Bu süre zarfnda tüpün çeitli noktalarna yerletirilmi alglayclarla scaklk deerleri ölçülmütür. Deneyde kullanlan scaklk deerleri, analizdekilere yakndr. Analizde 20 0C su scakl ve 30 0C gövde ilk scakl verilmitir. Deneyde ise 18 0C su scakl ve 25 0C gövde ilk scakl verilmitir. Çeitli noktalara yerletirilen s almaçlarndan gelen verilere göre elde edilen scaklk zaman erileri ekildeki gibidir. Grafie göre en kritik noktada scaklk 35 dereceyi geçmemektedir ve bu deer kabul edilebilir aralktadr. Deney ve analiz arasnda baz farklar bulunmaktadr. Öncelikle deneyde 3 boyutlu ve daha gerçekçi bir model kullanrken, analizde 2 boyutlu bir model kullanlmtr. Deneyde gövdenin ilk scakl analize göre 5 0C daha düüktür. Deneyde s kayna olarak kullanlan ampül, analizde kullanlan kutuya göre daha az yer kaplamaktadr. Bu nedenlerden ötürü deney ve analiz sonuçlar arasnda baz farklar olmas doaldr. Ancak yine de hem deney hem de analiz sonuçlar 35-37 0C aras bir deere yaknsamaktadr. Bu ortak davran analiz sonuçlarnn güvenilirliini arttrmaktadr. Sonuç olarak üretim öncesi yaplan çalmalarda snma ile ilgili çkabilecek bir sorun görülmemitir. Yine de kesin sonuca üretim sonras yaplacak testlerde ulalacaktr.

554

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

35 33 31

1 2

29 Scaklk (C)

3 27

4 5

25

6

23

7

21

8 9 10

19 17 15 15:36

15:50

16:04

16:19

16:33

16:48

17:02

17:16

17:31

Zaman

ekil 6: Deney sonuçlar

5. DENGE ve BATMAZLIK Sualt araçlarnda ve gemi gibi su yüzeyinde ilerleyen araçlarda kaldrma kuvveti merkezi (Cb) ile arlk merkezinin (Cg) konumlar son derece önemlidir. Öncelikli olarak bu iki merkezin x ve y eksenlerindeki konumlarnn ayn, z eksenlerindeki konumlarnn ise farkl olacak ekilde konumlandrlmas gerekmektedir. Bu salanmad takdirde araç, bu iki merkezi z ekseninde ayn hizaya getirecek ekilde kendi kendine dönecektir ve istenilen ekilde su içinde dengede durmayacaktr. kinci dikkat edilmesi gereken nokta ise bu iki merkezden kaldrma kuvveti merkezinin mümkün olduunca yukarda, arlk merkezinin ise mümkün oldunca aada olmasnn salanmasdr. ki merkez arasndaki fark aracn x ekseni etrafndaki olas dönülerini düzeltici etkide bulunup eski konuma döndürmektedir. Bu etki araca kendi ekseni etrafndaki dengesi ile ilgili bir kararllk katmaktadr. Bu ekilde merkezlere sahip bir tasarm için ar parçalar aracn alt tarafna, hafif olanlar ise üst tarafna yerletirmek gerekir. Ancak bu tasarmdaki dier baz kstaslar nedeni ile her zaman mümkün olmyabilir. Örnei ar bir parça olan modem (4 kg) yukarya bakmas gerektiinden aracn üst ksmna yerletirilmitir. Bu gibi gereksinimlerden ötürü iki merkez arasnda salanamayan mesafe, baz eklentilerle arttrlmtr. Öncelikle aracn su geçirmez bölümünün alt ksmna pirinçten arlk konulmas planlanmtr. 10 kg civar olan bu arln dengelenmesi için ise aracn su alan üst yüzeylerine ekil 7’ de görülen köpüklerin yerletirilmesi planlanmaktadr. Kullanlacak köpük malzeme, yüksek sertlikte ve 50 kg/m^3 younluktadr. Köpüün su geçirme riskine istinaden, köpüün d yüzeyine birkaç mm kalnlnda kompozit malzeme ile

555

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara laminasyon yaplabilir. Bu eklentilerle iki merkez aras mesafe yaklak olarak 3 cm deerine ulamtr ve bu deerin istenilen kararll vermesi beklenmektedir. Kararlla ek olarak batmazlk da sualt aracnn tasarmnda göz önünde bulundurulur. Öncelikli olarak aracn younluunun su ile hemen hemen ayn olmas istenmektedir. Bu sayede araç istendiinde hareketsizken suda asl durabilecektir ve bunun için ek motor gücü kullanlmayacaktr ve bu sayede daha uzun çalma saatleri elde edilebilir. Batmazlkla ilgili göz önüne alnabilecek bir madde de arac baz iletiim kopukluklar durumlarnda kaybetmemek ile ilgili alnmas gereken önlemlerdir. Bu tür durumlarda arac kaybetmemek için aracn younluunu suyun younluuna göre bir miktar daha az olacak ekilde ayarlamak bir çözümdür. Bu çözüm etkili olmasna ramen normal kullanmda suda aracn hareketsiz kalmasna bir ölçüde mani olmaktadr ve bir miktar motor gücü kullanlmasn gerektirmektedir. Ancak bu enerji sarfiyat karlanabilecek düzeylerde olacaktr. Yukarda belirtilen ilemler sonucu aracn hem arl hem de kaldrma kuvveti artm olup, iki merkez arsndaki mesafe arttrlmtr. Elde edilen bu mesafenin araca tatmin edici bir kararllk vermesi beklenmektedir. Aracn dengesi ve kararll ile ilgili ince ayar ve son müdahaleler ise aracn testlerinden elde edilecek veriler dorultusunda yaplacaktr.

ekil 7: Yüzdürücü köpükler

6. KABLOLAMA Ulisar projesi kapsamnda tasarlanan araç daha önce de belirtildii üzere su geçirmez ve su alan bölümlerden olumaktadr. Su geçirmez bölüm, slanmamas gereken elektronik kartlar ve pilleri tamak da iken; su alan bölüm, sudan etkilenmeyen modem, basnç almac gibi cihazlar bulundurmaktadr. Su geçirmez kablolar ve konektörler ise aracn su geçirmez orta bölümü ile su alan bölümündeki cihazlar arasndaki balanty salamaktadr. Bu nedenle öncelikle aracn su geçirmez bölümünün duvarlarna bir ucu su alan tarafa, dier ucu kuru tarafa bakan konektörlerin yerletirilmesi düünülmektedir. Su alan taraftaki cihazlarn bazlarnda su geçirmez konektörler, bazlarnda ise direk kablo çk bulunmaktadr. Ucunda 556

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara konektör bulunan cihazlarla gövde arasnda her iki ucunda da konektör bulunan kablolar ile balant yaplacaktr. Ucunda direk kablo çk olan cihazlarda ise cihazlarn kablolarnn bota olan uçlarna su geçirmez konektörler taklarak gerekli balant elemanlarnn elde edilmesi düünülmektedir. Bu nedenle ucunda kablo ile beraber gelen iticiler, basnç almac ve ultrasonik alclarn, üretimden önce montaj yaplacaktr.

7. SONUÇ nsansz sualt arac projesi Ulisar’da mekanik tasarm aracn istenilen görevleri gerçekletirmesi açsndan son derece önemli bir aamadr. Mekanik tasarm aamasnda aracn ekli, iç yerleimi, itki ve manevra sistemleri, batmazlk ve kararllk gibi tasarm öeleri göz önünde bulundurulmu ve gerekli mühendislik çalmalar sonucu kararlar verilmitir. Bu aamada makina, elektronik ve bilgisayar mühendislerinden oluan proje grubu ortak çalmalar yürütmütür. Bu ortak çalmalar sayesinde makina grubunun verdii kararlarn elektronik cihazlarn çalmasn olumsuz etkilememesi salanmtr. Ayrca gövdeyi üretecek firmann da görüleri alnarak gövdenin üretiminin mümkün olduunca kolay hale getirilmesi hedeflenmitir. Bu nedenlerle düzenli olarak geni katlml mekanik tasarm toplantlar gerçekletirilmitir. Gelinen noktada gövde tasarmnn tamamland ve üretim aamasna geçmeye hazr olunduu görülmektedir. Bu aamada en hzl ekilde önce kalp sonra da gövde üretimi yaplmal, kablolama ve montaj ilemleri tamamlanmal ve test aamasna gelinmelidir. Sonuç olarak gelinen noktada belli baz basit görevleri gerçekletirebilecek bir sualt arac elde edilmesine çok yakn olunduu görülebilir. Bu proje srasnda elde edilen tecrübelerin ilerleyen yllarda üretilecek daha gelimi sualt araçlar açsndan faydal olaca muhakkaktr. Teekkür Öncelikle projedeki maddi desteklerinden ötürü TÜBTAK’ a teekkürlerimizi sunarz. Bunun yannda tasarm aamasnda üretime dair verdikleri bilgiler ve yönlendirmeler nedeniyle Bar Elektrik Endüstrisi A..’ ye de teekkürlerimizi sunarz.

[1]

8. KAYNAKÇA Camilli R., Kemonaut: “An Odyssey Class AUV Platform for the NEREUS Underwater Mass Spectrometer”, MIT Parsons Laboratory Building 48-202

[2]

Yuh J. 2000., “Design and Control of Autonomous Underwater Robots: A Survey”, Autonomous Robots 8, 7-24

[3]

Santiago, J., Nguyen, S., Desai, J., Besner, D., Cheong, J., Ho, E., Kmita, M., “Development of an unmanned underwater vehicle”, University of Ottowa 557

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [4]

Hasvold, O., Lian, T., Haakaas, E., Storkersen, N., Perelman, O., Cordier, S., “CLIPPER: a long-range, autonomous underwater vehicle using magnesium fuel and oxygen from the sea”, Journal of Power Sources 136 (2004), 232–239

[5]

Mallick. P. K., " Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing and Design"

558

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara MANYETK ANOMAL YÖNTEM LE KARA MAYINLARININ TESPT EDLMES Yavuz EGE(a), Osman KALENDER(b) ,Mustafa GÖKTEPE(c) (a) (b)

BAU, Necatibey Et. Fak.,Fizik Eit. Böl., 10100, Balkesir, [email protected],

Kara Harp Okulu Dekanl, Teknik Bilimler Böl., Bakanlklar, Ankara,[email protected]. (c)

BAU, Fen Edebiyat Fak.,Fizik Böl., 10100, Balkesir, [email protected],

ÖZET Kara maynlar, anti-personel(AP) ve anti-tank(AT) maynlar olmak üzere ikiye ayrlmaktadr. AP ve AT maynlar ekil ve büyüklük açsndan farkllklar gösterdii gibi, üretildii klf ekilleri itibariyle de farkllklar göstermektedir. Mayn tespitinde kullanlacak teknoloji, mayna ait özellikler ve gömülme tarihi ile derinliine baldr. Mayn belirlemede Akustik ve Sismik, Yer Etkili Radar (GPR) Dedeksiyon, Elektromanyetik ndüksiyon Spektroskopisi, Kzlötesi (IR) Görüntüleme, Termal dedeksiyon, Optik dedeksiyon, Çekirdek Dörtkutup Rezonans gibi birçok yöntem kullanlmtr. Bu bildiride, mayn belirleme konusunda yaplan çalmalar incelenerek manyetik anomali yöntemi ile de maynlarn tespit edilebilecei deneysel olarak gösterilmitir. Anahtar Kelimeler: Kara mayn, Manyetik anomali, Manyetik alan ABSTRACT Land mines are of two kinds as anti-personnel and anti-tank. These mines differ in form, size and materials they are made from, such as plastic and metal. Mine detection technology uses the depth, type and burial date of the mines. In mine detection many methods have been exploited: Accoustic and Seismic Method, Ground Penetrating Radar Detection (GPR), Electromagnetic Induction Spectroscopy, Infrared Imaging (IR), Thermal Detection, Optical Detection and Core Fourpole Resonance. Studying the researches in the field of mine detection, this paper empirically shows that mines can also be detected through magnetic anomaly method. Key words: Land mine, Magnetic anomaly, Magnetic field 1. GR Kara maynlar, anti-personel (AP) ve anti-tank (AT) olmak üzere iki çeitlidir. Kara maynlarn belirlemede Akustik ve Sismik, Yer Etkili Radar (GPR) Dedeksiyon, Elektromanyetik ndüksiyon Spektroskopisi, Kzlötesi (IR) Görüntüleme, Termal dedeksiyon, Optik dedeksiyon, Çekirdek Dörtkutup Rezonans gibi birçok yöntem kullanlmtr. Bu çalmada mevcut teknikler irdelenerek kara mayn belirlemede manyetik anomali yöntemi önerilmitir. Bu

559

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belirleme tekniinde temel ilke aratrma yaplan ortamda manyetik anomali varlnn tespit edilmesidir. Farkl tipteki malzemelerin farkl manyetik özellik göstermesi, anomalinin sebebidir. O halde, mayn arama maksadyla bu yöntemin kullanlmas durumunda, metalik, yar metalik, plastik ve hatta tanml bir geometriye sahip olmayan gübre çuval veya gazya tenekesi gibi bir patlayc düzenein tespit edilmesi de olasdr. Bu çalma kapsamnda, kara maynlarnn belirlenmesi üzerine farkl teknik ve yöntemlerle yaplan çalmalar incelenmi ve kara mayn belirlemede manyetik anomali yönteminin plastik ve metal klfl AT ve AP maynlarn belirlemedeki etkinlii deneylerle dorulanmtr. 2. KARA MAYINI BELRLEME TEKNOLOJLER A. Akustik - Sismik Dedeksiyon Sismik-akustik yaklam topran 1kHz’den az frekanslarda uyarlmas ve toprakta neden olunan bu titreimlerle gömülü mayn üzerindeki topran "titreim iaretlerinin" uzaktan laser-doppler titreim ölçer ile ölçülmesi esasna dayanmaktadr. Akustik ve sismik dedeksiyonla mayn görüntüleme üzerine yaplan çalmalardan, 1. Gömülü kara maynlarnn dedeksiyonu için elastik yüzey dalgalarn ve elektromanyetik dalgalar kullanan bir sistemin verileriyle yansyan enerji hesaplamalarn yapan bir görüntü algoritmasnn gömülü bir maynn iki boyutlu görüntüsünü verebilecei[1], 2. Gömülü kara mayn ile esnek dalgalar etkiletii zaman mayn bölgesinde oluan güçlü bir rezonansn, maynn varln belirlemek ve dier datclardan ayrmak için kullanlabilecei [2], sonuçlarna ulalmtr. B. Yer Etkili Radar (GPR) GPR'nin çalma prensibi; verici anten(ler) yardmyla yer merkezine doru gönderilen yüksek frekansl elektromanyetik dalgalarn topran içerisindeki hedeften yansma yapmas ve bu yansmalarn alc yardmyla kaydedilmesi esasna dayanr. Hedefler bulunduklar ortamdan farkl doal rezonanslara sahip olduklarndan hedefin elektromanyetik dalgay sourma miktarna bal olarak hedef yüzeyinden yansyan dalgalar ile bulunduu ortamdan yansyan dalgalar farkllk gösterecektir. Fakat radar sinyallerinin bant genilii nesnenin doal rezonansn ortaya çkaracak ekilde ayarlanmaldr[3]. GPR ile mayn görüntüleme üzerine yaplan çalmalardan, 1. Ultra geni bant (UWB) radar teknolojisi kullanlarak 0.7-2.7 GHz bant geniliinde 20 cm derinliindeki metal silindirik nesnelerin ve maynlarn bulunabilecei[4,5], 2. Elle tutulan ve 800 MHz ile 3.5 GHz frekans aralnda yüksek kararllkl radar donanm ile yay eklinde bir anten kullanmyla 1.4 GHz frekansta 4 plastik AP mayna edeer büyüklükteki maynlarn 150 mm derinlikten belirlenebilecei, 800 MHz ve daha düük frekansl antenlerde 250 mm derinlie gömülü maynlarn bulunabilecei[6], sonuçlarna ulalmtr.

