savtek 2008 cilt 1

i �

SAVTEK 2008 4. SAVUNMA TEKNOLOJ�LER�

KONGRES�

C�LT I

B�LD�R�LER

ED�TÖRLER

Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM

Y. Müh. Alb. Bekir KAZANDIR Y. Doç. Dr. Yi�it YAZICIO�LU

Ö�r. Gör. Dr. Ender C��ERO�LU Ö�r. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN

Uz. Arzu ÖZTÜRK

ORTA DO�U TEKN�K ÜN�VERS�TES� ODTÜ-B�LT�R MERKEZ�

06531 ANKARA

26-27 HAZ�RAN 2008 ANKARA

� �

��

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� KONGRES� 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara �

ii �

ISBN: 978-605-89899-1-7

� �

��

i �

ÖNSÖZ

4. Savunma Teknolojileri Kongresi SAVTEK 2008’de toplam 34 oturumda 147 bildiri yer almaktad�r. Oturumlarda yer alan bildiriler iki ayr� bildiri kitab� halinde bas�lm��t�r. Birinci ciltte 69 adet bildiri bulunurken, de�erlendirme bildirilerin yer ald�� ikinci ciltte ise 78 bildiri bulunmaktad�r. SAVTEK 2002’deki 48 bildiri, SAVTEK 2004’de 147 bildiri, SAVTEK 2006’da 119 bildiri, SAVTEK 2008’de 147 bildiriye ula��lmas�, 2002 öncesinde çal��malara ba�lan�rken ortaya konan hedeflere ula��ld��n�, benimsenerek gelenekselle�ti�ini ve Türkiye’de bu kongrenin önemli bir i�levi ba�ar�yla yerine getirdi�ini göstermektedir. 2006’dan itibaren 1000 ki�iyi a�an kongre kat�l�m�da bunu teyit etmektedir.

Kongrede sunulan bildirilerin yan� s�ra kongre program�nda güncelli�ini koruyan bir konunun panel ortam�nda tart��lmas�n� planlad�k. Kongrenin birinci günü “Ulusal Savunma Sanayi Stratejik Hedefleri önündeki Engeller” konusundaki panel ile güncel bir konunun Savunma Sanayi payda�lar� taraf�ndan tart��larak bu alandaki çözümler üretilmesine ortam yaratmas�n� diliyoruz.

SAVTEK 2008 Kongre Koordinasyon ve Kongre Yürütme Kurullar�nda; Genelkurmay Ba�kanl�� B�LKARDEM, Milli Savunma Bakanl�� ARGE ve Teknoloji Ba�kanl��, Savunma Sanayi Müste�arl��, ODTÜ-B�LT�R Merkezi, Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü ve SASAD temsilcileri yer alm��t�r.

Kongrenin düzenlenmesinde sa�lad�klar� desteklerden dolay� Genelkurmay Ba�kanl��, Milli Savunma Bakanl��, Kara Harp Okulu Komutanl��, ODTÜ Rektörlü�ü ve SASAD ile Kongre Kurullar�nda yer alan bu kurulu�lar�m�z�n de�erli mensuplar�na �ükranlar�m� sunar�m.

Yazarlara, Kongre Akademik Kurulu üyelerine ve bildirileri de�erlendiren hakemlere, panel ba�kan� ve panelistlere, oturum ba�kanlar�na, tüm kat�l�mc�lar ile kongre ana sponsoru ve sponsor olan savunma sanayi kurulu�lar�na te�ekkür ederim.

Dördüncüsünü gerçekle�tirmenin mutlulu�unu ya�ad��m�z, SAVTEK Savunma Teknolojileri Kongrelerinin bu alandaki bilgi birikimi ve Türkiye’nin savunma gücüne yapt�� katk�larla da ulusumuzun gönencine hizmet etti�ine inanmaktay�z.

Bundan sonra düzenlenecek olan SAVTEK Kongrelerine ba�ar�lar diler, sevgi ve sayg�lar�m� sunar�m.

Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER ODTÜ-B�LT�R Merkez Ba�kan� SAVTEK 2008 Kongre Ba�kan�


ii �

� ��

� �


iii �

DÜZENLEYEN KURULU�LAR ve KONGRE KURULLARI

DÜZENLEYEN KURULU�LAR GENEL KURMAY BA�KANLI�I ORTA DO�U TEKN�K ÜN�VERS�TES� M�LL� SAVUNMA BAKANLI�I ODTÜ-B�LT�R MERKEZ� SAVUNMA SANAY�� MÜSTE�ARLI�I KHO-SAVUNMA SASAD

KONGRE KOORD�NASYON KURULU Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER (Kongre Ba�kan�, ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM (Kongre Akademik Ba�kan�, ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Prof. Dr. Müh. Alb. Taner ALTUNOK (Kongre Ba�kan Yrd.,KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Müh. Alb. �brahim CEYLAN (MSB-ARGE ve Teknoloji Daire Ba�kanl��) Dr. Müh. Alb. Altan ÖZK�L (Genelkurmay B�LKARDEM Ba�kanl��) Y. Müh. Mete ARSLAN (MSB-SSM) Dr. Faruk YARMAN (SASAD)

KONGRE YÜRÜTME KURULU Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER (Kongre Ba�kan�, ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM (Kongre Akademik Ba�kan�, ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Prof. Dr. Müh.Alb. Taner ALTUNOK (Kongre Ba�kan Yrd. , KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Prof. Dr. S. Kemal �DER (ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Y. Müh. Alb. Bekir KAZANDIR (KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Prof. Dr. M. Kemal LEBLEB�C�O�LU (ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Doç. Dr. Ö�.Alb. Nejat BASIM (KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Dr. Müh. Alb. Altan ÖZK�L (Genelkurmay B�LKARDEM Ba�kanl��) Hv. Müh. Alb. �ükrü ÖZ (MSB-ARGE ve Teknoloji Daire Ba�kanl��) Hv. Dr. Müh. Yb. M. Orhan ÖZYALÇIN (Genelkurmay B�LKARDEM Ba�kanl��) Y. Müh. Ali �hsan ÖZTÜRK (MSB-SSM) (E) Tu�g. Y�lmaz KÜÇÜKSEYHAN (SASAD) Dr. Ö�. Yzb. �smet ERG�N (Kongre E� Genel Sekreteri, KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü) Y. Doç. Dr. Yi�it YAZICIO�LU (Kongre E� Genel Sekreteri, ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Ö�r. Gör. Dr. Ender C��ERO�LU (ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Ö�r. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN (ODTÜ-B�LT�R Merkezi) Arzu ÖZTÜRK (ODTÜ-B�LT�R Merkezi)


iv �

� �

��


v �

TE�EKKÜR

�ki y�lda bir yap�lmas� gelenekselle�en SAVTEK Savunma Teknolojileri Kongresinin dördüncüsü olan SAVTEK 2008’i düzenlemi� olman�n gururu ve mutlulu�u içindeyiz. Geni� kat�l�ml� bu kongre, TSK, üniversite ve savunma sanayi temsilcilerinin bir araya geldi�i ve AR-GE içerikli savunma sanayi çal��malar�n�n tart��ld�� bir ortam yaratmaktad�r. Kongrede savunma teknolojilerine yönelik a��rl�kla mühendislik, temel bilimler ve yönetim bilimleri alanlar�nda AR-GE çal��malar�n� içeren bildiriler iki gün boyunca be� paralel oturumda sunulacak ve tart��lacakt�r.

Savunma Teknolojileri Kongrelerine ilgi her seferinde daha da artm�� ve SAVTEK 2008’e 232 adet bildiri özeti gönderilmi�tir. Bunlar�n büyük bir k�sm� tam metin haline dönü�türülmü�tür. Bu bildiriler, Akademik Kurul Üyeleri ve di�er akademisyenler aras�ndan seçilen en az doktora derecesine sahip ve genelde üç veya daha fazla hakem taraf�ndan de�erlendirilmi�tir. Hakemlerin yapt�klar� de�erlendirmeler ��nda bildirilerin kongre program�na al�nmas� konusunda titiz ve dikkatli bir çal��ma sürdürülmü�tür. Bu de�erlendirmelerin sonucunda 69 adet bildirinin “Cilt-I Bildiriler” kitab�nda ve 78 adet bildirinin de “Cilt-II De�erlendirme Bildirileri” kitab�nda yay�nlanmas�na karar verilmi�tir. Bu de�erlendirme sürecinde özverili incelemeleriyle yard�mlar�n� esirgemeyen de�erli hakemlerimize ve katk�da bulunan Akademik Kurul Üyelerimize te�ekkür ederim.

SAVTEK kongrelerinin düzenlenmesinde, 2001 y�l�nda ilk k�v�lc�m� çakt�� andan itibaren destek olmaya çal��t��m ODTÜ-B�LT�R Merkez Ba�kan� Say�n Prof. Dr. Mustafa �lhan Gökler ba�ta olmak üzere �imdiye kadar gerçekle�tirdi�imiz dört kongrenin düzenlenmesinde eme�i geçen, katk�s� olan tüm ki�i ve kurulu�lara, bildirileriyle ulusal savunma sanayimize destek veren de�erli yazarlar�m�za, hakemlerimize, oturum ba�kanlar�m�za ve her�eyden önemlisi kongrelerimizi onurland�ran de�erli konu�mac� ve dinleyicilere içtenlikle te�ekkürlerimi ve sayg�lar�m� sunar�m.

Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM Kongre Akademik Ba�kan�


vi �

� ��

� �

��


vii �

AKADEM�K KURUL Prof. Dr. R. Orhan YILDIRIM Prof. Dr. (E) Tu�g. Oktay ALNIAK Doç. Dr. (E) Tu�g. Mehmet AKÇAY Prof. Dr. E�ref 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 ALEMDARO�LU Prof. Dr. Y. Müh. Alb.Taner ALTUNOK Prof. Dr. Ömer ANLA�AN Prof. Dr. Leyla ARAS Doç. Dr. Mehmet ASATEK�N Prof. Dr. Volkan ATALAY Dr. Ö�. Alb. Fatih Fikret BAL Prof. Dr. Tuna BALKAN Dr. Ö�. Alb. Nejat BASIM Doç. Dr. Tar�k BAYKARA Prof. Dr. Cengiz BE��KÇ� Prof. Dr. Müslim BOZY��T Dr. Kd. Yzb. Can CANDAN Em. Tümg. Dr. Seyhan CANOVA Ö�r. Gör. Dr. Ender C��ERO�LU Dr. Mahir ÇAKIRO�LU Doç.Dr.Zaim Ç�L Prof. Dr. Can ÇO�UN Prof. Dr. Haluk DARENDEL�LER Doç. Dr. Çi�dem ERBU� Dr. Alpay ERDO�AN Dr. Murat EREN Prof. Dr. Aydan ERKMEN Prof. Dr. �smet ERKMEN Prof. Dr. Serpil EROL Doç. Dr. Akif ESENDEM�R Prof. Dr. Murat EYÜBO�LU Dr. Halidun F�LD�� 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 KALAYCIO�LU Prof. Dr. Ali KALKANLI Doç. Dr. Levent KAND�LLER Prof. Dr. Ferhat KARA Dr. Mahmut KARADEN�Z

Prof. Dr. Haluk KARADO�AN Prof. Dr. �adi KARAGÖZ Prof. Dr. Mehmet Baki KARAMI� Dr. An�l KAREL Dr.Y.Müh.Kd.Alb.T.Ya�ar KATIRCIO�LU Prof. Dr. Sinan KAYALIG�L Dr. Ö�. Alb.Türkay KISA Prof. Dr. Duygu KISAKÜREK Y. Doç. Dr. Kemal KOÇ Y. Doç. Dr. A. Bu�ra KOKU Y. Doç. Dr. E. �lhan KONUKSEVEN Y.Doç.Dr. Haluk KORKMAZYÜREK Dr. Mu. Alb.Ya�ar KÖSE Dr.Y. Müh. Alb. �sa KUL Prof. Dr. Kemal LEBLEB�C�O�LU Prof. Dr. Hasan MANDAL Dr. Y. Müh. Alb. Sedat NAZLIB�LEK Y. Doç. Dr. Halit O�UZTÜZÜN Prof. Dr. Bilgehan ÖGEL Dr. Mehmet ÖNDER Y. Doç. Dr. Y. Müh. Alb. Adalet ÖNER Ö�r. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN Prof. Dr. Kemal ÖZGÖREN Prof. Dr .H. Nevzat ÖZGÜVEN Prof. Dr. Saim ÖZKAR Dr. Y. Müh.Yb. Altan ÖZK�L 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 SER�N Prof. Dr. Mete SEVERCAN Dr. P. Yzb. Yekta SOYLU Doç.Dr. Erol �ENOCAK Dr. P. Bnb. Akif TABAK Prof. Dr. Yalç�n TANIK Doç.Dr. Metin TANO�LU Prof. Dr. Mehmet Ali TA�DEM�R Dr. Mly. Alb. Cengiz TAVUKÇUO�LU Dr.Y. Müh. Bnb. Önder Haluk TEKBA� Doç. Dr. Ozan TEK�NALP Dr. Ö�. Alb. Adem TEM�R Dr. Tu�rul 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 VARO�LU


viii �

Prof. Dr. Fato� T. Yarman VURAL Prof. Dr. Yavuz YAMAN Dr. Faruk YARMAN Dr. Hüseyin YAVUZ

Y. Doç. Dr. Yi�it YAZICIO�LU Prof. Dr. Nevzat YILDIRIM Dr. Mustafa Kemal YILMAZ


ix �

HAKEMLER Prof. Dr. E�ref ADALI Doç. Dr. Özgür B. AKAN Doç. Dr. (E) Tu�g. 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 ALEMDARO�LU Prof. Dr. (E) Tu�g. Mustafa Oktay ALNIAK Prof. Dr. Y. Müh.Alb. Taner ALTUNOK Prof. Dr. Volkan ATALAY Doç.Dr. Özlem AYDIN Ç�V� Dr. Ö�. Alb. Fatih Fikret BAL Prof. Dr. Tuna BALKAN Doç.Dr.Ö�.Alb. Nejat BASIM Prof.Dr. Demir BAYKA Doç. Dr. Tar�k BAYKARA Prof. Dr. Cengiz BE��KÇ� Prof. Dr. Müslim BOZY��T Em. Tümg. Dr. Seyhan CANOVA Ö�r. Gör. Dr. Ender C��ERO�LU Dr. Mahir ÇAKIRO�LU Prof.Dr.Mehmet ÇALI�KAN Doç.Dr. C. Zaim Ç�L Prof. Dr. Can ÇO�UN Prof. Dr. Haluk DARENDEL�LER Doç.Dr. �imsek DEM�R Prof.Dr. Mübeccel DEM�REKLER Prof. Dr. Gülbin DURAL Doç. Dr. Çi�dem ERBU� Dr. Murat EREN Prof. Dr. Aydan ERKMEN Prof. Dr. �smet ERKMEN Dr.Per.Bnb. Ahmet ERKU� Prof.Dr. Inci ERO�LU Prof. Dr. Serpil EROL Doç. Dr. Akif ESENDEM�R Prof. Dr. Murat EYÜBO�LU Dr. Halidun F�LD�� 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 Ö�r.Gör. Dr. Hakan GÜRSU Dr.Topçu Alb. Köksal HAZIR Prof. Dr. Kemal �DER Doç. Dr. Veysi ��LER

Prof. Dr. Figen KADIRGAN Doç. Dr. Ünsal KALAYCIO�LU Dr.Ö�.Alb. Osman KALENDER Prof. Dr. Ali KALKANLI Prof. Dr. Levent KAND�LLER Prof. Dr. Ferhat KARA Prof. Dr. Haluk KARADO�AN Prof. Dr. �adi KARAGÖZ Prof. Dr. Mehmet Baki KARAMI� Dr.Y.Müh.Kd.Bnb. Orhan KARASAKAL Dr. An�l KAREL Dr.Y.Müh.Kd.Alb.T.Ya�ar KATIRCIO�LU Dr. Topçu Alb. Ercan KAYA Prof. Dr. Sinan KAYALIG�L Dr.Ö�.Yb. Ali Haydar KILAVUZ Doç. Dr. Sencer KOÇ Y. Doç. Dr. A. Bu�ra 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. Ya�ar KÖSE Prof. Dr. Hayrettin KÖYMEN Doç. Dr. Osman KULAK Prof. Dr. Kemal LEBLEB�C�O�LU Prof. Dr. Hasan MANDAL Dr. Y. Müh . Alb. Sedat NAZLIB�LEK Doç. Dr. Halit O�UZTÜZÜN Prof. Dr. Bilgehan ÖGEL Ö�r. Gör. Dr. Gökhan O. ÖZGEN Prof. Dr. Kemal ÖZGÖREN Prof. Dr. H. Nevzat ÖZGÜVEN Yrd. Doç. Dr. Yakup ÖZKAZANÇ Dr. Y. Müh. Alb. Altan ÖZK�L 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 SER�N Prof. Dr. Mete SEVERCAN Doç. Dr. Erol �ENOCAK Yrd. Doç. Dr. P. Yb. Akif TABAK Prof. Dr. Yalç�n TANIK Doç. Dr. Metin TANO�LU Y.Doç.Dr.Mly.Alb. Cengiz TAVUKÇUO�LU 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. Ra�it TURAN Prof. Dr. Servet TURAN


x �

Dr. P. Bnb. Ömer TURUNÇ Prof. Dr. Orhan TÜRKBEY Doç. Dr. Abdullah ULA� Doç. Dr. Mustafa ÜBEYL� Dr. Tu�g. Murat ÜÇÜNCÜ Doç. Dr. Elife ÜNAL Prof. Dr. M. Fevzi ÜNAL Dr. Ça�atay ÜNDE�ER Prof. Dr. Deniz ÜNER Prof. Dr. Kadir VARO�LU Prof. Dr. Fato� T. YARMAN VURAL

Prof. Dr. Yavuz YAMAN Doç.Dr. Yasemin YARDIMCI ÇET�N Dr. Faruk YARMAN Dr. Hüseyin YAVUZ Dr. �km. At�m. Mehmet Cihan YAVUZ Y. Doç. Dr. Yi�it YAZICIO�LU Prof. Dr. R.Orhan YILDIRIM Dr. Mustafa Kemal YILMAZ Dr. Mu (OB�) Bnb. Türker YILMAZ Yrd. Doç. Dr. Ahmet YOZGATLIG�L


xi �

ANA SPONSOR ve SPONSOR KURULU�LARA TE�EKKÜR SAVTEK 2008 4. Savunma Teknolojileri Kongresi’ne, katk�lar�ndan dolay� Kongre Sponsoru Savunma Sanayi kurulu�lar�na te�ekkür ederiz.

Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER ODTÜ-B�LT�R Merkezi Ba�kan� SAVTEK 2008 Kongre Ba�kan�

ANA SPONSORLARIMIZ

SPONSORLARIMIZ


xii �

� �

��


xiii �

�Ç�NDEK�LER ÖNSÖZ i DÜZENLEYEN KURULU�LAR VE KONGRE KURULLARI iii TE�EKKÜR v AKADEM�K KURUL vii HAKEMLER ix ANA SPONSOR VE SPONSOR KURULU�LARA TE�EKKÜR xi B�LD�R�LER xxi TEK VE �K� PARÇALI FÜZELER�N MANEVRA YAPAN YER HEDEFLER�NE KAR�I BA�ARIMLARININ �NCELENMES�

1

Bülent ÖZKAN, M. Kemal ÖZGÖREN, Gökmen MAHMUTYAZICIO�LU FÜZELER �Ç�N OPT�MAL ORANSAL-TÜMLEVSEL GÜDÜM YAKLA�IMI

11

Ça�da� EVC�MEN , Kemal LEBLEB�C�O�LU HEDEF TAK�B� YAPAN FÜZELERE UYGULANAB�LECEK BELL� BA�LI GÜDÜM YÖNTEMLER�

19

Bülent ÖZKAN, M.Kemal ÖZGÖREN, Gökmen MAHMUTYAZICIO�LU

SÜPERSON�K AKIMA D�K SIVI ENJEKTE ED�LMES�N�N DENEYSEL OLARAK �NCELENMES�

29

Alp MARANGOZ A�IR S�LAH MÜH�MMATININ ÖMÜR DEVR� TAK�B�NDE RADYO FREKANS �LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJ�LER�N�N UYGULANAB�L�RL��

39

Cengiz TAVUKÇUO�LU , Hakan DUMAN , Murat �SEN REAKT�F TABLET KULLANILAN ZIRH S�STEMLER�N�N ÇUKUR �MLA JET� DELME DER�NL��NE ETK�LER�

49

Nüket KOL , R. Orhan YILDIRIM


xiv �

BETON HEDEFLER�N OJ�V UÇLU YÜKSEK HIZLI ÇUBUKLARLA DEL�NMES�NE ÇUBUK BOYUNUN VE ÇAPININ ETK�S� Gökhan ÖZTÜRK, R. Orhan YILDIRIM

57

SAYISAL S�MÜLASYON YÖNTEMLER� KULLANILARAK HAF�F ZIRHLI ARAÇLARDA MAYINA KAR�I KORUMA SEV�YES�N�N GEL��T�R�LMES�

65

At�l ERD�K, Nam�k KILIÇ, Korkut K�BARO�LU ALÜM�NA SERAM�K / ALÜM�NYUM AA 2024 T4 KOMPOZ�T ZIRH S�STEMLER�N�N BAL�ST�K ETK�NL�K ANAL�ZLER�

75

Mehmet EVC�M, R. Orhan YILDIRIM BOR PATLAYICIYLA �EK�LLEND�R�LM�� DEL�C�LER�N OLU�UMUNDA ASTAR KALINLI�ININ DEL�C� HIZINA ETK�S�

83

Serkan ÖZEL, R. Orhan YILDIRIM KARBÜR-ALÜM�NYUM ESASLI ZIRH S�STEMLER�N�N BAL�ST�K PERFORMANSININ BEL�RLENMES�

91

Gürsoy ARSLAN, Ay�e KALEMTA�, Nihan TUNÇER, Selvin YE��LAY, Ferhat KARA ve Servet TURAN

�EK�L BELLEKL� ALA�IMLI TELLER �Ç�N ELEKTRO-TERMO-MEKAN�K KARAKTER�ZASYON C�HAZI

99

Burcu DÖNMEZ,F.Suat KADIO�LU ELEKTRON�K KARTLARIN YÜKSEK GÜVEN�L�RL�K �Ç�N LEH�MLEME SÜREC�

109

�lknur BAYLAKO�LU , Ü. Cem SARIKAYA, Serdar ÖZCAN, Melike Gürün TEMUR

DA�ITIK M�MAR�L� SAVUNMA S�STEMLER�NDE FÜZYON KATMANLARININ B�RLE�T�R�LEREK �ZLEME BA�ARIMININ �Y�LE�T�R�LMES�

119

Mübeccel DEM�REKLER, Emre ÖZKAN,Yücel ÖZBEK, Melih GÜNAY, Berrin ÖZER

�Z FÜZYONU S�STEMLER�NDE FÜZYON BA�ARIMININ ÖLÇÜLMES�

129

Mustafa KUZUO�LU, Hitay ÖZBAY, Ahmet Cemal DURGUN, Osman Siraceddin TAPKAN, Elif YAVUZTÜRK


xv �

ALGOR�TMADAN UYGULAMAYA: V�DEO HEDEF :�ZLEY�C� B�R�M�

139

Sevda ERDO�DU, Emine ÖZER TÜRKAY, Kenan KÜREKL�, �lker GÜREL, Koray AKÇAY

H�PERSPEKTRAL GÖRÜNTÜLEMEN�N SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� UYGULAMALARI VE SPEKTRAL E�R�LTME SAYES�NDE YÜKSEK TANIMA BA�ARIMI

147

Begüm Demir, Sarp Ertürk TEHD�T DE�ERLEND�RME VE S�LAH TAHS�S� ALGOR�TMASI: D�NAM�K UYGULAMA

155

�nci YÜKSEL, Taner GÜLEZ, Meysun AVCI ÖZGÜN, Dilek ARSLAN, Seçil ARSLAN, Ömer KIRCA

FÜZE SEYRÜSEFER S�STEMLER� �Ç�N MANYETOMETRE DESTEKL� MEMS AÖB UYGULAMALARI

165

U�ur KAYASAL, M. Kemal ÖZGÖREN, Osman MERTTOPÇUO�LU, Koray S. ERER, Bulent SEMERCI

DA�ITIK KOMUTA KONTROL S�STEMLER�NDE KAL�TE ÖZN�TEL�� HT�YAÇLARI VE BUNLARIN DDS ARAKATMANI �LE KAR�ILANMASI

173

Hüseyin KUTLUCA, �zzet E. ÇET�N, Ertan DEN�Z, Bar�� BAL TABUR GÖREV KUVVET� MUHAREBE YÖNET�M S�STEM� UYGULAMALARI VE A� MERKEZL� HARP YETENE��

183

Metin KABASAKALO�LU, Koray AKÇAY, Elif CEYLAN, Abdullah S. �NCE

GEMKOMS�S: AÇIK M�MAR� VE ULUSLARARASI STANDARTLARA DAYALI SAVA� YÖNET�M S�STEM� YAZILIMI

193

�zzet Emre ÇET�N, Hüseyin KUTLUCA, Deniz O�UZ, Yeliz O�UZ, Onur TORTAMI�, Özlem KOLSUZ, Volkan BEYAZGÜN

SAVA� YÖNET�M S�STEMLER� �Ç�N STANDARTLARA DAYALI S�STEM DENETLEME VE UYGULAMA YÖNET�M� FONKS�YONU

203

Seyfullah ARI, Hamza GÖLYER�, Kurtulu� ÖKSÜZTEPE,Hüseyin KUTLUCA, �zzet Emre ÇET�N


xvi �

NAMLU BENZER� FERROMANYET�K S�L�ND�R�K YAPILARDA OLU�AN M�KRO ÇATLAKLARIN MANYET�K AKI KAÇAKLARI YÖNTEM� �LE BEL�RLENMES�

211

Mustafa GÖKTEPE, Yavuz EGE, Osman KALENDER, Deniz PER�N, M.Gökhan �ENSOY, Hatice YILLIK

SEKEN I�IN YÖNTEM�YLE BÜYÜK VE KARMA�IK PLATFORMLARDAN SAÇILMA HESABI VE NÜMER�K UYGULAMALARI

221

U�ur SAYNAK, Alper ÇOLAK, Yasir AVCIBA�I, Deniz BÖLÜKBA�, �. Hakk� TAYYAR, Caner ÖZDEM�R

SÜREKL� GÖZLEM YAPAN GPS �STASYONLARI A�I VE ULUSAL DATUM DÖNÜ�ÜMÜ PROJES� (TUSAGA-AKT�F/ CORS-TR)

229

Ayhan C�NGÖZ,Ömer YILDIRIM, Kamil EREN,Turgut UZEL, Onur LENK,M.Ali GÜRDAL, Sedat BAKICI, Bahad�r AKTU�

SAR S�STEMLER�NDE GÖRÜNTÜ OLU�TURMA �Ç�N YEN� B�R YÖNTEM

239

Ay�e YAVUZ KONU�LU, Yakup ÖZKAZANÇ ETK�N GÖREV PLANLAMASI �Ç�N SAR S�MÜLASYONU 249 Ozan DO�AN, Selçuk ÇALLI NÜMER�K YÖNTEMLERLE SAÇILAN ALAN HESABI, 3-B TERS YAPAY AÇIKLI RADAR GÖRÜNTÜLER�N ELDE ED�LMES� ve SAÇILMA MERKEZLER� ANAL�Z�

259

Betül YILMAZ, Caner ÖZDEM�R ONTOLOJ� TABANLI YEN�DEN KULLANIM �Ç�N B�R ÖRNEK: GÜDÜMLÜ BOMBA YÖRÜNGE S�MÜLASYONU

269

Umut DURAK, Halit O�UZTÜZÜN, Kemal �DER HIZ E�LE�T�RME �LE HIZ VE YÖNEL�M E�LE�T�RME YÖNTEMLER� KULLANILARAK MÜH�MMAT AKTARIM YÖNLEND�RME PERFORMANSLARININ KAR�ILA�TIRILMASI

277

A. Güray PEHL�VANO�LU,Yücel ERCAN, Mutlu D. CÖMERT, Tolga SÖNMEZ

PERSONEL SEFERBERL�K VE BÜTÜNLEME S�STEM�N�N TUGAY SEV�YES�NDE S�MÜLASYONU

285

Levent KARAMALAK, Dan��ment VURAL


xvii �

GÖMÜLÜ S�STEMLERDE SANAL ORTAM TAKT�K SAVA� OYUNLARI

293

Ebru ARSLAN S�MÜLASYON S�STEMLER�NDE KAVRAMSAL MODELLER�N TASARIMDA KULLANILMASI – B�R VAKA ÇALI�MASI

301

Banu Aysolmaz BOZLU, Onur DEM�RÖRS KR�T�K ALTYAPILARIN KORUNMASI VE KR�Z YÖNET�M� ALANINDA MODELLEME VE S�MÜLASYONUN KULLANIMI

311

U�ur KESK�N,Utkan ERYILMAZ,Fuat PARLAK,Doç.Dr.Veysi ��LER

ORANSAL SEY�R GÜDÜMÜNÜN HAVA SAVA�INDA 321 GÜDÜMLÜ FÜZEDEN KAÇI� YÖNTEM� OLARAK �NCELENMES�

Serpil Vuran, Yakup ÖZKAZANÇ GENET�K ALGOR�TMA KULLANARAK RADYO YÖN BULMA S�STEMLER�N�N KONU�LANDIRILMASI

329

Nebi Vuran, Yakup ÖZKAZANÇ ATE� DESTEK HEDEF-S�LAH TAHS�S� PROBLEM�N�N �NCELENMES�

337

Emrah GÜNSEL

YÜKSEK KISITLI D�NAM�K ASKER� INT�KAL PLANLAMA PROBLEM�NE SEZG�SEL ÇÖZÜM YAKLA�IMI

345

Ferhat UÇAN, D. Turgay ALTILAR DA�ITIM S�STEM� MODELLEMES�NE FARKLI B�R YAKLA�IM

355

Hünkâr Toyo�lu , Oya Ekin Kara�an, Bahar Yeti� Kara HAVA KUVVETLER� �Ç�N ÇOK KADEMEL� TEDAR�K S�STEM� �NCELEMES�

365

Bahtiyar EREN, Serpil EROL

SAVUNMA HAREKATINDA M�N�MUM S�LAH SAYILARININ BEL�RLENMES�NDE UYGULAMASI HEDEF VE TAMSAYILI PROGRAMLAMA

373

Yavuz GAZ�BEY, Cevriye GENCER, Hamdi KAYGUSUZ


xviii �

KONUMSAL B�LG� GÖRSEL SUNUMU ve ÖRNEK B�R UYGULAMA

381

Erdal YILMAZ, Mehmet ERBA� ULUSAL SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� YÖNET�M S�STEM� 389 Elif BAKTIR SAVUNMA S�STEM� GEL��T�RME PROJELER�NDE PLANLAMA VE �ZLEME YÖNTEMLER�N�N AÇISINDAN DE�ERLEND�R�LMES� MAL�YET ARTI MODEL�

398

Mehmet ZA�M SAVUNMA SANAY��N�N YÖNLEND�R�LMES�NDE K�� BA�I YILLIK SATI� DE�ER�N�N B�R PERFORMANS ÖLÇÜTÜ OLARAK KULLANIM

406

Doç.Dr. Celal Zaim Çil TÜRK SAVUNMA S�STEMLER�NDE DI�A BA�IMLILI�IN ANAL�Z�

416

Tuba AKINCILAR TAN, Haluk KORKMAZYÜREK SAVUNMA PLANLAMASINDA ESNEK DÜ�ÜNME KÜLTÜRÜ VE DESTEKLEYECEK YAKLA�IMLAR

428

Akif DEM�REL, Köksal HAZIR, Akif TABAK AR-GE PROJELER�N�N PERFORMANSININ DE�ERLEND�R�LMES� �Ç�N ÇOK KR�TERL� KARAR VERME YAKLA�IMI

435

Zeynep Tohumcu, Esra Karasakal KAVRAMSAL TASARIM SÜREC�NDE KULLANICI ODAKLI KARAR DESTEK YÖNTEMLER�N�N UYGULANMASI ÖRNEK ÇALI�MA: FÜZE TASARIM PROJES�

445

Güne� AYDIN, Yavuz ÖZTÜRK MÜH�MMAT VE ROKET/FÜZE S�STEMLER� ÜRET�M�NDE 453 ÜRÜN VE ÜRET�M HATTI KAL�F�KASYONU Nevzat KILINÇ, Serkan YAVUZ SAYISAL BUZLANMA ANAL�ZLER� VE BUZLANMA SERT�F�KASYONU

461

Serkan ÖZGEN , Murat CAN�BEK, Erhan TARHAN, Özlem CEYHAN


xix �

M 60A3 TANK KULE MÜRETTEBAT E��T�M S�MÜLATÖRÜNÜN MAL�YET ETK�NL�K ANAL�Z�

477

Mehmet AKÇAY, Taner ALTUNOK, Davut BAL�BA�A SUALTI ve SUÜSTÜ GEM�LER�N�N AKUST�K �Z ÇIKARTIMI 487 Erkul BA�ARAN, Ramazan ÇOBAN, Serkan AKSOY AKT�F SONAR S�STEMLER�NDE YANKI ANAL�Z� VE MODELLEMES�

495

I��n AKYILDIZ , Tevfik Bahad�r SARIKAYA , Mustafa KUZUO�LU, Tolga Ç�LO�LU

GEN�� BANT 1. SINIF GER�L�M �LE BÜKÜLEN AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI

503

Aykut �AH�N, Hayrettin KÖYMEN

DA�RESEL SONLU ENGEL ÜZER�NDE GEN�� BANT GEN�� HÜZME AÇIKLIKLI TASARIMI P�STON T�P� AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ

511

Zekeriyya �AH�N, Hayrettin KÖYMEN YERL� ÜRET�M HARP ARAÇLARI �Ç�N YEN� YANMA DÜZENEKL� ULUSAL D�ZEL MOTORLARI GEL��T�RMEK

521

Rafig MEHD�YEV, Taner DERBENTL� , Kurtulu� Ö�ÜN , S.Levent ÖZ�ÜR, Kenan GÜNDÜZ, Ak�n KUTLAR,Hikmet ARSLAN

AÇIK S�L�ND�R TÜP YAPILI AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI

531

Sacit YILMAZ, Hayrettin KÖYMEN M�KROFON D�Z�LER� KULLANARAK TI DAVINCITM PLATFORMUNDA AKUST�K KAYNAKLARIN UZAMSAL KONUM TESP�T�

539

H. Cem KEFEL� , Sarp ERTÜRK B�R �NSANSIZ SULATI ARACI: UL�SAR GÖVDE TASARIMI 547 Necmettin Cevheri, Fikret �enel, Prof. Dr. S. Kemal �der, Prof. Dr. M. Haluk Aksel, Prof. Dr. Levend Parnas

MANYET�K ANOMAL� YÖNTEM� �LE KARA MAYINLARININ TESP�T ED�LMES�

557

Yavuz EGE, Osman KALENDER, Mustafa GÖKTEPE


xx �

JET UÇAKLARINDA AEROD�NAM�K PARAMETRELER�N TAHM�N�

565

Arif Cem GÖZÜKARA, Ali Mürteza ÇOLAKO�LU

GAZ TÜRB�NL� MOTORLARIN TÜRB�N KANATÇIKLARININ GENL�KLER�N�N SÖNÜMLENMES� KURU SÜRTÜNMEL� SÖNÜMLEY�C�LERLE T�TRE��M

574

Ender C��ERO�LU UYDU YÖRÜNGE S�MULASYONU VE YÖRÜNGE KEST�R�M�

582

Hakan ABACI, Yakup ÖZKAZANÇ HEL�KOPTERLER�N YAPISAL SAC MALZEMELER�N�N MONTAJI �Ç�N APARAT TASARIMINDA SONLU ELEMAN YAZILIMI �LE BOYUTSAL VARYASYON BENZET�M�

590

Fatih Mehmet BAYAR, Prof. Dr. Mustafa �lhan GÖKLER FÜZE KONTROL TAHR�K S�STEM� YÜKLEME TESTLER� �Ç�N TEST DÜZENE�� GEL��T�R�LMES�

600

Raziye TEK�N , Murat �AH�N GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GEL��T�RME ÇALI�MALARI

610

Güçlü SEBER , Melin �AH�N, Serkan ÖZGEN, Volkan Nalbanto�lu, Yavuz YAMAN


xxi �

B�LD�R�LER


xxii �

� �

��

SAVTEK 2008, SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� KONGRES� 26-27 Haziran 2008, ODTÜ, Ankara

1

TEK VE �K� PARÇALI FÜZELER�N MANEVRA YAPAN YER HEDEFLER�NE KAR�I BA�ARIMLARININ �NCELENMES�

Bülent ÖZKAN(a), M. Kemal ÖZGÖREN(b), Gökmen MAHMUTYAZICIO�LU(c)

(a) Dr. TÜB�TAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(c) Dr. TÜB�TAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, uygun bir hava platformundan manevra yapan bir yer hedefine f�rlat�lan k�sa menzilli lazer güdümlü bir füze için öngörülen iki farkl� konfigürasyonun ba�ar�mlar� incelenmi�tir. Belirtilen kapsamda, tek parçal� geometriye sahip klasik bir füze ile itki kaç�kl��ndan kaynaklanan kontrolsüz yuvarlanma momentinin etkisini en aza indirmek ve sistem kararl�l��n� art�rmak amac�yla olu�turulan iki parçal� füzenin belirlenen k�staslara göre ba�ar�mlar� kar��la�t�r�lm��t�r. Ba�ar�m k�staslar� olarak füzenin belirlenen hedeften nihaî sapmas�, füze-hedef e�le�me süresi ve azamî yanal ivme gereksinimi büyüklükleri gözönüne al�nm�� olup, benzetimler; dar görü� aç�s�na sahip gövdeye yap��k ve daha geni� görü� alan�na sahip kardanl� aray�c� tipleri için ayr�ca gerçekle�tirilmi�tir. Benzetimlerde, füzenin f�rlat�ld�� anda hedefle aras�ndaki görü� çizgisinden sapma aç�s�n�n da s�f�rdan farkl� oldu�u gözönüne al�nm�� olup, ele al�nan bütün durumlar için oransal seyrüsefer güdüm kural� kullan�lm��t�r. Ayr�ca, güdüm kural� taraf�ndan olu�turulan komutlar� yerine getirmek üzere tasarlanan ivme kontrol sistemleri de, ele al�nan füzenin de�i�en uçu� ko�ullar� alt�nda dahi kararl� kalmas�n� sa�layacak özellikte olu�turulmu�tur. Haz�rlanan benzetim modeli, her bir senaryoda füzelerin üzerine etkimesi olas� rüzgâr etkilerini de hesaba katmaktad�r.

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


2

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. G�R�� Özellikle k�sa menzilli uygulamalarda kullan�lan tek parçal� füzelerin kontrolünde kar��la��lan en önemli sorunlardan biri, füzenin ilgili hava platformundan ate�lenmesinin ard�ndan itki kuvveti kaç�kl�� dolay�s�yla ortaya ç�kan yuvarlanma hareketidir. Füzenin yandönme ve yunuslama düzlemlerindeki kontrolünün istenen do�rulukta sa�lanabilmesi için, bahsedilen yuvarlanma hareketinin en k�sa sürede s�f�rlanmas� gerekir [1]. Bu amaçla, genellikle bant geni�li�i yandönme ve yunuslama kontrol sistemlerinin en az 3-4 kat� olan yuvarlanma otopilotlar� kullan�l�r [2]. Yuvarlanma eksenindeki aç�sal hareketin füze kontrolü üzerindeki etkisini en aza indirmek amac�yla son y�llarda uygulanan yakla��mlardan biri de, itkiyi sa�layan roket motoru ile güdüm ve kontrol birimlerini birbirinden ay�rmakt�r. Olu�turulan bu iki parçal� geometride, güdüm ve kontrol birimini ta��yan ön k�s�mla roket motorunun bulundu�u arka k�s�m, sürtünme katsay�s� dü�ük bir rulmanla birbirine ba�lanmaktad�r [2], [3].

Bu çal��mada, klasik tek parçal� füzelerle iki parçal� füzelerin manevra yapan bir yer hedefine kar�� ba�ar�mlar� incelenmi�tir. Füzelerin belirlenen hedeften nihaî sapmas�, toplam e�le�me süresi ve yanal ivme gereksinimi kar��la�t�rma k�staslar� olarak kullan�l�rken, füzeye izleme için gerekli hedef bilgilerini sa�layan aray�c�n�n sahip oldu�u görü� aç�s� de�erinin de füzelerin ba�ar�m� üzerindeki etkisi de�erlendirilmi�tir. Gerçekle�tirilen bilgisayar benzetimleri, füzeler üzerindeki yan rüzgâr etkisini de hesaba katmaktad�r.

2. FÜZELER�N D�NAM�K MODEL� Bu çal��mada, sabit kuyruk kanatç�klar�n�n e�im aç�lar� s�f�r olan aerodinamik kontrollü tek ve iki parçal� füzeler ele al�nm�� olup, �ematik gösterimi �ekil 1’de verilen iki parçal� füzeyi olu�turan ön ve arka parçalar birbirine dü�ük sürtünmeli bir rulman arac�l��yla tutturulmu�tur. Buradan, Newton-Euler kuvvet ve moment e�itlikleri kullan�larak, iki parçal� füzenin hareket denklemleri a�a��daki gibi ç�kart�labilir:


3

� � xT gm/XXwqvru �� (1)

� � yT gm/YYwpurv �� (2)

� � zT gm/ZZvpuqw �� (3)

� � 1ast1 I/bLp �� (4)

� � 2astT22 I/bLLp �� (5)

� �� tTTt2a221 I/ZMMI/Irpm/m1rpq �� (6)

� �� tTTt2a221 I/YNNI/Iqpm/m1qpr �� (7)

Burada m, 1m ve 2m , s�ras�yla füze bütünü ile ön ve arka k�sm�n kütlesini, tI füze bütününün yanal eylemsizlik momentini; 1aI ve 2aI de ön ve arka k�sm�n eksenel eylemsizlik momenti bile�enlerini göstermektedir. Ayr�ca, tb ve � sembolleri ile ön ve arka k�sm� birbirine ba�layan rulman�n viskoz sönümleme sabiti ve füze a��rl�k merkezinden (C noktas�) arka k�s�m a��rl�k merkezine olan uzakl�k ifade edilmektedir. Füze üzerine yap��k eksen tak�m�ndaki bile�enleri cinsinden olmak üzere, p, q ve r; aç�sal h�z, u, v ve w; do�rusal h�z, X, Y ve Z; aerodinamik kuvvet 1L , 2L , M ve N; aerodinamik moment, TX , TY ve TZ ; itki kuvveti, TL , TM ve TN ; itki kaç�kl�� momenti ve xg , yg ve zg de a��rl�k merkezine etkiyen yerçekimi ivmesi terimlerini temsil etmektedir.

1u

(b)u3

u(b)

(b)2

i C

�ekil 1. �ki parçal� füze modeli

(1)’den (3)’e kadar olan ve füzenin do�rusal hareketini tan�mlayan denklemler tek parçal� füzeler için de aynen kullan�labilirken, füzeyi olu�turan k�s�mlar�n birbirine göre ba��l hareketini de içeren ve (4)’ten (7)’ye kadar olan aç�sal hareket denklemleri, tek parçal� füzeler için a�a��daki gibi basitle�tirilebilir [2]:

aI/Lp �� (8)

� � tT I/MMrpq �� (9)

� � tT I/NNqpr �� (10)


4

Burada aI füzenin eksenel eylemsizlik momenti bile�eni olup, yuvarlanma yönündeki aç�sal hareketinin yunuslama ve yandönme hareketlerine ba�lamadan önce yuvarlanma otopilotu taraf�ndan s�f�rland�� ( 0p ) kabul edilirse, itki sonras�ndaki durum için her iki tip füzenin yunuslama ve yandönme düzlemlerindeki hareket denklemleri a�a��daki gibi elde edilir:

� � zgm/Zuqw �� (11)

tI/Mq �� (12)

� � ygm/Yurv �� (13)

tI/Nr �� (14)

3. FÜZELER�N AEROD�NAM�K MODEL� (11)’den (14)’e kadar olan denklemlerde yer alan aerodinamik kuvvet ve moment bile�enleri (Y, Z, M ve N), a�a��daki gibi ifade edilebilir:

My SqCY �� (15)

Mz SqCZ �� (16)

MMm dSqCM �� (17)

MMn dSqCN �� (18)

Yukar�daki denklemlerde yer alan �q , MS ve Md s�ras�yla füze üzerine etkiyen dinamik bas�nç, füze kesit alan� ve füze çap�n� göstermekte olup, yC ,

zC , mC ve nC sembolleri, Mach say�s� ( �M ) ile yükseli� dümeni aç�s� ( e ), yandönme dümeni aç�s� ( r ), hücum aç�s� (�) ve yana kayma aç�s� ( ) parametrelerinin do�rusal bir fonksiyonu olarak ifade edilen aerodinamik katsay�lard�r [2].

4. GÜDÜM KURALI Bu çal��mada, her iki tip füzeyi de hedefe yönlendirmek için gerekli güdüm komutlar�, oransal seyrüsefer güdüm kural�na göre olu�turulmu�tur. Buna göre güdüm komutlar�, yanal ivme bile�enleri cinsinden yunuslama ve yandönme düzlemleri için a�a��daki gibi elde edilir [2]:

� �mypMpcp cosvNa �� (19)

� �� mympmyMycy sinsincosvNa �� (20)


5

Burada p ve y yunuslama ve yandönme düzlemlerini göstermek üzere, cpa ve

cya füze kontrol sistemi referans ivme sinyallerini, pN ve yN etkin seyrüsefer

oran�n�, p� ve y� görü� çizgisi aç�s�n�; m� ve m� de füzenin yunuslama ve yandönme düzlemlerindeki uçu� yörüngesi aç�lar�n� ifade etmektedir.

5. YANAL KONTROL S�STEMLER� Füzelerin yuvarlanma eksenindeki aç�sal hareketi, 20 Hz bant geni�li�ine göre tasarlanan bir kontrol sistemi taraf�ndan k�sa sürede s�f�rlanmaktad�r. Yandönme ve yunuslama düzlemlerinde oransal seyrüsefer güdüm kural� taraf�ndan olu�turulan komut sinyallerini gerçekleyecek kontrol sistemleri, yunuslama/yandönme h�z� geribeslemesiyle oransal+integral (PI) kontrol kural�na göre ve 5 Hz bant geni�li�ini sa�layacak �ekilde, sistemin kararl�l��n� sa�lamak üzere kontrolcü katsay�lar� �M de�erine göre anl�k olarak güncellenen uyarlamal� bir yap� olarak olu�turulmu�tur. Buna göre, yandönme ve yunuslama kontrol sistemleri için a�a��da verilen transfer fonksiyonlar� elde edilmi�tir [2]:

� ��

� �� 1sasasa1snsn1sT

sasa

1p2

2p3

3p

1p2

2pp

zd

z

��

�� (21)

� ��

� �� 1sasasa1snsn1sT

sasa

1y2

2y3

3y

1y2

2yy

yd

y

��

�� (22)

Yukar�daki transfer fonksiyonlar�nda görülen katsay�lar; füze çap�, füze kütlesi, füze eylemsizlik momenti ve h�z bile�enleri ile aerodinamik katsay�lar�n fonksiyonu olup, kontrol sistemini kararl� k�lacak katsay�lar, (21) ve (22) numaral� denklemlerde verilen transfer fonksiyonlar�n�n karakteristik polinomunun (payda polinomunun) (23) numaral� denklemdeki gibi üçüncü dereceden Butterworth polinomuna e�itlenmesi ile elde edilebilir [2].

� � � � � � � � 1s/2s/2s/1sB c22

c33

c �� (23)

Burada c� , rad/s cinsinden kapal� çevrim kontrol sisteminden istenen bant geni�li�ini göstermektedir.

6. HEDEF K�NEMAT��

Normal ve te�etsel ivme bile�enleri ( nTa ve t

Ta ) ile do�rusal h�z ve uçu� yörüngesi aç�s�n�n ba�lang�ç de�erleri ( 0Tv ve 0t� ) belirlendi�inde, hedef do�rusal h�z� ve uçu� yörüngesi aç�s� ( Tv ve t� ), zamana ba�l� olarak a�a��daki gibi ifade edilebilir:


6

� � � ��t

t

tT0TT

0

dssavtv (24)

� � � � � �� t

tT

nT0tt

0

dssv/sat (25)

Burada, 0t füze-hedef e�le�mesinin ba�lang�ç an�n� göstermekte olup, s integral de�i�keni olmak üzere (24) ve (25) numaral� denklemlerinin zamana göre integralleri al�narak, belirlenen yatay düzlemdeki ba�lang�ç konumu ( 0Tx ve 0Ty ) de�erleri için hedef konumunun zamana göre de�i�imini veren e�itlikler, a�a��daki gibi elde edilir:

� � � � � �� t

ttT0TT

0

dsscossvxtx (26)

� � � � � �� t

ttT0TT

0

dsssinsvyty (27)

Çal��mada gözönüne al�nan hedef bir yer hedefi oldu�u için, hedefin dü�eydeki konum de�i�imleri ihmal edilebilir ( � � 0TT ztz � ).

7. FÜZE-HEDEF E�LE�MES� MODEL�

Füze ve hedef aras�ndaki uzakl�k ( M/Tr ) ve M/Tr ’nin yandönme ve yunuslama düzlemlerinde yatayla yapt�� ve görü� çizgisi aç�s� olarak tan�mlanan aç�lar ( y� ve p� ), a�a��daki gibi yaz�labilir:

222M/T zyxr �� (28)

� �x/yarctany �� (29)

� �� x/coszarctan yp �� (30)

Burada x� , y� ve z� hedefle füze aras�ndaki ba��l konum bile�enlerini göstermektedir. E�le�me sonundaki ( Ftt � ) toplam hedeften sapma miktar� ( missd ), 0z �� ko�ulu sa�land�� anda a�a��daki gibi hesaplanabilir:

� � � �F2

F2

miss tytxd �� (31)

8. B�LG�SAYAR BENZET�MLER� Yukar�da bahsedilen füze kontrol sistemi, güdüm ve e�le�me modellerinin yandönme ve yunuslama düzlemlerinde gözönüne al�nan görü� aç�s�


7

de�erlerini sa�layacak �ekilde tasarlanan aray�c� modeli ile biraraya getirilmesi sonucunda olu�turulan genel güdüm-kontrol algoritmas� kullan�larak, ilgili parametreleri her bir füze tipi için ayr�ca hesaplanacak �ekilde, her ikisinin de sabit kuyruk kanatç�klar�n�n e�im aç�s� s�f�r olan tek ve iki parçal� füze konfigürasyonlar� için bilgisayar benzetimleri gerçekle�tirilmi�tir. Buna göre, f�rlatma an�nda görü� çizgisinden sapma aç�s�n�n yandönme düzleminde 0 ve -10�, yunuslama düzleminde de 0 ve 5� oldu�u durumlar için, yanal ivmesi 0.5g ( 2s/m81.9g � ) mertebesinde olan bir yer hedefine kar�� füzelerin ba�ar�mlar� incelenmi�tir. �ncelemede ba�ar�m k�staslar� olarak; e�le�me sonras�nda füzelerin hedeften sapma miktar�, aray�c�n�n hedefi yakalamas�yla ba�layan e�le�me süresi ve en yüksek ivme gereksinimi gözönüne al�nm�� olup, etkin seyrüsefer oranlar� ( pN ve yN ) için 3 katsay�s� kullan�lm��t�r. Benzetimlerde görü� alan� �10� olan gövdeye yap��k ve �30� olan kardanl� aray�c� modelleri ele al�nm��, rüzgârl� durumlar için �iddeti yere göre yatay eksenlerde 30 m/s ve dü�eyde s�f�r olan yan rüzgâr hesaba kat�lm��t�r. Ayr�ca, füzelerin dayanabilecekleri en yüksek yanal ivme de�eri 30g de�eri olarak belirlenmi�tir. Füzeyle hedef aras�ndaki uzakl��n 1 km oldu�u andan itibaren ba�lat�lan e�le�me senaryolar� sonucunda olu�turulan e�le�me senaryolar� için elde edilen say�sal sonuçlar Çizelge 1, Çizelge 2, Çizelge 3 ve Çizelge 4’te verildi�i gibi ortaya ç�km��t�r.