560

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara C. Elektromanyetik ndüksiyon (EMI) Spektroskopisi Ksmen ya da tamam ile metal içerikli nesneler; elektrik iletkenlii, manyetik alan geçirgenlii, geometrik ekil ve büyüklük gibi kendine has ayrt edici özelliklere sahiptirler. Zamana bal elektromanyetik deiimin olduu bir ortama iletken ve manyetik geçirgenlii olan bir nesne konulduunda, nesne üzerinde bir elektrik yük ak oluur ve indüklenen akm zayf ikincil bir manyetik alan üretir. Bu noktadan hareketle, nesne düük frekansl bir elektromanyetik alana maruz kaldnda oluan bu ikincil manyetik alan geni bir bant aralnda (30Hz - 24KHz) incelendiinde nesneye has ve onu tanmlayabilecek spektral bir imza elde edilir. EMI spektroskopisi yöntemi ile mayn görüntüleme üzerine yaplan çalmalardan, 1. Düey olarak monte edilmi bobine sahip bir indüktif prop ile manevra yapabilen aratrma probundan oluan bir dedektörle, gömülü bir plastik maynn yerinin bulunabilecei[7], 2. zole edilmi bir hedeften alnan genibant elektromanyetik indüksiyon verilerinin küre modeliyle ilenmesi sonucu hedefin derinliinin, yarçapnn, manyetik geçirgenliinin ve elektriksel iletkenliinin belirlenebilecei[8], sonuçlarna ulalmtr. D. Kzlötesi (IR) Görüntüleme Çevrenin doal s deiimleri srasnda maynda oluan scaklk farkllklarn termal kameralar ile ölçmek ve bu sayede mayn tespit etmek mümkündür. Kzlötesi kameradan alnan görüntünün deerlendirilme hz; mayn tipine, toprak tipine (youn, kum, mil, çamur, tal vs) ve günün saatlerine göre deiebilir. IR ile mayn görüntüleme üzerine yaplan çalmalardan, 1. IR ve UV yaknlarnda 6 farkl bantta veri toplayabilen, mayn hedeflerin kontrastlarn, ekillerini, büyüklerini ve sinyali datma oranlarn bularak karlatran yeni bir IR kamera kullanlarak mayn ve benzeri hedeflerin belirlenebilecei ve snrlandrlabilecei[9], 2. Topran ya da objelerin termal radyasyonlarn ölçerek 3 boyutlu termal görüntüsünü kullanan IR kzlötesi radyometrelerle plastik AP maynlarn bulunabilecei[10,11],sonuçlarna ulalmtr. E. Çekirdek Dörtkutup Rezonans Çekirdek Dörtkutup Rezonans (NQR), birçok patlayc ve uyuturucu maddenin yapsnda bulunan azot izotopunun (14N) tespit edilmesine dayal, Manyetik Rezonans (MR) tekniine benzeyen özgün bir radyo frekans (RF) tekniidir. 3. MANYETK ANOMAL YÖNTEM LE KARA MAYININI BELRLEME Manyetik anomali yönteminin temeli, manyetik alan içerisindeki manyetik malzemenin alann yapsn bozmas ve bunun manyetik alglayclarla alglanmasna esasna dayanmaktadr. Bu dorultuda bu çalmada ilk olarak 1m q 1m q 1m ölçülerinde ahap bir tank imal edilmi ve her iki kenarna Helmholts bobinleri yerletirilerek tankn iç bölgesinde yaklak homojen bir manyetik alan yaratlmtr. Bu amaçla, frekans 500 Hz ve genlii 10 V olan bir AC sinyal amplifikatörden geçirilerek Helmholtslara seri olarak verilmitir.

561

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Manyetik alan ölçümleri için sensör olarak, 0,1 mm çapl bobinaj telinden 11000 sarml, çap 0.5 cm ve uzunluu 5 cm olan, yumuak demir çekirdekli bir bobin kullanlmtr.Tank yüzeyini taramak için x ve y eksenleri boyunca yaklak 1 mm aralklarla hareket edebilen bilgisayar kontrollü bir tarama sistemi tasarlanmtr. ekil 1’de deney düzeneinin ematik yaps görülmektedir.

ekil 1. Manyetik anomali deney düzenei ematik yaps. Sensörün x ve y konumlarnda ölçtüü gerilim B=V/(4 S NAf) bantsyla ilenerek ekil 2’deki grafik elde edilmitir[12]. Burada, Manyetik ak younluu B (T), Sensör gerilimi V (V), Sensör sarm says N (tur), Sensör çekirdei kesit alan A (m2), frekans f (Hz) dir.

Se

n

r sö

lm He

lt ho

r s la

ik aD

Ko

nu

md

a

800 0,3000 0,4300

700

0,5600 0,6900

600

0,8200 0,9500

1 ,5

1,080

500

T) BT(m

Y (mm)

1 ,4 1 ,3

1,210 1,340

400

1,470 1,500

300

1 ,2 1 ,1

200

800 700 600 500

1 ,00 200 400

100

)

400

(m

m

)

m

0

(m

200

800

0

400

600

800

1000

X (mm)

100 1000

200

Y

300

600

X

0

(a)

(b)

ekil 2. Tarama alanndaki manyetik alann a)üç boyutlu, b) iki boyutlu deiimi

ekil 2’de görülen bu referans alan esas alnarak ayn alana çeitli büyüklükte ve çeitli malzemelerden yaplm maynlar yerletirilerek ayn alana ait 562

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara manyetik alan ölçülerek referans alana yerletirilen maynn neden olduu manyetik anomali gözlenmitir. ekil 3’de deney ortamndaki yumuak demirden yaplm M15 AT eitim mayn ve neden olduu anomali görülmektedir. 0,3000

800

0,4333 0,5667

700

0,7000 0,8333

600

0,9667

Y (mm)

1,100

500

1,233 1,367 1,400

400 300 200 100 0 0

200

400

600

800

1000

X (mm)

X= 500 mm iken

Manyetik Alan Büyüklügündeki Degisim (mT)

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

Mayin Yokken M15 Mayini Varken

0,4 0

100

200

300

400

500

600

700

800

Y (mm)

ekil 3. Tarama alanndaki M15 AT eitim mayn ve yaratt anomaly

0,3000

800

0,4300 0,5600

700

0,6900 0,8200 0,9500

600

1,080

Y (mm)

1,210

500

1,340 1,470

400

1,500

300 200 100 0 0

200

400

600

800

1000

X (mm)

X= 500 m m iken Manyetik Alan Büyüklügündeki Degisim (mT)

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

M ayin Yokken D M 11 AT M ayini Varken

0,4 0

100

200

300

400

500

600

700

800

Y (m m )

ekil 4. Tarama alanndaki DM11 AT eitim mayn ve yaratt anomali

563

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 4’te deney ortamndaki plastikten yaplm DM11 AT eitim mayn ve neden olduu anomali, ekil 5’de deney ortamndaki plastikten yaplm DM14 AP/ ve yumuak demirden yaplm MIG AP eitim maynlar ve neden olduu anomali görülmektedir. Bu deneyler M2/A1 ve AP/ AP maynlar için ve deneyde kullanlan maynlarn çeitli konumlar ve kombinasyonlar için tekrarlanmtr. Çalmamzda toplam 36 farkl deney yaplm ve tamamnda tarama alanndaki manyetik alanda bir anomali meydana geldii gözlenmitir. 4. SONUÇ Bu çalmada kara maynlarnn tespiti hususunda yaplan çalmalar incelenmi ve manyetik anomali ile mayn tespitinin yaplabilirlii deneysel olarak gösterilmitir. Bütün mayn tespit tekniklerinin baarl olduu yönler olmasna ramen yetersiz kaldklar hususlarn da olduu muhakkaktr. Manyetik anomali yönteminde temel kst, maynla ilgisi olmayan aaç kökü ve farkl younluktaki arazi yaps gibi yanl alarma neden olabilecek corafik faktörlerdir. Bununla birlikte uygulamadaki kolayl, elde edilen verinin bir algoritma ile deerlendirilerek yanl alarm orannn düürülebilecei gerçei ve snrlar gibi kritik bölgelerde skça tekrarlanacak manyetik alan ölçümlerinin karlatrlmas ile araziye yeni yerletirilmi maynlar belirlemede etkin olarak kullanlabilecek olmas bu teknii etkin klmaktadr. 0,1600 0,1800 0,2000 0,2200 0,2400 0,2600 0,2800 0,3000 0,3200

800 700

Y (mm)

600 500 400 300 200 100 0 0

200

400

600

800

X (mm)

X= 500 mmiken Manyetik Alan Büyüklügündeki Degisim (mT)

1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Mayin Yokken DM14 AP/ I ve MIG AP Mayini Varken 0,0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

Y (mm)

ekil 5. DM14 AP/ ve MIG AP eitim mayn ve yaratt anomaly

564

1000

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10] [11] [12]

5. KAYNAKLAR P.Lopez, D.L.Vilarino, D.Cabello, H.Sahl, M.Bals, “CNN Based 3D Thermal Modeling Of The Soil For Antipersonnel Mine Detection”, 7th IEEE International Workshop conf., 22-24 July 2002, Page: 307-314 A.M.Shahri, R.A.Moghadam, “Adaptive Fuzzy Force Control Of Antipersonnel Mine Detector Robot”, Electrical and Comp. Eng. IEEE Conf., 13-16 May. 2001, vol:1, Page: 99-104 J.L. Volakis, Jr.Leon Peters,“Improved Identification Of Underground Targets Using Video Pulse Radars By Elimination Of Undesired Natural Rezonans”, IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. AP-31, No.2, Page:334340,1983 R.Frost, R.Appleby,S.Price,F.Nivelle, “The Detection Of Mines Using RF/Millimetric Radiometry”, “Detection of abandoned land mines” Conference Publication IEEE, No.431, Page:92-96, 1996 M.Millot, A.Berges, “Ground Based S.A.R. maging Tool For The Desing Of Buried Mine Detector”, “Detection of abandoned land mines” Conference Publication IEEE, No.431, Page:157-159, 1996 I.J.Chant,A.R.Rye, “Overwiew Of Current Radar Land Mine Detection Research At The Defence Science And Technology Organisation, Salisbury, South Australia”, “Detection of abandoned land mines” Conference Publication IEEE, No.431, Page:138-142, 1996

Y.Q. Zeng, “Acoustic Detection Of Buried Object In 3-D Fluid Saturated Porous Media: Numerical Modeling”, IEEE Transaction On Geoscience And Remote Sensing, Vol.39, No.6, Page:1165-1173, 2001 P.W.Johnson, “Stand Off Detection Of Buried Anti-Personnel Landmines”, Geoscience and Remote Sensing Symposium, IEEE Conf, Vol: 1, Page: 325326, 24-28 June 2002 N.H.Ismail, H.N. Khairallah, M.A. Metwally, “Mapping Of Land Mine Using Air Borne Radar”, Nineteenth National Radio Science Conference, Alexandria, Page:592-598, 2002 D.Lloyd, I.D.Longstaff, “UWB Multi Static SAR With Image Stacking For Land Mine Detection”,Radar 2000, IEEE Conf., Page: 200-204, 15-17 Oct. 2002 T.R.Clem, “Sensor Technologies For Hunting Buried Sea Mines”, Oceans 02 MTS/IEEE Conf., Vol: 1, Page: 452-460, 29-31 Oct 2002 D. Jiles, “Introduction to Magnetizm and Magnetic Materials”, Chapman & Hall, London, Page:56-58, 1991

565

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

566

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara JET UÇAKLARINDA AERODNAMK PARAMETRELERN TAHMN Arif Cem GÖZÜKARA(a), Ali Mürteza ÇOLAKOLU (b) (a)

Aselsan, Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Opitk Grubu ,Ankara, [email protected]

(b)

Aselsan, Mikroelektronik, Güdüm ve Elektro Opitk Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET Günümüz Savunma Sanayi projelerinde, gelitirilen elektro-optik sistemlerin jet uçaklarna entegrasyonu skca gündeme gelmektedir. Dolaysyla uçaklara harici yük olarak entegre edilen sistemlerin, uçu performanslarna ve uçu güvenliine olumsuz bir etkisinin olup olmadnn irdelenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda Hesaplamal Akkanlar Dinamii analiz yöntemleri kullanlarak uçak ve harici yük üzerindeki basnç dalmlar, sürükleme (Drag) ve Kaldrma (Lift) katsaylar gibi aerodinamik parametreler uçu zarf içerisinde irdelenmektedir. Elde edilen veriler nda gelitirilen harici yükün d geometrisi ve entegre edilecei istasyon konusunda tasarmcya geri beslemeler yaplabilmektedir. Makalede, bir jet uça için yaplan d ak analizlerinin literatürde bulunan deneysel deerlerle karlatrmas ve jenerik bir harici yüke ait koturma sonuçlarnn örneklenmesi verilecektir. Anahtar Kelimeler: Aerodinamik, Jet uçaklar, Harici yük entegrasyonu,HAD ABSTRACT

Integration of electro-optical systems to jet aircrafts are required to be discussed in terms of flight performance and flight safety. These systems are generally mounted externally on the outer body of aircrafts as an external store. Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis methods are used for predicting some basic aerodynamic parameters such as drag, lift coefficients and pressure distributions on the surface. The results of analyses can be used for deciding the body shape of the electro-optical system and integration location. With these features CFD analysis is a useful tool for design. Within the paper a sample analysis result compared with the available flight test data. In addition, CFD analysis results for an external store integration will be presented. Keywords: Aerodynamic, Jet Aircraft, Store integration, CFD

567

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Elektro-optik sistemlerin hava platformlarna entegre edilmesi i paketlerinde, entegre edilen sistemin uçu performansna etkilerinin incelenmesi gerekmektedir. Ortaya çkabilecek problemleri önceden görebilmek için tasarlanan modellerin bilgisayar ortamnda analize tabi tutulmalar bu incelemelerin ilk aamasn oluturmaktadr. lk ürüne geçmeden, tasarlanan elektro-optik sistemlerin 3-boyutlu kat modelleri, bilgisayar ortamnda platform modelleri üzerine pozisyonlanmakta ve Hesaplamal Akkanlar Dinamii (HAD) metotlar kullanlarak analiz edilmektedir. HAD analizleri ile elektro-optik sistemin d geometrisi ve uçak üzerinde taklaca istasyonun, aerodinamik açdan deerlendirmesi yaplmaktadr. Sistem entegre edilmi uçak modeli ile sistem entegre edilmemi uçak modelleri arasndaki aerodinamik parametrelerin farkllklar deerlendirilerek, sistem d geometrisinin tasarm ve entegrasyonun yaplaca istasyon için tasarmcya geri besleme yaplmaktadr. Dolaysyla tasarm maliyet ve süreçlerini indirgeyen, ilk ürün öncesi tasarm iyiletirmeleri bilgisayar ortamnda gerçekletirilebilmektedir. HAD analizlerinin ilk ayan, literatürde bulunan rüzgar tüneli, uçu testi gibi deneysel verilerin olduu koullar için dorulama çalmalarnn yaplmas oluturmaktadr. Bu çalma ile modelin ve kullanlan metodun kabul edilebilirlii salanmakta ve sonrasnda detayl çalmalara geçilmektedir. Deneysel verilerle dorulanm model kullanlarak ihtiyaç duyulan dier analiz çalmalar gerçekletirilmektedir. Bu çalmann konusunu oluturan jet uçaklarnda, uçu performans ve uçu güvenlii açsndan ilk etapta göz önünde bulundurulan aerodinamik parametreler sürükleme (drag) ve kaldrma (lift) katsaylardr. Platformlara harici yük olarak yerletirilen elektro-optik sistemlerin, katsaylar ne kadar etkilediini belirlemek için izlenen yollardan biri, yüklenmemi uçak modeli sonuçlarnn, elektro-optik sistemlerin uçan farkl bölgelerine yüklenmesiyle elde edilen model sonuçlaryla karlatrlmasdr. Bu çalmada F-16 jet uçann yüksüz durumu ve jenerik bir elektro-optik sistem geometrisi için HAD analizleri örneklenmitir. Çalma ile uygulamalarda kullanlan ve kabul edilebilir sonuçlar veren HAD analiz yaklam paylalacaktr. 2. HESAPLAMALI AKIKANLAR DNAM ANALZLER 2.1 Uçan Sonlu Hacim Yöntemi Modeli

Bu çalma için seçilen hava platformu F-16 jet uçadr. F-16 uçana ait kat model ekil 1’de verilmitir.

568

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. F-16 uçana ait 3-boyutlu kat model

Uçaa ait 3-boyutlu kat model analiz ortamna alnarak, sonlu hacim yöntemi ile d ak analizleri yaplmtr. Analizler için FLUENT(Sürüm 6.3.26), GAMBIT(Sürüm 2.3.16) ve TGRID(Sürüm 5.0.3) yazlmlar kullanlmtr. Uçak modeline ve ak hacmine ait çözüm a yaklak 10 milyon tedrahedral eleman içermektedir. Ak hacmi olarak, literatürde skça rastlanan [1] ve ses üstü uçu koullarnda oluacak etkilerin de analizlerde doru ekilde gözlemlenebilmesini salayan, yar çap yaklak 15 uçak boyu olan küre seçilmitir (ekil 2). Modelde, yüksek hzl ve e yönlü (isotropic) aklarda iyi sonuçlar veren iki denklemli k- türbülans modeli kullanlmtr. Snr art olarak, uçu koullarna daha yakn olmas amacyla serbest akmn türbülans younluk deeri düük seçilmitir. Modelde kullanlan hz, atak açs snr koullar ve uçu koullar tanmlayan irtifaya bal basnç, scaklk, deerleri Çizelge 1’de verilmitir.

ekil 2. Uçak ve ak hacmi 569

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 1. Uçu koullar Hz (Mach) Atak açs (º) rtifa (ft) Hava scakl (K) Hava basnc (Pa)

1,20 3 30000 229 30144,2

2.2 Yüksüz Uçak Modelinin D Ak Analizi

Yüksüz uçak modeli ile yaplan d ak analizi sonucunda elde edilen sürükleme ve kaldrma katsaylar, uçaa ait uçu test sonuçlar [2] ile karlatrlmas Çizelge 2’de verilmitir. Koturma, literatürde bulunan uçu test deerlerinin verildii 30.000 ft irtifada 1.2 Mach jet uça hz ve 30 atak açs için yaplmtr. Her bir koturma 32 ilemcili çözücüde yaklak 12 saat sürmütür. Uçu test sonuçlar, sürükleme ve kaldrma katsaylar, uçan toplam kanat alan referans alnarak verildii için, HAD analizi sonuçlar da ayn referans deeri için hesaplanmtr. Çizelge 2.Harici yüksüz uçak için sürükleme ve kaldrma katsaylar F-16 Uçann Sürükleme ve Kaldrma Katsaylar HAD Uçu Testi Sürükleme katsays 0,0505 0,0521 Kaldrma katsays 0,2343 0,2143

% Sapma -3 9,3

2.3 Uçan Jenerik Elektro-Optik Sistem Modeli ile Birlikte D Ak Analizi

Çalmada jenerik elektro-optik sistem geometrisi olarak, envanterdeki jet uçaklarnda kullanlan elektro-optik sistem geometrilerine benzerlii nedeniyle silindir seçilmitir. Rüzgar tünelindeki bir silindir için verilen yar ampirik sürükleme katsays deeri Çizelge 3’te verilmitir [3]. HAD analizi ile elde edilen sürükleme katsays, % 4,4 sapma ile bulunmutur. Bu karlatrma çalmas ana modelde kullanlacak a younluunun tespitinde kullanlmaktadr. Ayrca karlatrma amacyla silindir, uçu snr artlar için analiz edilmi, uçak toplam kanat alan referans alnarak sürükleme katsays hesaplanmtr. Bu katsay da çizelge 3'te verilmitir. Çizelge 3. Silindire ait sürükleme katsaylar Ak yönüne paralel silindire ait sürükleme katsaylar CD [2] CD HAD % Fark 1,36 1,42 4,4 CD Uçu Koullar(30000 ft) 0,019

570

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Harici yükün jet uçana yüklenebilmesi için ihtiyaç duyulan ask parças olarak, ana silindire dik olan ikinci bir silindir hacim kullanlmtr. Modelde kullanlan elektro-optik sistem ve ask parças geometrileri ekil 3’te verilmitir.

ekil 3. Elektro-optik sistem ve ask parças geometrisi

Önce jet uçana ve harici yüke yüzey a örülmütür (ekil 4). Daha sonra yük, F-16 uçann 5 numaral ve 6 numaral istasyonlarna ayr ayr pozisyonlanm ve bu iki durum için hacim a oluturulmutur. Model snr koullar ve çözücü ayarlar için, yüksüz uçak modelinde kullanlan deerler aynen korunmutur.

ekil 4. Uçak ve elektro-optik sistem yüzey a

Farlk iki model için elde edilen HAD analiz sonuçlar ile sistem entegrasyonu sonucunda sürükleme ve kaldrma katsaylarnda oluan deiim Çizelge 4’te verilmitir.Harici yükün uçak üzerinde takl olduu 5. ve 6. istasyonlar ekil 56'da gösterilmektedir. Jet uça ve elektro-optik sistem yüzeyindeki basnç dalm ekil 7’de örneklenmitir. 571

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Çizelge 4.Sistem entegrasyonu sonucunda katsaylarda oluan deiim F-16 Uçann Sürükleme ve Kaldrma Katsaylar Uçak, harici yüksüz Silindir 4.istasyonda Silindir 5.istasyonda (HAD) takl takl Sürükleme katsays Deiim % Kaldrma katsays Deiim %

0,0505

0,0687

0,0623

-

36

23

0,2343

0,2189

0,2068

-

-6,6

-11,7

ekil 5. Harici yük 4. istasyonda takl durumda

ekil 6. Harici yük 6. istasyonda takl durumda

572

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 7. Jet uça ve elektro-optik sistem yüzeyindeki basnç dalm 4.DEERLENDRME ve SONUÇLAR Bu makalede, elektro-optik sistemlerin platform entegrasyonu i paketlerinde ihtiyaç duyulan hesaplamal akkanlar dinamii analizlerinde takip edilen bir uygulama ile örneklenmitir.

Harici yüksüz uçak modelleri ile yaplan HAD analizi sonuçlar deneysel uçu verileri ile karlatrlm ve sürükleme katsays %3, kaldrma katsays ise %9,3 sapma ile elde edilmitir. Kabul edilebilir bu hata pay ile oluturulan HAD modelinin, kabul edilen snr koulu ve varsaymlarn, çözücü ayar ve metodunun detay analizler için kullanlabilecei deerlendirilmitir. Elbette hata payn indirgemek mümkündür. Bu efor, koma zaman ve bilgisayar kapasitesinde ciddi artlara ihtiyaç duymakta ve dolaysyla model a kabul görebilecek bir seviyede dondurulmaktadr. Elektro-optik sistemin tek bana koturulmas sonucu elde edilen deer, uçan 5 numaral istasyonunun yüklü olduu durum için elde edilen deerlerle karlatrldnda oluan farkn temel sebebi, elektro-optik sistemin motor hava alndan kaynaklanan okun arkasnda kalmas ve harici yükün uçak üzerindeki ak deitirmesidir. Benzer ekilde, 6 numaral istasyonun yüklü olduu durum için kanatta oluan ok taklan yüke bir miktar koruma salamaktadr. Elde edilen sonuçlara baklarak 5 numaral istasyonun, 6 numaral istasyona göre entegrasyon için daha uygun olduu deerlendirilmesi yaplabilir.

573

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Takip edilen yöntem ile ürünün bilgisayar ortamnda iyiletirilmesi ve aerodinamik parametrelerin istenilen düzeylerde tutulmas salanmaktadr. Rüzgar tüneli ve uçu test kabiliyetlerinin kstl ve yüksek maliyetli olmas nedeniyle izlenen yöntemin tasarm ve entegrasyon sürecine ciddi katklar salayaca deerlendirilmektedir. KAYNAKÇA

[1] ANSYS-FLUENT 6.3 Documentation [2] T.S. Webb, D.R. Kent( 1977) Correlation of F-16 aerodynamics and performance predictions with early flight test results. Agard Conference Proceedings. Oct 11-13, n 242. [3] Vennard, J. K., and Street, R. L., Elementary Fluid Mechanics, 6th Ed., Wiley, New York, 1982.

574

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GAZ TÜRBNL MOTORLARIN TÜRBN KANATÇIKLARININ KURU SÜRTÜNMEL SÖNÜMLEYCLERLE TTREM GENLKLERNN SÖNÜMLENMES

Ender CEROLU Ör. Gör. Dr., ODTÜ, Makine Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Bu çalmada, gaz türbinli motorlarnda kullanlmakta olan kuru sürtünmeli sönümleyicilerin türbin kanatçklarnn titreim genliklerinin düürülmesinde nasl kullanldklar ve nasl modellendikleri ele alnacaktr. Kuru sürtünmenin dinamik analizi için bugüne kadar iki çeit sürtünme modeli gelitirilmitir; bunlar: makro-kayma modeli ve mikro-kayma modelidir. Bu bildiride çok elemanl makro-kayma modeli kullanlmtr. Bu model hem makro-kaymann basitliine sahiptir hem de mikro-kaymay modelleyebilmektedir. Kanatçkl disk sistemlerinin dorusal olmayan titreim analizi için gelitirmi olduumuz yöntem hakknda bilgi verilecek ve sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmi türbin ve kanatçk sistemi harmonik tahrik altnda incelenecektir. Kuru sürtünme sönümleyicilerinin tasarmnda kullanlacak en uygun sistem deikenlerinin seçilmesini salamak için yer deitirme takibi grafii, frekans kayma ve optimum erileri elde edilecektir. Anahtar kelimeler: Gaz türbinli motor, jet motoru, kuru sürtünme sönümleyicileri, dorusal olmayan titreim, makro-kayma, mikro-kayma, kuru sürtünme modelleri, kanatçk, kanatçkl disk, kanatl disk. ABSTRACT

In this work, modeling and analysis of dry friction dampers that are used in gas turbine engines to attenuate blade vibration amplitudes are studied. In the dynamic analysis of dry friction, macroslip and microslip are the two approaches used in the literature. In this paper, a multi-element macroslip model is used in order to capture microslip effects and also have a mathematically simple model. Forced response analysis method developed for the nonlinear dynamic analysis of bladed-disk systems is introduced and applied to a blade-to-ground damper system where the blade is modeled by finite element method. Tracking plots, optimal and frequency shift curves are obtained in order to determine the optimum design parameters for the dry friction dampers. Keywords: Gas turbine engine, jet engine, dry friction damper, nonlinear vibration, macroslip, microslip, friction modeling, bladed disk.

575

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Gaz türbinli motorlar ürettikleri yüksek güç sebebiyle sivil ve askeri uçaklarda, helikopterlerde, cruise tipi füzelerde ve tanklarda kullanlmaktadr. Gaz türbinli motor tasarmndaki önemli aamaldan bir tanesi kanatckl disk sistemlerinin tahrikli titreim analizidir. Sivil araçlardan farkl olarak askeri araçlardaki türbin motorlar, geni bir hz aralnda çalmaktadrlar. Buna bal olarak, gaz türbinli motorlarnn en önemli sorunlarndan bir tanesi, türbin kanatçklarnn çalma aralnda rezonansa gelmeleri sebebiyle yüksek döngüsel yorulmaya bal olarak krlmasdr. Kanatçk yorulmasna bal krlmalar önlemek gaz türbinli motor gelitiricileri için önemli bir konu olmas sebebiyle titreim genliklerinin aaya çekilmesi hayati önem tamaktadr. Kuru sürtünmeli sönümleyiciler bal hz nedeniyle temas yüzeylerinin birbirine sürtünmesi vastasyla enerjiyi sya dönütürerek sistemden uzaklatrlmas prensibiyle çalrlar. Bu sebeple, kanatçkla yer ve/veya kanatçkla kanatçk arasna kuru sürtünmeli sönümleyicilerin yerletirilmesi titreim genliklerinin azaltlmas amacyla çoklukla kullanlan bir yöntemdir. Dorusal olmayan yapsndan dolay, kuru sürtünme içerisinde bulunduu sistemleri dinamik analizini zor bir hale getirmektedir. Kuru sürtünmeyi modellemek için literatürde balca iki yöntem kullanlmaktadr: makro-kayma ve mikro-kayma modelleri. Makro-kayma modeli matematiksel olarak basit olmas sebebiyle literatürde sklkla kullanlan bir yöntemdir ve bu modelde sürtünme yüzeyi ya tümüyle kaymaktadr ya da tümüyle yapm durumdadr [1-4]. Mikro-kayma modelinde ise tüm sürtünme yüzeyi elastik bir yap olarak modellenmekte ve bu nedenle ksmi kaymaya izin vermektedir [4-8]. Dolaysyla, tam kayma olmamasna ramen bu modelle sönüm elde edilebilmektedir ve deneysel olarak da bunlar gözlemlenmitir [8-9]. Mikrokayma modeli daha gerçekçi bir model olmakla birlikte, matematiksel olarak analizi zordur. 2. SÜRTÜNME MODEL

Kuru sürtünmenin modellenmesinde temas kinematiine bal olarak çeitli modeller kullanlmaktadr. Temas yüzeyindeki bal hareket bir boyutlu olabilecei gibi; bir boyutu yüzeye teet, dieri yüzeye dik iki boyutlu; iki boyutu da yüzeye teet veya iki boyutu yüzeye teet ve bir boyutu yüzeye dik üç boyutlu olabilir. Bal hareketin bir boyutlu olduu sürtünme modellerinde [1-6,8] yapma hareketin yön deitirdii anda olur ve bu modelden elde edilen sürtünme kuvvetinin yer deitirmeye bal deiimi orijine göre simetriktir. Temas yüzeyindeki bal hareketin dik ve teet iki bileenden olutuu sürtünme modelinde [7,10] ise kayma ve yapma durumlarna ek olarak ayrlma durumu da gözlenebilir. Bu modelde yapma an hareketin yön deitirdii anda olmayabilmektedir. Dier bir sürtünme modelinde ise bal hareketin üç boyutlu olarak ele alnmtr [11,12]. Hareketin yüzeye teet olan iki boyutlu ksm kayma ve yapmay belirlerken dik olan ksm dikey kuvvetin deimesine olanak vermektedir. Bu modelde periyodik bal harekete 576

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ramen tamamyla kayma görülebilir. Bu duruma en güzel örnek, dikey boyutu olmayan dairesel harekettir; yeterli büyüklükteki dairesel hareket yapma olmakszn,sürekli, kaymaya neden olabilmektedir. Bu bildiride, iki boyutlu bir kuru sürtünme modeli kullanlacaktr. Yang ve Menq [10] tarafndan gelitirilmi olan bu modelde temas yüzeyindeki bal hareketin bir boyutu yüzeye teet, dier boyutu da temas yüzeyine diktir. ekil 1’de iki temas noktas arasna yerletirilen iki boyutlu sürtünme modeli gösterilmektedir. Burada u , v, ku , kv , n0 ve su srasyla teet yönündeki yer deitirme, yüzeye dik yer deitirme, teet yönündeki temas yay, dik yöndeki temas yay, yüzeye dik kuvvet ve yüzeye teet olan kayma yer deitirmesidir. Temas yüzeyine dik olan bal hareket yüzeyden iletilen dik kuvvette deiime neden olmaktadr. Bu nedenle, bu modelde yatay hareketin yön deitirmesi annda yüzeye yapma olmayabilmektedir. Ayn zamanda yüzeye dik olan bal hareketin belli bir düzeyi geçmesi durumunda temas noktalar birbirinden ayrlabilmekte ve benzer ekilde daha önceden temas halinde olmayan noktalar temas edebilmektedirler.

u(t)

n0 /kv

kv ku

v(t)

su(t)

ekil 1 ki boyutlu sürtünme modeli

Bu sürtünme modeli için durumlar aras geçi ölçütü burada bulunmaktadr [10]. Buna ek olarak, bal hareketin harmonik olmas durumunda durumlar aras geçi zamanlarna analitik olarak bu kaynaklardan [7,10] ulalabilir. Hareketin periyodik olmas durumunda ise geçi zamanlar geçi ölçütlerinin saysal olarak çözülmesiyle elde edilebilir. Geçi zamanlar elde edildikten sonra ise sürtünme ve dikey kuvvetleri aadaki formüller kullanlarak elde edilebilir

fN n t

­° ku ª¬u  t  u0 º¼ ® Pn t °¯

yapima

,

(1)

­ kv v  t ayrlma yokken . ® ayrlma varken ¯ 0

(2)

577

kayma

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Bu bildiride çok elemanl makro-kayma modeli kullanlacaktr. Bundaki amaç, mikro-kayma özelliklerini elde ederken ayn zamanda matematiksel olarak daha bir basit bir model kullanmaktr. Bu sebeple, yukarda verilen sürtünme modeli temas yüzeyi üzerinde seçilmi olan tüm noktalara uygulanmaktadr ve bu noktalar temas noktalar olarak adlandrlmtr. 3. HARMONK TAHRKL TEPK ANALZ MODEL

Kanatçkl disk sistemlerinin harmonik tahrikli tepki analizi için Cierolu ve dierleri [7] tarafndan gelitirilmi olan biçimsel üstdüüm yöntemi kullanlacaktr. Bu yöntemde temas noktalarnn yer deitirmesi biçim ekillerinin toplamnda olutuundan elde edilen dorusal olmayan sistem denklemlerindeki bilinmeyen says üstdüüm yönteminde kullanlan biçim saysyla orantldr. Frekans tepki fonksiyonu (FTF) yöntemi kullanlsayd, elde edilecek olan dorusal olmayan denklem sistemindeki bilinmeyen says dorusal olmayan nokta saysyla orantl olacakt. Bu da özellikle mikrokayma yöntemi veya çok elemanl makro-kayma yöntemin kullanlmas durumunda, çözülmesi gereken denklem sisteminin büyüklüünün artmasna sebep olmaktadr. Bu durum kanatçkl disk sisteminin dairesel olarak düzensiz olmas durumunda daha da vahim bir sonuç dourmaktadr. Çünkü böyle bir durumda tek kanatçk için çözüm yapmak yerine bütün kanatçklar için çözüm yaplmas gerekmektedir. Bu durumda, artan dorusal olmayan serbestlik derecesi dorusal olmayan denklem saysnn katlanmasna hatta çözümün elde edilememesine sebep olabilmektedir. Kanatçkl disk sisteminin hareket denklem sistemi aadaki gibi yazlabilir

MX  CX  KX

Fexc  t  FN  X .