Çizelge 1. Tek parçal� füze için yan rüzgârs�z durumda elde edilen sonuçlar

Aray�c� Görü� Alan�

(�)

Ba�lang�çta Hedeften Sapma Aç�s� (�)

Hedeften Nihaî

Sapma (m)

E�le�me Süresi (s)

Azamî Yanal �vme

Gereksinimi (g)

Yandönme Düzleminde

Yunuslama Düzleminde

�10 0 0 3.285 3.083 2.888 -10 5 > 100 3.475 > 30g

�30 0 0 3.285 3.083 2.888 -10 5 2.143 3.153 8.441

Çizelge 2. �ki parçal� füze için yan rüzgârs�z durumda elde edilen sonuçlar


(�)


Hedeften Nihaî

Sapma (m)


Azamî Yanal �vme

Gereksinimi (g)



�10 0 0 3.179 3.081 2.902 -10 5 > 100 4.913 > 30g

�30 0 0 3.179 3.081 2.902 -10 5 1.999 3.152 8.441


8

Çizelge 3. Tek parçal� füze için yan rüzgârl� durumda elde edilen sonuçlar


(�)


Hedeften Nihaî

Sapma (m)


Azamî Yanal �vme

Gereksinimi (g)



�10 0 0 3.299 3.231 3.425 -10 5 > 100 3.430 > 30g

�30 0 0 3.299 3.231 3.425 -10 5 3.469 3.346 10.960

Çizelge 4. �ki parçal� füze için yan rüzgârl� durumda elde edilen sonuçlar


(�)


Hedeften Nihaî

Sapma (m)


Azamî Yanal �vme

Gereksinimi (g)



�10 0 0 3.234 3.231 3.425 -10 5 > 100 3.095 > 30g

�30 0 0 3.234 3.231 3.425 -10 5 3.399 3.350 10.960

9. SONUÇ Ele al�nan aerodinamik kontrollü tek ve iki parçal� füze konfigürasyonlar� kullan�larak gerçekle�tirilen bilgisayar benzetimleri sonucunda, rüzgârs�z ve rüzgârl� durumlar�n her ikisinde de iki parçal� füze için ortaya ç�kan hedeften sapma de�erlerinin tek parçal�ya göre daha dü�ük oldu�u; buna kar��n e�le�me süresinin kimi durumlarda tek parçal� füze için daha k�sa olarak elde edildi�i görülmektedir. Azamî yanal ivme gereksinimi aç�s�ndan da genel olarak iki parçal� konfigürasyonun daha üstün oldu�u söylenebilir. Ayr�ca, daha geni� görü� alan�na sahip bir aray�c�n�n kullan�lmas� durumunda belirtilen parametreler için bulunan de�erlerin dü�ece�i, bir ba�ka deyi�le füzenin ba�ar�m�n�n iyile�ece�i yap�lan hesaplamalardan anla��lmaktad�r. Yan rüzgâr�n füze ba�ar�m�n� olumsuz yönde etkiledi�i, öte yandan ba�lang�çta hedeften sapma aç�s�n�n s�f�rdan farkl� olmas� durumunun baz� hallerde nihaî sapma miktar�na iyile�tirici yönde etki yapt�� da, çal��madan ç�kar�labilecek bir di�er 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.


9

[3]. B. Özkan, M. K. Özgören ve G. Mahmutyaz�c�o�lu, (2007), “Tek ve �ki Parçal� Füzelerin Hareketli Yer Hedefleri Üzerindeki Ba�ar�mlar�n�n �ncelenmesi”, Otomatik Kontrol Ulusal Toplant�s� (TOK’07), Sabanc� Üniversitesi, �stanbul.


10


11

FÜZELER �Ç�N OPT�MAL ORANSAL-TÜMLEVSEL GÜDÜM YAKLA�IMI

Ça�da� EVC�MEN (a), Kemal LEBLEB�C�O�LU (b)

(a) Uzm. Ara�t�rmac� 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 etkinli�ini artt�rmak amac�yla yeni bir füze güdüm yöntemi önerilmi�tir. Bu yöntem, uygulamalarda s�kça kullan�lan oransal-tümlevsel-türevsel (OTT) denetçi yönteminin füze güdüm mant��na uyarlanmas�yla ortaya ç�kar�lm��t�r. OTT denetçi mant��nda kullan�lan hata sinyali olarak görü� hatt� aç�s�n�n de�i�imi seçilmi�tir. Yöntemin türetilmesi s�ras�nda, türevsel k�sm�n güdüm yönteminin performans�n� olumsuz etkilemeyecek �ekilde, di�er terimlerle gruplanarak dü�ürülebilece�i görülmü�tür. Olu�turulan oransal-tümlevsel (OT) kontrolcünün parametreleri, do�rusal optimal kontrol yöntemi içersinde uygun bir ceza fonksiyonu seçilerek belirlenmi�tir. Sonuçta, geli�tirilen optimal oransal-tümlevsel (OOT) güdüm yöntemi, görü� hatt� aç�s� ve de�i�imi ön bilgisine sahip olundu�u varsay�l�rsa, ON güdüm yöntemi gibi uygulanabilirlik aç�s�ndan hiçbir zorluk ta��mamaktad�r. Bildiride önerilen güdüm yönteminin, ba��l uzakl�k ve h�z terimlerini içerdi�i göz önüne al�n�rsa, ayn� zamanda uyarlan�r ve zamana göre de�i�en bir yap�ya sahip oldu�u da söylenebilir.

Anahtar Kelimeler: Füze Güdümü, Oransal Navigasyon Güdümü, Oransal-Tümlevsel-Türevsel Denetçi, Do�rusal Optimal Kontrol, Optimal Oransal-Tümlevsel 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


12

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. G�R�� Literatürdeki bir çok füze güdüm yönteminin ana mant��, görü� aç�s� de�i�imini s�f�rlayacak veya enküçültecek �ekilde füzenin yön de�i�imine orant�l� bir güdüm komutu ç�karmakt�r [1]. Bu yakla��m ayn� zamanda ON güdüm yönteminin temelini olu�turur. Her ne kadar ON güdüm yöntemi sabit h�za sahip füzeler ve sabit hedefler için optimal özelli�e sahip olsa da, performans�n�n yüksek manevra kabiliyetine sahip veya h�zl� hareket eden hedefler kar��s�nda dü�tü�ü görülmü�tür. Bu durumlarda olu�an vurma mesafesindeki art��lar�n nedeni olarak bilinen yüksek hedef ivmesini dengelemek için ON güdüm yöntemine bir tak�m eklentiler konulmu�tur. De�i�iklerden bir tanesi, literatürde bilinen ad�yla geni�letilmi� oransal navigasyon güdüm yöntemidir. Bu yöntemde, güdüm komutuna hedef ivmesine orant�l� bir k�s�m eklenip, yüksek manevral� hedeflere kar�� ortaya ç�kan yüksek vurma mesafesi azalt�lmaya çal��labilir [2]. Bu yöntemin en önemli dezavantaj�, asl�nda bilinmeyen hedef ivmesine do�rudan ba�l� bir k�s�m içermesidir. Bir tak�m analitik kestirim yöntemleri kullanarak çal��t�r�labilen bu yöntem, baz� senaryolar için ba�ar�s�z sonuçlar vermi�tir [1]. ON güdüm yöntemine yap�lan bir di�er de�i�iklik olarak Lyapunov kararl�l�k teorisine dayal� olan� verilebilir [3]. Ayr�ca, kayan kipli kontrol teorisi sonuçlar� kullan�larak, parametre de�i�ikliklerine kar�� gürbüz bir güdüm yöntemi de geli�tirilebilir [1], [4], [5], [6]. Fakat bu yöntemin sahip oldu�u yüksek frekanstaki sal�n�mlar, pratik hayatta bu yönteme dayal� güdüm yöntemlerinin kullan�mda s�n�rlamalar getirmektedir.

Bu bildiride, yüksek ivme kabiliyetine sahip hedefler için ba�ar�s�z sonuçlar verebilen ON güdüm yöntemine alternatif olarak, temeli OTT denetçi mant��na dayand�r�labilen yeni bir güdüm yönteminin ayr�nt�lar�na yer verilmi�tir. Ayr�ca ortaya ç�kar�lan güdüm algoritmas�, ON güdüm yöntemi gibi pratik uygulanabilirli�i geni� olan bir yöntemdir. Ayn� zamanda, yöntemin türetilmesi s�ras�nda, türevsel k�sm�n güdüm yönteminin performans�n� olumsuz etkilemeyecek �ekilde, di�er terimlerle gruplanarak dü�ürülebilece�i görülmü�tür. Bir sonraki bölümde olu�turulan do�rusal füze-hedef kesi�me modeli, uygun görü� hatt� aç�s�, de�i�imi ve füze güdüm komutuna ba�l� ceza fonksiyonu seçilerek kullan�lm��t�r. Ç�kar�lan tüm güdüm komutlar� eylemsizlik referans düzleminde olup, do�rusal olmayan alt� serbestlik (6-SER) benzetimlerinde kullan�lmak üzere di�er referans düzlemlerine çevrilebilir [7].


13

2. FÜZE-HEDEF KES��ME MODEL� Füze-hedef kesi�me modeli türetilirken, sadece yükselme düzlemindeki ayr�nt�lara bu k�s�mda yer verilecektir. Azimut düzlemindekiler benzer �ekilde olu�turulabilir. Füzenin x eylemsizlik referans ekseni, ba�lang�çtaki görü� hatt� yönü ile çak��k olarak al�n�rsa, eylemsizlik yükselme düzlemi görü� hatt� aç�s� ( EL� ) a�a��daki gibi ifade edilebilir.

��

��

��

TM

rEL R

Zarcsin� (1)

Denklem (1)’de rZ ve TMR s�ras�yla z eylemsizlik referans eksenindeki pozisyon hatas�n� ve füze ile hedef aras�ndaki ba��l uzakl�� göstermektedir. Denklem (1)’deki e�itli�in zamana ba�l� türevi al�n�rsa, görü� hatt� aç�s�n�n

de�i�imine (�

EL� ) ula��l�r.

22rTMTM

crTMzEL

ZRR

VZRV

�

��

�

� (2)

Denklem (2)’de geçen zV , z eksenindeki ba��l h�z� ifade ederken, füze-hedef

yakla�ma h�z� �

�� TMc RV ifadesiyle gösterilebilir. Denklem (2)’nin zamana ba�l� türevi al�n�p, küçük aç� yakla��m� kullan�l�rsa, füze hedef kesi�me modelini olu�turmak üzere a�a��daki ifadeye ula��l�r.

��

�

�

��

�

��

��

MTELTMELTMTM

EL aaRRR

�� 21 (3)

(3) numaral� denklemde geçen Ta ve Ma , s�ras� ile, ba�lang�çtaki görü� hatt� yönüne dik düzlemdeki, yani eylemsizlik dikey düzlemindeki hedef ve füze ivmelerini temsil etmektedir.

EL� ve �

EL� durum de�i�kenleri olarak al�n�rsa, füze-hedef kesi�me modeli durum uzay� gösterimde a�a��daki gibi olu�turulabilir.


14

)()()()()()()(

)(10

)(10

2

10

2

1

2

1

tftBtutBtxtAtx

tfR

tuR

xx

RR

RR

x

x

TMTMTM

TM

TM

TM

��

��

!

"""

#

$�

��

!

"""

#

$

��

!"#

$

��

!

"""

#

$

��

��

!

"""

#

$

�

��

�

�

(4)

Sistem (4)’te geçen ELx ��1 ve �

� ELx �2 durum de�i�kenlerini, Mau � ve

Taf � s�ras� ile, kontrol sinyali ile bozan etkeni göstermektedir.

3. YEN� GÜDÜM YÖNTEM�N�N ÇIKARILI�I [8] 3.1 OT GÜDÜM YÖNTEM� Pratik hayatta çokça kullan�lan denetçi yöntemlerinden olan OTT kontrolcü yöntemi, füze güdüm probleminin çözümünde de kullan�labilir. OTT kontrolcü transfer fonksiyonunu hat�rlayal�m:

sKs

KKsGc 32

1)( �� (5)

Olu�turulan kontrol girdisi ise

)()()( sesGsu c� (6) �eklinde gösterilebilir. S�f�rlanmas� gereken hata sinyali denklem (6)’da )(se ile belirtilmi�tir. Denklem (5) ve (6)’daki gösterimler, güdüm yöntemlerindeki görü� hatt� aç�s� de�i�imini s�f�rlama mant�� ile birle�tirilerek, yeni bir güdüm yakla��m�, a�a��daki dikey düzlem ivme komutu e�itli�indeki gibi ifade edilebilir.

��

��

�� ELELELEL

cV sK

sKK

dtdKdtKKa �� 3

21321 (7)

Denklemler (5), (6) ve (7) kar��la�t�r�l�rsa, güdüm uygulamalar�nda kontrol girdisinin ivme komutuna, hatan�n ise görü� hatt� aç�s�n�n de�i�imine kar��l�k geldi�i saptanabilir. Denklem (7)’de denklem (3)’teki e�itli�i kullanarak a�a��daki e�itli�i elde edebiliriz.

��

�

�

��

�

��

�� cVTELTMELTM

TMELEL

cV aaRR

RKKKa �� 21

321 (8)


15

Denklem (8)’deki benzer terimler bir araya getirilirse ve hedef ivmesi bilinmeyen bozan etken olarak al�n�rsa, OTT güdüm yöntemi, pratik olarak, OT güdüm yöntemine dönü�türülebilir.

EL

K

TM

TM

EL

K

TMcV

IP

KRRKK

KRKK

a �� 3

32

3

31

112

�

��

��

�

��

��

(9)

3.2 OOT GÜDÜM YAKLA�IMI

Denklem (9)’daki gösterim olu�turulduktan sonra, OT parametrelerin ( IP KK , ) seçimi, güdüm algoritmas�n�n ba�ar�l� olmas�nda önemli bir etkiye sahip olacakt�r. Bu nedenle bu terimlerin do�rusal optimal kontrol sonuçlar� kullan�larak seçilmesi ak�lc� bir mant�k olarak görülebilir. A�a��daki do�rusal karesel düzengeç problemi ceza fonksiyonu kullan�l�rsa, olu�turulan güdüm algoritmas�ndaki parametre seçim problemi çözümlenebilir.

� � � ��

��02

1, dtuRuxQxuxJ TT (10)

Denklem (10)’da, Q pozitif, yar�-belirgin bir matris olarak a��rl�kland�r�l�rken, R pozitif belirgin olmal�d�r. Ceza denkleminde görüldü�ü üzere durum de�i�kenleri ve kontrol sinyali birlikte a��rl�kland�r�ld�� için, ayn� zamanda J ceza fonksiyonunun küçük tutulmas� amaçland��ndan, durum de�i�kenleri de kontrol girdisi de büyük de�erlerde olamaz. Sonsuz integral olmas� ve ceza fonksiyonunun en küçültülmesi sa�lanabildi�inden ötürü, zaman sonsuza giderken durum de�i�kenleri s�f�ra yakla�acakt�r [9].

Do�rusal optimal kontrol teorisi sonuçlar�n�, güdüm mant��na uyarlarsak, e�itlik (10)’da gösterilen ceza fonksiyonu enküçültüldü�ünde, (4)’teki gösterim neticesinde, görü� hatt� aç�s� ve de�i�imi ile komut edilen ivmenin küçük de�erler ile s�n�rland�� sonucuna var�labilir. Buraya kadar gelinen noktada, kontrol girdisi (ivme komutu) dikey eksende �öyle ifade edilebilir.

� � ELIELP

EL

EL

PILQRc

VM KKKKxKaau ��

��

��

!

""#

$��

�

� (11)

Sonuç olarak, (9), (10) ve (11) numaral� e�itlikler irdelendi�inde, önerilen OOT güdüm yakla��m�n�n, OT güdüm parametrelerini; de�i�en ba��l uzakl�k ve h�z de�erlerine uyarlan�r ve dolay�s�yla zamanla de�i�ir bir �ekilde sistematik optimal bir yolla buldurdu�una dikkat çekilebilir.


16

4. BENZET�M SONUÇLARI Önerilen yönetimin etkin çal��p, birçok senaryoda ba�ar�l� sonuç verdi�ini gözlemlemek için hem nokta parçac�k hem de 6-SER benzetim modelleri, s�n�rs�z veya s�n�rl� hücum aç�s� ( �8%� ) de�erleri çerçevesinde kurulmu�tur. 6-SER benzetim ortam� olu�turulurken, güdüm algoritmas�, do�rusal olmayan füze modeli ve uygun bir otopilot (kontrolcü) yap�s�yla birlikte e� zamanl� olarak çal��t�r�lm��t�r. Fakat bu bildirideki amac�n, güdüm yöntemlerinin olabildi�ince zor bir hedef vurma senaryosu için dahi ba�ar�l� sonuçlar verip veremeyece�ini test etmek oldu�u için, bu bölümde sadece yüksek manevra kabiliyetine sahip bir hedef vuru�u için nokta parçac�k benzetim sonuçlar�na yer verilecektir. Olu�turulan nokta parçac�k benzetimleri, s�n�rs�z ve s�n�rl� hücum aç�s� kriterleri ile denenecek ve benzetim sonuçlar� verilecektir. OOT güdüm yöntemi vurma mesafesi de�erler� ON güdüm yöntemiyle kar��la�t�r�lacakt�r. ON güdüm yöntemi literatürde s�kça geçen a�a��daki e�itlikle çal��t�r�lacakt�r.

��

�� ELTMc

V RNa � (12)

Denklem (12)’de kontrol sistem tasar�mc�s� taraf�ndan seçilmesi gereken navigasyon sabiti N , bu bildirideki benzetimlerde 4 olarak al�nm��t�r.

Füzenin ba�lang�çtaki konum ve h�z bile�enleri vektörel gösterimle a�a��daki gibi ifade edilebilir.

� �� smV

mxTi

m

Tim

/00400

500000

�

�� (13)

Hedefin ise ölçülen pozisyon verileri, Kalman süzgecinden geçirilerek, güdüm algoritmalar�nda kullan�lmak üzere kestirilen pozisyon ve h�z de�erleri elde edilir.

�ekil 1 Yüksek manevra yapan bir hedefin gerçek ve kestirilen yörüngeleri


17

E�er nokta parçac�k benzetimi, yukar�da verilen kestirilen yörüngeler ile ON ve OOT güdüm yöntemleri için ayr� ayr� çal��t�r�l�rsa, çizelgedeki performans sonuçlar� elde edilir.

Çizelge 1 Vuru� mesafesi kar��la�t�r�lmas�

Senaryo

ON

Güdümü

OOT Güdümü

Yüksek Manevra Yapan Hedef

S�n�rs�z Hücum Aç�s�

1.496 1.179

S�n�rl� Hücum Aç�s�

611.231 4.096

Füzenin s�n�rs�z hücum aç�s� yapabildi�i varsay�m�na dayanarak çal��t�r�lan benzetimler, pratik hayata pek de uyarlanabilir olarak görülemez. Her ne kadar iki yönteme göre, füze Çizelge 1’de görüldü�ü gibi s�n�rs�z ko�ul için ba�ar�l� olup, hedefi vurmu� olsa da, hücum aç�s� birçok füze kabiliyeti için kabul edilemez de�erlere ç�kabilmektedir. Bu ve benzeri ko�ullarda s�n�rl� ko�ulda yap�lan benzetim, önemli bir hal alm�� olur.

5. SONUÇ Performans sonuçlar�ndan görüldü�ü üzere, önerilen yeni güdüm yöntemi, gerek yatay gerekse dikey ivme komutlar�n�, hedef manevras�yla uyarlan�r bir �ekilde zamana ba�l� olarak de�i�tirebilmesi nedeniyle s�n�rl� hücum aç�s� istenen benzetimde, ON güdüm yönteminden çok daha ba�ar�l� olmu�tur. Ayn� zamanda OOT güdüm yönteminin bu tür vurulmas� zor hedef senaryolar�nda dahi ba�ar�l� olmas�n� bir nevi görü� hatt� aç�lar�n�n de�i�imlerini enküçültebilmesine ba�layabiliriz. Klasik füze güdüm mant��n�n temelini olu�turan görü� hatt� aç�s�n�n s�f�rlanmas� veya enküçültülmesi gereklili�i (e�er hedef vurma tam olarak gerçekle�ecekse), asl�nda bu durumun pek de �a��lacak bir sonuç olmad��n� 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: 1357-1363.

[2] P. Zarchan, (1994) Tactical and Strategic Missile Guidance, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.


18

[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.


19

HEDEF TAK�B� YAPAN FÜZELERE UYGULANAB�LECEK BELL� BA�LI GÜDÜM YÖNTEMLER�

Bülent ÖZKAN(a), M. Kemal ÖZGÖREN(b), Gökmen MAHMUTYAZICIO�LU(c)

(a) Dr. TÜB�TAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(c) Dr. TÜB�TAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET Hareketli ve manevra yapan hedeflere kar�� kullan�lan k�sa ve orta menzilli füzelerin güdüm ve kontrolü, özellikle son y�llarda pekçok ara�t�rmac�n�n ilgi alan�na giren bir konu olmu�tur. Bu kapsamda çe�itli yöntemler önerilmi� olup, ortaya konulan yakla��mlar�n üstünlük ve zay�fl�klar� gerçekle�tirilen benzetimlerle ortaya konulmaya çal��lm��t�r. Bu çal��mada, hedef takibi yapan füzelerin güdümü amac�yla önerilen yöntemler genel olarak s�n�fland�r�lmakta ve her bir s�n�fta yer alan kurallar uygulama �ekilleriyle birlikte anlat�lmakta, ayr�ca, ele al�nan yöntemlerin gerçek sistemlere uygulanabilirli�i de sorgulanmaktad�r.

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. G�R�� Füze güdüm ve kontrolü, otomatik kontrol alan�nda özellikle son y�llar�n en popüler konular�ndan biridir. Bu kapsamda yap�lan çal��malar esas olarak stratejik ve taktik füzeler üzerine yap�lan ara�t�rmalar olarak iki ana grupta


20

toplanabilir. Bunlardan ilki daha çok uzun menzilli füze uygulamalar�n� ele al�rken, orta ve k�sa menzilli füzeler ikinci grupta ele al�nmaktad�r [3], [8].

Ele al�nan füze modeli için olu�turulan güdüm ve kontrol algoritmas�, temelde içiçe çal��an iki farkl� yap�dan olu�ur. Bunlardan güdüm sistemi olarak adland�r�lan d�� yap� füzeyi ele al�nan hedefe yönlendirmek için gerekli komutlar� belirlenen bir kurala göre olu�tururken, içte yer alan kontrol sistemi, içerdi�i eyletici, alg�lay�c�, mekanizma ve elektronik kartlar arac�l��yla güdüm sistemi taraf�ndan üretilen komutlar� fiziksel hareketlere çevirmeye çal��r. Kontrol sisteminin ba�ar�m�, seçilen kontrol yöntemiyle do�rudan ilgilidir [1], [2].

Güdüm yöntemleri, füzenin yönlendirilme biçimine göre, dolayl� (�ng. indirect) ve do�rudan (�ng. direct) güdüm yöntemleri �eklinde iki ana ba�l�kta incelenebilir [1]. Dolayl� güdüm yöntemlerinin kullan�ld�� uygulamalarda füze, önceden belirlenen ve ço�unlukla sabit bir hedefe yine önceden planlanan bir yörüngeyi takip ederek yönlendirilmeye çal��l�rken, do�rudan güdüm yöntemlerinde füzenin yönelimi; füze üzerinde bulunan bir aray�c� taraf�ndan al�nan al�nan hedef bilgilerine göre anl�k olarak üretilen komutlarla sa�lan�r [3], [4]. Dolayl� güdüm yöntemleri genellikle hedefin füze taraf�ndan tespit edilmedi�i ve ara güdüm (�ng. midcourse guidance) olarak adland�r�lan a�amada kullan�l�rken, hedefin tespit edilmesinden vurulmas�na kadar olan süreci kapsayan son güdüm (�ng. terminal guidance) a�amas�nda do�rudan güdüm yöntemleri tercih edilmektedir [3]. Di�er taraftan, füzenin ba�lang�çtaki hedeften sapma aç�s�, hedef manevralar�, aray�c� hatalar�, aray�c� ve füze kontrol sisteminde sinyal i�leme h�z�ndan kaynaklanan gecikmeler ile füzenin fiziksel k�s�tlar� gibi hata kaynaklar�, dolayl� yöntemlere göre daha üstün gözüken do�rudan güdüm yöntemlerinin ba�ar�m�n� azalt�c� etkiye sahiptir. Bir ba�ka deyi�le, s�ralanan etmenlerin bask�n oldu�u durumlarda, füzenin hedeften nihaî sapmas�n�n (�ng. terminal miss distance) de�eri s�f�rdan farkl� olur. Bu nedenle, güdüm ve kontrol sistemi tasar�m�nda belirtilen etkenlerin gözönüne al�nmas� gerekir [1], [3], [5].

Do�rudan güdüm yöntemleri, hedef takip yöntemine göre, üç ana ba�l�k alt�nda incelenebilir [2], [6], [7]:

i. Görü� çizgisine yönlendirme esasl� güdüm (�ng. command to line-of-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 taraf�ndan al�nan hedef durum bilgileri istasyondaki ilgili birim taraf�ndan i�lenerek füzeyi hedefe yönlendirecek komut sinyalleri olu�turulur ve ayn� istasyonda bulunan füze izleme sistemi arac�l��yla radyo dalgalar� veya optik sinyaller �eklinde füzeye iletilir. Böylelikle füzenin, hedefle aras�ndaki hayalî görü� çizgisinin üzerine oturtulmas� sa�lan�r. Bu yöntemde güdüm ve kontrol sistemi, füze üzerinde


21

de�il yer istasyonunda bulunmaktad�r. Füze üzerinde, kendisine gönderilen komutlar� yerine getirecek bir kanat tahrik sistemi ve alg�lay�c�lar d��nda herhangi bir güdüm kontrol bile�eni bulunmaz [6], [9]. Füzenin yer istasyonundan hedefe do�ru gönderilen sinyali takibine dayanan sinyal takibi esasl� güdüm yakla��m�nda ise, füzenin üzerinde bulunan bir alg�lay�c� arac�l��yla bahsedilen sinyali tespit ederek üzerine yerle�mesi ve böylelikle do�rudan hedefe gitmesi sa�lanmaya çal��l�r [1], [3], [6], [9]. Di�er taraftan, belirtilen her iki yakla��m da, hedefin mevcut yer istasyonlar� taraf�ndan takip edilebilecek bir alan içerisinde bulundu�u k�sa menzilli füze uygulamalar� için geçerlidir. Hedefin izlenebilir alan�n d��nda yer ald�� orta ve uzun menzilli e�le�me (�ng. engagement) durumlar�nda ise, hedef takibi esasl� güdüm yakla��m�n�n kullan�m� daha uygundur [2], [6]. Hedef bilgisinin do�rudan füze üzerinde bulunan bir aray�c� taraf�ndan al�narak gerekli güdüm komutlar�n�n hedefin durumuna göre anl�k olarak güncellendi�i 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 e�le�tirme esasl� takip (�ng. homing by map matching)

Aktif takip yakla��m�nda; füze üzerinde bulunan bir kaynaktan lazer ��n� veya radyo dalgalar� gibi uygun bir formda hedefe gönderilen ��n�n hedef üzerinden yans�yan k�sm� yine füze üzerinde bulunan bir aray�c� taraf�ndan toplanarak hedefin anl�k durum bilgisi elde edilmeye çal��l�rken, yar�-aktif takip yönteminde hedefe gönderilen ��n�n kayna�� füze d��ndaki bir platformdur. Bu platform füzenin f�rlat�ld�� helikopter veya uçak gibi hareketli bir hava unsuru olabilece�i 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 aray�c� taraf�ndan tespit edilerek hedefe do�ru yönelim sa�lanmaktad�r. Buraya kadar anlat�lan üç yakla��mdan farkl� olarak, arazi e�le�tirme esasl� takipte, füzenin üzerinden geçti�i arazi üzerinde bulunan tan�mlay�c� unsurlar füze güdüm bilgisayar�na önceden yüklenen co�rafî bilgilerle kar��la�t�r�larak füzenin yörüngesi güncellenir. Bu yöntem, ço�unlukla sabit veya çok dü�ük h�zla hareket eden hedeflere kar�� uygulanmaktad�r [2], [6].