(3)

Burada, M, C, K srasyla sistemin kütle, sönüm ve esneklik matrislerini; Fexc ve FN ise sisteme etki eden harmonik tahrik ve dorusal olmayan temas kuvvetlerini temsil etmektedir. Harmonik tahrik altnda sistemin tepkisinin de harmonik olaca varsaylabilir. Böyle bir durumda sistemin yatay ve dikey yer deitirmesini u ekilde yazabiliriz

uk  t vk  t

ª n k k iZ t º B I Im ˜  « ¦ Aj ˜ j Iu e » ¦ j j u j 1 ¬j 1 ¼ . n ª n k k iZ t º B j ˜ j Iv  Im « ¦ Aj ˜ j Iv e » ¦ j 1 ¬j 1 ¼ n

(4)

Burada, uk ve vk k ’nc temas noktasnn yatay ve dikey yer deitirmesini;

I ve kjIv yatay ve dikey yöndeki j ’ninci yer deitirme biçimlerini; B ve A

k j u

ise biçim eklinin yaln ve deiken katsay vektörlerini temsil etmektedir. Ayrca Z tahrik frekans, i de karmak say biriminidir. Kütle matrisine göre 578

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara normalletirilmi biçim ekillerinin dikgenlik özelliini kullanarak eitlik (3) aadaki gibi yazlabilir

B Qb

   Z I  iZC A 2

r

Re Im Qexc  iQexc  QNRe  iQNIm

.

(5)

Burada,  doal frekanslarn karesinden oluan köegen matris, I birim Re Im ve Qexc harmonik tahrike bal matris, Cr biçimsel sönüm matrisidir. Qexc biçim kuvvet vektörünün gerçek ve sanal ksmn QNRe ve QNIm ise dorusal olmayan temas kuvvet vektörünün gerçek ve sanal ksmn temsil etmektedir ve aadaki gibi hesaplanabilirler Re Qexc

Qb QNRe

s Im c I T fexc , Qexc I T fexc

I T f Nb

.

(6)

I T f Ns , QNIm I T f Nc

s c fexc ve fexc harmonik tahrikin sinüs ve kosinüs bileenlerini içeren vektörlerdir.

f Nb , f Ns ve f Nc ise dorusal olmayan temas kuvvetlerinin srasyla yaln, sinüs ve kosinüs Fourier bileenlerini içeren vektörlerdir. Eitlik (5) bilinmeyenleri biçim katsaylarnn yaln, sinüs ve kosinüs bileenleri olan dorusal olmayan bir denklem sistemini tarif etmektedir. Bu denklem sisteminin çözümü için dorusal olmayan bir çözücüye, Newton çözücüsü vb., ihtiyaç vardr. Çözümden elde edilecek biçim katsaylar Eitlik (4)’te yerine konularak sistemin uygulanan tahrike cevab bulunmu olur. 4. KANATÇIK-YER SÖNÜMLEYCS

Bu bölümde kanatçk-yer sönümleyicisine 2. bölümdeki sürtünme modeli uygulanarak 3. bölümde açkland gibi harmonik tahrik analizi yaplacaktr. Kanatçk-yer sönümünün ematik gösterimi ve kanatçn sonlu elemanlar modeli ekil 2’de verilmitir. Kanatçk ekilde de görüldüü gibi sa tarafndan yer ile temas etmektedir. Temas yüzeyi çok elemanl makro-kayma modeli ile modellenmitir. Temas noktalarnn yüzeydeki temsili dalm ekil 3’te verilmitir. Her bir temas noktas 2. bölümde tantlm olan 2 boyutlu sürtünme modeli ile modellenmitir. Çok elemanl makro-kayma modeli kullanarak, hem mikro-kayma modellenebilmekte hem de makro-kayma modelinin matematiksel olarak basit yapsndan yararlanlabilmektedir. Bu bölümde kanatçk B ve B’ noktalarndan harmonik olarak tahrik edilmekte ve tepe uç noktas olan A noktasnn bu tahrike cevab hesaplanmaktadr. Temas noktalarndaki yaylarn ve önyüklerin (dikey kuvvet) deerleri burada analizi basitletirmek amacyla önceden belirlenmitir. Gerçek temas parametreleri deney ve benzetim sonuçlarnn karlatrlmasyla 579

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara bulunabilecei gibi Cierolu ve dierleri [13] tarafndan gelitirilmi olan yöntemle de tahmin edilebilmektedir. Kanatçk-yer sönümleyicisinin harmonik tahrike cevab çeitli toplam önyük deerleri için ekil 4 verilmitir. Burada görüldüü gibi kuru sürtünme sönümleyicili sistemin harmonik tahrike cevabn oldukça aaya çekmitir. Toplam dikey kuvvetin artmasyla titreim genlii önce azalp sonra tekrar artmaktadr. Negatif önyük kanatçk ve yer arasnda boluk olduunu belirtir. Bu sistem için optimum önyük deeri 1e4 N civarndadr. Grafiklerde görülen yumuama ve sertleme temasn kaybolmas veya gerçeklemesinden kaynaklanmakta ve bu durumda sistemin titreim genliklerinin oldukça yüksek olduu gözlenmektedir. ekil 5’ite ise optimum ve frekans kayma erileri verilmitir. Optimum erisi titreim genliinin toplam dikey kuvvete göre deiimini, frekans kaymas erisi de kanatçn rezonans frekansnn toplam dikey kuvvete göre deiimini vermektedir. Bu erilerden yola çkarak kuru sürtünme sönümleyicisi için en uygun çalma önyükü tespit edilebilmektedir. En uygun dikey kuvvet en düük kuvvetten daha yüksek seçilerek belirsizliklere kar daha emniyetli bir tasarm elde edilmi olur.

y'

x' z

y

x'

Temas Yüzeyi Contact Area

x

ekil 2 Kanatçk-yer sönümleyicisi ve kanatçn sonlu elemanlar modeli

X`

Z

ekil 3 Temas noktalarnn yüzeydeki temsili dalm

580

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 4 Harmonik tahrike sistemin cevab

0.8 0.2

0.6

0.4 0.1

0.2

Optimal OptimalErisi Eðrisi Frekans FrekansKayma KaymaErisi Eðrisi 0

0

20

40

Normalletirilmi Frekans Kaymas

0.3

Normalletirilmi En Yüksek Uç Yer Deitirmesi

1

0

Normalletirilmi Dikey Toplam Kuvvet

ekil 5 Optimum ve frekans kaymas erileri 5. SONUÇ

Bu bildiride gaz türbinli motorlarn türbin kanatçklarnn titreim genliklerinin kuru sürtünme sönümleyicileri yardmyla aaya nasl çekilecei incelenmitir. Bu tip sistemlerin harmonik tahrik analizlerinin yaplabilmesi için kullanlan sürtünme modelleri tantlm ve gelitirilmi olduumuz analiz yöntemi verilmitir. Çok elemanl makro-kayma modeli kanatçk-yer sönümleyicisine uygulanm ve gelitirmi olduumuz analiz yöntemiyle saysal benzetimleri yaplmtr. Elde edilen sonuçlardan, kuru sürtünmeli sönümleyicinin en iyi performans belli bir dikey kuvvet için verdii ve bu deer için titreim genliklerinin çok dramatik bir ekilde aalara çekildii gözlenmitir. 581

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 6. KAYNAKLAR

[1] A. Sinha, J.H. Griffin, “Effects of static friction on the forced response of frictionally damped turbine blades”, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 106, 65-69, (1984). [2] T.M. Cameron, J.H. Griffin, R.E. Kielb, T.M. Hossac, “An integrated approach for friction damper design”, Journal of Vibration and Acoustics 112, 175-182, (1990). [3] E. Cierolu, H.N. Özgüven, “Nonlinear vibration analysis of bladed disks with dry friction dampers”, Journal of Sound and Vibration, 295, 10281043, (2006). [4] G. Csaba, Forced response analysis in time and frequency domains of a tuned bladed disk with friction dampers, Journal of Sound and Vibration 214 (3) (1998) 395–412. [5] C.H. Menq, J. Bielak, J.H. Griffin, “The influence of microslip on vibratory response, part I: a new microslip model”, Journal of Sound and Vibration 107(2), 279-293, (1986). [6] E. Cigeroglu, W. Lu, C.H. Menq, “One-dimensional dynamic microslip friction model”, Journal of Sound and Vibration 292, 881–898 (2006). [7] E. Cigeroglu, N. An, C.H. Menq, “A microslip friction model with normal load variation induced by normal motion”, Nonlinear Dynamics, 50, 609-626, (2007). [8] C.H. Menq, J.H. Griffin, J. Bielak, “The influence of microslip on vibratory response, part II: comparison with experimental results”, Journal of Sound and Vibration 107(2), 295-307, (1986). [9] S. Filippi, A. Akay, M.M. Gola, “Measurement of tangential contact hysteresis during microslip”, Journal of Tribology 126, 482-489, (2004). [10] Yang, B.D., Chu, M.L., Menq, C.H., “Stick-slip-separation analysis and non-linear stiffness and damping characterization of friction contacts having variable normal load”, Journal of Sound and Vibration, 210, 461-481 (1998). [11] B.D. Yang, C.H. Menq, “Characterization of 3D contact kinematics and prediction of resonant response of structures having 3D frictional constraint”, Journal of Sound and Vibration, 217, 909-925, (1998). [12] J.J. Chen, C.H. Menq, “Periodic response of blades having threedimensional nonlinear shroud constraints”, Journal of Engineering for Gas Turbines Power, 123, 901-909, (2001) [13] E. Cigeroglu, N. An, C.H. Menq, “Forced response prediction of constrained and unconstrained structures coupled through frictional contacts”, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, (basim asamasinda) 582

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara UYDU YÖRÜNGE SMULASYONU VE YÖRÜNGE KESTRM Hakan ABACI(a), Yakup ÖZKAZANÇ(b) (a) (b)

HvKK.l, Bakanlklar, 06100 Ankara, [email protected]

Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., Beytepe, 06800 Ankara [email protected]

ÖZET

Bir uydunun misyonunu eksiksiz bir ekilde yerine getirmesi ve komutakontrolünün salanmas için yörüngesinin yüksek bir kesinlikle bilinmesi gerekmektedir. Yörünge kestirimi (orbit estimation) olarak bilinen bu problem, dünyadan uyduyu izleyen özel RF ve EO sensörlerden gelen verilere dayanarak gerçekletirilmektedir. Bildirinin amac, yazarlar tarafndan uydu yörünge kestirimi ve yörünge simülasyonu için gelitirilen bir yazlm, ülkemizde havaclk, uzay ve savunma camias ile paylamaktr. MATLAB ortamnda gelitirilen yazlmn iki temel ilevi bulunmaktadr. TLE (Two Line Element) formatnda verilen yörünge elemanlarndan, uydunun hz ve konum bilgilerini çkartan bu yazlm yörünge dinamiini hesaplamakta, verilen bir anda uyduyu dünya üzerinde konumlandrmakta ve uydu yer izini haritada görselletirmektedir. Yazlmn dier bir fonksiyonu ise uydu izleme istasyonlarndan gelen verileri ileyerek ‘yörünge elemanlarn’ kestirebilmesidir. Böylece yazlm bir uydunun ne zaman nerede olduunu, zaman içinde ileri veya geriye doru hesaplayabilmektedir. Yörünge simülasyonu sayesinde uydularn görev planlamalarnn yaplmasna ve gerçek zamanl olarak konumlarnn belirlenmesine olanak tanyan bu yazlm, askeri uydu programlarnda bir ön tasarm arac olarak veya dost/muhasm uydularn yörüngelerini belirlemek amaçlaryla kullanlabilir nitelikler tamaktadr. Anahtar Kelimeler: Uzay Teknolojisi, Askeri Uydular, Yörünge Dinamii, Yörünge Kestirimi, Uydu zleme, Yörünge Simülasyonu. ABSTRACT

The aim of this study is to offer an orbit determination and simulation software developed by the authors for possible use in satellite development programs. The software developed in MATLAB has two main functions. It determines the orbit of a satellite from the data given in the form of Two Line Element and traces its track on a visually-enabled world map. The other function is to estimate orbit elements by processing the data received from observation stations which are equipped with special sensors that measure the 583

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara instantaneous positions and velocities of a satellite. By means of this simulation software, the mission of satellites can be planned and their locations can be predicted. It can also be used as a pre-design tool for millitary satellite projects and has the quality to estimate the orbits of allied/hostile satellites. Keywords: Space Technology, Millitary Satellites, Orbital Dynamics, Orbit Determination, Satellite Tracking, Orbit Simulation. 1.

GR

Bu çalmann konusu, dünya etrafnda dolaan yapay uydu yörüngelerinin simülasyonunu gerçekletiren ve gözlem verilerine dayanarak yörünge kestirimi yapan bir yazlmn gelitirilmesidir. Genel anlamda, odaklarndan birinde dünyann bulunduu eliptik bir yörüngede seyreden bir uydunun, uzaydaki konumunu belirlemek için anlk konum ve hz bilgisini içeren toplam 6 parametre yeterlidir. Ancak, uzun yllardan beri astrodinamik ile uraan bilim insanlar gözlemledikleri gök cisimlerinin yörüngelerini tanmlamak için Kepler elemanlarn kullanmaktadr. Günümüzde de gerek yapay uydularn gerekse dier gök cisimlerinin yörüngeleri 6 elemandan oluan bu veri kümesi ile tanmlanmaktadr [1,2,3,6,9,10]. Gelitirilen yazlm aracl ile tanmlar ve koordinat sistemleri birbirinden tamamen ayr olan bu iki veri seti arasnda dönüümler yaparak yörünge dinamiinin hesaplanmas için gerekli balangç parametreleri elde edilebilmektedir. Böylece, herhangi bir zamanda uydunun konum ve hz bilgisi hesaplanabilmektedir. Ayrca, gözlem istasyonlarndan alnan, bir uyduya ait konum ve hz bilgileri ilenerek yörünge kestirimi gerçekletirilmektedir. 2.

YÖRÜNGE ELEMANLARI

Eliptik yörüngenin ekil ve büyüklüünü belirtmek için iki, uzayda konumunlandrmak için üç ve gök cisminin belirlenen yörünge üzerinde nerede olduunu göstermek için bir olmak üzere toplamda alt Kepler ya da yörünge elemanna ihtiyaç duyulmaktadr [1,2]. Yörüngenin eklini ve büyüklüünü belirten elemanlar, yörüngenin yar büyük ekseni, a ve eksentrisitesi H ’dir. Yörüngenin uzaydaki konumunu, yani odanda bulunan dünyaya göre uzaydaki yerleimini belirleyen elemanlar ise eiklik (ing.: inclination, i ), yükselen düümün boylam (ing.: right ascending node, : ) ve yerberi noktasnn açs (ing.: argument of perigee, Z )’dr. Uydunun yörünge üzerinde konumunu gösteren eleman ise gerçek anomali, T ’dir. Gerçek anomali, yerberi noktasndan uydunun o an bulunduu noktaya olan açsal uzaklna verilen isimdir. Kepler elemanlar ekil 1.’de gösterilmitir.

584

Y N örü or ng m e al i

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 1. Kepler Elemanlar

Dünyann düzgün bir küre olduu ve yalnzca dünya ile uydu arasndaki çekim kuvvetinin hesaba katld bir ortamdaki yörünge için “normal yörünge” tanm yaplmaktadr. Normal yörüngeleri belirleyen ilk be Kepler elemann zamandan bamsz olduu söylenebilir. Her ne kadar yörünge modellemesi yaplrken normal yörünge tanm balangç olarak kabul edilse de, gerçekte yörünge elemanlarn zamanla deiken hale getiren bozucu etkiler bulunmaktadr [1,2,3,6,10]. Bu bozucu etkiler, x x x x x x x

Dünyann basklnn dolayl etkisi, Atmosferik sürtünme, Dünyann homojen olmayan kütle dalm, Güne, Ay ve dier gök cisimlerinin çekim etkileri, Günein radyasyon basnc, Dünyann radyasyon etkisi, Görelilik etkileri olarak sralanabilir. Söz konusu bozucu etkilerin varl sebebiyle, zamanla yörüngeleri deien uydularn Kepler elemanlar, çeitli kurulularca deiik formatlarda belli zaman aralklar ile yaynlanmaktadr. Bunlardan en yaygn olarak kullanlan, NORAD (North American Aerospace Defence Command) tarafndan gelitirilmi ve bilgileri NASA’nn Goddard Uzay Uçu Merkezi’nden alnan Two Line Element veri setidir [9]. Gelitirilen simülasyon yazlmnda, yalnzca en etken bozucu kuvvet olan dünyann basklnn, Kepler elemanlarna etkisi modellenmitir.

3.

YÖRÜNGE HESABI VE MODELLEME

Uzayda iki cisim arasndaki çekim kuvvetinden dolay oluan hareket denklemi [1,2,3,6,7,10]:

585

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

P  r  3r r

(1)

Burada, dünyann kütlesi [8] 5.9733328 u 1024 kg olduundan yapay uydularn kütlesi ihmal edilebilir ve P G ˜ mDünya yazlabilir. P terimi standart yerçekimi parametresidir. Hareket denklemi incelendiinde, bu denklemin çözümü için balangçta ilk integralden üç, ikinci integralden de üç olmak üzere toplam 6 konum ve hz parametresinin bilinmesi gereklilii ortaya çkmaktadr [2]. TLE veri formatndan çkarlan yörünge elemanlarndan, koordinat dönüüm matrisleri kullanlarak [1,2,9,10], balangç için gerekli olan hz ve konum vektörleri elde edilmektedir. Bu sayede, (2) numaral diferansiyel denklemlerin çözümü için MATLAB ortamnda gelitirilen Runge-Kutta algoritmas kullanlmakta ve ayarlanabilir adm aralklar ile yörünge hesab yaplmaktadr.

wVx wx Vx iv. wt wt wVy wy ii. Vy v. wt wt wVz wz iii. Vz vi. wt wt i.



Px ( x  y 2  z 2 )3/ 2 2

Py ( x  y 2  z 2 )3/2 Pz  2 ( x  y 2  z 2 )3/ 2 

2

(2)

Örnek olarak, 7 Ocak 2008 tarihinde, BLSAT 1 uydusunun TLE veri formatndan alnan bilgiler ile çizilmi bir tam yörüngesi ekil 2.’de görülmektedir. BLSAT 1 yörünge parametreleri [9] nolu kaynaktan alnmtr.

ekil 2. Yörünge Simülasyonu Arayüzü

586

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil 3.’te görselletirildii gibi Kartezyen koordinat sisteminde hesaplanan uydu konum vektörleri, dünya haritas üzerinde yörüngenin yer izini belirlemek için corafik koordinat sistemine dönütürülmektedir [5].

ekil 3. BLSAT 1 Yörüngesi (Balangç: 7 Ocak 2008, 18:15:27 GMT)

Hareket denkleminin çözümü için dünyann yerçekimi alannn hesaplanmas gerekmektedir. Yaplan çalmada, dünyann basklnn yörünge elemanlar üzerindeki etkisi, WGS-84 jeodezik referans sistemi model alnarak belirlenip, (2) numaral denklemlerde yer alan dünyann çekim alan terimine yanstlarak simülasyona eklenmitir [4,8]. Ancak, dünyann kütlesinin homojen olarak dalmamasndan kaynaklanan daha yüksek mertebeli etkiler, yerçekimi modeline dahil edilmemitir. Ölçülen gözlem verileri ile t0 annda yörüngesi hesaplanan uydunun, geçmi veya gelecek t annda nerede olduu veya olaca simülasyon yardm ile hesaplanarak bulunmaktadr. Bu balamda, yörüngesi yine 7 Ocak 2008 tarihinde gözlemlenen BLSAT 1 uydusu, gözlem tarihinden tam bir gün önce ekil 4.’te gösterilen konumdadr.

ekil 4. Uydu Konum Belirleme (BLSAT 1, 6 Ocak 2008, 18:15:27 GMT)

587

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4.

YÖRÜNGE KESTRM

Dünya üzerinde dolaan uydularn konum ve hz bilgileri birçok gözlem istasyonundan çeitli sensörler yardm ile ölçülebilmektedir. Ölçülen veriler analiz edilerek uydu yörünge elemanlar ve dolaysyla uydu konumlar anlk olarak bulunabilmektedir. Gelitirilen yazlmda, alnan gözlem verileri “gruplayarak ileme” yöntemi kullanlarak analiz edilmekte ve yörünge kestirimi yaplmaktadr. Bu yöntem u ekilde gerçekleir: Herhangi bir zaman diliminde ölçülen n tane uydu konum ve hz bilgisi, ölçümün yapld zaman bilgileri t1 , t2 , t3 ,...tn ile kaydedilmektedir. Bu verilerin içinde ölçüm hatalar da bulunmaktadr. Diferansiyel denklemlerin çözümünde kullanlan Runge-Kutta algoritmas, yinelemeli bir yöntem olmas sebebiyle ölçüm hatalarnn deerini artrmaktadr. Hesaplama hatalarn en küçük deerde tutabilmek amac ile ölçüm zaman diliminin içerisinde, hatay en aza indirecek bir zaman noktas t f referans zaman olarak hesaplanmaktadr. Kaydedilen her bir konum, hz ve zaman bilgisi, referans zamanna doru (ileri veya geri) çözülerek, uydunun t f anna getirilmesi salanmaktadr. Böylece

t f ’de ölçüm miktar kadar veri elde edilmi olmaktadr. Ancak bu veriler, ölçüm hatalarndan dolay istatiksel bir dalm göstermekte olup, ortalama deeri uydunun t f anndaki en uygun konum ve hz verisini salamaktadr. Gözlem istasyonlarndan alnan uydu konum ve hz verilerinin kalitesine, baka bir ifadeyle, ölçüm verisinin standart sapmasna bal olarak hesaplanan konum ve hz bilgilerinin, dier bir isimle yörünge elemanlarnn, doruluk deerleri istatiksel olarak bulunabilmektedir. Örnek olarak; bir uydunun konum ve hz bilgilerini gözlemleyen iki farkl istasyondan 10 dakika boyunca alnan 601 ölçüm verisi gruplayarak ileme yöntemi kullanlarak analiz edilmekte ve uydu yörüngesinin kestirimi yaplmaktadr. Gözlem istasyonlarnn menzil ölçüm standart sapmas, V R ve hz ölçüm standart sapmas, V V olarak tanmlandnda, ekil 5.’te V R 100 m ve V V 10 m s ve ekil 6.’da ise V R 500 m , V V 50 m s olan iki farkl istasyonun ayn süre aralnda ayn uydu için yaptklar gözlem verilerine dayanarak yaplan yörünge kestirimi simüle edilmitir. Her iki ekilde, istasyon tarafndan alnan ölçümlerden oluturulan yörünge hatt krmz noktalar ile, istasyonlardaki sensörlerin hatasz çalmas durumunda hesaplanan yörünge ise mavi noktalar ile gösterilmektedir. Beklenildii gibi; yörünge kestirimi kalitesi dogrudan kestirim için kullanlan ölçüm verilerinin kalitesine baldr. 5.

SONUÇ

Bu çalmada, yörünge elemanlar ile konum ve hz vektörleri arasndaki dönüüm matrisleri oluturularak yörünge denklemlerini yinelemeli bir yolla 588

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara çözen bir algoritma gelitirilmi, “gruplayarak ileme” yöntemi oluturularak uydu yörüngelerinin kestirimi yaplm ve bir simülasyon yaps kurulmutur. Gelitirilen arayüz vastasyla Kepler elemanlarnn deiimi kolaylkla yaplmakta ve bu deiikliin yörünge üzerindeki etkisi görsel olarak analiz edilebilmektedir. Örnein; eiklik açsnn deiimi ile kutupsal yörüngelerin oluturulabilecei, bu yörüngeye sahip bir uydu ile yeryüzünün bütününün incelenebildii veya yörünge periyodunun artrlmas ile uydu irtifasnn artt, dolaysyla ayn zaman diliminde dünya üzerinde taranan alann azald, yüksek çözünürlüklü verilerin düük periyotlu uydulardan alnabilecei gibi çkarmlar yaplabilmektedir. Temel olarak, dünya üzerinde önem arz eden bir bölgenin incelenmesi maksadyla frlatlacak bir uydunun, yörünge elemanlarnn neler olabilecei problemi, yörüngenin görsel olarak tasarlanmas ile etüt edilebilmektedir. Yörünge simülasyonu sayesinde uydularn görev planlamalarnn yaplmasna ve gerçek zamanl olarak konumlarnn belirlenmesine olanak tanyan bu yazlm, askeri uydu programlarnda bir ön tasarm arac olarak veya dost/muhasm uydularn yörüngelerini belirlemek amaçlaryla kullanlabilir nitelikler tamaktadr.

ekil 5. stasyon-1 Yörünge Kestirimi

ekil 6. stasyon-2 Yörünge Kestirimi

KAYNAKÇA

[1] B.D.Tapley, B.E.Schutz, G.H.Born, Determination, Elsevier Academic Press.

(2004),

Statistical

Orbit

[2] P.R.Escobal, (1965), Methods of Orbit Determination, John Wiley&Sons. [3] M.J.SIDI, (1997), Spacecraft Dynamics and Control, Cambridge University Press. 589

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara [4] K.R.Britting, (1971), Inertial Navigation System Analysis, John Wiley&Sons. [5] G.C.Jones, (2002), “New Solutions for The Geodetic Coordinate Transformation”, Journal of Geodesy. [6] O.Montenbruck, E.Gill, Applications, (2000), Springer. [7] M.H.Kaplan, Wiley&Sons.

(1976),

Satellite

Modern

Orbits

Spacecraft

Models

Methods

Dynamics,

John

[8] NIMA TR8350.2, (2000), World Geodetic System 1984, US Department of Defence. [9] “TLE Data Set.” Space-Track The Source for Space Surveillance Data. (2004) Retrieved January 8, 2008, from [10] H.D.Curtis, (2005), Orbital Mechanicsfor Engineering Students, Elsevier

590

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara HELKOPTERLERN YAPISAL SAC MALZEMELERNN MONTAJI ÇN APARAT TASARIMINDA SONLU ELEMAN YAZILIMI LE BOYUTSAL VARYASYON BENZETM Fatih Mehmet BAYAR (a), Mustafa lhan GÖKLER (b) (a) (b)

5 nci ABM, Gövde Grubu, Güvercinlik, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Helikopterler, gerek uçar birlik operasyonlarnda gerekse ate destek unsurlar olarak modern ordularda youn biçimde kullanlan hava araçlardr. Helikopter yapsnda kullanlan esnek sac malzemelerin bütünlenmesi zorlu bir ilem dizisidir ve bu süreçte helikopterlere özgü gereksinimlerin salanmas önemlidir. Montaj ilemi srasnda sac parçalarn olas deformasyonlar ve nihai üründeki geri esneme, ar boyutsal varyasyonlara sebep olur ve son ürün kalitesini belirgin ekilde etkiler. Varyasyon benzetimi, bir montaj aparatnn tasarm aamasnda bu etkinin kestirimini salayacaktr. Bu çalmada, sonlu eleman analizi ile boyutsal varyasyon benzetimi bir helikopter kuyruk konisi bütünü için gösterilmitir. Anahtar Kelimeler: Sac Malzeme Montaj, Montaj Aparat Tasarm, Helikopter Parçalar, Sonlu Eleman Analizi, Boyutsal Varyasyon. ABSTRACT

Modern armies intensively use helicopters either in air mobile operations or for fire support. Assembling of the compliant parts used in helicopter structures is a challenging process and should satisfy the requirements peculiar to the helicopters. The possible deformations of the joining parts during the assembly process and the resulting spring-back of the final product may cause excessive variations and significantly affect the quality of the final product. This effect may be predicted benefically by means of variation simulation during the design stage of an assembly fixture. In this study, usage of finite element analysis (FEA) in variation simulation of a helicopter tail cone assembly is presented. Keywords: Sheet Metal Assembly, Fixture Design, Helicopter Components, Finite Element Analysis, Dimensional Variation.

591

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 1. GR

Havaclk endüstrisinde hava aracn oluturan parçalarn ve alt bütünlerin farkl tesislerde üretilip ardndan son montajnn yaplmas yaygn bir durumdur. Gerek son montajn baarl bir ekilde gerçeklemesi gerekse hava araçlarnn hizmet ömrü boyunca alt bütünlerinin deitirilebilirliinin salanmas ancak alt bütünlere ait geometrik unsurlarn belirli boyutsal aralklarda olmas ile mümkündür. Bunu salamak için alt bütün montaj sürecinde bütünlemeye yönelik balama aparatlar kullanlr. Sac malzemeler doalar itibariyle esnektir. Sac malzeme bütünleme aparatlarnda bu özellikten ileri gelen ve son ürünün boyutsal varyasyonunu olumsuz etkileyebilecek balca iki problem söz konusudur. Bunlar parçalarn bütünleme esnasnda uygun bir ekilde balama aparatna yerletirilmesi ve bütünün serbest braklmasyla oluan geri esnemedir. Esnek sac malzeme bütünleri için, geleneksel varyasyonlarn toplanmas teoremi geçerli deildir [1]. Esnek bütünlerde, parça boyutsal varyasyonlar, parçalarn deforme olmas ile telafi edilebilmektedir. Bütünün varyasyonu arlkl olarak bütündeki parçalardan görece direngenlii yüksek olanlarn varyasyonlar tarafndan belirlenir.

Tasarlanan bir balama aparatnn son ürün spesifikasyonlarn salamakta yeterli olup olmayacana ilikin öngörüde bulunabilmesi için tasarmc, olas girdi varyasyonlar ile ürünün kritik geometrik unsurlarn ilikilendirebilmelidir. Fakat girdi varyasyonlarn, ürün varyasyonu ile ilikisinin belirlenmesi zordur. Söz konusu ürün sac malzemeden imal ediliyorsa bu ilikilendirme daha zordur. Parçann balama aparatna göre pozisyonunun yan sra bütünleme ilemi srasnda meydana gelen deformasyonlar da dikkate alnmaldr. Esnek parçalarn varyasyon gösterim çalmalarnda öncüler olan Liu ve Hu, “Mekanistik Varyasyon Benzetimi” yöntemini gelitirmitir [2]. Bu yöntem lineer mekanik ilikilendirmeler ile deformasyona açk sac malzemelerin varyasyon benzetimini gerçekletirir. Yazarlar, bu yöntemi sonlu eleman analizi uygulamas [3] ve eklem tiplerinin varyasyona etkisinin gösterimi uygulamas ile geniletmitir [4]. Camelio, Hu ve Ceglarek [5] “Mekanistik Varyasyon Benzetimi”ni kullanm ve amaç fonksiyonunu “minimum son ürün varyasyonu” olarak tanmlamtr. Bunlarn yan sra, Camelio, Hu ve Ceglarek [6], Merkley [7], Bihlmier [8] sac malzemeler için varyasyon benzetimi üzerine kayda deer çalmalar yapmtr. Bu bildiride sonlu eleman analizinin ürün varyasyonunun olas girdi varyasyonlar ile ilikisini aratrmak amacyla kullanm gösterilmitir [9]. Karmak bir hava arac yapsal bütünü olan helikopter kuyruk konisi için, bütünleme ileminin sonlu eleman analizi ile benzetimi yaplm ve incelenmitir.