Bu çal��mada, yukar�da anlat�lan do�rudan güdüm yöntemlerinden hedef takibi esasl� güdüm yakla��m�na göre uygulanmakta olan güdüm yöntemleri ele al�nmaktad�r. Bu kapsamda, bahsedilen yöntemler öncelikle ilgili alt gruplara ayr�lm��, ard�ndan her bir alt gruptaki uygulama �ekilleri aktar�lm��t�r.

2. HEDEF TAK�B� ESASLI GÜDÜM YÖNTEMLER� Literatürde mevcut olan hedef takibi esasl� güdüm yöntemleri, a�a��daki gibi alt� ana ba�l�k alt�nda incelenebilir:


22

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 uygulamalar�na dayal� hedef takibi esasl� güdüm yöntemleri

vi. Tümle�ik hedef takibi esasl� güdüm yöntemleri

2.1. Geleneksel Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri 1940’l� y�llarda geli�tirilmi� olan ilk güdümlü füzelerden bu yana kullan�lmakta olan ve uygulamadaki basitliklerinin yan�s�ra bozucu d�� etkenlere kar�� sa�lad�klar� gürbüzlükleri dolay�s�yla da s�kl�kla tercih edilen geleneksel hedef takibi esasl� güdüm yöntemleri aras�nda en bilinenleri; takip güdümü (�ng. pursuit guidance), sabit aç�l� 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 aras�ndaki görü� çizgisi aç�s�n� (�ng. line-of-sight angle) s�f�rlamaya çal��makt�r. Yöntem, füzenin boylamas�na ekseninin görü� çizgisi üzerine oturtulmaya çal��lmas� durumunda gövde takibi (�ng. body pursuit), �ekil 1’de verildi�i gibi h�z vektörünün görü� çizgisiyle çak��t�r�lmas� durumunda da h�z takibi (�ng. velocity pursuit) olarak adland�r�lmakta olup, manevra yapan hedeflere kar�� zay�ft�r [1], [2], [6], [9].

�ekil 1. H�z takibi güdümü [6] �ekil 2. Oransal seyrüsefer [8]

Sabit aç�l� güdüm yakla��m�nda ise, hedefe yakla�ma aç�s� sabit tutularak füze hedefe do�ru yönlendirilmektedir. Bu yöntemin de h�zl� hedeflere kar��


23

ba�ar�m� oldukça dü�ük olup, manevra yapan hedefleri vurma olas�l�� hemen hemen yoktur [1], [2], [6].

Hedef takibi esasl� güdüm yöntemleri aras�nda en popüler olan�, e�le�me geometrisi �ematik olarak �ekil 2’de gösterilen ve basitli�i ve kolay uygulanabilirli�i dolay�s�yla 1950 y�l�n�n Aral�k ay�nda ilk ba�ar�l� denemesi gerçekle�tirilen Lark füzesinden bu yana kullan�lmakta olan oransal seyrüseferdir [3]. Prensip olarak, aç�sal h�z veya do�rusal ivme komutlar�n�n görü� çizgisi veya füze h�z vektörüne dik olarak olu�turulmas�na dayanan oransal seyrüsefer yöntemi, özellikle sabit ve dü�ük h�zl� hedeflere kar�� oldukça ba�ar�l�d�r. Bahsedilen aç�sal h�z komutu; görü� çizgisi aç�s�n�n zamana göre de�i�iminin “etkin seyrüsefer oran� (�ng. effective navigation ratio)” olarak tan�mlanan bir katsay� ile çarp�m�ndan elde edilmekte olup, ortaya ç�kan ifadenin füze do�rusal h�z�n�n genli�i ile çarp�m� da do�rusal ivme komutunu olu�turur [3], [9]. Ortaya ç�kan güdüm komutunun görü� çizgisine dik olarak uygulanmas� durumu “gerçek oransal seyrüsefer (�ng. true proportional navigation)”, füze h�z vektörüne dik olarak uygulanmas� durumu da “saf oransal seyrüsefer (�ng. pure proportional navigation)” olarak adland�r�l�r. Belirtilen ilk durum oransal seyrüsefer kural�n�n ideal hali olmakla birlikte, ortaya ç�kan güdüm komutu, yanal hareketinin yan�s�ra füzeye eksenel yönde de gerçeklemesi gereken bir ivme bile�enini dikte eder. Bu durum, ele al�nan güdüm uygulamalar� ço�unlukla roket motorlar�n�n itki etkisinin sona erdi�i ara veya son güdüm a�amalar�n� kapsad��ndan, belirtilen eksenel ivme gereksiniminin kar��lanamamas� sonucunu do�urur. Dolay�s�yla, eksenel bile�eni olmayan ve saf oransal seyrüsefer güdüm kural�na göre türetilen güdüm komutu, yöntemi gerçek e�le�me senaryolar�nda da uygulanabilir k�lar [9]. Manevra yapan hedefler kar��s�nda istenilen sonuçlar� sa�lamamas�, oransal seyrüsefer kural� üzerinde çe�itli iyile�tirme çal��malar�n�n yap�lmas�na neden olmu�tur. Bunlardan en çok bilineni, elde edilen komut ivmesine takip edilen hedefin yanal ivme bile�eninin yar�s�yla etkin seyrüsefer oran�n�n çarp�m�ndan olu�an terimin eklenmesiyle elde edilen geni�letilmi� oransal seyrüsefer (�ng. augmented proportional navigation) kural�d�r. Fakat, gereksinim duyulan hedef yanal ivme bile�eninin füze üzerindeki alg�lay�c�dan veri alan güdüm sistemi taraf�ndan istenilen do�rulukta elde edilememesi dolay�s�yla, bahsedilen yakla��m�n fiziksel uygulamalardaki gerçeklenebilirli�i de dü�üktür [2], [3], [10].

Bu çerçevede de�erlendirilen son yakla��m olan öngörülü güdümde ise, füze; olu�turulan güdüm komutlar� kullan�larak öngörülen hedefle çarp��ma noktas�na do�ru yönlendirilir. Füze yörüngesinin katsay�lar� hedefin anl�k durumuna göre güncellenen belli polinomlarla tan�mlanmas�na dayanan yöntemin en bilinen türevi parabolik hedef takibi (�ng. parabolic homing guidance) olup, do�rusal hedef takibi (�ng. linear homing guidance) yakla��m�n�n da hareketli hedeflere kar�� ba�ar�l� sonuçlar verdi�i görülmü�tür [3], [8], [11].


24

2.2. Optimal Kontrol Tabanl� Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri Optimal kontrol tabanl� güdüm yöntemlerinde güdüm kural�, genellikle hedeften nihaî sapma, sa�lanabilir azamî yanal ivme ve e�le�me süresi büyüklüklerini en aza indirgeyecek �ekilde belirtilen parametrelerin belirlenen a��rl�k fonksiyonlar� ile çarp�lmas� sonucunda elde edilen karesel ba�ar�m fonksiyonlar�n�n (�ng. cost function), uygun fiziksel k�s�tlar e�li�inde en aza indirilmesi veya en fazlala�t�r�lmas� ile elde edilir. Bilgisayar benzetimlerinde tatmin edici sonuçlara ula��lmakla birlikte, bahsedilen yakla��m�n fiziksel uygulamalar�na pek s�k rastlanmamaktad�r [12], [13].

2.3. Oyun Teorisi Tabanl� Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri Oyuncular, eylemler ve kay�p fonksiyonlar�ndan olu�an bir oyun senaryosuna göre olu�turulan oyun teorisinde amaç; bir veya birkaç ki�iden olu�an oyuncular tak�m�n�, önceden tan�mlanan kay�p fonksiyonlar�na göre ortaya konan bir dizi eylem sonucunda belirlenen hedef veya hedeflere yönlendirmektir. Böylelikle, oyuncular�n da pi�manl�k duymayaca�� bir denge konumu elde edilmeye çal��l�r. Oyun teorisinin güdüm alan�na uygulanmas� da optimal kontrol teorilerinin uygulanmas�na benzerdir. Ancak, optimal kontrol tabanl� yakla��mda sadece belirlenen füze parametreleri eniyile�tirilmeye çal��l�rken, oyun teorisinde hedef parametrelerinin eniyile�tirilmesi de hesaba kat�l�r. Optimal kontrol tabanl� yöntemlere benzer �ekilde, özellikle manevra yapan hedeflerin durum bilgilerinin istenilen do�rulukta elde edilememesi nedeniyle, bilgisayar benzetimlerinde ba�ar�l� sonuçlar veren oyun teorisi tabanl� yöntemler füze sanayiinde henüz uygulama alan� bulamam��t�r [13], [14].

2.4. Gürbüz Kontrol Teknikleri Tabanl� Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri Gürbüz kontrol tekniklerine dayal� güdüm yöntemleri, ba�ta füze parametrelerindeki belirsizlikler ve güdüm algoritmas� için bozucu giri� olarak tan�mlanabilecek hedef manevralar�na kar��n, olu�turulan güdüm ve kontrol sisteminin kararl�l��n� sa�lamaya çal��r. En s�k kullan�lan �ekilleri kayan kipli kontrol (�ng. sliding mode control) teorisi ve �H normuna göre olu�turulan yöntemler olan gürbüz kontrol yakla��mlar�, hedef hareketlerinin yeterince iyi öngörülememesi ve bunun neticesinde ortaya ç�kan komut sinyallerindeki süreksizlikler nedeniyle, gerçek füze-hedef e�le�melerinde tercih edilmemektedir [15], [16].

2.5. Yapay Zeka Teknikleri Uygulamalar�na Dayal� Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri Uygulaman�n gerçekle�tirilece�i çevrenin tan�nmas�, gelecekteki hareketlerin planlanmas�, uygulanacak yöntemlerin duruma uyarlanmas� ve ba��ms�z karar verme esaslar�na dayal� olarak olu�turulan ve genellikle yapay sinir a�lar� (�ng.


25

artificial neural network) ve bulan�k mant�k (�ng. fuzzy logic) uygulamalar�n� kapsayan yapay zeka uygulamalar�, görü� çizgisi aç�s� ve bu aç�n�n zamana göre de�i�imi, füze h�z� ve hedef yanal ivme bile�eni parametrelerinin girdi de�i�keni, füze yanal ivmesi için tan�mlanan güdüm komutunun da ç�k�� de�i�keni olarak tan�mland�� algoritmalarla güdüm alan�na da uyarlanm��, ancak bu �ekilde olu�turulan yap�lar�n kararl�l��n�n garanti edilememesi dolay�s�yla gerçekçi uygulamalarda denenme �ans� bulamam��t�r [17], [18].

2.6. Tümle�ik Hedef Takibi Esasl� Güdüm Yöntemleri Füzeler için güdüm ve kontrol sistemi olu�turulurken izlenilen yol, genellikle güdüm ve kontrol sistemlerinin ayr� ayr� tasarlanmas� ve daha sonra biraraya getirilerek tümle�tirilmesidir. Ancak, güdüm ve kontrol sistemleri için tan�mlanan bant geni�li�i de�erlerinin birbirinden farkl� olmas� dolay�s�yla, uygulamada birtak�m gecikmeler ortaya ç�kmaktad�r. Bu gecikmelerin ortadan kald�r�lmas� için dü�ünülen tümle�ik güdüm ve kontrol sistemi tasar�m� sistemden beklenen sonuçlar� sa�layacak özellikte olmas�na kar��n, olu�turulan yap�n�n mertebesinin oldukça büyük olmas� dolay�s�yla, sistemin kararl�l��n� sa�layacak bir yap�n�n olu�turulmas� pratikte pek mümkün olmamaktad�r. Bu da, tümle�ik güdüm ve kontrol sistemi yakla��m�n�n uygulama alan�n� bilgisayarl� benzetim ortam�ndan fiziksel dünyaya ta��yamamaktad�r [19].

3. SONUÇ Bu çal��mada, önceden belirlenen bir hedefin do�rudan takibine dayal� güdüm yöntemleri birbiriyle kar��la�t�r�lm��t�r. Yöntemlerin uygulan��lar� hususunda verilen k�sa aç�klamalar ve yap�lan de�erlendirmeler gözönüne al�nd��nda, özellikle optimal ve gürbüz kontrol tabanl� yöntemlerin gerçekle�tirilen bilgisayar benzetimlerindeki üstünlüklerine kar��n, basitlik ve uygulamadaki kolayl�� nedeniyle, günümüzde de en çok tercih edilen yöntemin oransal seyrüsefer oldu�u görülmektedir. Bununla birlikte, hedef alg�lama ve veri i�leme alanlar�ndaki geli�meler sonucunda, �u anda fazla uygulama alan� bulamayan modern kontrol esasl� yöntemlerin de yak�n gelecekte uygulanabilece�i ve böylelikle hedef takibi yapan füzelerin ba�ar�m�n�n art�r�labilece�i de�erlendirilmektedir.

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.


26

[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 Fixed-Interval 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 Do�u Teknik Üniversitesi Sürekli E�itim Merkezi, Türkiye.

[7] E. Heap, (1995), “Methodology of Research into Command-to-Line-of-Sight 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 Do�u 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 Do�u 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), “H� Guidance Law with Maneuvering Targets”, Proceedings of the 36th Conference on Decision and Control, 2549-2550, San Diego, California, ABD.

[17] Ö. Vural, (2003), Fuzzy Logic Guidance System Design for Guided Missiles” Yüksek Lisans Tezi, Orta Do�u Teknik Üniversitesi, Türkiye.


27

[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 &-D Method”, Proceeding of the Naval Surface Weapon Center, ABD.


28


29

SÜPERSON�K AKIMA D�K SIVI ENJEKTE ED�LMES�N�N DENEYSEL OLARAK �NCELENMES�

Alp MARANGOZ (a)

(a) Roketsan A. �., 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET Süpersonik ak�mlara dik olarak s�v� enjekte edilmesi problemi, özellikle SCRAMJET (Supersonic Combustion Ramjet) yanma odalar�nda kar��la��lan bir problemdir. Çal��ma kapsam�nda, deney ekipman� olarak sadece h�zl� kamera kullan�larak, de�i�ik test ko�ullar�nda veriler elde edilmi�tir. Elde edilen veriler hem literatürde yer alan, hem de yeni geli�tirilen metodlar kullan�larak, h�zl� ve verimli bir yöntemle ele al�nm��t�r. Sunulan çal��mada yöntemler ve baz� test ko�ullar� için sonuçlar aç�klanm��t�r. Bu çal��ma, daha önce Von Karman Enstitütüsünde Diploma Course program� kapsam�nda yap�lm�� olan çal��malar� kapsamaktad�r. Anahtar Kelimeler: Ak�ma Dik S�v� 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. G�R�� Serbest bir ak�ma dik olarak bir ak��kan enjekte edilmesi, kendi ba��na bir ara�t�rma sahas�d�r. Konu, ak�m�n h�z rejimi ve enjekte edilen ak��kan�n türüne göre çal��ma alanlar�na ayr�lm��t�r. Dü�ük h�zl� serbest ak�mlara gaz enjeksiyonu, rüzgar etkisi alt�ndaki bir bacadan duman ç�k�� gibi problemlerin analizi amac�yla incelenirken, yüksek h�zl� bir ak�ma s�v� enjekte edilmesi, daha çok yak�t enjeksiyonu ile ilgili problemlerin analizi amac�yla


30

incelenmektedir. Süpersonik ak�mlara s�v� enjeksiyonu üzerine çal��malar�n hemen hepsi ise SCRAMJET yanma odas� ve yak�t enjeksiyon sistemi tasar�m�na yöneliktir. Konu ile ilgili geçmi� çal��malar hakk�nda geni� bir derleme, [1]’de bulunabilir.

Düz plaka üzerinden, süpersonik serbest ak�ma dik olarak enjekte edilen bir s�v� jeti, gelen ak�m�n ayr�lmas�na ve jet önünde e�ik bir �ok dalgas�n�n olu�mas�na neden olmaktad�r. Serbest ak�m jeti e�mekte ve jeti parçalamaktad�r. Bu problemin tipik bir özelli�i de, e�ilen jetin olu�turdu�u ters hareket eden vorteks çiftidir [2]. Buna ek olarak süpersonik ak�mlarda, jetin parçalan�p atomizasyonunun yan� s�ra, parçac�klar birle�erek, daha büyük “parça”lar (“clumps”) da olu�maktad�r ([3]). Ayr�ca, yine süpersonik serbest ak�mlada, “whipping phenomena” ad� verilen, jetin yap�s�nda ani de�i�iklikler de gözlenmektedir ([3],[4]). Bütün bu fiziksel olaylar, ak�m� çok karma��k hale getirmekte ve belirli bir olay�n izole edilerek gözlenmesi mümkün olamamaktad�r. Buna bir de, yüksek h�z ko�ullar� nedeniyle test düzene�inin karma��kl�� eklenince, normalde kullan�lan birçok yöntemin kullan�lmas� imkans�zla�makta ya da çok pahal� test düzeneklerine ihtiyaç duyulmaktad�r. Bu nedenle probleme uygun bir yakla��m da pahal� (ancak yüksek hassasiyetli) ve sadece lokal bilgi veren test düzenekleri yerine daha ucuz, hassasiyeti daha dü�ük, ak�m hakk�nda da daha çok bilgi al�nabilecek bir yöntem geli�tirilmesidir. Bu kapsamda, ak�m�n incelenmesinde yüksek h�zl� kameran�n kullan�labilirli�i incelenmi� ve çe�itli resim i�leme algoritmalar� geli�tirilmi�tir. Bu makalede, bu amaçla geli�tirilen algoritmalar aç�klanm��t�r.

2. DENEY DÜZENE�� ve TEST KO�ULLARI Deneyler, Von Karman Enstitüsünde bulunan H3 Hipersonik rüzgar tünelinde gerçekle�tirilmi�tir. Tünel, “Blow-down” tipidir ve 6 Mach say�s�na kadar, 12 cm çapl� bir jet �eklinde hava ak�m� sa�lamaktad�r. Tünelin ana elemanlar�, �ekil 1‘de gösterilmi�tir.

Test bölümüne optik eri�im, sadece yandan sa�lanabildi�i için kamera, ak�ma yandan bakacak �ekilde yerle�tirilmi�, ak�m�n ayd�nlatmas� ise, kamera’n�n yan�na yerle�tirilen, 1000 ve 1600 Watt güçlerinde iki halojen lamba ile sa�lanm��t�r.

Testler, rüzgar tüneli 6 Mach h�z�nda çal��t�r�l�rken yap�lm��t�r. Bütün testlerde rüzgar tüneli ko�ullar� ayn�d�r. Bu ko�ullar, Çizelge 1’de verilmi�tir.


31

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

Çizelge 1 Rüzgar Tüneli Test Ko�ullar�

Statik Bas�nç S�cakl�k H�z Kinematik Vizkozite

1290 Pa 65 K 950 m/s 4.1 10-6 kgm2/s

Rüzgar tüneli ko�ullar� sabit tutulurken de�i�ik ko�ullarda, su kullan�larak deneyler gerçekle�tirilmi�tir. De�i�ik deneylerdeki su jeti enjeksiyon ko�ullar�, Çizelge 2’de verilmi�tir.

Çizelge 2 Testler S�ras�ndaki Su Jeti Ko�ullar� Aral�klar�

S�cakl�k H�z Enjeksiyon Çap�

Kinematik Vizkozite

Yüzey Gerilimi

20 - 50 oC 5 – 100 m/s 0.5 – 2 mm 5 10-4 –

9 10-4 kgm2/s

6.6 10-3 –

7.2 10-3 N/m

Testler s�ras�nda, Phantom V.7 marka, yüksek h�zl� kamera kullan�lm��t�r. Kamera, 64x64 çözünürlükte 160000 pps’e, 800x600 çözünürlükte ise 4800 pps’e kadar, 8-bit siyah-beyaz görüntü sa�lamaktad�r.

4. DENEY SONUÇLARI Yüksek h�zl� kamerada elde edilen görüntüler ile iki tip analiz yap�lm��t�r. Dü�ük kamera çekim h�zlar�nda elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntüler kullan�larak ak��n geneli hakk�nda bilgi elde edinilirken, yüksek kamera çekim h�zlar�nda elde edilen dü�ük çözünürlüklü görüntüler kullan�larak lokal hesaplamalar yap�lm��t�r. Bütün hesaplamalar, MATLAB yaz�l�m�nda geli�tirilen algoritmalar kullan�larak yap�lm��t�r.


32

Serbest ak�ma dik s�v� enjeksiyonu çal��malar�nda en çok incelenen konu, jetin, serbest ak�m�n içine ne kadar girdi�idir. Bu amaçla, deney verilerinden bir çok korelasyon da elde edilmi�tir. Penetrasyon hesaplamas�nda en çok kullan�lan yöntem, ard��k resimlerin piksel baz�nda standart sapmalar�n�n hesaplanmas� ile olu�an resmi incelemektir. Bu çal��ma kapsam�nda elde edilen standart sapma resmi, �ekil 2’de verilmi�tir. Yüksek h�zl� kamera ölçümlerinden; standart sapma resimleri ile penetrasyon yüksekli�i hesaplamak, tek olas� hesaplama yöntemi de�ildir. Bir di�er yöntemde de, piksellerin olas�l�k da��l�mlar� kullan�lmaktad�r ([6]). Bu yöntemde, enjeksiyon noktas�ndan belirli bir uzakl�kta, ak�ma dik pikseller ele al�nmaktad�r. Bu piksellerdeki ��k yo�unlu�u de�erinin (“Intensity”) olas�l�k da��l�m� ç�kart�lmaktad�r. Daha sonra her bir piksel için, belirli bir yo�unluk de�erini alma olas�l�� hesaplanmakta ve sonuçlar, e�de�er e�riler üzerinde gösterilmektedir. Çal��ma kapsam�nda elde edilen olas�l�k da��l�m e� e�rileri �ekil 3’te verilmi�tir. Olas�l�k da��l�m� hesaplamas�, de�i�ik pozisyonlarda yap�larak s�v�n�n ak�� ile kar��mas�n�n incelenmesinde kullan�lmaktad�r ([6]). Ancak arka plan resimleri ço�unlukla siyah renk alacaklar� için, bu piksellerin siyah renkte olma olas�l�klar� 1’e yak�n olurken s�v� parçac�klar�n�n geçti�i pikseller ise, ço�unlukla beyaz renkte olacaklar�ndan bu fark kullan�larak penetrasyon yüksekli�i de hesaplanabilir.

�imdiye kadar aç�klanan yöntemler, pikseller de yer alan ��k yo�unlu�u de�erlerinin, ard��k resimlerdeki de�erleri ile ilintilidir. Ancak hareket eden partiküllerin varl��, yan yana piksellerin de�erleri aras�nda da baz� ili�kilerin olu�mas�na zorunlu k�lmaktad�r. Ard��k resimlerde hareket eden bir nokta, noktan�n hareket h�z�yla orant�l� belirli bir süre sonra kom�u piksellerde görülece�i için, kom�u piksel noktalar�n�n kar��-korelasyonu, gecikme süresinde bir zirveye sahip olacakt�r ([10]). Zirvenin s�f�r gecikme süresinde belirmesi ise, kom�u iki pikseldeki ��k yo�unluklar�n�n zaman içerisinde, istatistiksel olarak ayn� oldu�unu belirtir. Yani ayn� parçac�k, ayn� resimde birden fazla pikselde görülmektedir. Dolay�s�yla s�f�r zirveli kar��-korelasyona sahip kom�u piksellerin varl��, o noktadan su parçac�klar�n�n geçti�ini i�aret etmektedir. Bu prensip kullan�larak, suyun geçti�i yerler ve geçen su parçalar�n�n geni�li�i hakk�nda bilgi edinilebilir. Bu amaçla, farkl� bir diyagram olu�turulmaktad�r. Enjeksiyon noktas�ndan belirli bir uzakl�kta bir nokta seçilmektedir. Bu noktada, serbest ak�ma dik pikseller incelenmekte ve her bir pikselin di�er bir piksel ile kar��-korelasyonunun zirve de�erinin yerine göre, ili�kili olup olmad�� de�erlendirilmektedir. E�er i ve j pikselleri aras�nda bir korelasyon varsa, (i,j) de�eri 1 al�nmakta, e�er korelasyon yoksa 0 al�nmaktad�r. Elde edilen (i,j) de�erleri, 1 beyaza, 0 siyaha gelecek �ekilde çizildi�inde korelasyon diyagram� elde edilmi� olur. Bu �ekilde elde edilen bir grafik, �ekil 4’te verilmi�tir. Diyagramdaki beyaz bölgeler incelenerek penetrasyon yüksekli�i hesaplanabilir.

Aç�klanan yöntemlerle elde edilen sonuçlar�n literatürde yer alan korelasyonlarla kar��la�t�r�lmas�, �ekil 5’de verilmi�tir. h penetrasyon


33

yüksekli�ini, dj enjeksiyon çap�n�, x ise enjeksiyon noktas�ndan uzakl�� belirtmektedir.

�ekil 2 Elde Edilen Standart Sapma Resmi ve Bulunan Kenarlar

�ekil 3 Olas�l�k Da��l�m� ile Hesaplanan Jet Penetrasyonu

�ekil 4 Korelasyon Grafi�i ve Ayn� Noktadaki Olas�l�k Da��l�m�


34

0 10 20 30 40 50 600

5

10

15

20

25

30

35

40

45

x/dj

h/d j

Korelasyon 4 ([7]) Korelasyon 2 ([6])

Korelasyon 3 ([6])

Korelasyon 1 ([5])

STD ile Elde Edilen

Korelasyon Grafigi ile Elde Edilen

PDFile Elde Edilen

�ekil 5 Hesaplanan Jet Penetrasyonu ve Literatürde Bulunan Korelasyonlarla

Kar��la�t�r�lmas� ( 11.1q � , 1jd � mm)

�ekil 5’te de görüldü�ü gibi, standart sapma ile penetrasyon yüksekli�i hesaplama metodu ile penetrasyon yüksekli�i, ço�u korelasyona göre daha az hesaplanm��t�r. Bunun sebebi, jetin daha yüksek noktalar�nda yer alan küçük partiküllerin, kamera taraf�ndan yeterince iyi alg�lanamamas�d�r. Zaten �ekil 5’te belirtilen korelasyonlardan, deney sonuçlar�na en yak�n olan� olan Korelasyon 1 de, standart sapma resimleri kullan�larak elde edilmi�tir ([5]). Di�er korelasyonlar ise, daha modern test ekipmanlar� olan PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) ve LDV (Laser Doppler Velocimetry) yöntemleri kullan�larak elde edilmi�tir ([6]). Bu yöntemler, daha küçük partikülleri alg�lama özelli�ine sahip olduklar� için jet penetrasyonunu da daha iyi hesaplamaktad�rlar. Ancak olas�l�k da��l�m� ve korelasyon grafi�i ile elde edilen yüksek de�erleri dikkate al�nd��nda, bu de�erlerin, daha iyi metotlarla yap�lan korelasyonlara daha yak�n sonuçlar verdi�i görülebilir. Korelasyon grafi�inin avantaj�, olas�l�k da��l�m� grafi�i ile hesaplanabilir veri elde edilemedi�i durumlarda da yükseklik hesaplamas�n�n mümkün olmas�d�r. �ekil 4’te, korelasyon grafi�i ile beraber ayn� noktadaki olas�l�k da��l�m grafi�i de verilmi�tir. Olas�l�k da��l�m grafi�i, yükseklik hesaplamas�n� mümkün k�lmayacak kadar karma��kken, korelasyon grafi�i çok daha aç�k ve anla��l�r sonuçlar vermektedir.