592

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 2. KUYRUK KONS BÜTÜNLEME LEMNN MODELLENMES

Modern hava arac yaps temel olarak sac malzemelerden oluur. Arlk öncelikli bir kstas olduu durumlarda, ince sac malzemeler kesme ve çekme yüklerine yeterli direnci göstermeleri açsndan tercih edilir. Bununla beraber, sac malzemeler yüzeye dik yüklemelerde ve basma yüklerinde ayrca desteklenmelidir [10]. Bu tip “semimonocoque” yaplarda kullanlan temel yapsal unsurlar yüzey sac, çerçeve (“bulkhead”, “frame”) ve lonjeronlardr (“longeron”). Kuyruk konisini oluturan bu elemanlar ekil 1’de gösterilmitir. Çerçeveler, montaj srasnda ilk olarak yerletirilen ve sktrlan parçalardr. Montaj ilemi ekil 2’de gösterildii gibi lonjeron ve yüzey sac sralamas ile devam eder. Yüzey Sac Çerçeve

Lonjeron

ekil 1 Temel Yapsal Elemanlar

ekil 2 Kuyruk Konisi Montaj Sralamas Bir ürünün boyutsal varyasyonun analizine ilikin bir yaklam gelitirebilmek için üründen beklenen fonksiyonlarn anlalmas önemlidir. Hava arac yaps bu anlamda incelendiinde, baarl bir montajn; 593

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara a)

hava aracnn uzunluk, en, yükseklik, açklk gibi temel boyutlara uygunluun salanmas, b) kap, pencere, kapak gibi hareketli parçalarn düzgün çalmas, c) alt sistem parçalarna ve bunlara ait desteklere taban salanmas açsndan önemli olduu görülür. Helikopter alt sistemleri içerisinde konumsal hassasiyet bakmndan en kritik olanlarn banda güç aktarma sisteminin parçalar gelir. Konvansiyonel bir helikopterlerin güç aktarma sistemine ait parçalar ekil 3’de gösterilmitir. aft, yatak, dili kutusu gibi parçalara ait desteklerin doru konumlandrlmas için genel olarak ilave hiza ayar prosedürlerine ihtiyaç vardr. Salkl hiza ayar yaplabilmesi için ana yapdaki sapmann, ayar aralndan küçük olmas ön arttr. Kuyruk Rotoru Ana Rotor Pali Kuyruk Rotor Pali Kuyruk Rotor Dili Kutusu Sürücü aft Kuyruk Rotor Dili Kutusu

Yataklar Ana Rotor

Dili Kutusu Destei

Transmisyon Bütünü Yatak Destekleri

ekil 3 Güç Aktarma Organlar Ürün-aparat ikilisi olarak modellenen kuyruk konisi-montaj aparat ikilisi ekil 4’te verilmitir. ncelenen durumda ürünün kritik görülen unsuru kuyruk rotor sürücü aft yataklarnn konumland aft eksen izdüümüdür (E) ve ekil 5’te gösterilmitir. Bu unsur kuyruk konisi yapsnn bütünlenmesi sonras baarl bir hiza ayar yaplabilmesini garanti altna almak amacyla düzlük ve açsallk toleranslar ile kontrol edilmektedir.

ekil 4 Kuyruk Konisi - Montaj Aparat kilisi 594

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara A

Üçüncü Çerçeve

A

KEST A-A

A

E PSCL

92° 6.0 A 3.0

FITTING Ön DestekPLANE Düzlemi

DETAY A

ekil 5 Kuyruk Rotor aft Ekseni zdüümü E unsurunun varyasyonuna etki edebilecek olas montaj aparatndan kaynaklanan varyasyonlardan bazlar unlardr; a) çerçeve yerletirme plakalarnn ön plakaya göre öteleme varyasyonlar, ekil 6 (a), b) çerçeve yerletirme plakalarnn ön plakaya göre dönme varyasyonlar, ekil 6 (b), c) Yerletirme pimlerinin ön plaka destek deliklerine göre öteleme varyasyonlar, ekil 6 (c). Bu durumlar dnda baka etken varyasyon kaynaklar veya bunlarn birleimi ortaya konabilir. Gerçekte herhangi bir bütünleme ileminde tüm kaynaklarn e zamanl ve rasgele bir birleimi söz konusudur. Ticari sonlu eleman analizi yazlmlar ile varyasyon analizi yaparken karlalan baz problemler aada sunulmutur: a) bütünleme ileminin admlarnn benzetim zorluu (örnek: analiz esnasnda bir parçann bütüne ilave edilmesi), b) büyük parçalar içeren bütünsel modelin getirdii hesaplama yükü, c) çok sayda temas tanmlama gereklilii ve bunlarn dorusal olmayan karakteri yüzünden ortaya çkan yaknsama problemleri. Bütünün kat modelinin analizi ABAQUS® 6.6.1 [11] sonlu eleman yazlm ile gerçekletirilmitir. Modeldeki bütün parçalar 1.3 mm et kalnlnda ve 2024T3 alüminyum alam özelliklerinde tanmlanmtr. Karlk gelen elastisite modülü, poisson oran ve özkütle srasyla 72.39 GPa, 0.33, 2768 kg/m3 olarak tanmlanmtr [12].

595

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Üçüncü Çerçeve Yerletirme Plakas

Üçüncü Çerçeve

Z 2000 (Nominal Durum)

Üçüncü Çerçeve

X Y

X

Z

Z

Y (a)

X

X Y

Z

Y

Z

(b)

(c)

ekil 6 Aparat Varyasyon Örnekleri a) b) c) d)

e)

Analizlerde geçerli olan kabul ve kstlamalar aada verilmitir: Malzemelerin izotropik, deformasyonlarn dorusal elastik bölgede olduu kabul edilmitir. Aksi belirtilmedikçe parçalarn boyut ve geometrik formlarnn varsaylan mükemmel durumda olduu kabul edilmitir. Yer çekimi etkisi modellere dahil edilmemitir. Sktrma kuvvetleri ve snr artlar ilk olarak etkin olduklar analiz admnda kusursuz bir rampa fonksiyonu olarak uyguland varsaylmtr. Ayn analiz admnda ilk olarak etkinletirilen kuvvet ya da snr artlar arasnda uygulama sralamasnn etkisi yok varsaylmtr. Birletirme ileminin parçalar veya bütünde kalnt gerilme, sapma vb kusurlar meydana getirmeyecek ekilde mükemmel olarak uyguland kabul edilmitir.

596

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 4 ÖRNEK ANALZLER VE SONUÇLARI

lgili çalmada [9] farkl varyasyon kaynaklar incelenmekle beraber aada örnek olarak üçüncü çerçeve yerletirme plakasnn varyasyonlar için analizler ve sonuçlar verilmitir. a) Üçüncü Çerçeve Yerletirme Plakasnn Ötelemesi (ekil 6a) Çerçeve yerletirme plakasnn birincil yüzeyi, çerçevenin Z eksenindeki konumunu belirleyecek olan geometrik unsurdur. Bu düzlemde ön çerçeve düzlemine göre oluacak bir sapma direk olarak çerçevenin kendisine aktarlr. Bu tip bir yerletirme plakas sapmasnn E üzerinde neden olaca etkinin gösterilmesi maksadyla bir grup analiz yaplmtr. Analizlerde ele alnan eleman üçüncü çerçevedir. Toplam be analiz modeli oluturulmutur. Bu modellerde üçüncü çerçeve yerletirme plakas sras ile Z ekseninde ön plakaya göre -10, -5, 0, +5, +10 mm ötelenmitir. E’nin X eksenindeki son konumu E üzerindeki düüm noktalarnn deformasyonlarndan elde edilmitir. Düüm noktalarnn son konumlar ile nominal durumlar arasndaki fark ilgili E düüm noktasnn sapmasn vermektedir. Bu sapma deerleri ekil 7’de gösterilmitir.

ekil 7 Üçüncü Çerçeve Plakas Ötelemesinin aft Eksen zdüümü Sapmasna Etkisi Analiz sonuçlarna göre; girdi yerletirme plakas sapmalarna göre E’nin X eksenindeki sapma deerleri çok daha küçüktür. Bu sonuçlar, aparat tasarmnda, yerletirme plakalarnn Z ekseni varyasyonunun ürün kalitesine etkisinin birincil öncelikte olmad, dolays ile bu unsurlar için dar tolerans atanmasnn gerekmedii sonucuna varlmaktadr.

597

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara b) Üçüncü Çerçeve Yerletirme Plakasnn Dönmesi (ekil 6b) Çerçeve yerletirme plakas birincil yüzeyinin Z eksen konumunun yan sra bu yüzeyin ön düzleme göre paralellii de son ürün varyasyonuna etki edebilir. Bu etkinin incelenmesi maksadyla be ayr analiz modeli oluturulmutur. Sapmalar üçüncü çerçeve yerletirme plakasna uygulanmtr ve incelenen dönme açlar sras ile ön düzleme göre Y ekseni etrafnda -10 o, -5 o, 0 o, +5 o, +10 o ‘dir. Her bir duruma ilikin E sapma deerleri ekil 8’de verilmitir. Sonuçlara göre çerçeve yerletirme plakas birincil düzleminin dönme sapmalar E sapmas üzerinde göreceli olarak küçük etkiye sahiptir. Yerletirme plakas paralellik ayarlanmas gerçekte oldukça zaman alan bir ilemdir. ±10 o bir sapmann E üzerinde en fazla 0.5 mm sapmaya yol açt görülmektedir. Gerçekte ise havaclk sanayinde aparat kurulumlarnda söz konusu olas açsal sapmalar buna kyasla çok daha küçüktür. Sonuçlar, yerletirme plakas paralelliinin, E varyasyonuna açsndan çok dar toleranslar ile kontrol edilmesine gerek olmadn göstermektedir.

ekil 8 Üçüncü Çerçeve Plakas Dönmesinin aft Eksen zdüümü Sapmasna Etkisi c) Üçüncü Çerçeve Yerletirme Plakas Pim Eksen Sapmas (ekil 6c) Yerletirme plakas üzerindeki pimler çerçevenin X eksenindeki konumunu belirler. Bu pimlerin konumundaki olas kaçklklar yüzey sac üzerinde belirgin sapmalara yol açabilir. Bu etki be ayr analiz modeli oluturularak incelenmitir. Pimler nominal pozisyonlarndan X ekseninde, sras ile -5, -2, 0, +2, +5 mm sapma yapacak ekilde yerletirilmitir. E’nin X eksenindeki sapmas ekil 9’da verilmitir. Sonuçlar, X ekseninde pim pozisyonundaki kaçkln E sapmas üzerinde belirgin etkiye sahip olduuna iaret etmektedir. Buradan, E sapmasnn 598

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara belli bir aralkta kalmas için pimlerin göreceli olarak dar toleranslar ile kontrol edilmesi gerektii sonucuna varlabilir.

ekil 9 Üçüncü Çerçeve Plakas Pimlerinin Kaçklnn aft Eksen zdüümü Sapmasna Etkisi 5 SONUÇ VE DEERLENDRME

Esnek sac malzemeler için balama aparat tasarm problemine sistematik bir yaklam yaplabilmesi için ürün varyasyonunun girdi varyasyonlar ile ilikisi gösterilebilmelidir. Özellikle karmak geometrilerde ürünün kritik unsurlarnn girdi varyasyonlardan nasl etkileneceini tespit etmek zordur. Esnek bütünlerde varyasyon benzetimi açsndan parçalarn birbirine göre pozisyonu yan sra bütünleme ilemi ve sonrasnda oluan parça deformasyonu da önem tar. Bu çalmada esnek bütünler için varyasyon benzetiminde sonlu eleman analizi kullanm bir helikopter kuyruk konisi bütünü örnei üzerinden gösterilmitir. Böyle bir benzetim ile tasarmcnn unsur varyasyonlar arasnda iliki kurarak göreceli olarak etkisi fazla olan unsurlar belirleme olana bulduu ortaya konulmutur. Yaplan analizler göstermitir ki; son ürün varyasyonu olas girdi varyasyonlara bal olmakla beraber bunlarn arl deiebileceinden her zaman dar tolerans tanmlamas baarl bir bütünlemeyi garanti altna almak için etkin bir yöntem olmayabilir. Bunun yerine bütünün kritik unsuru üzerinde etkisi fazla olan unsurlarn belirlenmesi ve bunlarn denetim altna alnmas daha pratik olabilir. Özellikle günümüzde ürünlerin birçou için “Bilgisayar Destekli Tasarm” modellerinin elde mevcut olduu da göz önüne alnrsa, gerektiinde sonlu eleman analizi ile esnek malzemelerin bütünlerinin varyasyon benzetimi yaplabilecei deerlendirilebilir. Bu yaklam benzer esnek malzeme bütünlerinin olduu dier hava ve kara araçlarnda da uygulama bulabilir. 599

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA

[1] Takezawa, N., 1980, “An Improved Method for Establishing the Process Wise Quality Standard”, JUSE Reports of Statistical and Applied Research, Vol. 27, No.3, 63-76. [2] Liu, S.C., Hu, S.J., 1995, “An Offset Element and its Applications in Predicting Sheet Metal Assembly Variation”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 35, 1545-1557. [3] Liu, S.C., Hu, S.J., 1997, “Variation Simulation for Deformable Sheet Metal Assemblies Using Finite Element Methods”, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 119, 368-374. [4] Liu, S.C., Hu, S.J., 1998, “Sheet Metal Joint Configurations and Their Variation Characteristics”, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 120, 461-467. [5] Camelio, J., Hu, S.J., Ceglarek, D., 2003, “Impact of Fixture Design on Sheet Metal Assembly Variation”, SME Journal of Manufacturing Systems, Vol.23, No.3, 182-193. [6] Camelio, J., Hu, S.J., Ceglarek, D., 2003, “Modeling Variation Propagation of Multi-Station Assembly Systems with Compliant Parts”, ASME Journal of Mechanical Design, Vol.125, 673-681. [7] Merkley, K.G., 1998, Tolerance Analysis of Compliant Assemblies, PhD Dissertation, Brigham Young University, 69-91. [8] Bihlmaier, B.F., 1999, Tolerance Analysis of Flexible Assemblies Using FE and Spectral Analysis, MS Thesis, Brigham Young University, 7-21. [9] Bayar, F.M., 2007, Design and Analysis of Fixturing in Assembly of Sheet Metal Components of Helicopters, MS Thesis, Middle East Technical University. [10] Peery, D.J., Azar, J.J., 1982, Aircraft Structures, Mc-Graw Hill. [11] ABAQUS® 6.6.1, 2006, ABAQUS/CAE User’s Manual, ABAQUS, Inc. [12] 2003, Metallic Materials and Elements for Aerospace Vehicle Structures, MIL-HDBK-5J, 3-1/3-325.