Resimlerin, olas�l�k da��l�m� ve standard sapma kullan�larak incelenmesi, süpersonik ak�ma jet enjeksiyonu probleminin yüksek h�zl� kamera kullan�m�yla incelenmesinde en çok kullan�lan yöntemlerdir. Ancak yüksek h�zl� kamera ile elde edilen resimlerde, ak�m�n geneline ait zamana ba�l� çok say�da bilgi bulunmaktad�r. Bu yüksek mertebedeki bilgiler kullan�larak ak�m�n geneli hakk�nda uzaysal ve zamansal bilgiler de elde edilebilir. Bu amaçla, su


35

jeti içerisindeki, su parçac�klar�n�n geçi�inin frekans� ile ilgili bilgi edinmeye yönelik bir çal��ma yap�lm��t�r.

Bu amaçla her bir piksel için, ard��k resimlerdeki ��k yo�unlu�u de�erleri kullan�larak her piksel için frekans spektrumlar� hesaplanm��t�r. Hesaplanan frekans spektrumlar�, 2 boyutludur (frekans ve buna kar��l�k gelen genlik). Bu spektrumun ak�� topolojisi içerisinde nas�l de�i�ti�i, çok önemli bir bilgidir. Bu bilgiyi ortaya ç�karmak için, her bir pikselin frekans spektrumundaki zirve de�erleri bulunmu�tur. Buna ek olarak, frekans spektrumu, e�it frekans aral�klar�na ayr�lm�� ve her bir frekans aral��na, spektrumda bir zirve de�eri olup olmamas�na göre 1 veya 0 de�eri atanm��t�r. Bu sayede her bir piksel için, frekans aral�� say�s� uzunlu�unda, ikilik sistemde bir say� hesaplanm��t�r. Bu say�, pikselin frekans spektrumundaki zirve de�erlere kar��l�k geldi�i için ayn� de�ere sahip pikseller, ayn� frekans zirvelerine sahip olacakt�r. Bu say�lar onluk sisteme çevrilip resim üzerinde gösterildi�inde, ayn� renkteki pikseller, ayn� frekans içeri�ine sahip olaca�� için, ak��n genel frekans yap�s� gözlemlenmi� olur. Enjeksiyon noktas� etraf�nda elde edilen verilerle elde edilen bu tür bir resim, �ekil 6’da verilmi�tir. Çizelge 3’te ise, �ekil 6’da yer alan de�erlerin, hangi frekans zirvelerine kar��l�k geldi�i belirtilmi�tir. Buna göre ak�mda 3 tane bask�n frekans söz konusudur. Bütün ak�mda, 133.7 Hz’lik bir frekans bulunmaktad�r. Bu frekans, bütün ak�m topolojisine yay�ld�� için “Whipping” frekans� ya da jete enjekte edilen suyun kendi frekans� olarak de�erlendirilebilir. Bunun yan� s�ra jetin serbest ak�mla birle�ti�i üst k�s�mlar�ndaki noktalarda görülen 266.4 Hz’lik frekans de�eri, jetin üzerinde olu�an yüzey vorteksleri ile, jetin gövdesinde yer alan 399 Hz’lik frekans ise jet yüzeyinden kopan su parçac�klar�n�n frekans� ile e�le�tirilebilir. Literatürde, bu tür bir hesaplama bulunmad�� için sonuçlar, do�rulanamamaktad�r.

�ekil 5 yorumlan�rken göz önünde bulundurulmas� gereken nokta, bulunan frekans de�erlerinin, partikülleri de�il, jetten kopan “parça”lar� temsil etti�idir. Ak�m çok h�zl� oldu�u için h�zl� kamera kullan�m� da yeterli olmamakta ve partiküller, poz süresi boyunca birden fazla pikselin içerisinde yer almaktad�r. Bu, partiküllerin resimde tespit edilememesine, sadece daha büyük “parça” lar�n tespit edilebilmesine neden olmaktad�r ([9]).

Frekans resminde, jet penetrasyon yükseklikleri de belirgindir. Bu diyagramlar kullan�larak hesaplanan penetrasyon yükseklikleri, korelasyon diyagramlar� ile ayn� sonucu vermektedir.

Çizelge 3. �ekil 4 için Frekans E�le�tirmesi

(X : Frekansta zirve var, - : Frekansta zirve yok)

Frekans De�eri 8 10 14

133.7 Hz X X X

266.4 Hz - - X

399 Hz - X X


36

�ekil 6. 3 Frekans Zirvesi Kullan�larak Elde Edilen Frekans Topografisi

5. SONUÇ Bu çal��mada, süpersonik bir ak�ma dik olarak s�v� enjekte edilmesi probleminin incelenmesinde yüksek h�zl� kamera kullan�m� aç�klanm��t�r. Konu kapsam�nda kullan�lan resim i�leme teknikleri aç�klanm�� ve yeni teknikler önerilmi�tir. Önerilen yeni teknikler ile elde edilen sonuçlar, literatürde benzer sonuç bulunamamas� nedeniyle tam olarak do�rulanamamaktad�r.

Geli�tirilen yöntemlerin kullan�m amac�, h�zlar�n yüksek oldu�u ortamlarda ortaya ç�kan, hareket eden bir noktan�n ayn� resim içerisinde birden fazla piksel içinde görünmesi nedeniyle olu�an, “streaking” probleminin bulundu�u resimlerden veri alabilmektir. Ancak bu etki, dpxldTv /' parametresi ile orant�l�d�r. v ([mm/sn]) lokal parçac�k h�z�n�, dpxl (mm/piksel]) piksel boyutunu, dT (sn) ise kamera poz süresini göstermektedir. Bu parametrenin ayn� ve 1’den büyük oldu�u ko�ullarda resim özellikleri de ayn� olacakt�r. Dolay�s�yla deneyler, daha dü�ük h�zl� ortamlarda yap�l�p ba�ka test ekipmanlar� ile güvenilir veriler elde edildikten sonra, sonuçlar, geli�tirilen algoritmalar�n do�rulanmas�nda kullan�labilir.

Geli�tirilen algoritmalar�n hesaplama aç�s�ndan verimi, ölçüm düzene�inin basitli�i göz önüne al�nd��nda; bu makale kapsam�nda aç�klanan yöntemlerin, özellikle yanma odas� tasar�m� ve do�rulamas� faaliyetlerinde kullan�labilece�i de�erlendirilmektedir. Ancak algoritmalar, alev incelemesi gibi benzer di�er uygulama alanlar�nda da kullan�labilir.

TE�EKKÜR Bu çal��ma, Von Karman Enstitüsü’nde 2005-2006 akademik y�l�nda tamamlanan “Diploma Course” program� kapsam�nda yap�lm��t�r. Öncelikle bu imkan� veren Von Karman Enstitüsü’ne ve finansal destek sa�layan Milli Savunma Bakanl��’na; çal��mama yak�n destek sa�layan, destek, yard�m ve


37

önerileri ile çal��maya biçim veren tez dan��manlar�m Dr. Olivier Chazot ve Sn. Cem Ozan Asma’ya ve çal��man�n temelini olu�turan laboratuar çal��malar�m� mümkün k�lan Vincent Van der Haegen, Pascal Collin, Patric Daneels ve Alain Petit’e çok te�ekkür ederim.

KAYNAKÇA [1] Margason, R. J., (1993), “Fifty years of Jet in a crossflow research,” Computational and Experimental Assessment of Jets in Cross Flow, AGARD-CP-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)


38


39

A�IR S�LAH MÜH�MMATININ ÖMÜR DEVR� TAK�B�NDE RADYO FREKANS �LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJ�LER�N�N UYGULANAB�L�RL��

Cengiz TAVUKÇUO�LU (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 çal��mada Türk Silahl� Kuvvetleri’ndeki TSK a��r silah mühimmat�n�n ömür devri içerisinde envanter takibi için Radyo Frekans� ile Tan�mlama (RFID) teknolojisinin kullan�lmas� incelenmi�tir. Projede; mühimmat�n üreticiden teslim al�nmas�ndan itibaren, ana depolara teslimi, kullan�c� birliklere gönderilmesi, cephanelikte depolanmas� ve çe�itli yer de�i�tirme a�amalar�nda izlenmesi gibi lojistik tedarik zinciri içerisindeki hareketleri sorgulanm��t�r. Makalede mühimmat takibinde RFID etiketlerinin kullan�m� ile insan unsurunun ortadan kald�r�lmas� ve envanter takibinin otomatik olarak yap�lmas� incelenmi�tir. Ülkemizde mühimmat takibinde henüz kullan�lmayan bu sistemin di�er ülke ordular�ndaki kullan�m� ve bu konuda yap�lan ara�t�rmalar incelenmi�tir. Daha önceki bir ara�t�rmada elde edilen, mühimmat envanter takibinin de�i�ik yöntemlerle sürdürüldü�ü sistemlere ait maliyet kar��la�t�rma sonuçlar� yorumlanm��t�r. Ara�t�rma sonucunda RFID etiketlerinin kullan�lmas�n�n envanter maliyetini art�raca�� genel görü�ünün aksine özellikle insan gücü maliyetinin ortadan kald�r�lmas�yla RFID teknolojisinin maliyetleri büyük oranda dü�ürece�i görülmü�tür. Ayr�ca insan gücünün mühimmat takip ve kontrolünden ç�kar�lmas�yla envanter say�m�nda ve kay�tlarda olu�abilecek hatalar� ortadan kald�rd�� görülmü�tür.

Anahtar Kelimeler: RFID , Envanter Takibi, A��r 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


40

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. G�R�� Bilinen insanl�k tarihi içerisinde bronz ça��ndan nükleer ça�a kadar askeri liderler hep ayn� sorunla kar�� kar��ya gelmi�lerdir. Etkin kararlar verebilmek için yeterli bilgiye nas�l ula��l�r ve bu kararlar�n arazideki birlikler taraf�ndan uygulanmas� nas�l sa�lan�r [1]? Bir kez ev ta��m�� olan herkes, ta��n�rken ve ta��nd�ktan sonra hangi e�yan�n hangi kutu içerisinde bulundu�unu bilmenin önemini anlam��t�r. Günümüzde siyasi ve askeri geli�melere ba�l� olarak sürekli hareket halinde olan ordular da ayn� problemle kar�� kar��yad�rlar : Hangi malzeme nereye? 1990-91 y�llar�nda Körfez Sava��’nda Amerikan ordusu Kuveyt i�galine kar�� koymak için bölgeye intikalinde, yiyecek, giysi, silah, mühimmat ve teçhizat ta��yan 40.000 konteyn�rdan en az 25.000’ini indirme yerinde açarak malzemeleri manuel olarak tekrar listelemek zorunda kalm��t�r. Hiç kimse bu konteyn�rlar�n içerisinde ne oldu�unu bilmedi�i gibi gerekli malzemeler bulunamad�� için ihtiyaç duyulan malzemeden daha fazla bir miktar bölgeye sevk edilmi�, bu da durumun daha kötüle�mesine yol açm��t�r [2]. Söz konusu sava�ta Amerikan birliklerinin tüm lojisti�inden sorumlu General William G. Pagonis bu durumu �u sözlerle aç�klam��t�r: “ Çok say�da kar��k yüke ve tan�mlanmayan konteyn�rlara sahiptik. Ta��nan mallar�n listesi konteyn�rlar�n içinde ne oldu�uyla her zaman uyu�muyordu. 41.000 konteyn�rdan yakla��k 28.000’ini limanda aç�p içlerinde ne var diye bakmak zorunda kald�k. Sadece içindekilerin %10’u ileri hat birliklerine, geri kalan %90’� liman yak�n�ndaki birliklere ait olan birçok konteyn�rla çöle do�ru 2000 mil ilerledik” [3]. Pentagon bu durumu Genel Malzeme Takibi (Total Asset Visibility-TAV) yöntemiyle düzeltmeye çal��m��t�r. Bu yöntem basit olarak; hangi malzemeye sahip oldu�unuzu ve bunlar�n nerede oldu�unu güncel olarak bilmektir. Bu strateji, muharebe alan�nda oldu�u kadar bar�� ortam�nda da çözümler geli�tirmeye yard�m etmektedir [2].


41

Ülkemizin yer ald�� co�rafyada savunma ihtiyac� ve buna ba�l� harcamalar sürekli bir art�� içerisindedir. Bu art�� ülkemizin k�s�tl� kaynaklar�ndan pay ay�rd��m�z savunma giderlerinin etkin ve verimli bir �ekilde kullan�lmas�n� zorunlu k�lmaktad�r. Bu nedenle, ülke savunmas�nda kullan�lan a��r silah mühimmat�n�n ömür devrindeki takibi stratejik öneme sahiptir. Mühimmat bilgilerine, tedarik a�amas�ndan, depolama ve tüketime kadar sürekli ihtiyaç duyulmaktad�r. Mühimmatlar�n kullan�m�nda, ilk giren ilk ç�kar FIFO (First In First Out) prensibine uyulmas� ve mühimmat�n ömür devri içerisinde kullan�lmas� gerekmektedir. Bu nedenle stoklanan mühimmat�n takibi zorunludur. Mühimmat�n sürekli takip ve kontrol alt�nda bulundurulmas� için sürekli bir bilgi ak��na ihtiyaç vard�r. Bu süreç içerisinde Radyo Frekans ile Tan�ma (RFID) sisteminin kullan�lmas� etkinli�i art�racak bir yöntem olarak de�erlendirilmektedir. 2. RFID S�STEM� 2.1 Otomatik Tan�mlama Sistemi Otomatik tan�mlama; nesneleri belirlemeyi sa�layan teknolojilere verilen genel bir add�r. Otomatik tan�mlama genellikle otomatik veri toplama ile birlikte tan�mlan�r. Bu da varl�klar� tan�mlamak, onlar hakk�nda bilgi toplamak ve toplanan bu veriyi el ile saymadan bilgisayar sisteminde tutmak için kullan�l�r. Otomatik tan�mlama sistemlerinin amac� verimlili�i artt�rmak, veri giri� hatalar�n� azaltmak, personeli el ile yap�lan sayma i�leminin d��nda daha kayda de�er i�lerde kullanmakt�r. Otomatik tan�mlama sistemi olarak birçok teknoloji bulunmaktad�r. Bunlar; barkodlar, ak�ll� kartlar, sesli tan�mlama, biyometrikler, optik karakter tan�mlama ve radyo frekansl� tan�mlamad�r [5]. 2.2. RFID nedir? “Radyo Frekans� ile Tan�mlama” (RFID), barkodlar�n yerini alacak bir teknoloji olarak kar��m�za ç�kmaktad�r. Süpermarket ürünlerinden baz� canl�lar�n takibi için vücutlar�na kadar her türlü fiziksel maddeyi etiketlemek için kullan�labilir. Bu maddelerin tümünün takip edilip say�labilmesi i�lemini kolayla�t�raca�� gibi her türlü güvenlik ve kontrol sistemlerinde uygulama alan� vard�r. Günlük hayat�m�z�n vazgeçilmez bir parças� olmaya aday devrimsel nitelikte bir teknoloji olarak dünya pazar�ndaki yerini süratle almaktad�r [5]. Etiketler (�ekil 1) yonga, anten ve kaplama olmak üzere üç bölümden olu�ur. Yonga, etiketin üzerinde bulundu�u nesne hakk�nda bilgi ta��r. Anten, radyo dalgalar� kullanarak okuyucuya bilgi gönderir. Kaplama, etiketin nesne üzerine yerle�tirilebilmesi için yonga ve anteni çevreler [6].


42

�ekil 1 RFID etiket örne�i [5].

Etiketler aktif, yar�-aktif veya pasif olabilirler. Aktif RFID etiketleri bir verici ve bir güç kayna��na sahiptir. Güç kayna�� mikroçipin devrelerini harekete geçirerek, okuyucuya (reader) sinyal gönderilmesini sa�lar (Cep telefonunun baz istasyonuna sinyal göndermesi gibi). Pasif etiketler güç kayna��na sahip de�ildir. Elektromanyetik dalgalar göndererek etiketin antenini uyaran okuyucudan güç al�rlar. Yar� aktif etiketler ise çipin devrelerini harekete geçirmek için güç kayna�� kullan�rken, ileti�im kurmak için okuyucudan uyar� al�rlar. Aktif ve yar� aktif etiketler uzun aral�klarla takip edilmesi gereken tren vagonlar� gibi yüksek de�erli varl�klar için kullan�l�rlar, ancak pasif etiketlerden daha pahal�d�rlar ve dü�ük de�erli varl�klarda kullan�lamazlar. Bugün aktif etiketleri daha ucuza mal etmek için çal��malar sürdürülmektedir [7]. 2.3. RFID tarihçesi ve uygulama alanlar� RFID teknolojisi, ilk olarak 2. Dünya sava�� s�ras�nda �ngiliz hava kuvvetleri taraf�ndan FOE (friend or enemy) uygulamas� ile kendi uçaklar�n� dü�man uçaklar�ndan ay�rt etmek amac� ile kullan�lmaya ba�lanm��t�r. RFID teknolojisi 1970’li y�llardan sonra firmalar�n yo�un çabalar� ve ara�t�rma–geli�tirme faaliyetleri sonucunda di�er sektörlerde de kullan�lmaya ba�lanm�� ve ilk olarak hayvanc�l�k sektöründe kom�u çiftliklerde bulunan hayvanlar�n birbirine kar��mas�n� önlemek amac� ile kullan�lm��t�r.1980’li y�llarda ürün ve e�yalar�n içine girmeye ba�layan RFID’in 1990’larda ticari amaçl� kullan�lmas� h�z kazanm�� ve mikroçipler ürünlere yerle�tirilerek, fiziksel kontak yerine ürün kimliklerinin radyo dalgalarla okunabilece�i bir sistem olu�turulmu�tur [5].

Yonga

Kaplama

Anten


43

3. A�IR S�LAH MÜH�MMATININ ÖMÜR DEVR� TAK�B�NDE RADYO FREKANS �LE TANIMA (RFID) TEKNOLOJ�LER�N�N KULLANIM ESASLARI 3.1. RFID Teknolojisine duyulan ihtiyaç Envanter takibinde RFID teknolojisinin kullan�lmas� ile tedarik zinciri yönetiminde etkinlik ve verimlilik konusunda olumlu f�rsatlar ortaya ç�kacakt�r. Uygulamalar, tedarik zincirindeki (son kullan�c�lar, raf stok görüntüleme, çal�nan veya eksilen malzeme kontrolü, otomatik perakende sorgulamas� ) kalite kontrolünü, depo yönetimini ve ta��may� kapsamaktad�r [8]. Örne�in ta��nan malzeme miktar�n�n envanterini fiziksel olarak ç�karma yerine, taray�c�lar malzemeye tak�lan RFID etiketlerinden verileri okuyabilir ve bu verileri depo ve ambarlardaki bilgisayarlara yükleyebilirler. Yetkili kullan�c�lar bilgisayar veri taban�ndan bilgilere ula�arak lojistik kararlar verebilirler [9]. �lk etapta, maddi de�eri dü�ük ancak hayati öneme sahip piyade tüfe�i mermisi veya bölge savunmas� için kullan�lan el bombalar� gibi mühimmatlar için pahal� RFID etiketleri kullanmak gerekli olmayabilir. Bunlar için, �imdilik barkod sisteminin yeterli olaca�� öngörülmektedir [10]. Silahl� Kuvvetlerde a��r silah mühimmat�n�n envanter takip i�lemleri titizlikle yürütülmesi gereken bir konudur ve etkin kararlar verebilmek için envanter say�m� sürekli güncel tutulmal�d�r. Mevcut durumda mühimmat stoklar�n�n takip ve kontrolü insan gücü kullan�larak el ile yap�lmaktad�r. Uzun sürede yap�lan envanter say�m�, el ile ka��t formlara kaydedilmekte ve daha sonra bu formlar dosyalanmaktad�r. Depodaki mühimmat giri� ve ç�k��lar� kaydedilmesine kar��l�k, bu de�i�imler sonucu olu�an yeni envanterin say�m� do�al olarak uzun zaman almaktad�r. 3.1.1. Mevcut mühimmat takibinde ya�an�lan sorunlar Mevcut envanter takip uygulamalar�nda baz� sorunlarla kar��la��lmaktad�r. Bunlar� �u �ekilde özetleyebiliriz: Uygulaman�n her a�amas� el ile yap�ld��ndan personele ba�l� hata yapma olas�l�� yükselmekte, hata durumunda yap�ld��nda ise bütün mevcutlar�n tekrar say�lmas� gerekmekte, bu da zaman kayb�na yol açmaktad�r [11]. Görevli personel taraf�ndan say�m i�lemlerinde de�i�ik yöntemler kullan�lmakta, bu da kuvvetler aras�, kuvvet içi envanter ç�karmada ve güncellemede sorunlar�n ya�anmas�na yol açmaktad�r.


44

Say�mla görevli personelin de�i�mesi veya izin, istirahat vb. nedenlerle birlik d��nda olmas� durumunda sa�l�kl� veriye ula�mada ve güncellemelerde uzun zamana ihtiyaç duyulmaktad�r. Mühimmat depolar�ndan ani malzeme ç�k�� giri�leri, malzemenin birlikler aras� veya birlik içi yer de�i�tirmesi, çe�itli nedenlerle eksilen malzemenin anl�k tespiti, zimmet devir teslimi vb. faaliyetler insan unsuru ile yerine getirildi�inden kesin verilere sürekli sahip olmak zorla�maktad�r. 3.1.2. RFID kapasitesi ve faydalar� Yukar�daki aç�klamalar�n ��nda a��r mühimmat takibinde RFID teknolojisi ile ilgili kapasite ve uygulama faydalar�n� a�a��daki tabloda görebiliriz.

, Tablo 1 RFID Kapasitesi ve Faydalar� [12].

KAPAS�TE RFID TEKNOLOJ�S� UYGULAMANIN FAYDASI

Gözle kontrole gerek kalmadan malzemeyi tan�ma

Okuyucu ve etiketler aras�nda kullan�lan radyo sinyalleri barkod gibi optik teknolojilerin zorlanabilece�i nesnelerden kolayl�kla geçebilir.

Okuyucu ve RFID etiketi aras�nda tan�mlanan insanlar�, maddeleri, hatta bir nesneyi te�his edebilirsiniz.

Verileri etiketten okuma / etikete yazma imkan�

Ço�u RFID üretim hatlar� içerikleri etiket okunurken e� zamanl� olarak güncellenebilen baz� modelleri kapsar. Pasif etiketler, genellikle yaz�labildi�inden daha uzun bir mesafeden okunabilir.

Bir nesne ta��ma hatt�nda ilerken, okuma/yazma özelli�i olan RFID etiketine yüklenen rota ve var�� yeri bilgilerini otomatik olarak de�i�tirebilirsiniz.

Grup okuma imkan�

Uygun bilginin etikete yüklenmesiyle, bir okuyucuda bilgileri mevcut olan birçok etiket ayn� anda okunabilir.

��letmenin amac�na göre ayn� anda birden fazla malzemeyi okuyabilecek bir sistem imkan� tan�r.

3.2. RFID Teknolojisinin Uygulanmas� [11]. Silahl� kuvvetler taraf�ndan, üreticilerden veya yüklenicilerden teslim al�nan mühimmatlar, ana depolarda görevli personel taraf�ndan, kodlanacak olan gerekli bilgiler yer numaras�n� da içerecek �ekilde yüklenerek RFID etiketleri ile etiketlenerek depolan�r. Depo personelinin veri ak�� için el terminali kullanmas� zorunludur. Kullan�c� birliklere sevk edilinceye kadar yükleme yerinde depolanan malzemelere ait RFID etiketleri yükleme öncesi tekrar el terminali ile taranarak bilgilerin yükleme yerindeki sisteme aktar�lmas� ve verilerin güncellenmesi sa�lan�r.


45

Kullan�c� birlik ikmal sorumlusu, mühimmat kullan�c� birliklere sevk edilmek üzere araçlara, uçaklara vb. ta��ma vas�talar�na yüklenirken, yüklendi�i ula�t�rma vas�tas� bilgisini de içeren taranm�� malzeme etiketlerine ait detayl� bilgileri ve miktarlar� sisteme girerek güncellenmeyi sa�lam�� olur. Yer de�i�tiren malzemelere ait bilgilerin sistematik bir �ekilde güncellenmesi kullan�c�ya ta��man�n de�i�ik safhalar�nda malzemeler için bir ku� bak�� imkan� sa�lar. Ana sistem de�i�ik bölgelerde bulunan birliklerdeki malzeme bilgilerine sahiptir. Böylece sistemi kullanan personel bilgisayar a��nda bir birli�in mühimmat miktar�n�, birlik içi da��t�m�n� ve birliklerin depo miktarlar�n� görebilmektedir. RFID sisteminde, mevcut verilerde uyu�mazl�klar olu�tu�unda depo personeli fiziksel olarak envanter kontrolü yapar. Sorumlu personel taraf�ndan depo, yükleme yeri ve kullan�c� birliklerdeki mevcut bütün malzemeler el terminalleri ile taran�r. Mevcut envanter bilgileri tarad��nda, depo personeli el terminalini sistemde senkronize ederek malzemelere ait verileri günceller. Sistem malzemelere ait toplanan ve sistemde mevcut olan verileri kar��la�t�r�r ve bir rapor haz�rlar. Mühimmata ait verilerin anl�k olarak takibiyle, kullan�c�lar veya komuta makamlar� bu verileri de�i�ik amaçlar için etkin bir �ekilde kullanabilir. 3.3. RFID Teknolojisi ile Bu Teknoloji Kullan�lmadan Yap�lan Mühimmat Takip Sisteminin Kar��la�t�r�lmas� [13]. ABD Hava Kuvvetlerinde kullan�lan ak�ll� mühimmatlar�n genel envanter takip ve kontrol maliyetini belirleme için bir çal��ma yap�lm��t�r. Tablo-2’de envanter takibi için kullan�lan dört metodun y�ll�k maliyetleri hesaplanm��t�r. �lk metod herhangi bir otomatik tan�ma sistemi kullan�lmadan sadece insan gücü ile yap�lan envanter maliyetini göstermektedir. Bu metod her bir birlik için y�ll�k 28 insan gücüne ihtiyaç duymakta ve 1,68 milyon dolarl�k (28 X 60150 dolar) bir maliyet gerektirmektedir. �kinci metod barkod sistemini kullanmaktad�r. Bu sistem her bir birlik için y�ll�k 16 insan gücüne ihtiyaç duymakta ve buna ek olarak 140 bin dolarl�k bir yaz�l�m maliyeti, toplamda da 1,1 milyon dolarl�k bir maliyet gerektirmektedir. Üçüncü ve dördüncü metodlarda ise RFID teknolojisi kullan�lmaktad�r. Bu iki metod aras�ndaki tek fark sistemin sabit veya mobil olarak kurulmas�d�r. Mobil metod sabite göre iki kat daha fazla bir maliyet gerektirse de, bu sistemin tamamen mobil olmas�ndan kaynaklanan faydan�n daha yüksek oldu�u de�erlendirilmektedir.


46

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

4. SONUÇ Mevcut insan gücü veya barkod sistemi ile yap�lan a��r mühimmat takibinde ba�ar� sa�laman�n zor oldu�u de�erlendirilmektedir. Bu nedenle istenilen sonuçlar� elde etmek için en uygun otomatik tan�ma sistemi RFID teknolojisidir. �lk bak�ld��nda a��r mühimmat�n RFID teknolojisi ile takibi pahal� gözükse de mühimmat takibinin barkod veya direkt insan gücü ile yap�ld�� sistemlerde sakl� olan insan gücü maliyeti her birlik için y�ll�k üç kat daha fazla maliyet do�urmaktad�r. Özellikle a��r mühimmat gibi maliyeti ve etkinli�i yüksek, ancak ihtiyaç duyulan kullan�m miktar� dü�ük ordu mal� için RFID teknolojisinin kullan�lmas�, insan gücünün envanter takibinde minimum seviyeye indirilmesi, di�er maliyeti dü�ük teçhizat ve mühimmat için barkodlama sisteminin kullan�lmas�n�n uygun olaca�� de�erlendirilmektedir. Mevcut RFID teknolojileri ile etiketleri okuma mesafesinin s�n�rl� olmas� (maksimum 100m) nedeniyle, at�lan mühimmat�n hedefe kadar olan hareketini bu sistemle takip etmek mümkün de�ildir. RFID teknolojisinin geli�mesi ve etiket okuma mesafesinin art�r�lmas�yla mühimmat�n hedefe kadar olan hareketinin uydu sistemi arac�l�� ile izlenmesinin sa�lanabilece�i de�erlendirilmektedir. 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 eri�ildi.

[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 eri�ildi.

[3] Paponis, W.G. (2002). Da�lar� Yürütmek. Ankara. K.K.Bas�mevi. s119.

Otomatik Tan�mlama Sistemi

Har

eket

li S

iste

mle

r

�nsa

n gü

cü

�nsa

n gü

cü

Mal

iyet

i

Yaz

�l�m

M

ikta

r�

Yaz

�l�m

M

aliy

eti

Topl

am

Mal

iyet

Bir otomatik tan�ma sistemi kullanmadan EVET 28 1,68 $ - - 1,68 $

Barkod ile HAYIR 16 0,96 $ 20 0,14 $ 1,10 $ RFID (Sabit sistem) HAYIR - - 250 0,25 $ 0,25 $ RFID (Mobil sistem) EVET - - 100 0,50 $ 0,50 $


47

[4] Otomatik Tan�mlama Sistemi. (Çevrim içi) 9 Ocak 2008 tarihinde, (http://www2.itu.edu.tr/~altuger/Dersler/IML322_files/Documents/OtomatikTanimlamaSistemleri.pdf) adresinden eri�ildi.

[5] RFID Hakk�nda. (Çevrim içi) 2 Ocak 2008 tarihinde, (http://www.pronis.com/ kb_rfid_1.asp ) adresinden eri�ildi.

[6] RFID etiketleri. (Çevrim içi) 11 Ocak 2008 tarihinde, (http://www.epcglobaltr. org/ images/rfid_etiketi.JPG ) adresinden eri�ildi.

[7] Pasif ve aktif RFID etiketleri. (Çevrim içi) 5 Ocak 2008 tarihinde, (http://www.rfidturkey.com/web/index.php?do=questions/start) adresinden eri�ildi.

[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 eri�ildi.

[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 eri�ildi.

[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 eri�ildi.

[11] Ammunitions Inventory Management System. RFID Tracking. (Çevrimiçi) 10 Ocak 2008 tarihinde, www.autoscan.biz/images/PDF/Ammo%20Inventory %20.pdf ) adresinden eri�ildi.

[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 eri�ildi.

[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 eri�ildi.


48


49

REAKT�F TABLET KULLANILAN ZIRH S�STEMLER�N�N ÇUKUR �MLA JET� DELME DER�NL��NE ETK�LER�

Nüket KOL (a), R. Orhan YILDIRIM (b)

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

ÖZET Bu çal��mada, bir metal plaka ve arkas�ndaki ince bir patlay�c� tabakas�ndan olu�an reaktif tabletin, küçük kalibreli bir çukur imla mühimmat�n�n olu�turdu�u jetin delme derinli�ine olan etkisi ara�t�r�lm��t�r. Ana z�rh üzerine do�rudan yerle�tirilen belirli bir reaktif tablet konfigurasyonu kullan�lm��t�r. Çukur imla ile ana z�rh aras�ndaki ara mesafe sabit tutularak, NATO aç�s�n�n delme derinli�ine olan etkileri deneysel olarak incelenmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Çukur �mla, Çukur �mla Jeti, Reaktif Tablet, Penetrasyon, Patlay�c� Reaktif Z�rh.

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. G�R�� Kal�n z�rhlar�n etkisizle�tirilmesinde yüksek miktarda patlay�c� içeren mühimmatlar ile kinetik enerjili ve kimyasal enerjili mühimmatlar kullan�lmaktad�r. Yüksek patlay�c� içeren mühimmatlar genellikle z�rh� deforme ederek ve arka k�sm�ndan parça kopmalar�na sebep olarak z�rh sistemine etki etmektedir. Kinetik enerjili mühimmatlar ise sahip olduklar� yüksek h�z ve yo�unluk nedeniyle birkaç santimetre çap�ndaki alana yüksek bir enerji yo�unla�mas�n� sa�layarak z�rh�n delinmesinde kullan�lmaktad�r. Ancak bu mühimmat�n istenilen yüksek h�zlara ula�abilmesi için yüksek kalibreli namlulardan sabotlu mermi olarak at�lmas� gerekmektedir. Kal�n z�rhlar�n


50

delinerek imha edilmesinde etkili yöntemlerden biri de kimyasal enerjili mühimmatlar�n kullan�lmas�d�r. Çukur imlal� bu mühimmatlar�n z�rha çarp�� h�z� çok önemli olmad��ndan harp ba�l�� omuzdan at�lan ve hedefe göreceli olarak dü�ük h�zda çarpan füze sistemleri ile de hedefe sevk edilebilmektedir.

Çukur imlal� bir harp ba�l��, yüksek yo�unluklu metalden yap�lan bir konik astar, bir silindirik k�l�f ve ikisi aras�na doldurulmu� yüksek patlay�c�dan olu�ur. Hedefe sevk edilen çukur imla mühimmat� hedefe ara mesafe denilen belirli bir uzakl�kta aktive edilir. Bu ara mesafe genellikle konik astar�n taban çap�n�n 4 - 6 kat� civar�ndad�r [1, 2]. �ekil 1’de tipik bir çukur imla harp ba�l��n�n kesiti ve ana parçalar� �ematik olarak gösterilmi�tir.

�ekil 1. Çukur �mla Parçalar�

Çukur imla mühimmat�n�n kal�n z�rh sistemlerine kar�� etkili olmas�, içindeki patlay�c�n�n bir fünye taraf�ndan ate�lenmesi ile konik astar�n jet formunu almas� sa�lan�r. Silindirik k�l�f içinde olu�an bas�nç dalgas� astar�n konik yüzeyine büyük bir bas�nç uygulayarak astar malzemesini koni eksenine do�ru büyük bir h�zla iter. Koni ekseninde çarp��an astar malzemesi akma dayan�m�n�n çok üzerinde bir bas�nca maruz kald��ndan kat� özelli�ini yitirerek ak��kan gibi davranmaya ba�lar. Bu �ekilde eksende çarp��an astar malzemesi koninin ekseni boyunca yüksek h�zl� bir jet olu�turur. Jetin uc k�sm� 6-8 km/s’lik h�zla ilerlerken, jetin kuyruk k�sm� göreceli olarak daha dü�ük bir h�zla (2-3 km/s) uc k�sm�n� takip eder. Bu durum çukur imla jetinin ileriye do�ru hareketi s�ras�nda uzamas�na neden olur.

Belirli bir uzunlu�a eri�en çukur imla jeti, ana z�rha çarpt��nda çok küçük bir alanda çok yüksek gerilmeler olu�turdu�undan z�rh� delmeye ba�lar. Ana z�rh üzerinde jetin çarpt�� noktada olu�an bas�nç genelde ana z�rh malzemesinin (örne�in RHA çeli�inin) mukavemet de�erinin çok üzerinde olmas� nedeniyle jet ve z�rh malzemeleri çarp��ma bölgesinde ak��kan gibi davran�� gösterir.


51

Jetin delme derinli�i konik astar�n taban� ile ana z�rh aras�ndaki mesafe ile ili�kilidir. Öyle ki, delme derinli�i ara mesafe olarak adland�r�lan bu mesafe art�r�ld�kça artar ve belirli bir de�erde maksimuma ula��r. Maksimum de�erin elde edildi�i mesafe, optimum ara mesafesi olarak adland�r�l�r. Çukur imlan�n, ana z�rha optimum ara mesafesinden daha dü�ük veya daha yüksek bir mesafeden ate�lenmesi durumunda hedefdeki delinme miktar�nda dü�ü� gözlenir.

Jetin sabit olmayan ve kuyru�undan ucuna kadar artan h�z bile�eni, jetin gittikçe uzamas�na neden olur. Bu nedenle, jet belirli bir uzunlu�a eri�tikten sonra, düzenli olarak daha fazla uzayamayaca��ndan, eksenel yönde kopmalar olu�ur. Patikülasyon olarak adland�r�lan bu parçalanma sonucu jet delme etkisini k�smen yitirmeye ba�lar. Bu nedenle partikülasyonun olu�maya ba�lamadan hemen önceki konumuna yerle�tirilen ana z�rh ile çukur imlan�n ilk pozisyonu aras�ndaki mesafesi optimum ara mesafesini verir.

�lk kez Birkoff, McDoughall, Pugh ve Taylor sabit h�zl� bir jet için hedefin malzeme mukavemetini ve viskozitesini ihmal ederek, jetin delme derinli�ini hidrodinamik teori ile aç�klam��lard�r [3]. Daha sonra model, jetin uzunlu�u boyunca do�rusal olarak de�i�en h�z� dü�ünülerek yeniden düzenlenmi�tir [4]. Zaman içinde Bernoulli prensibini ya da uzun çubuk delme modellerini baz alan, jet ve hedef mukavemetleri ile s�k��t�r�labilme etkilerini, partikülasyon sonucunda jetin kopma ve saç�lma etkilerini hesaba katan ba�ka modeller de sunulmu�tur [5].

2. PATLAYICILI REAKT�F ZIRH S�STEMLER� Çukur imla jetinin ana z�rh� delip geçmesinin önlenebilmesi, daha kal�n z�rh blo�u kullan�lmas� ile veya jeti deforme edecek di�er ba�ka sistemlerin uygulanmas� ile mümkün olmaktad�r. Kal�n monoblok ana z�rh ile korunan araçlar�n a��rl�klar� da artaca��ndan, arac�n hareket kabiliyeti olumsuz yönde etkilenir. Bu amaçla çukur imla jetinin delme kabiliyetini önemli ölçüde azaltan reaktif patlay�c�l� z�rh sistemleri geli�tirilmi�tir [6].

Patlay�c�l� reaktif z�rh (ERA) sistemi çukur imla jetinin hareket do�rultusuna göre e�ik olarak ana z�rh�n üzerine yerle�tirilmektedir. ERA sistemleri genellikle ince metal plaka veya plakalardan ve bu plakalar� harekete geçiren tabaka �eklindeki patlay�c�lardan olu�maktad�r. Genellikle çukur imla jetinin delme etkinli�ini büyük ölçüde azaltma kabiliyetlerinden dolay� bu çe�it mühimmatlara kar�� bir çe�it add-on hafif z�rh sistemi olarak kullan�labilmektedir [7].

Patlay�c�l� reaktif z�rhlarda, ön ve arka plaka olarak adland�r�lan, patlay�c� madde ile temasta olan ve patlay�c�n�n aktive olmas� ile jete do�ru havalanan ince metal plakalar jetin uçu� rotas�nda sürekli olarak delinmesi gereken birer engele dönü�ürler. Jet ekseni ile kesi�ecek �ekilde hareket eden plakalar ile çukur imla jetinin sürekli etkile�imi jeti havada durdurmaya yetmese de jetin büyük bir k�sm�n�n rotas�ndan sapmas�na ve saç�lmas�na neden olur [7]. Bu


52

etkile�imden sonra ana z�rha eri�ebilen jet parçalar� delme kabiliyetini önemli ölçüde yitirir.

Reaktif tablet ana z�rh yüzeyinin üzerine do�rudan yerle�tirilen ince bir tabaka patlay�c� ve onun üzerine konan metal plakadan olu�ur. Ancak burada önemli olan reaktif tablet sisteminin dolay�s�yla ana z�rh yüzeyinin çukur imla jeti do�rultusuyla aç� yapacak �ekilde konumland�r�lmas�d�r. Bu durumda çukur imla jetinin aktive etti�i patlay�c� hemen üzerine yerle�tirilmi� bulunan ince metal plakay� di�er ERA sistemlerinde oldu�u gibi ivmelendirerek, jet ile etkile�ime girmesini ve jetin delme etkinli�inin azalt�lmas�n� sa�lar.

Reaktif tablet sisteminin performans� jet ile ön plakan�n normali aras�ndaki NATO aç�s� olarak adland�r�lan aç�ya, hareketli plakan�n h�z�na, malzemesine ve geometrisine, ana z�rh ile çukur imla koni taban� aras�ndaki ara mesafeye ba�l�d�r.

Bu çal��mada reaktif tabletin NATO aç�s�n�n çukur imla jetinin delme derinli�ine olan etkisi deneysel olarak ara�t�r�lm��t�r. Reaktif tablet konfigürasyonu, ara mesafesi, çukur imla ve ana z�rhla ilgili bütün parametreler sabit tutularak sadece NATO aç�s� 0°,15°, 30°, 45°, 60° olarak de�i�tirilmi�tir.

3. DENEYSEL ÇALI�MA 3.1 Deney Düzene�i Deneylerde küçük çapl� bir çukur imla mühimmat� kullan�lm��t�r.

Ana z�rh olarak AISI 1016 malzemesinden 300 mm x 100 mm x 50 mm boyutlar�nda monoblok parçalar haz�rlanm��t�r. �lk önce çukur imlan�n belirlenen ara mesafede ve reaktif tablet kullanmadan ana z�rh� ne kadar deldi�i yap�lan deneyle belirlenmi�tir.

Reaktif tabletli deneylere geçildi�inde, yakla��k 30 g a��rl��nda Kompozit C4 patlay�c�n�n do�rudan monoblo�un 50 mm x 300 mm’lik yüzeyine 3 mm kal�nl��nda olacak �ekilde yerle�tirilmi�tir. St 37 malzemesinden haz�rlanan 150 mm x 50 mm x 3 mm boyutlar�ndaki plakalar do�rudan patlay�c�n�n üzerine yerle�tirilerek z�rh bloklar� ile temas halinde olan reaktif tabletler olu�turulmu�tur. Test edilen NATO aç�s� �ekil 2’de gösterilen düzenekler kullan�larak sa�lanm��t�r. Çukur imla mühimmat�n�n reaktif tabletli ana z�rha göre olan pozisyonu, mühimmat�n ekseninin reaktif tabletin ön plakas�n�n orta noktas� ile kesi�ecek �ekilde ayarlanm��t�r. Çe�itli düzenekler kullan�larak, çukur imlan�n farkl� NATO aç�lar�nda ate�lenebilmesi sa�lanm��t�r. Bütün testler çukur imla mühimmat�n�n elektrikli fünye ile aktive edilerek sabit ara mesafesinden ana z�rha ate�lenmesi ile gerçekle�tirilmi�tir.

Bütün deneyler, MKE Barutsan Roket ve Patlay�c� Fabrikas�’na ait poligonda EOD (patlay�c� malzeme imha - explosive ordnance disposal) timlerince gerekli tüm emniyet ko�ullar� al�narak gerçekle�tirilmi�tir. Bu �ekilde poligonda


53

patlama sonucunda ortaya ç�kan parçac�klar�n ve olu�an bas�nc�n çevreye zarar vermesi önlenmi�tir.

Bu seri deneylerin tamamlanmas�ndan sonra delme derinliklerinin bulunabilmesi için monobloklar, jetin olu�turdu�u delik eksenleri boyunca kesilmi� ve delme derinlikleri ölçülmü�tür. Delik dibine biriken çukur imla malzemesi de dikkate al�narak toplam delme derinli�i ölçülmü�tür.

�ekil 2. Test Düzene�i

3.2 Deneysel Veriler Deneysel çal��mada ara mesafe olarak 177 mm al�nm��t�r. Bu de�er daha önce yap�lm�� bir çal��madan al�nm��t�r [8]. Söz konusu çal��mada yap�lan say�sal hesaplar 177 mm’ye kadar jetin uzad��n� ancak jet partikülasyonunun bu mesafeden sonra gerçekle�ti�ini göstermi�tir.

Deneysel çal��mada 177 mm mesafeye yerle�tirilmi� çukur imla, reaktif tablet kullan�lmadan ana z�rh yüzey normali ile 0° aç� yapacak �ekilde ate�lenerek maksimum delme derinli�i 140 mm olarak elde edilmi�tir. Deney yine ayn� ko�ullarda ancak reaktif tablet kullan�larak tekrar edilmi� ve delme derinli�i 127 mm olarak bulunmu�tur. Bu aç�da (0° NATO aç�s�) patlay�c�n�n ve uçan plakan�n etkisinin marjinal oldu�u anla��lmaktad�r. Bunun sebebi, uçan plakada sadece küçük bir deli�in delinmesine ve uçu� halindeki plakan�n jeti rahats�z etmemesine ba�lanabilir.

Reaktif tablet yerle�tirilmi� ana z�rha yap�lan at��larda NATO aç�lar� 15° ile 60° aras�nda seçilerek deneyler gerçekle�tirilmi�tir. Deney sonras�nda ana z�rhlar�n delik eksenleri do�rultusunda kesilmesi ile ölçülen delme derinlikleri Çizelge 1’de verilmi�tir. Çizelge 1’de gösterilen farkl� NATO aç�lar� için elde edilen delme derinlikleri �ekil 3’de verilen grafikte gösterilmi�tir. Grafikten de


54

görülebilece�i gibi NATO aç�s� art�r�ld�kça, çukur imla jetinin delme performans� azalmaktad�r. Jetin hareket do�rultusuna göre ana z�rh e�imi artt�kça (bir ba�ka deyi�le NATO aç�s� artt�kça) reaktif tablet ile jetin etkile�im süresi uzamaktad�r. Ön plaka taraf�ndan deforme edilen jet ana z�rha ula�amadan enerjisinin büyük bir k�sm�n� kaybetmektedir. Test numunelerine ait foto�raflar �ekil 4 ve �ekil 5’de gösterilmi�tir.

Çizelge 1. Farkl� NATO Aç�lar� için EKÜTLE ve EBO�LUK De�erleri

(Ara mesafe = 177 mm, 3 mm Ön Plaka/3 mm C4/Ana Z�rh)

Ana Hedef Blo�u

NATO aç�s�

Delme Derinli�i (mm)

EKÜTLE EHAC�M

AISI 1016 0° 140 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 kullan�larak kütle ve hacim etkinliklerinin (s�ras�yla EKÜTLE ve EHAC�M) belirlenmesi için, reaktif tablet kullan�lmam�� olan ana z�rha 177 mm ara mesafeden 0° NATO aç�s� ile ate�lenen çukur imla mühimmat�n�n gerçekle�tirdi�i 140 mm delme derinli�i (Çizelge 1, sat�r 1) referans de�er olarak al�nm��t�r. Farkl� NATO aç�lar� ile gerçekle�tirilen testlerde elde edilen delme derinlikleri ve bu delme derinliklerine göre hesaplanan EKÜTLE ve EHAC�M de�erleri Çizelge 1’de verilmi�tir.

4. SONUÇ Kal�n z�rhlara kar�� kullan�lan çukur imlalar�n delme etkinli�inin azalt�lmas�nda reaktif z�rhlar�n (ERA) çok etkin oldu�u bilinmektedir. Z�rh�n do�rudan üzerine yerle�tirilmi� olan ve bir ERA çe�idi olan reaktif tabletin etkinlik derecesi bu çal��ma ile de�i�ik NATO aç�lar� için ara�t�r�lm��t�r. �ekil 3’de görüldü�ü üzere NATO aç�s�n�n artmas� ile ana z�rhtaki delme derinli�inin de�i�imi kullan�lan


55

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70

NATO Aç�s�

Jet E

ksen

i Boy

unca

Del

me

Der

inli�

i [m

m]

�ekil 3. Deneysel Ara�t�rma Sonuçlar�n�n Kar��la�t�r�lmas�

çukur imla ara mesafesi ve tablet konfigürasyonu için do�rusal bir �ekilde azald�� görülmü�tür. 0°’lik NATO aç�s�nda dahi toplam 6 mm kal�nl�ktaki reaktif tabletin kullan�lmas� delme derinli�ini yakla��k 13 mm (% 9) azaltm��t�r. NATO aç�s� 60°’ye ç�kt��nda ise delinme miktar� 140 mm’den 35 mm’ye (% 75 oran�nda) azalm��t�r. Buradan da anla��laca�� üzere tehditin ana z�rha çarpma aç�s�n�n yüksek oldu�u aç�larda reaktif tabletin çok etkin oldu�u anla��lmaktad�r. Z�rh�n kütle ve hacim etkinli�i de artan NATO aç�s� ile artmaktad�r. Bu ise 60°’lik NATO aç�s�nda % 70 hafiflemeye ve % 66 hacim olarak daha az yer i�gal etmesine kar��l�k gelmektedir. Ancak reaktif z�rh�n yanl��l�kla aktive olmas� durumunda çevreye zarar verme ihtimali dü�ünülerek uygulanmas�nda baz� tasar�m de�i�ikliklerinin yap�lmas� gerekir.

�ekil 4. 30° NATO Aç�s�nda Ate�lenen Çukur �mla Jetinin Reaktif Tabletli Ana

Z�rh� Delme Derinli�i

�ekil 5. 60° NATO Aç�s�nda Ate�lenen Çukur �mla Jetinin Reaktif Tabletli Ana

Z�rh� Delme Derinli�i


56

TE�EKKÜR Yazarlar, MKEK Genel Müdürlü�ü ve Barutsan Roket ve Patlay�c� Fabrikas� Müdürlü�ü’ne deneylerin yap�lmas� s�ras�nda gösterdikleri özverili çal��malar� ve malzeme tedarikleri için, ayr�ca 1011 Ana Tamir Fabrikas� Müdürlü�ü’ne deneyde kullan�lan ana z�rh� temin ettikleri için te�ekkür 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, 33-46.

[7] H.S. Yadav, P.V. Kamat, (1989), “Effect of Moving Plate on Jet-Penetration”, Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 14,12-18.

[8] �. Canba�, (2003), “Effects of ERA on SC-Jet Penetration”, Mechanical Engineering Department, M.Sc., METU.


57

BETON HEDEFLER�N OJ�V UÇLU YÜKSEK HIZLI ÇUBUKLARLA DEL�NMES�NE ÇUBUK BOYUNUN VE ÇAPININ ETK�S�

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 h�zla beton hedefe çarpan ojiv uçlu som tungsten ala��m� çubuklar�n belirli bir çap için boylar�ndaki ve belirli bir boy için çaplar�ndaki de�i�imin hedef içine gömülme derinli�ine etkisi, do�rusal olmayan aç�k yap�sal çözümleme hidrokod yaz�l�m� AUTODYN kullan�larak incelenmi�tir. Çözümleme s�ras�nda 30 mm çap�nda ve boylar� 300 mm ile 800 mm aras�nda de�i�en som tungsten ala��ml� çubuklar kullan�lm��t�r. Ayr�ca, 600 mm boyunda ve çaplar� 25 mm ile 55 mm aras�nda de�i�en çubuklarla da çözümlemeler yap�lm��t�r. Çubuklar�n h�zlar� 1500 m/s olarak sabit al�nm��t�r. Bu de�i�kenlerin 35 MPa dayan�ml� beton hedeflere gömülme derinli�i üzerindeki etkileri ara�t�r�lm��t�r. 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. G�R�� Beton, stratejik öneme sahip birçok yap�n�n ana malzemesini olu�turur. Bunlar�n ba��nda sivil amaçl� olarak binalar, köprüler, tüneller, nükleer reaktörler, savunma sanayine yönelik olarak ise pistler, komuta s��naklar� gibi


58

yap�lar gelir. Bu yap�lar�n birço�u stratejik olarak son derece önemlidir ve olas� sald�r� ve kazalara kar�� haz�rl�kl� olmalar�, sald�r� sistemlerindeki geli�melere göre kendilerini yenilemeleri gerekmektedir. Örne�in haz�rl�ks�z bir nükleer reaktöre kar�� yap�lacak bir sald�r� ölümcül ve etkisi y�llarca sürecek sonuçlar do�urabilir. �nfilak ve kinetik enerjili mühimmatlar bu tip yap�lar için ana tehdit unsurlar�d�r. Kinetik enerjili mühimmatlar aras�nda ise ojiv uçlu çubuklar kal�n z�rhlara ve beton yap�lara kar�� kullan�lan mermi profilindedirler. Bu nedenlerle beton hedeflerin ojiv uçlu çubuklarla delinmesi, gerek sivil uygulamalar gerekse savunma amaçl� uygulamalar aç�s�ndan analiz edilmesi gereken, stratejik öneme sahip bir konudur. 2. KULLANILAN YAZILIM (H�DROKODLAR) Yap�lan ara�t�rmalarda ticari bir hidrokod yaz�l�m� olan AUTODYN kullan�lm��t�r [1]. Bu yaz�l�m, do�rusal olmayan aç�k bir hidrokod yaz�l�m�d�r ve cisimlerin yüksek h�zlarda çarp��malar�n�n analizlerinde ve benzetimlerinde kullan�lmaktad�r. 2.1. Hidrokod Bir malzeme üzerindeki gerilmeleri, gerinimleri, h�zlar� ve �ok dalgalar�n�n ilerlemesini zaman ve pozisyona ba�l� olarak hesaplayabilen bilgisayar programlar�na “hidrokod” ad� verilmektedir. Hidrokod benzetimlerinde, dinamik bir yüke maruz kalan sürekli bir ortam�n tepkisi, kütlenin, enerjinin ve momentumun korunumu yasalar� ile beraber durum denklemi ve dayan�m modeli kullan�larak belirlenir. Durum denklemi, ortam�n s�k��abilirli�ini yo�unluk ve iç enerjinin bir fonksiyonu olarak belirlerken, dayan�m modeli ortam�n kayma direncini gösterir[2]. Yaz�l�m, aç�k zaman entegrasyonu için zaman aral��n� Courant-Friedrich-Levy (CFL) ölçütüne göre belirler. CFL ölçütüne göre, �t zaman aral��, bir dalgan�n, eleman�n en küçük boyutunu (x) c dalga h�z�yla gidip gelmesi için geçen süreden daha k�sa olmal�d�r [2].