600

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara FÜZE KONTROL TAHRK SSTEM YÜKLEME TESTLER ÇN TEST DÜZENE GELTRLMES

Raziye TEKN* , Murat AHN** ROKETSAN A..., Ankara, * [email protected], ** [email protected]

ÖZET Füze tasarm ve gelitirme çalmalarnda uçulu testler öncesinde yaplan alt sistem ve sistem seviyesi yer testleri projenin önemli aamalardr. Bu aamalarda, sistem ve alt sistemlerin uçu koullarna olabildiince benzer koullar altnda test edilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, füzenin yönlendirilmesi için kullanlan aerodinamik kontrol yüzeylerinin, uçu koullarnda performans testlerinin yaplmas, ayr bir öneme sahiptir. lgili testlerde, füzenin uçuu sürecinde kontrol yüzeyleri üzerine etkiyen aerodinamik yüklerin düzenek yardm ile uygulanarak tatbik edilmesi gerekmektedir. Bu çalmada, Roketsan A..’deki Kontrol Teknolojileri Laboratuvar’nda sürdürülen çalmalar kapsamnda, elektromekanik kontrol tahrik birimi testlerinde kullanlmak üzere gelitirilen dörtlü kanat yükleme düzenei uygulamas ve düzenei kontrol eden gerçek zamanl kontrol yazlm gelitirme çalmalar sunulmutur. Anahtar Kelimeler: Kontrol tahrik sistemi (KTS), Gerçek zamanl benzetim, Aerodinamik kontrol, Yükleme düzenei ABSTRACT During missile design and development, the ground tests are realized before the flight tests of missile. They are important steps of the missile development projects. The main aim of these ground tests is to obtain the performance data of system and subsystem in conditions which are similar to flight conditions. In this sense, testing the aerodynamic control surfaces that guide the missile in flight conditions is significant. In these tests, it is necessary to simulate the aerodynamic loads that effect to the control surfaces during the flight. In this study, the “ aero-fin loader “ application developed for unit tests of electro-mechanic control actuator in the scope of Control Technologies Laboratory of Roketsan A. and the real time control software development studies are presented. Key Words: Control Actuator Systems, Real Time Simulator, Aerodynamic Control, Aero-Fin Loader 1. GR

Füzelerde kullanlan kontrol tahrik sistemlerinden, belirlenen hedef noktasna ve/veya yörüngeye ulamak amacyla füze güdüm bilgisayar tarafndan 601

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara hesaplanan kontrol yüzeyi sapma açlarn uçu yükleri altnda gerçekletirmesi beklenmektedir. Bu gereksinimin uçulu testler öncesinde yaplacak yer testleri ile kontrol edilmesi, çalmalarda zaman ve maliyet etkinliini artrmaktadr. Bu kapsamda, ROKETSAN A.’de yaplan kontrol tahrik sistemlerinin performans testleri için, kontrol yüzeyleri üzerine uçu süresince etkiyen aerodinamik yüklerin gerçek zamanl ve dinamik olarak üretebilecek yükleyici test sisteminin tasarlanarak imal edilmesine karar verilmi ve gerekli çalmalar gerçekletirilmitir. Literatür taramalarnda benzer uygulamalar için çeitli firmalara ait hidrolik, elektro-mekanik, pnömatik kanat yükleme düzeneklerinin bulunduu, bunlarn test isterlerine uygun ekilde tasarlanp üretildii belirlenmitir. Ancak gerek ürün maliyetlerinin çok yüksek olmas (~0,8 – 1 Million USD mertebesinde), gerekse bu ürünlerin yurtdndan temininde yaanan hükümet izni zorunluluu, kullanm alan kstlamas, savunma sanayi kurulularnda kullanm engeli gibi koullarn bulunmas sebebiyle, direkt tedarikte skntlar yaanmaktadr. Belirtilen sebeplerden dolay, ROKETSAN A. tarafndan sürdürülen CRT Projesi kapsamnda yaplan elektromekanik kontrol tahrik sistemleri testleri için tanmlanan özelliklere uygun ekilde kanat yükleme düzenei tasarlanarak imal edilmi, gerçek zamanl kontrol ve sürücü yazlm ile kullanc arayüzü oluturulmutur. Kanat yükleme düzenei kullanlarak, alt serbestlik derecesine sahip füze uçu benzetim yazlm tarafndan üretilen uçu profiline ait aerodinamik yük deerleri, kontrol tahrik sistemine (KTS) ait dört adet kanada e zamanl olarak uygulanabilmekte ve kontrol tahrik sisteminin bu yük deerleri altnda açsal konum sapma komutlarn gerçekletirip gerçekletiremedii incelenmektedir.

2. KANAT YÜKLEME DÜZENE

ekil-1’de farkl açlardan görünümleri sunulan kanat yükleme düzenei; frçasz doru akm motorlar, aktarma kaplinleri, tork ve aç geri besleme alglayclar, sürücü ve kontrol kartlar, fiber-optik a arayüz kart, güç kaynaklar, sinyal uyarlama kutular, montaj arayüzleri ile düzenek sehpasndan olumaktadr. Dörtlü kanat yükleme düzeneinde aktarma birimi olarak kullanlan kaplinler (KTR firmasna ait RADEX-NC/DK tip) Kaplin eksenel tork kaybn en aza indirgeyecek ve yükleme aft üzerindeki eksenel kaçklktan etkilenmeyi asgari seviyede tutacak ekilde seçilmitir. Düzenek sehpas, farkl çaplarda 602

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara (50mm – 200 mm arasnda) gövde yapsna sahip füze konfigurasyonlarnn test edilmesine imkan salayacak ölçümde biçimlendirilmitir. Düzenekte ayrca, 0-15 Nm. tork deerleri arasnda %0.1 hassasiyette ölçüm yapabilen tork alglayclar (LORENZ MESSTECHNIK firmasna ait D-2452-106107 tip) kullanlmaktadr. Kanat yükleme düzenei veri ak emas ekil 2’de sunulmutur. Alt serbestlik derecesine sahip füze uçu benzetim yazlm tarafndan üretilen uçu profiline ait aerodinamik yük deerleri fiber optik a üzerinden yükleme düzenei gerçek zamanl kontrol yazlmna gönderilmektedir. Gerçek zamanl kontrol yazlm ile çok fonksiyonlu analog-dijital veri toplama ve sinyal ileme kartlar kontrol edilerek yükleme motorlarnn istenilen tork deerini yaratmas salanmaktadr. Elde edilen açsal konum deeri ile tork bilgisi geri besleme bilgisi olarak toplanmakta ve füze uçu benzetim yazlmna beslenmektedir. Sistem bünyesinde bulunan fiber-optik a arayüz kart ile ROKETSAN A.. bünyesinde kullanlan dier a yaplarna balanabilmekte ve entegre biçimde kullanlabilmektedir.

ekil-1: Kanat Yükleme Düzenei

3. KANAT YÜKLEME DÜZENE KONTROL YAZILIMI

Kanat yükleme düzeneini kontrol yazlm, “Matlab/Simulink xPC Target” gerçek zamanl yazlm platformu kullanlarak hazrlanmtr. Kontrol yazlm iki bilgisayardan oluan a sisteminde koturulmaktadr (Bkz.ekil-3). Bilgisayarlardan biri benzetim programnn ve kullanc arayüzünün bulunduu “benzetim bilgisayar”, dieri ise gerçek zamanl iletim sistemi “xPC Target” n çalt ve veri toplama kartlarnn da entegre edildii “kontrol bilgisayar”dr.

603

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara ekil-4’te blok emas sunulan yükleme düzenei kontrol yazlm, kanatlar üzerine uygulanmas istenilen tork deerleri ile tork alglayclar tarafndan ölçülen tork deeri arasndaki hatay, yükleme düzenei motor sürücü ve kontrol kartlar içerisinde bulunan akm kontrolörüne göndermekte ve istenen akm deeri elde edilerek, dalga genilik modulasyonu ile motor sürme ve kontrol ilemleri gerçekletirilmektedir.

ekil-2: Kanat Yükleme Düzenei Veri Ak emas

(a) (b) ekil-3: Kontrol Yazlm Bilgisayar A Yaps Kavramsal (a) ve ematik (b) Anlatm 604

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil-4: Yükleme Düzenei Kontrol Yazlm Blok emas

Yükleme düzenei ile yaplan testlerde ölçülen tork deerleri ile dörtlü yükleme düzenei üzerinde bulunan aç geri besleme alglayclarndan alnan kontrol tahrik sistemi açsal konum bilgileri gerçekletirilen sapma aç deerlerine e zamanl olarak füze uçu benzetim yazlmna geri besleme bilgisi olarak iletilmekte ve kaydedilmektedir.

4. KANAT YÜKLEME DÜZENE TEST SONUÇLARI

Kanat yükleme düzeneinin 0.5 Nm’lik yükleme koulunda 20 Hz ve 50 Hz sinuzodial çalma frekanslarndaki tepkimesine ait deiimler ekil-5 ve ekil6’da sunulmutur. ekil-5 ve ekil-6’da görüldüü üzere, sistemin 0.5 Nm genliindeki sinyallere 20 Hz ve 50 Hz’lik frekanslarda %20’den daha düük deerlerde am yapmaktadr (füze kontrol tahrik sistemi ile yaplacak testler için tasarmc grup tarafndan belirlenen tölerans deeri).

ekil-5: 20Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu çin Komut -Tepkime Grafii

605

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil-6: 50Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu çin Komut -Tepkime Grafii Ancak 0.5 Nm tork altnda 80 Hz’lik çalma frekans komutunda ise sistem tepkimesi geçikmekte ve %20’lik am deerini geçmektedir. (Bkz.ekil-7)

ekil-7: 80Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu çin Komut -Tepkime Grafii

Grafikten de anlald üzere, uçu simulatörü tarafndan gönderilen komutlarn frekans deerinin 50 Hz’den daha yüksek olmas durumunda kanat yükleme düzenei, %20’den daha yüksek amla cevap vermektedir. 5. SONUÇ

Füzelerde kontrol tahrik sistemine ait performans testlerinin hesaplanan aerodinamik yükler altnda yaplmas ve kontrol tahrik sisteminin davrannn atl testler öncesi incelenebilmesi için, kanak/kanatçk üzerinde oluan 606

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara aerodinamik yüklerin yer testlerinde oluturulmas gereklidir. Bu gereksinimler çerçevesinde, Roketsan A..’deki Kontrol Teknolojileri Laboratuvar’nda sürdürülen çalmalar ile elektromekanik kontrol tahrik sistemi testlerinde kullanlmak üzere “kanat yükleme düzenei” tasarlanp imal edilmitir. Bu düzenek ile birlikte gerçek zamanl kontrol yazlm gelitirme çalmalar yaplm ve kontrol tahrik sistemi performansnn, sabit yük, belirlenen yük profili veya füze uçu simulasyonunda hesaplanan yükler altnda gerçek zamanl olarak incelenmesi salanmtr.

6. KAYNAKÇA [1] D. Y. Ohm, J.H. Park, ‘About Commutation and Current Control Methods for Brushless Motors’, IMCSD Symposium,1999 [2] J.Novak, s. Gregora, V. Schejbal,’Real Time Torque and Power Analysis of Electromechanical Systems’ [3] MIL-STD-810F Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests [4] ROKETSAN Proje Dokümanlar

607

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

608

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GELTRME ÇALIMALARI Güçlü SEBER (a), Melin AHN (b), Serkan ÖZGEN (c), Volkan Nalbantolu (d) , Yavuz YAMAN (e) (a)

Dr. ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(b)

Y. Doç. Dr. ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(c)

Doç. Dr. ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (d)

(e)

Dr. ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

Prof. Dr. ODTÜ, Havaclk ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Tüm hava araçlarnda arln en aza indirilmesi, yakt tüketiminin azaltlmas, manevra kabiliyeti ve sessizlik en önemli tasarm gerekleridir. Yeni nesil göreve uyumlu, ekil deitirebilen kanatlara sahip insansz hava araçlarnn tasarm da anlan bu özellikler göz önünde tutularak yaplmaktadr. Özellikle çok aamal görevlerde bu tip hava araçlar, sabit bir kanat geometrisine sahip olan klasik tasarmlara göre daha üstün bir uçu performans sergileyebilmekte ve yapsal esneklikleri nedeniyle anlk uçu deiikliklerine daha iyi uyum salayabilmektedir. Ancak sahip olduklar bu yapsal esneklik, kontrol edilmedii takdirde tehlikeli aeroelastik problemlere yol açabilir. Bu bildiri, göreve uyumlu kanatlarda kamburluk ve burulma etkileri konularnda ODTÜ Havaclk ve Uzay Mühendislii Bölümünde yaplan tasarm ve gelitirme çalmalarn tantmaktadr. Anahtar Kelimeler: nsansz Hava Araçlar, akll yaplar, göreve uyumlu kanat, aktif titreim kontrolü, kanat çrpmas, kamburluk, burulma ABSTRACT

The most important design requirements in all air vehicles are the weight reduction, reduction in fuel consumption, maneuvrability and silence. New generation unmanned aerial vehicles with mission adaptive morphing wings are also designed to meet these requirements. Especially in multi-purpose missions, these vehicles with morphing wings can exhibit better flight performance compared to the conventionally designed air vehicles and due to their structural flexibilities can adopt themselves to instantaneous changes in the flight regimes. But their flexible nature render them prone to the aeroelastic instabilities and failures if not controlled appropriately.

609

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara This study presents the ongoing research and development studies in METU, Aerospace Engineering Department for camber and twist control of mission adaptive wings. Keywords: Unmanned Aerial Vehicles, smart structures, mission-adaptive wing, active vibration control, aeroelasticity, camber, twist. 1. GR

Göreve uyumlu kanatlarla ilgili çalmalar, ilk olarak 70’li yllarda ortaya çkmtr. Bu çalmalar, kamburluk deiikliklerinden faydalanarak, uçan belirlenen görev profili dndaki koullarda da performansn gelitirmeyi hedef almtr. Bu çalmalar 80’li yllarda ‘Göreve Uyumlu Kanat’ program [1] ad altnda devam etmi ve daha geni bir görev yelpazesini hedef almtr. Bu öncü çalmalar, o dönemde kullanlan teknolojinin yetersizliinden kaynaklanan arlk artlar ve mekanizmalarn karmakl gibi sebeplerden dolay uygulamada yaygnlaamamtr. 1990’lar itibariyle hz kazanan ‘Aktif Esnek Kanat’ [2-3] ve ‘Aktif Aeroelastik Kanat’ [4] programlar, teknolojik gelimelerden de faydalanarak bu dalda gelimelerin salanmasna önayak olmutur. Bu yllarda Maclean [5] ekil bellekli alamlardan yararlanarak uçu yüzeylerini kontrol etmi ve Koconis [6] kompozitlerin içine gömülen piezoelektrik malzemelerle ekil kontrolu konusunda çalmalar gerçekletirmitir. Aktif kanat tasarmlar, 2000’li yllar itibariyle insansz hava araçlarnda da uygulanmaya balamtr. Bu uygulamalar, kanat yüzeylerinin kulara benzer bir ekilde daha verimli ve göreve uyumlu olarak kullanlmasn hedeflemitir. Kanat yüzeyindeki ekil deiiklikleri genel olarak kamburluk [8,10] veya burulma [9] deiiklikleri olmak üzere iki grupta yaplmtr. ekil deitiren kanatlarn aeroelastik davranlar çeitli çalmalarda ele alnmtr [7-10] ve bu kapsamda ‘Aktif Aeroelastik Kanat’ program altnda modifiye edilmi bir F/A 18 kanadnn burulma özellikleri incelenmitir Literatürdeki son yaynlar, geleneksel kanat yaplarnn yerine yeni konseptler gelitirerek bunlar incelemektedir. Bunlara örnek olarak Monner [11] ile Campanile ve Anders´n [12] kamburluk degiiklii üzerine yapt çalmalar gösterilebilir. Monner´in gelitirmi olduu yapsal konsept, yolcu uçaklarnn kanatlarndaki geleneksel kontrol yüzeylerini devaml yüzeylerle yenilemeye yöneliktir. Kanadn arka ksm, birbiri üzerinde hareket edebilen dönen parçalar ve dorusal rulmanlar sayesinde ekil deitirebilen bir yapya dönütürülmütür. Campanile ve Anders da benzer bir yaklamla kanadn iç yapsn deitirmi ve kontrol kuvvetleri uygulayarak kamburluk deiiklii salamlardr. Her iki çalmada da yaplan saysal ve deneysel analizlerin sonuçlar bu konseptin uygulama aamasnda baar kazanaca yönündedir. 610

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara Deiken kanat biçimli hava tatlar (Morphing wing air vehicles), uçu esnasnda kanat yüzeylerinin belirgin olarak deitii yaplardr. Klasik sabit kanatl uçaklar uçu zarfndaki bir durum için tasarlanr ve en iyiletirilir (optimization). Deiken kanatl bir yapyla trmanma, alçalma gibi dier uçu durumlarnda da etkin verim alnabilir. Konvansiyonel kontrol yüzeylerinin olmad bir kanatta aerodinamik sürükleme azalr, ayrca gerek üretim gerekse de bakm esnasnda basitlik ve kolaylk salanr. Deiken kanatl hava tatlarnda boyutlandrma önemli bir sorundur ve bunun temel nedeni de kanat arlklarnn hassas önkestiriminde (accurate prediction) yaanan skntlardr. Bu sorunu giderici baz öneriler Skillen [13] tarafndan yaplmtr. Bu tür hava tatlarnn uçu mekanii açsndan incelenmeleri de gelimi dorusal olmayan yöntemleri zorunlu klmaktadr [14].