2.2. Hidrokodlarla Malzeme Modellenmesi Dinamik malzeme problemlerini çözmek için kütlenin, momentumun ve enerjinin korunumu yasalar�n�n uygun ba�lang�ç ve s�n�r ko�ullar�yla birlikte uygulanmas� gereklidir. Çözüm, ayr�ca, gerilmeleri deformasyonlar ve enerjiyle ili�kilendirecek malzeme modellerine ihtiyaç duyar. Hidrokod yaz�l�mlar�nda bu i�lem genelde toplam gerilme tensörünün hidrostatik bas�nç ve sapma gerilmesi olarak ikiye ayr�lmas�yla gerçekle�ir. Durum denklemi, hidrostatik bas�nc�n yo�unluk ve enerjiyle (ya da s�cakl�kla) ili�kisini düzenlerken, dayan�m modeli sapma gerilmesinin kayma direnciyle ili�kisini belirler. Yani durum denklemi ve dayan�m modeli, maddenin kuvvet alt�nda gösterdi�i


59

s�ras�yla hacimsel ve çarp�lma �eklindeki de�i�imleri gösterir. Yap�lan analizlerde beton için RHT (Riedel, Hiermaier, Thoma) dayan�m modeli [3] ve P- durum denklemi, tungsten ala��m� için ise Johnson ve Cook dayan�m modeli [4] ve �ok durum denklemi kullan�lm��t�r [5]. 2.3. Çözücüler 2.3.1. A� Temelli Lagrange Lagrange çözücüsünde, a� elemanlar�n�n �ekli, malzeme �ekliyle beraber bozulur. Bu yöntem teknik hesaplama aç�s�ndan verimlidir ve malzeme ara yüzünü uygun bir �ekilde betimler. Ancak gömülme benzetimlerinde, mermiye yak�n yerlerdeki elemanlar çok fazla bozulmaya u�rayaca��ndan çözüm çok küçük zaman aral�klar�na bölünecek, bu da verimlili�i dü�ürecektir. Sonuçta elemanlar çok fazla deforme olacak ve iç içe geçecek, bu da çözümü durduracakt�r. Verimlili�i art�rmak için, çok fazla bozulmu� elemanlar�n plastik ya da geometrik gerinimlerine göre silinmesine dayal� erozyon algoritmas� kullan�labilir. Erozyon i�lemi gerçek hayatta kar��l�� olmayan bir i�lemdir ve malzemeyle beraber bir miktar iç enerjiyi de yok edebilir [6].

2.3.2. Euler Euler çözücüsünde, elemanlar uzayda sabit bir konumdad�r ve malzeme bu eleman a��n�n içinden akar. Bu özelli�iyle gömülme gibi yüksek deformasyon olu�an analizlerde kullan�lmaya son derece uygundur ve küçük zaman aral�klar�na da neden olmaz. Ancak Euler çözücüsü Lagrange’a oranla daha az verimlidir. Ayr�ca malzeme ara yüzlerinin betimlenmesinde ve beton için gerekli olan karma��k yap�sal modellerin olu�turulmas�nda zorlular ç�karabilir [6]. 2.3.3. A� Temelli Olmayan Lagrange AUTODYN yaz�l�m�ndaki SPH (Düzgün Parçac�k Hidrodinami�i) çözücüsü, çözüm a��na ihtiyaç duymayan bir Lagrange tekni�idir ve yüksek deformasyonlu problemlerin çözümünde erozyona gerek duymadan sonuca ula��r. Ayr�ca a� temelli Lagrange çözücüleri için yaz�lm�� karma��k yap�sal modeller, bu çözücüde de aynen kullan�labilir. Bununla beraber Euler çözücüsü kadar s�k� bir çözüm a��na gerek duymaz [7]. Ancak SPH tekni�i di�er tekniklere oranla yenidir ve a� temelli çözücüler kadar olgunla�m�� de�ildir. Bu nedenle baz� safhalarda hatalar verebilir [6]. 3. MODEL B�LG�LER� Analizlerde 2 boyutlu eksenel simetrik modeller kullan�lm��t�r. Daha önce de bahsedildi�i gibi, hedef için 35 MPa dayan�ml� beton, çubuk için ise tungsten ala��m� malzemeleri tercih edilmi�, çubuk h�z� 1500 m/s olarak belirlenmi�tir. Malzeme parametreleri hidrokod yaz�l�m�n�n kendi malzeme kütüphanesinden kullan�lm��t�r. Toplamda 11 adet at�� yap�lm��, bu at��lar için kullan�lan çubuklar�n geometrik ölçüleri Çizelge 1’de sunulmu�tur. Beton hedeflerin


60

derinli�i 6 metre olarak sabit tutulurken hedef çap�, at�lan çubu�un çap�n�n 10 kat� olacak �ekilde ayarlanm��t�r. Çizelge 1’de verilen k�saltmalar�n aç�klamalar� �ekil 1 ve 2’de gösterilmektedir.

Çizelge 1 Ölçüler Ölçü Ad� At�� No.

Rog [mm]

Rend [mm]

L [mm]

h [mm]

1 60 15 800 150 2 60 15 700 150 3 60 15 600 150 4 60 15 500 150 5 60 15 400 150 6 60 15 300 150 7 110 27,5 600 275 8 90 22,5 600 225 9 80 20 600 200 10 70 17,5 600 175 11 50 12,5 600 125

Çözücü olarak ise, beton için SPH, çubuk için a� temelli Lagrange çözücüleri kullan�lm��t�r. Beton hedef 4 mm büyüklükte SPH parçac�klar�yla modellenmi�, hareket etmemesi için de çevresinden s�n�r ko�ullar�yla sabitlenmi�tir. Çubu�un uç k�sm�, yar�çap do�rultusunda 10 adet a� eleman�yla, arka taraf� ise yar�çap do�rultusunda 10, boy do�rultusunda 100 elemanla modellenmi�tir. Bu a� düzeni kabaca �ekil 3’te gösterilmi�tir. Modelde, tungsten ala��m�na %150 Birikmeli Geometrik Gerinim erozyon ölçütü uygulanm��t�r. Beton hedef ise a� temelli olmayan bir çözücüyle modellendi�inden, herhangi bir erozyon ölçütüne ihtiyaç duymam��t�r. 4. YAZILIM SONUÇLARI Yap�lan bilgisayar çözümlemeleri sonucunda elde edilen veriler Çizelge 2 ve 3, �ekil 4, 5 ve 6’da sunulmu�tur.

�ekil 1 Ojiv Uç Ölçüleri


61

�ekil 2 Model Ölçüleri

�ekil 3 Çubu�un Çözüm A�� Görünümü

Çizelge 2 Boy De�i�imi Analizi Sonuçlar� Boy De�i�imi Analizi

Çap 30 30 30 30 30 30 [mm]Boy 300 400 500 600 700 800 [mm]Gömülme Derinli�i 801 986 1131 1296 1453 1607 [mm]

Çizelge 3 Çap De�i�imi Analizi Sonuçlar� Çap De�i�imi Analizi

Çap 25 30 35 40 45 55 [mm]Boy 600 600 600 600 600 600 [mm]Gömülme Derinli�i 1233 1296 1366 1418 1484 1702 [mm]

�ekil 6 Çözüm Sonras� Betonda Olu�an Hasar (At�� No: 3)


62

�ekil 4 Boy De�i�imi Analizi Sonuçlar�

�ekil 5 Çap De�i�imi Analizi Sonuçlar�


63

5. SONUÇ Yaz�l�m sonuçlar�ndan da görülebilece�i üzere, tungsten ala��m� yüksek h�zl� çubuklar�n beton hedeflere gömülme derinli�i, çubuk boyu ve çap� büyüdükçe artm��t�r. Çubuk h�z�n�n, malzeme özelliklerinin ve duvar kal�nl��n�n sabit oldu�u da göz önünde bulundurulursa, bu sonuç çubuk kütlesinin artmas�na ba�lanabilir. Bununla beraber �ekil 4. ve 5’ten görülece�i üzere, çap�n 25 mm’den 50 mm’ye art�r�lmas� gömülme derinli�ini 1,3 kat�na ç�kar�rken boyun 400 mm’den 800 mm’ye art�r�lmas� gömülme derinli�ini 1,6 kat�na ç�karm��t�r. Ancak çap�n 2 kat�na ç�kar�lmas�n�n kütleyi 4 kat�na ç�karaca��, boyun 2 kat�na ç�kar�lmas�n�n ise kütleyi sadece 2 kat�na ç�karaca�� göz önüne al�n�rsa, daha yüksek gömülme derinli�i elde etmek için çubuk boyunun art�r�lmas�n�n daha etkin bir yol oldu�u anla��lmaktad�r. Ancak hem yaz�l�m�n hem de modelin içerdi�i baz� varsay�mlar ve yakla��mlar göz önüne al�n�rsa (örne�in erozyon ölçütü, gerçek malzemelerle yaz�l�m�n kulland�� modeller aras�ndaki uyu�mazl�klar gibi), bu verilerin sadece kar��la�t�rmal� olarak kullan�lmas� ve mutlaka deneylerle do�rulanmas� gerekti�i görülmektedir. Sonuç olarak, analizlerde kullan�lan çubuk ölçülerinin mevcut kinetik enerjili mermilerle benzer ölçüler ta��d��n� göz önüne al�nd��nda; bu verilerin, var olan ya da yeni in�a edilecek yap�larda bir tak�m iyile�tirilmelere gidilmesi için kullan�labilece�i de�erlendirilmektedir.

6. TE�EKKÜR Analiz sürecinde bilgisayar altyap�s�n�n kullan�lmas�na izin verdikleri için ODTÜ B�LT�R Merkezi yetkililerine te�ekkürü 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


64

[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. Ay�s�t, R.O. Y�ld�r�m (2006), “�nce Metal Plakalara Hiper H�zlarda Parçac�k Çarpmas�”, SAVTEK 2006, Savunma Teknolojileri Kongresi, ODTÜ, Ankara


65

SAYISAL S�MÜLASYON YÖNTEMLER� KULLANILARAK HAF�F ZIRHLI ARAÇLARDA MAYINA KAR�I KORUMA SEV�YES�N�N GEL��T�R�LMES�

At�l ERD�K (*), Nam�k KILIÇ (*), Korkut K�BARO�LU (*)

(*) OTOKAR A.�., Ar-Ge Direktörlü�ü, BDM Birimi, 54580, Sakarya, [email protected] (*) OTOKAR A.�., Ar-Ge Direktörlü�ü, BDM Birimi, 54580, Sakarya, [email protected]

(*) OTOKAR A.�., Ar-Ge Direktörlü�ü, Askeri Araçlar Müdürlü�ü, 54580, Sakarya, [email protected]

ÖZET Düzenli ordu harekatlar�n�n taktik görevlerine yönelik z�rhland�r�lm�� olan hafif z�rhl� araçlar, asitmetrik tehdidin yüksek oldu�u görev alanlar�nda anti-araç ve anti-tank may�nlar�na kar�� daha üst koruma seviyelerine ihtiyaç duymaktad�r. Gerçek boyutta may�n ve araçlar kullan�larak yap�lan fiziksel denemeler, organize edilmesinde kar��la��lan güçlüklerin yan�nda yüksek maliyetler de olu�turmaktad�r. Fiziksel denemelere alternatif olarak, may�n patlamas�n�n araç yap�s� üstüne etkilerinin say�sal simülasyon yöntemleri kullan�larak öngörülmesi, bahsedilen k�s�tlamalar� çözüp araç geli�tirme sürecini h�zland�racakt�r.

Simülasyon yöntemi literatürdeki pek çok çal��mada öncelikle, dü�ük patlay�c� miktarlar�yla gerçekle�tirilen plaka modellerinde denendikten sonra, elde edilen bilgilerle araç tasar�m�na geçilmi�tir. Bu çal��mada farkl� olarak, araç yap�s�n� temsil eden bir fikstür tasarlanarak geometrik yap�n�n etkilerini de dahil ederek bir do�rulama süreci amaçlanm��t�r.

Yap�lan fiziksel denemelerle say�sal simülasyon sonuçlar� kar��la�t�r�larak, araç tasar�m�na referans olacak modelleme yöntemi belirlenmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Patlama, Çarp��ma, Hafif Z�rhl� Araç, MMALE, Say�sal 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.


66

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. G�R�� Bilinen yöntemlerle arac�n vurulabilirli�ini azaltmak için anti-may�n koruma sistemlerinin iyile�tirilmesi, yo�un deneysel test çal��malar gerektirmektedir. Bu test programlar�, patlaman�n araca yapt�� hasar ve testin haz�rlanma safhalar� gözönüne al�nd��nda oldukça maliyetli ve zaman harcay�c�d�r. Oysa geli�tirme safhas�ndaki arac� do�rulamak için say�sal yöntemler kullan�l�p arac�n may�n patlama analizleri yap�ld��nda, arac�n vurulabilirli�ini gözlemlemek için patlama sonucunda olu�an hasar� tahmin etmekte oldukça tatminkar sonuçlar al�nabilir.

Analizler, maliyeti büyük rakamlara ula�an deneysel testlerin say�s�n� asgariye dü�ürürken, ayn� zamanda da test sonuçlar�n� yorumlamaya yard�m eder. Ek olarak, arazi ko�ullar�n�n ve di�er faktörlerin farkl� etkenlerden dolay� de�i�ken olmas�, her bir patlama testinin bir tak�m yönlerden bir di�eri ile farkl�l�k göstermesine sebep olur. Bu durum da, örne�in iki farkl� patlama testinin birbiri ile mukayesesini oldukça güçle�tirmektedir. Patlama etkilerinin ve her bir yap� cevab�n�n do�ru olarak ç�kar�lmas�, patlama koruma seviyelerindeki iyile�tirmeler için oldukça önemlidir. Bu da simülasyon yetene�i ile direkt ili�kilidir. LS-DYNA [1], patlama uygulamalar� için oldukça uygun bir nonlineer sonlu elemanlar kodudur.

2. S�MÜLASYON YÖNTEM�N�N BEL�RLENMES� Do�ru bir may�n patlama simülasyonu, ancak araç üstüne do�ru patlama yüklerinin uygulanmas�yla elde edilebilir. Bu konuda yap�lan ilk çal��malardan biri, patlamada olu�an bas�nçlar� hesaplamak için Brode taraf�ndan 1970 y�l�nda geli�tirilmi�tir [2-4]. ALE yöntemiyle, hesaplama alan�ndaki dü�üm noktalar�, Langrange eleman gibi hareket edebilir veya Euler eleman gibi sabit kalabilir. Bu yöntemle patlama sonucu olu�an �ok dalgas�n�n hava içinde ilerlemesi ve olu�turdu�u bas�nc�n yap� üstüne etkileri modellenebilmektedir.

3. MAYIN PATLAMASININ MODELLENMES� VE S�MÜLASYONU Patlama analizlerinde gerçek hayata yak�n sonuçlar ancak do�ru modelleme teknikleri kullan�larak elde edilebilir. Hem yap�sal modelin hem de ak��kan modelinin detay miktar� artt�kça gerçekli�e yakla��l�rken di�er yandan da analizin çözüm süresi artar, süreksizlik e�ilimi fazlala��r.


67

3.1 PATLAMA (MMALE) MODEL� Simülasyonda bas�nç, incelenen yap�ya indirekt olarak uygulanmaktad�r. Bas�nc�n zamanla ak��kan içerisindeki yay�l�m� Ls-Dyna algoritmas� taraf�ndan, patlay�c� ve ak��kan modelleri için belirlenen durum denklemleri kullan�larak hesaplanmaktad�r. ALE modelinin geçerli olabilmesi için patlay�c�, patlay�c�y� çevreleyen sistem ve ak��kanlar�n da modellenmesi gerekmektedir. May�n *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN malzeme modeli kullan�larak modellenmi�tir. Lagrangian ve Eulerian elemanlar�n birbirleriyle olan ili�kisi *ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP_OPTION ile sa�lanm��t�r. Patlaman�n yaratt�� bas�nç dalgas� hava vas�tas�yla, Ls-Dyna gaz-yap� etkile�im algoritmas� *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID kullan�larak yap� ile etkile�ime girmi�tir. Sonuç olarak yap�da olu�an gerilme, uzama, h�z ve ivme gibi fiziksel de�erleri hesaplanm��t�r [2]. 3.2 TEMEL DENKLEMLER: PATLAYICI VE HAVA DENKLEMLER� �nfila��n ba�lamas� ve patlama reaksiyonu ürünlerinin olu�mas� için simülasyonda ampirik Jones-Wilkins-Lee Denge Denklemi kullan�lm��t�r (*EOS_JWL_TITLE) [1];

(1)

Burada; P=P(x,y,z,t) : Bas�ç alan� V=P/Vi : O anki bas�nçtaki patlay�c� malzeme hacmi Vi : Tepkimeye girmemi� patlay�c� malzemenin ilk hacmi E : Özgül ilk enerji A,B,R1,R2,w : De�i�kenler A,B,R1,R2,w parametreleri a�a��daki ko�ullar� sa�lamas� için (1) No'lu denklemde yerlerine konmu�tur (Lee, Horning, Kury, 1968); 1. Ölçülmü� Chapman-Jouget durumu 2. Silindir testinde ölçülmü� geni�leme davran�� 3. Büyük geni�lemenin termodinamik s�n�rlar� 4. Hidrodinamik süreklilik TNT için Dobratz ve Crawford, 1985, a�a��daki parametreleri vermi�lerdir [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

VwEe

VRwBe

VRwAP VRVR ��

!"#

$��

!"#

$�� 21

21

11


68

Hava, �ok dalgalar�n�n hareketini sa�lamak için modellenmi�tir. Havan�n davran�� farkl� denklemler ile say�sal olarak hesaplanabilir (Örn, Gruneisen denklemi, ideal gaz denklemi, Lineer Polinom denklemi). Lineer polinom denklemi havan�n davran��n� gerçe�e uygun olarak simüle etmesi için kullan�lm��t�r. EmCmCCmCmCmCCP )( 2

6543

32

210 �� (2) Burada;

10

��**m 'dir.

0**

, o anki yo�unlu�un ilk yo�unlu�a oran�, Cx ,sabittir. Gazlar

için 063210 �� CCCCC , 154 �� CC 'dir. Burada �, özgül �s� oran�d�r. ve (2) nolu denklem düzenlemeler yap�ld�ktan sonra a�a��daki (3) No'lu denkleme dönü�ür;

EP ��0

)1(**� (3)

Tablo.2 Hava'ya ait lineer polinom parametreleri

)/( 30 mkg* � C4 C5

Hava 1,025 1,4 0,4 0,4 3.3 PATLAYICININ MODELLENMES� NATO ülkeleri taraf�ndan bu konuda ortak bir yöntem belirlemek amac�yla patlama ortam�n� ve patlay�c� boyutlar�n�n tan�mland�� belli bir test prosedürü haz�rlanm��t�r. Her ne kadar, patlaman�n yap�laca�� toprak yap�s� hakk�nda belirleyici tan�mlamalar yap�lsa da, testlerin tekrar edilebilirli�i ve simülasyonlarla do�rulanmas� s�ras�nda olu�acak �üphelerin azalt�lmas� amac�yla, yine ayn� test prosedüründe tan�ml� toprak alt�nda patlamay� temsil eden çelik patlama çana�� kullan�lm��t�r (�ekil.1) [2].

�ekil.1 May�n patlama çana�� ve sonlu elemanlar modeli

Uygulanan yöntemin do�rulanmadan komple araç gövdesinde kullan�lmas�, sonuçlar�n de�erlendirilmesinde pek çok aç�k noktay� beraberinde getirecektir. Genelde yöntem do�rulamalar� basit düz plaka düzenekleri ve dü�ük miktarda patlay�c� kullanarak yap�lmaktad�r. Araç tasar�m�nda patlay�c�ya direk maruz kalan yüzeyden ziyade, personeli ta��yan iç yap�n�n davran��n�n bilinmesi ve


69

yap�n�n temel geometrik sorunlar�n�n araç testlerine gidilmeden anla��lmas� için arac�n d�� yap�s�n� temsil eden k�smi modeller kullan�lmas�na karar verilmi�tir. Dolay�s�yla farkl� tasar�mlar� test ve analiz ederken, araç yap�s�n� (a��rl�k, yap�sal dayan�m, yere basma noktalar�) simüle eden bir test düzene�i tasarlanm��t�r. (�ekil.2) 3.4 YAPISAL MODEL Simülasyon için gerekli parametre kartlar� sonlu elemanlar modeline (�ekil.3) Ls-prepost2.2 ön i�lemcisinde girilmi�tir. Sistemin sonlu elemanlar modelinde kullan�lan eleman tipleri ve say�lar� Tablo.1'deki gibidir.

�ekil.2 Test düzene�i

�ekil.3 Test düzene�inin SE modeli

Yap�daki tüm kabuk elemanlar iki entegrasyon noktal� Belytschko-Tsay elemanlar�ndan olu�maktad�r. Hava, çanak ve may�n için kat� eleman tipi olarak tek entegrasyon noktal� ALE elemanlar� tercih edilmi�tir. Ta��t gövdesinde z�rh çeli�i ve adi çelik malzemeleri kullan�lm��t�r (�ekil.4). Z�rh çeli�i, alüminyum ve adi çelik için patlama analizlerinde yüksek do�ruluk sa�layan *MAT_JOHNSON_COOK_TITLE malzeme modeli seçilmi�tir. Çanak için ise *MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE kullan�lm��t�r. Kullan�lan malzemelerin mekanik özellikleri Tablo.2'de s�ralanm��t�r [6].

Tablo.1 Model detaylar� Tablo.2 Malzeme özellikleri Toplam dü�üm noktas� say�s�

715353

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

Toplam eleman say�s�

691897*MAT_JOHNSON_COOK_TITLE

Eleman Tipi

Kabuk 223989 RO E PR D1

Kat� 467908 Alüminyum 2,66 0,7 0,33 0,2 Rijit 55591 Z�rh Çeli�i 7,86 2,06 0,3 0,1 Esnek 636306 Adi Çelik 7,86 2,1 0,3 0,2 Punto kayna��

924 *MAT_PLASTIC_KINEMATIC_TITLE HH-çelik 7,86 2,06 0,3 -


70

3.5 SONUÇLAR Analiz sonucunda elde edilen enerji bilgisi bize simülasyonun gerçe�e yak�nl�� hakk�nda önemli fikirler verir. Enerji denklemi patlaman�n herhangi bir an�nda korunmal�d�r; d��içkinhgsönsüriçkin WEEEEEEE �� 00 (4) (4) No'lu denklem enerjinin korunumu ilkesine göre dengede kalmal�d�r. Sistemin iç enerjisine bak�larak, yap�sal parçalar�n elastik birim uzama enerjileri ve yap�lan d�� i� miktarlar� bulunabilir. Yap�daki kal�c� deformasyon ise sistemdeki iç enerjinin aç��a ç�kmas�yla olu�ur. �ekil.6'da görülece�i üzere t=0 an�nda may�n infilak eder, t=200 �s'de �ok dalgas� V-kar�na çarpar. Bas�nç bu anda V-kar�na ula��r ve gövdenin alt bölgesini ezmeye ba�lar. Patlamadan 600 �s sonra alt yap� üst yap� ile etkile�ime geçer ve beraber hareket etmeye ba�larlar. t=4400 �s'de V-kar�n�n elastik uzamas� maksimum de�erine eri�ir ve bu pik noktas�ndan itibaren elastik uzama dü�meye ba�lar. Son olarak V-kar�n�n nihai �eklini ald�� plastik uzama de�erine var�r. Patlaman�n üst tabanda olu�turdu�u kal�c� ve elastik deformasyonu ölçebilmek amac�yla, patlama s�ras�nda sabit kalan fikstür alt taban�na ba�lanm�� kur�un borular kullan�lm��t�r. Kur�un borular�n yerle�imi �ekil.5'da verilmektedir.

�ekil.5 Elastik ve plastik deformasyon ölçümü için kur�un borular�n yerle�imi

�ekil.7’deki grafik incelendi�inde, ölçüm al�nan noktalarda test ve simülasyon sonuçlar�n�n birbirlerine çok yak�n olduklar� görülebilir. Grafik üzerindeki bölgeler; 1 V-kar�n, z-yönü uzama; V-kar�n, x,y,z - bile�ke uzama; 3. V-kar�n destek, bile�ke uzama; 4 Kabin taban, z-yönü uzama.

Toplam Enerji


71

�ekil.6 Sistemdeki enerji da��l�m�

Araç �çin Kritik Görülen Bölgelerin Yer De�i�tirme Miktarlar�

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

1 2 3 4Bölge No

Yer D

e�i�

tirm

e [1

Biri

mlik

U

zam

a] SimülasyonTest

�ekil.7 Simülasyon ve test sonuçlar�na göre kritik bulunan bölgelerdeki uzamalar

Simülasyon sonuçlar�n�n saha testleriyle örtü�mesi, analiz yap�l�rken a�a��daki kriterlerin gözönünde bulundurulmas�yla aç�klanabilir; 1. Problemin eksiksiz ve tam olarak anla��lmas�, 2. Simülasyon için olu�turulan modelin, gerçek hayata yak�n sonuçlar� verebilecek nitelikte ve hassasiyette olmas�. 3. Patlaman�n do�as�n� en do�ru biçimde yans�tan malzeme ve ak��kan modellerinin kullan�lmas�. Simülasyon sonucunda gövdede olu�an gerilme da��l�m� ile patlaman�n test fikstürüne yapt�� etki �ekil.8'deki gibidir.