2. TEOR

Bu çalma kapsamnda göreve uyumlu bir kanadn tasarm, imalat, yer ve uçu testleri yaplacaktr. Amaç, nsansz Hava Aracnda belli bir görev profilindeki sürüklemeyi azaltp, yakt tüketiminin ve emisyonunun en aza indirgenmesine yardmc olmann yan sra daha verimli, daha sessiz ve daha hzl çalan, yüksek manevra kabiliyetine sahip, daha güvenilir hava araçlarnn tasarlanmasdr. Bu amaca ulamak için kanattaki ya da kuyruk yüzeylerindeki flap, irtifa dümeni, istikamet dümeni durumlarndaki deiiklikleri alglayabilecek datlm alglayclar ve bu alglayclardan gelecek sinyalleri ileyip gerekli komutlar uyarclara iletecek bir kontrol mekanizmas kurulacaktr. Bu kontrol mekanizmas kendi bana alglama ve uyarma özelliine sahip olmann yannda gürbüz de olacaktr. Uyarclarn temel görevi, bulunduklar yüzeyin geometrisini deitirmek suretiyle o yüzeydeki aerodinamik yükün dalmn istenen konfigürasyonda en uygun hale getirmektir. Çünkü tama yüzeyine etki eden aerodinamik kuvvetler yüzeyin geometrisiyle dorudan ilikilidir ve bu yüzey ekli ne kadar iyi kontrol edilirse yapdan aerodinamik açdan o kadar iyi verim alnr. Kontrol yüzeylerinin tasarm ilk aamalarda geleneksel oynar parçalardan meydana gelen yaplar olarak yaplacaktr. Daha sonraki süreçte aerodinamik avantajlar arttrmak için kanat tek parça olarak üretilecek, ve içten uygulanan kontrol kuvvetleri ile göreve uygun ekilde biçim deitirecektir. Havaclk uygulamalarnda arlk en önemli faktör olduundan tasarmn hafiflii ve boyutlarnn küçük olmas gerekmektedir. Bu da alglayc-uyarc çiftlerinin seçiminde önemli bir rol oynayan arlk en iyiletirme probleminin de göz önüne alnmasn gerektirmektedir. Bunlara ilaveten seçilecek alglaycuyarc çiftlerinin bali olduklar yapnn pasif yapsal özelliklerini çok deitirmeden, yapdaki hareketli parçalarn azaltlmasna katkda bulunacak ekilde yerletirilmeleri de ele alnacak önemli konulardan biridir. Çalmann ana admlar aadaki gibidir. 611

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

x x x

x

x x x

Tasarlanacak ve üretilecek uçaklarn görev profillerinin belirlenmesi Etkin aerodinamik modellerin gelitirilmesi En uygun kamburluk ve en uygun burulma özelliklerini gereken zamanlarda salayacak göreve uyumlu kanadn tasarlanmas Kanadn sonlu elemanlar modeli kullanlarak dinamik analizi Aktif kontrol mekanizmalarnn ve algoritmalarnn gelitirilmesi Göreve uyumlu kanadn üretiminin ve testlerinin yaplmas Göreve uyumlu kanatla donatlm nsansz Hava Aracnn uçu testlerinin yaplmas. Çalmada balangç tasarmlar yaplan kanadn kat model görüntüsü ekil 1’de verilmitir.

ekil 1. Göreve uyumlu kanadn kat modeli

Kanatla ilgili çalmalar sonucunda elde edilen ilk 4 titreim biçimine ait doal frekanslar ve titreim biçimleri ekiller 2-5 ile gösterilmitir.

612

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 2. Göreve uyumlu kanadn birinci titreim biçimi (f=2.84 [Hz])

ekil 3. Göreve uyumlu kanadn ikinci titreim biçimi (f=13.58 [Hz])

ekil 4. Göreve uyumlu kanadn üçüncü titreim biçimi (f=17.56 [Hz])

613

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

ekil 5. Göreve uyumlu kanadn dördüncü titreim biçimi (f=20.26 [Hz])

Çalmada kamburluk deiiminin tama ve sürükleme kuvvetlerine etkileri de NACA 4412 kanat profilinde ve sfr hücum açsnda ANSYS®/FLUENT kullanlarak incelenmitir. Bu çalmada türbülans modellemesi de yaplm ve akmn yüzeyden ayrlma durumuna kadar incelemeler devam ettirilmitir. Artan kamburluk deerleri ve hesaplanan tama ve sürükleme katsaylar (Cl ve Cd) ekil 6 ve Çizelge 1’de gösterilmitir.

0.15 0.1

NACA 4412

0.05 0 -0.05 0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.1 -0.15

1 'z=-0.04

'z=-0.08 'z=-0.12

ekil 6. NACA 4412 kanat profilinin kamburluk deiimi

Çizelge 1. NACA 4412 kanat profilinin artan kamburluk deerleri için deien aerodinamik katsaylar 'z=0.0

'z=-0.02

'z=-0.04

'z=-0.06

'z=-0.08

'z=-0.10

'z=-0.12

Cl

0.4397

0.6829

0.9094

1.1201

1.2897

1.3934

1.3911

Cd

0.03207

0.01347

0.01550

0.01816

0.02207

0.02953

0.04452

614

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara 3. SONUÇ

Tayc yüzeylerin kamburluk ve burulma özelliklerinin uçu srasnda aktif kontrol ile deitirilmeleri günümüzde aratrmaclar ve Havaclk Endüstrisinin çok youn ilgisini çekmektedir. Bu sayede tayc yüzeylerin aerodinamik verimliliklerinin birincil göstergesi olan tama/sürükleme oran her uçu durumu için en iyiletirilebilmektedir. Bu kontrolün var olmad durumlarda tayc yüzey sadece bir uçu durumu (genellikle seyir durumu) için gerekli kamburluk ve burulma deerleri verilerek üretilmektedir. Bu durumda tayc yüzey, en iyiletirilmenin yapld belli uçu durumu dnda kalan tüm uçu durumlarda ciddi performans kayplar yaamakta dolaysyla potansiyelinin tümünü kullanamamaktadr. Bu teknoloji sayesinde, her uçu durumu için gereken iyiletirme uçu srasnda aktif olarak yaplabilecektir. Havaclk alannda büyük yatrm ve giriimlerde bulunan ülkemiz için bu teknolojinin özgün olarak kazanlmas çok yararl olacaktr. Ülkemizde nsansz Hava Araçlar alannda belli bir tasarm, üretim ve test kabiliyeti kazanm olan birkaç kurulu vardr. Bu nedenle kazanlm bu kabiliyeti destekleyecek, ülkemizin dünya ölçeinde itibarn ve rekabet gücünü artracak olan bu kilit ve güncel teknolojinin ürüne yönelik olarak hayata geçirilmesi çok önemlidir. Bu projenin gerçekletirilmesi sonucunda bilimsel birikime ve ulusal ekonomiye yaplabilecek katklar ve salanabilecek yararlar u ekilde özetlenebilir.

x x x

x x x

x

Daha az yaktla daha uzun süre havada kalma özelliinin hava tatlarna kazandrlmas, Yüksek manevra kabiliyetine sahip, daha güvenilir ve çevreye duyarl hava tatlarnn tasarmna katk, Kontrol yüzeyi kumanda mekanizmalarnn aktif kontrol mekanizmalaryla deitirilmesi dolaysyla uçak tasarmlarnn basitletirilmesi, arlk avantaj salanmas ve bu deiikliklerin getirecei maliyet düüü, Hava arac tasarm kabiliyeti bulunan yurt içi kurulularn teknolojik seviyelerinin çan gereklerine uygun olarak yükseltilmesi ve dünya piyasalarnda rekabet güçlerinin artrlmas, Çalma sayesinde kazanlacak altyap ve bilgi birikiminin üniversitelerin eitim ve aratrma programlarna açlmas ve akademik alanda da yaygn fayda salanmas, Tasarmn hava ile etkileen araçlarn dnda, insansz su alt araçlarnda da (Unmanned Underwater Vehicle) kullanlmas ve disiplinler aras uygulamalara katklar beklenmektedir. . Çalmann daha ileri aamalarnda, konvansiyonel uçak tasarmnn aksine ekil deitirmeler kullanlarak asimetrik uçaklarn tasarm da düünülmektedir. Böylece kontrol yüzeyi hareketi olmakszn tek bir kanadn alann arttrarak, manevra yeteneklerinin arttrlmas hedeflenmektedir

615

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara KAYNAKÇA

[1] W. W. Gilbert, (1981), “Mission adaptive wing system for tactical aircraft”, Journal of Aircraft, 18, 597-602. [2] E. Pendleton, M. Lee, ve L. Wasserman, (1992), “Application of active flexible wing technology to the agile falcon”, Journal of Aircraft, 29, 444-457. [3] B. Perry, S. R. Cole ve G. D. Miller, (1995), “Summary of an active flexible wing program”, Journal of Aircraft, 32, 10-31. [4] E. Pendelton, D. Bessette, P. B. Field, G. D. Miller ve K.E. Griffin, (1998), “The Active Aeroelastic Wing (AAW) Flight Research Program”, AIAA Paper 98-1972, Proc. AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC 39th SDM Conf., April 20-23 Long Beach, USA [5] B.J. Maclean, B. F. Carpenter, J. L. Draper ve M. S. Mirsa, (1993), “A shape memory actuated compliant control surface”, Proceedings of SPIE, 809-818. [6] D. B. Koconis, L. P. Kollar ve G. S. Springer, (1994), “Shape control of composite plates and shells with embedded actuators. I. Voltages specified”, Journal of Composite Materials, 28, 415-58. [7] J. R. Wilson, (2002), “Active Aeroelastic Wing: A New/Old Twist on Flight”, Aerospace America, 40(9), 34-37. [8] F. H. Gern, D. J. Inman ve R. K. Kapania,(2002), “Structural and Aeroelastic Modeling of General Planform Wings with Morphing Airfoils”, AIAA Journal, 40(4), 628-637. [9] M. Amprikidis, J. E. Cooper, (2003), “Development of Smart Spars for Active Aeroelastic Structures”, AIAA Paper 2003-1799. [10] B. Sanders, F. E. Eastep ve E. Foster, (2003), “Aerodynamic and Aeroelastic Characteristics of Wings with Conformal Control Surfaces for Morphing Aircraft”, Journal of Aircraft, 40(1), 94-99. [11] H. S. Monner, (2001), “Realization of an optimized wing camber by using formvariable flap structures”, Aerospace Science and Technology, (5), 445455. [12] L. F. Campanile ve S. Anders, (2005), “Aerodynamic and Aeroelastic Amplification in Adaptive Belt-rib Airfoils”, Aerospace Science and Technology, 9(1), 55-63. [13] M. D. Skillen ve W. A. Crossley, (2007), “Modeling and Optimization for Morphing Wing Concept Generation”, NASA/CR-2007-214860. [14] M. S. Shearer ve C. E. S. Cesnik, (2007), “Nonlinear flight dynamics of very flexible aircraft”, Journal of Aircraft, 44(5), 1528-1545.

Teekkür:

Bu çalma TÜBTAK tarafndan, ‘107M103, Taktik nsansz Hava Araçlarnn Göreve Uyumlu Kanatlarnda Kambur ve Burulma Etkisinin Çrpma ve Kontrol Yönünden Analizi’ projesi kapsamnda desteklenmektedir. 616

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  YAZARLAR DZN

D

A ABACI, Hakan AKÇAY, Koray AKÇAY, Mehmet AKINCILAR TAN, Tuba AKSEL, M. Haluk AKSOY, Serkan AKTU, Bahadr AKYILDIZ,In ALTUNOK, Taner ARI, Seyfullah ARSLAN, Ebru ARSLAN, Seçil ARSLAN, Hikmet ARSLAN, Dilek ARSLAN, Gürsoy ATLILAR, Turgay AVCI ÖZGÜN, Meysun AVCIBAI, Yasir AYDIN, Güne

582 139,183 477 416 547 487 229 495 477 203 293 155 521 155 91 345 155 221 445

DEMR, Begüm DEMREKLER, Mübeccel DEMREL, Akif DEMRÖRS, Onur DENZ, Ertan DERBENTL, Taner DOAN, Ozan DÖNMEZ, Burcu DUMAN, Hakan DURAK, Umut DURGUN, Ahmet Cemal E EGE, Yavuz ERBA, Mehmet ERCAN, Yücel ERDK, Atl ERDODU,Sevda EREN, Bahtiyar EREN, Kamil ERER, Koray EROL, Serpil ERTÜRK, Sarp ERYILMAZ, Utkan EVCM, Mehmet EVCMEN,Çada

B BAKICI, Sedat BAKTIR, Elif BAL, Bar BALBAA, Davut BAARAN, Erkul BAYAR, Fatih Mehmet BAYLAKOLU, lknur BEYAZGÜN, Volkan BOZLU Banu Aysolmaz BÖLÜKBA, Deniz

229 389 173 477 487 590 109 193 301 221

211,557,565 381 277 65 139 355 229 165 355 147 311 75 11 G

GAZBEY,Yavuz GENCER, Cevriye GÖKLER, Mustafa lhan GÖKTEPE, Mustafa GÖLYER,Hamza GÖZÜKARA,Arif Cem GÜLEZ, Taner GÜNAY, Melih GÜNDÜZ, Kenan GÜNSEL, Emrah GÜRDAL, Mehmet Ali GÜREL, lker

C CANBEK, Murat CEYHAN, Özlem CEYLAN, Elif CEROLU,Ender CNGÖZ, Ayhan CÖMERT, Mutlu D.

147 119 428 301 173 521 249 99 39 269 129

461 461 183 574 221 277

373 373 590 211,557 203 565 155 119 521 337 229 139

Ç H ÇALLI, Selçuk ÇETN, zzet Emre ÇL, Celal Zaim ÇLOLU, Tolga ÇOBAN, Ramazan ÇOLAKOLU, Ali Mürteza

249 173,193,203 406 495 487 565

HAZIR, Köksal  DER, Kemal NCE, Abdullah S. SEN, Murat

617 

428

269 183,193 39

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  LER, Veysi

ÖZDEMR,Caner ÖZEL, Serkan ÖZER, Berrin ÖZGEN Serkan ÖZGÖREN,M. Kemal ÖZÜR, S. Levent ÖZKAN, Emre ÖZKAN, Bülent ÖZKAZANÇ, Yakup S.

311 K

KABASAKALOLU, brahim Metin 183 KADIOLU, F.Suat 99 KALEMTA,Aye 91 KALENDER, Osman 211,557,565 KARA, Ferhat 91 KARA, Bahar Yeti 355 KARAMALAK, Levent 285 KARASAKAL, Esra 435,445 KARASAN, Oya Ekin 355 KAYASAL, Uur 165 KAYGUSUZ, Hamdi 373 KESKN, Uur 311 KILIÇ, Namk 65 KILINÇ, Nevzat 453 KIRCA , Ömer 155 KBAROLU, Korkut 65 KOL, Nuket 49 KOLSUZ, Özlem 193 KORKMAZYÜREK, HaluK 416 KÖYMEN, Hayrettin 503,511,531 KUTLAR, Akn 521 KUTLUCA, Hüseyin 173, 183, 193,203 KUZUOLU, Mustafa 495,129

221,259 83 119 461, 610 1,19,165 521 119 19 321,329,239,582 P

PARLAK, Fuat PARNAS, Levend PEHLVANOLU, A. Güray PERN, Deniz

311 547 277 211

S SARIKAYA, Ü.Cem SARIKAYA, Tevfik Bahadr SAYNAK, Uur SEBER, Güçlü SEMERC, Bülent SÖNMEZ, Tolga

109 495 221 610 165 277

 L LEBLEBCOLU, Kemal LENK, Onur

AHN, Murat AHN, Melin AHN, Zekeriyya AHN, Aykut ENSOY, M.Gökhan

11 229

600 610 511 503 211

M MARANGOZ, Alp MEHDYEV, Rafig MERTTOPÇUOLU, Osman MAHMUTYAZICIOLU, Gökmen

T

29 521 165 1, 19

N NALBANTOLU,Volkan

610

O OUZ, Deniz OUZ, Yeliz OUZTÜZÜN, Halit

193 193 269

TABAK, Akif TAPKAN, Osman Siraceddin TARHAN, Erhan TAVUKÇUOLU, Cengiz TAYYAR, . Hakk TEKN, Raziye TEMUR, Melike Gürün TOHUMCU, Zeynep TORTAMI, Onur TOYOLU, Hünkâr

428 129 461 39 221 600 109 435 193 355

TUNÇER, Nihan TURAN, Servet TÜRKAY, Emine Özer

91 91 139 U

Ö ÖÜN, Kurtulu ÖKSÜZTEPE,Kurtulu ÖZBAY, Hitay ÖZCAN, Serdar

UÇAR, Ferhat UZEL, Turgut

521 203 129 109

618 

345 229

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJLER KONGRES 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara  V VURAL, Danment VURAN, Nebi VURAN, Serpil

285 329 321 Y

YAMAN, Yavuz YAVUZ, Serkan YAVUZ KONULU, Aye YAVUZTÜRK, Elif YILDIRIM, Ömer YILDIRIM, R. Orhan YILLIK, Hatice YILMAZ, Betül YILMAZ, Erdal YILMAZ, Sacit YÜKSEL, nci

610 453 239 129 229 49,75,83 211 259 381 531 155

Z ZAM, Mehmet

398

619 



617