72

�ekil.8 Test ve analiz sonuçlar�n kar��la�t�r�lmas�

4. DE�ERLEND�RME Bu çal��mada, konsept bir arac�n may�n patlamas� esnas�nda patlamadan en çok etkilenen bölgesi, ta��t alt gövdesi bir fikstür üzerine sabitlenmi�tir. Fikstür belli bir a��rl�ktaki may�n�n infila�� sonucu �ok dalgas�na maruz kalm�� ve yap�n�n patlamaya kar�� direnci gözlenmi�tir. Daha sonra ayn� fiziksel ko�ullar� sa�layan sonlu elemanlar modeli olu�turulmu� ve may�n patlama simülasyonu yap�lm��t�r. Simülasyon sonucunda test verilerine çok yak�n de�erler elde edilmi�tir.

Askeri ta��tlar�n ve mürettebat�n may�n tehditlerine kar�� korunmas� ve patlama seviyelerinin iyile�tirilmesi, savunma sanayi ara�t�rmalar� alan�nda oldukça önemli bir yer te�kil etmektedir. Hem deneysel ara�t�rmalar hem de hesaplamal� analizler bu do�rultuda önemli bir rol oynar. �ayet analizler deneysel testler ile bir kez do�rulan�rsa, sistemin nihai haline ula�mas�n� sa�layan tasar�m arac� olarak kullan�labilir. Analizler, maliyeti büyük rakamlara ula�an deneysel testlerin say�s�n� asgariye indirirken, ayn� zamanda da test sonuçlar�n� yorumlamaya yard�mc� olur.

5. TE�EKKÜR Bu makale, Otokar Otobüs Karoseri Sanayi A.�.'nin, Ar-Ge Direktörlü�ü'ne ba�l� Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE) ve Test ve Validasyon Birimleri'nin ortak bir çal��mas� olup, "May�n Patlama Testleri ve Simülasyonlar�" projesinin bir ürünüdür. Otokar A.�'ye bu makalenin yay�nlanmas�na verdi�i izinden dolay� te�ekkür ederiz.

Say�sal Simülasyon - gerilme da��l�m�

Saha testi - Fikstür


73

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)


74


75

ALÜM�NA SERAM�K / ALÜM�NYUM AA 2024 T4 KOMPOZ�T ZIRH S�STEMLER�N�N BAL�ST�K ETK�NL�K ANAL�ZLER�

Mehmet EVC�M (a), R. Orhan YILDIRIM (b)

(a) Roketsan, 06780, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada 7.62mm z�rh delici mermi çarpmas�na kar�� de�i�ik konfigürasyonlardaki koruyucu sistemlerin etkinli�i ara�t�r�lm��t�r. Bu sistemler AA 2024 T4 malzemesinden olu�an bir blo�un tek ba��na ve alümina seramik ön katman ile birlikte kullan�ld�� de�i�ik çarpma aç�l� durumlar� içermektedir. Balistik etkinlik hem analitik yöntemle hem de bilgisayar destekli eksplisit sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmi�tir. Ayr�ca sonuçlar literatürde bulunan veriler ile de do�rulanm��t�r.

Anahtar Kelimeler: Alümina Seramik, Balistik Limit H�z�, Penetrasyon Derinli�i, Eksplisit Sonlu Elemanlar Yöntemi, Aç�l� 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


76

Terimler

1. G�R�� Günümüzde z�rh sistemlerinin daha hafif ve daha etkin olmas� büyük önem ta��maktad�r. Farkl� malzemelerin üstün özelliklerinin birle�tirilmesi amac�yla katmanl� tasar�mlar z�rh uygulamalar�nda s�kça kullan�lmaktad�r.

Yüksek basma ve hasar sonras� dayan�mlar� ile dü�ük yo�unluklar� nedeniyle seramikler z�rh uygulamalar�nda yayg�n kullan�ma sahiptir. Seramikler, ço�unlukla ön tabaka olarak kullan�lmakta ve ikinci bir metal katman taraf�ndan desteklenmektedir. Böylece mermilerin kinetik enerjisi dü�ürülmü�, mermi burnu ciddi biçimde deforme edilmi� ve güvenlik artt�r�lm�� olmaktad�r.

Z�rh etkinli�ini artt�rman�n bir di�er yolu da, merminin yüzeye mümkün oldu�unca e�ik çarpmas�n� sa�lamak ve böylece yap� içinde al�nan yolu artt�rarak merminin daha fazla enerjisinin z�rhta emilmesini sa�lamakt�r [1]. Uygun çarpma aç�s�nda mermiyi yüzeyden sektirmek bile mümkün olabilmektedir (ricochet).

Z�rh performans� tahmininde testlerin yan� s�ra analitik çözümler ve say�sal analiz yöntemleri kullan�labilmektedir. Özellikle son y�llarda artan i�lemci yetenekleriyle üç boyutlu modellerde k�sa sürede çözüme ula��labilmektedir.

Bu çal��mada 7.62 mm çap�nda z�rh delici özelli�e sahip mermi darbesine kar�� %99.5 safl�kta Alümina ve AA 2024 T4 katmanlar�ndan olu�an kompozit z�rh�n (�ekil 1) de�i�ik konfigürasyonlar�n�n balistik etkinlik analizleri gerçekle�tirilmi�tir. �ncelenen konfigürasyonlar Çizelge 1’de verilmi�tir.

Çizelge 1 Balistik etkinlikleri incelenen z�rh konfigürasyonlar� (AA kal�nl�� 60 mm)

Z�rh Konfigürasyonlar�

Seramik Kal�nl�� (mm) 0 2 4 6

Çarpma Aç�s� (Derece) 0 30 45 0 30 45 0 30 45 0 30 45

Statik akma gerilmesiE�de�er yar�çapMermi yar�çap�Sertle�me katsay�s�Gerinim h�z� katsay�s�Seramik kal�nl��Metal kal�nl��Mermi kütlesi

S�cakl�k etkisi üssel katsay�s�Sertle�me üssel kat

s

m

p

AaapBChhMmn say�s�

*

Hugoniot Elastik Limitt Katman kal�nl��V Balistik limit h�z�

Kopma gerinimi

Normalize plastik gerinim h�z�Metal yo�unlu�uSeramik yo�unlu�uKopma gerilmesiE�im (çarpma) aç�s�

i

BL

kopma

m

s

m

HEL

+

+**,&

�


77

�ekil 1 �ncelenen konfigürasyonlardan 6 mm seramikle güçlendirilmi� düz blok geometrisi

Çal��malarda kullan�lan 7.62 mm z�rh delici mermi; sert çelik çekirdek, paslanma gibi d�� etkilere kar�� koruyucu ceket malzemesi ve dolgu malzemesinden olu�maktad�r (�ekil 2). Çekirdek malzemesinin sert olmas� delme etkisini artt�rmakla birlikte, özellikle e�ik çarpma durumlar� için, merminin k�r�lma riskini de artt�rmaktad�r.

�ekil 2 7.62 mm z�rh delici mermi konfigürasyonu [2]

2. TEOR� Penetrasyonun analitik çözümüyle ilgili literatürde birçok model bulunmaktad�r. Burada Sadanandan ve Hetherington [4] taraf�ndan geli�tirilen yöntem kullan�lacakt�r. Bu yöntem e�imli Alümina/AA 5083 ve Alümina/Grade 43A Çelik z�rhlar�n 7.62 mm AP mermilere kar�� etkinliklerini incelemek amac�yla geli�tirilmi�tir.

Seramik ve metal z�rhlar�n düz çarpma durumlar� için balistik limit h�zlar� a�a��daki formüllerden hesaplanabilir:

� �� 2 2( ) / (1)

/ 0.91 ( ) (2)

p p s s m m

BL kopma m p

f a M M h h a a

V h f a M

* * - -

+ ,

� � �

�


78

Düz çarpma durumunda dairesel �ekle sahip olan sabit �ekil de�i�tirme hatlar�n�n, e�ik çarpmada eliptik �ekil ald�� gözlemlenmi�tir (�ekil 3).

�ekil 3 E�imli çarpma s�ras�nda hedefte olu�an eliptik sabit �ekil de�i�tirme konisi

Çarpma yüzeyinde olu�an elipsin yar�çaplar� ap ve ap/cos ’d�r. Arka yüzeydeki elipse ait yar�çaplar ise a�a��daki E�itliklerden bulunabilir:

/ cos tan (3) tan (4)s sD ap h E ap h& & &� � � �

Eliptik elemanda depolanan enerjinin ayn� alana sahip dairesel bir eleman�nkine e�it oldu�u varsay�l�rsa a�a��daki e�itlik elde edilir [5]:

� �� 2 / cos tan tan (5)s sa DE a ap h ap h- - & & &� . � � � Bu E�itlikden elde edilen e�de�er yar�çap E�itlik 2’ de yerine konularak balistik limit h�z�na ula��l�r. Z�rh etkinliklerini kar��la�t�rmada s�k kullan�lan bir di�er yöntem de “alansal yo�unluk”tur (Areal Density). Alansal yo�unluk (AY), z�rh� olu�turan her bir katman�n kal�nl�k ve yo�unluk çarp�mlar�n�n toplam�na e�ittir [9].

1(6)

n

i ii

AY t *�

�/

Test sonuçlar� de�erlendirildi�inde aç�l� çarpma durumunda alansal yo�unluk için a�a��daki ba��nt� bulunmu�tur [4]:

cos (7)normalAY AY& &� 3. SAYISAL ÇÖZÜMLER Penetrasyon olay� yüksek h�zda, bölgesel ve yo�un �ekil de�i�tirmeleri içerdi�i için benzetim çal��malar�nda eksplisit sonlu elemanlar kodu olan Autodyn® yaz�l�m� kullan�lm��t�r.


79

3.1. Malzeme Modelleri Yüksek gerinim h�zlar�nda malzeme davran��n�n benzetimi için gerinim ve gerinim h�z� etkilerini içeren bir malzeme modeli kullan�lmal�d�r. Bu çal��mada mermi çekirde�i için Johnson – Cook, seramik için Johnson – Holmquist ve AA 2024 T4 için de Steinberg – Guinan malzeme modelleri kullan�lm��t�r. Mermi çekirde�inde kullan�lan çeli�in dinamik özellikleri bulunamad�� için benzer sertlik ve dayan�m de�erlerine sahip bir çeli�e ait veriler kullan�lm��t�r [8]. Alümina seramik [6] ve AA 2024 T4 [7] malzeme bilgileri yine literatürde bulunan kaynaklardan al�nm��t�r. Johnson - Cook Malzeme Modeli Johnson-Cook malzeme modeli Von Mises e�de�er akma gerilmesini; e�de�er plastik gerinim, gerinim h�z� ve s�cakl��n fonksiyonu olarak ifade etmektedir (E�itlik 8).

� � � � � �* *1 ln 1 (8)mn

akma

Gerinim H�z� EtkisiGerinim Etkisi S�cakl�k Etkisi

A B C T, + + $ !$ ! $ !� � � �# " �# # �

��

Model 10-3–103 s-1 gerinim h�z� aral��nda kullan�labilmektedir. Metaller için en çok kullan�lan malzemel modellerinden birisidir. Johnson – Holmquist Malzeme Modeli Bu model, özellikle seramik ve cam gibi k�r�lgan malzemelerde elastik limit davran��n�n benzetimi amac� ile geli�tirilmi�tir. JH modeli, bas�nca ba�l� dayan�m, hasar, k�r�lma, k�r�lma sonras� dayan�m, y��larak �ekil de�i�tirme (bulking) ve gerinim h�z� etkilerini içermektedir. Bu modelde dayan�m; hasar, gerinim h�z� ve bas�nc�n bir fonksiyonudur. Dayan�m ve bas�nç, Hugoniot Elastik Limit (HEL)’deki de�erler kullan�larak normalize edilirler. Malzemenin dayanabilece�i en büyük normalize bas�nç de�erinden elde edilir. Malzemede hasar biriktikçe dayan�m dü�mektedir. Bu da artan e�de�er plastik gerinime ba�l� kademeli dayan�m kayb�n�n modellenmesine olanak sa�lamaktad�r [6]. Steinberg – Guinan Malzeme Modeli Bu modelde, malzemelerin kesme ve elastik modüllerinin bas�nçla do�ru orant�l� ve s�cakl�kla ters orant�l� olarak de�i�ti�i kabul edilmi�tir [7]. Yüksek gerinim h�zlar�n�n olu�tu�u balistik uygulamalarda s�kça kullan�lmaktad�r. 3.2. Sonlu Elemanlar Modeli Sonlu elemanlar analizi için Autodyn® ticari yaz�l�m� kullan�lm��t�r (�ekil 1). Merminin etraf�nda bulunan ceket malzemesi (pirinç) ve ön ve arka taraftaki dolgu malzemesi (kur�un) dayan�m�nda önemli bir etkiye sahip olmad�� için modellenmemi�tir. Mermi ilk h�z� 850 m/s olarak tan�mlanm��t�r. Z�rh�n yanal yüzeylerindeki serbestlik dereceleri tutulmu�tur. Seramik ve alüminyum parçalar Lagrange çözüm a�� ile modellenmi�tir ve temas ara yüzünde ortak dü�üm noktalar�na sahiptir. Bu iki parçaya erozyon


80

gerinimi tan�mlanm��t�r. Mermi ise, yüksek �ekil de�i�tirme ve parçalanmaya maruz kalmas� beklendi�i için, “Düzle�tirilmi� Parçac�k Hidrodinami�i” (SPH:Smoothed Particle Hydrodynamics) çözüm a�� ile doldurulmu�tur. 4. ANAL�Z VE HESAPLAMA SONUÇLARI Sonlu elemanlar analizi sonuçlar� �ekil’de gösterilmi�tir.

�ekil 4 AA 2024 T4; a) düz durum b) 30 derece e�im c) 45 derece e�im ve AA 2024 T4 / 4 mm Alümina; d) düz durum e) 30 derece e�im f) 45 derece e�im için analiz

sonuçlar�. (Hasara u�rayan seramik bölgesi k�rm�z� gösterilmi�tir.) Analitik çözüm ve Autodyn yaz�l�m� ç�kt�lar� Çizelge 2 ve �ekil 5-6’de kar��la�t�r�lm��t�r. Normal durum için verilen alansal yo�unluk de�erlerinin aç�l� duruma uyarlanmas�nda E�itlik 7 kullan�lm��t�r [4]. Çizelge 2 Hesaplama ve sonlu elemanlar analizi (SEA) sonuçlar� kar��la�t�rmas�

E�im Aç�s�

Penetrasyon Derinli�i (mm)

0 mm Seramik 2 mm Seramik 4 mm Seramik 6 mm Seramik

Hesaplama SEA Hesaplama SEA Hesaplama SEA 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


81

Penetrasyon Derinli�inin E�im Aç�s�yla De�i�imi

9,00

11,00

13,00

15,00

17,00

19,00

21,00

23,00

25,00

0 10 20 30 40 50E�im Aç�s�

Pen

etra

syon

Der

inli�

i (m

m)

0 mm Analitik

0 mm SEA

2 mm Analitik

2 mm SEA

4 mm Analitik

4 mm SEA

6 mm Analitik

6 mm SEA

Penetrasyon Derinli�inin Seramik Kal�nl��yla De�i�imi

9,00

11,00

13,00

15,00

17,00

19,00

21,00

23,00

25,00

0 1 2 3 4 5 6 7Seramik Kal�nl�� (mm)

Pene

tras

yon

Der

inli�

i (m

m)

0 E�im Analitik

0 E�im SEA

30 E�im Analitik

30 E�im SEA

45 E�im Analitik

45 E�im SEA

�ekil 5-6: Penetrasyon derinli�inin e�im aç�s� ve seramik kal�nl��yla de�i�iminin sonlu

elemanlar analizi (SEA) ve hesaplama sonuçlar� kar��la�t�rmas�

5. SONUÇ Balistik etkinlik (Al2O3/AA 2024T4) hem analitik yöntemle hem de bilgisayar destekli eksplisit sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmi�tir. Bu incelemelerde Johnson-Cook, Johnson-Holmquist ve Steinberg-Gunian malzeme modelleri kullan�lm��t�r. Analitik ve sonlu elemanlar yöntemiyle elde dilen sonuçlar�n benzer oldu�u gözlenmi�tir. 6 mm seramik ve 45° çarpma aç�s� konfigürasyonunun, penetrasyon derinli�i ve mermiyi k�rma/deforme etme yetene�i bak�m�ndan en iyi performans� sa�layaca�� de�erlendirilmi�tir.

KAYNAKÇA

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


82

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. Y�ld�r�m, B. Ögel, “On the Comparison of Ballistic Performance of Steel and Laminated Composite Armors” Materials and Design 28, 1257-2162, (2007)


83

PATLAYICIYLA �EK�LLEND�R�LM�� DEL�C�LER�N OLU�UMUNDA ASTAR KALINLI�ININ DEL�C� HIZINA ETK�S�

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

(a) Dz.K.K.l��, Teknik Ba�kanl�k, 06110, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Patlay�c�yla �ekillendirilmi� deliciler, özellikle z�rh delmede çok etkili olan ve çok yayg�n kullan�m� olan harp ba�l�klar�n�n en önemli k�sm�d�r. Hedefte yarat�lan tahribat ve delme derinli�i aç�s�ndan de�erlendirildi�inde 2’nci ku�ak z�rh deliciler, patlay�c�yla �ekillendirilmi� delicilerdir. Bir taraf�nda fünye, di�er taraf�nda parabolik metal astar bulunan silindir �eklindeki patlay�c�lara “Patlay�c�yla �ekillendirilmi� Delici-P�D” (explosively formed penetrator-EFP) ad� verilmektedir. Patlay�c�yla �ekillendirilmi� delicinin olu�umunu etkileyen bir çok parametre vard�r. Metal astar�n ve d�� muhafazan�n kal�nl�klar�, yo�unluklar�, dayan�mlar�, metal astar çap� ve geometrisi, patlay�c� tipi, patlay�c�yla �ekillendirilmi� delicinin olu�umunu etkileyen en önemli parametrelerdir. Bu çal��mada, harp ba�l��n�n bir parças� olan metal astar�n kal�nl��n�n patlay�c�yla �ekillendirilmi� delicinin h�z�na etkisi, AUTODYN0 paket program� kullan�larak incelenmi� ve sonuçlar� verilmi�tir. Anahtar Kelimeler: Z�rh Delici, Patlay�c�yla �ekillendirilmi� Delici (P�D), EFP, Patlay�c�larla Metallerin Etkile�imi

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.


84

Keywords: Armour Penetrator, Explosively Formed Penetrator, EFP, Formation of EFP, Explosively Driven Metal 1. G�R�� Patlay�c�yla �ekillendirilmi� delici, bir taraf�nda tahrik patlay�c�s�, di�er taraf�nda ise parabolik metal astar bulunan silindir �eklindeki patlay�c�n�n aktif hale gelmesi ile olu�an yüksek bas�nçl� gazlar�n etkisi alt�nda metal astar�n �ekil de�i�tirmesi neticesinde elde edilen yüksek h�zl� bir mermidir. Mühimmat konfigürasyonuna ba�l� olarak mermi h�z� 3 km/s’ye kadar ç�kabilmektedir. Bu çal��man�n bundan sonraki bölümlerinde “Patlay�c�yla �ekillendirilmi� Delici” ifadesinin yerine “Mermi” ifadesi kullan�lm��t�r. Merminin elde edildi�i mühimmat�n genel görünü�ü �ekil 1’de gösterilmi�tir. Mühimmat�n ana parçalar� d�� muhafaza, tahrik patlay�c�s�, ana patlay�c� ve metal astard�r. Ana patlay�c�n�n aktif hale gelmesi ile olu�an patlama �ok dalgalar� patlay�c� içinde ilerlerken patlay�c�n�n sahip oldu�u kimyasal enerji kinetik enerjiye dönü�ür ve parabolik metal astar mühimmat�n ekseni boyunca ivmelenir. Parabolik metal astar, mühimmat�n geometrisine, malzeme parametrelerine ve patlama gaz bas�nc�na ba�l� olarak sürekli �ekil de�i�tirir [1] ve bu i�lem mermi kararl� bir h�z da��l�m�na sahip oluncaya kadar sürer. Parabolik metal astar�n �ekil de�i�tirmesine ili�kin genel bir süreç �ekil 2’de gösterilmi�tir.

(a) (b)

�ekil 1. Mühimmat�n Ana Parçalar� ve Mühimmat�n Boyuna Kesit Görünü�ü

D�� Muhafaza

Ana Patlay�c�

Parabolik Metal Tahrik

Patlay�c�s�


85

(a) (b)

(c) (d)

�ekil 2. Metal Astar�n �ekil De�i�tirmesine �li�kin Genel Bir Süreç a) t0=0, b) t1> t0, c) t2> t1, d) tkararl� h�z>t2

Bir hedefi delmek ve parçalamak için mermiye kazand�r�lmak istenen en önemli özellik yüksek kinetik enerjidir. Ancak gerek konvansiyonel mermilerin ate�lendi�i silahlar�n özellikleri gerekse malzeme özelliklerindeki k�s�tlamalardan dolay� konvansiyonel ate�li silahlar ile mermiye kazand�r�lan kinetik enerji s�n�rl�d�r. Mermilerin delme kabiliyetinin artt�r�lmas� için yap�lan çal��malar neticesinde; mühimmat konfigürasyonlar�na ba�l� olarak merminin konvansiyonel ate�li silahlar�n mermisine k�yasla daha yüksek kinetik enerjiye sahip oldu�u tespit edilmi�tir [2]. Bu nedenden dolay� P�D’ler büyük merak konusudur. Parabolik metal astar�n a��rl�� ile h�z�n�n fonksiyonu olan kinetik enerjinin mühimmat geometrisine göre optimum de�eri, hedefte yarat�lmak istenen tahribat aç�s�ndan büyük önem arz etmektedir. Parabolik metal astar�n ve d�� muhafazan�n kal�nl�klar�, yo�unluklar� ve dayan�mlar�, metal astar çap� ve geometrisine ile patlay�c� tipi merminin olu�umunu ve h�z�n� etkileyen en önemli parametrelerdir. Bu çal��mada, parabolik metal astar kal�nl��n�n mermi h�z�na etkisi, bir ba�ka deyi�le mermi kinetik enerjisine etkisi AUTODYN0 paket program� kullan�larak incelenmi� ve sonuçlar� tart��lm��t�r.


86

2. MERM�N�N MODELLENMES� Parabolik metal astar kal�nl��n�n mermi h�z�na etkisini incelemek için, modellenen mühimmatlar�n parabolik metal astar kal�nl�� haricindeki di�er tüm özellikleri sabit tutulmu�tur. Bu maksatla AUTODYN0 yaz�l�m�nda modellenen parabolik metal astarlar�n kal�nl�klar� s�ras�yla 1.0 mm, 1.5 mm ve 2.0 mm’dir. Mühimmat modelleri belirtilen kal�nl�k de�erlerine göre s�ras�yla model1, model2 ve model3 olarak adland�r�lm��t�r. Modellenen mühimmatlar�n fiziksel özellikleri ve malzeme bilgileri Çizelge 1’de verilmi�tir.

Çizelge 1. Mühimmat�n Fiziksel Özellikleri ve Malzeme Bilgileri Malzeme Kal�nl�k

[mm] Boy [mm]

Çap [mm]

Metal Astar Bak�r Model1 . 1.0

- 50.0 Model2 . 1.5 Model3 . 2.0

D�� Muhafaza AISI 4340 4 74 �ç : 34 D�� : 42

Tahrik Patlay�c�s� Tetryl - 12.5 19

Ana Patlay�c� TNT - - 34 ��lem süresini k�saltmak amac�yla mühimmat eksenel simetri eksenine göre modellenmi�tir. Modellenen ana parçalar metal astar, d�� muhafaza, tahrik patlay�c�s� ve ana patlay�c�d�r. Metal astar ve d�� muhafaza “lagrange” modeli ile, tahrik patlay�c�s� ve ana patlay�c� ise “euler” modeli ile modellenmi�tir [3]. Yaz�l�m�n algoritmas�na esas modelleme ayr�nt�lar� bu çal��ma kapsam� d��nda tutulmu�tur. Ana parçalar�n birbiri ile etkile�imi yaz�l�m algoritmas�na uygun olarak; parabolik metal astar ile d�� muhafazan�n birbirini kar��layan yüzeyleri “lagrange-lagrange” etkile�imi ile, parabolik metal astar�n ve d�� muhafazan�n patlay�c�yla etkile�im yüzeyleri ise “lagrange-euler” etkile�imi ile tan�mlanm��t�r. Mermiye ait h�z, momentum ve kinetik enerji gibi kinematik de�erlerin tespit edilmesi amac�yla; metal astar�n simetrik bölümüne, kal�nl�� 1 mm olan parabolik metal astar için örne�i �ekil 3’te gösterilen, sensörler yerle�tirilmi� ve her bir sensörün elde etti�i de�erler program�n i�letimi süresince kaydedilmi�tir. Bahsedilen sensörler 113’ten 119’a kadar numaraland�r�lm��t�r. 3. MODEL SONUÇLARI Parabolik metal astar, patlay�c�n�n aktif hale gelmesi ile olu�an ve küresel ilerleyen yüksek bas�nçl� �ok dalgalar�n�n etkisi alt�nda �ekil de�i�tirir.


87

�ekil 3. Parabolik Metal Astar Üzerindeki Sensör Yerle�imi

Bütün modellere ait tahrik patlay�c�lar� t=0 an�nda aktif hale getirilmi�tir. Modellenen mühimmatlara ait parabolik metal astarlar ve ana patlay�c� a��rl�klar� s�ras�yla �ekil 4 ve 5’te gösterilmi�tir. �ekil 4 ve 5’te görüldü�ü üzere, parabolik metal astar kal�nl�� artt�kça; parabolik metal astar a��rl�� do�rusal olarak artmakta, ana patlay�c� a��rl��nda ise çok az bir azalma olmaktad�r. �ekil 4 ve 5’teki parabolik metal astar ve ana patlay�c� a��rl�klar�n�n de�i�imi de�erlendirildi�inde, parabolik metal astar kal�nl�� artt�kça merminin ula�aca�� maksimum h�z�n azalmas� öngörülmektedir.

02468

101214161820

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

Metal Astar Kal�nl�� [mm]

Met

al A

star

A��

rl��

[gr]

.

�ekil 4. Modellerin Metal Astar A��rl�klar�


88

83

83.5

84

84.5

85

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

Metal Astar Kal�nl�� [mm]

Ana

Pat

lay�

c� A

��rl�

�� [g

r]

.

�ekil 5. Modellerin Ana Patlay�c� A��rl�klar�

Öngörünün geçerlili�inin tespiti amac�yla modellenen mühimmatlar�n metal astarlar�na ait h�z ve kinetik enerji da��l�mlar� s�ras�yla �ekil 6 ve 7’de gösterilmi�tir. Model1, Model2 ve Model3’ün parabolik metal astarlar�n�n maksimum h�zlar� s�ras�yla 2.57 km/s, 2.03 km/s ve 1.68 km/s olarak hesaplanm��t�r. Mermi, patlamay� takiben olu�maya ba�lad�ktan sonra simetri ekseni boyunca sahip oldu�u h�z da��l�m�ndan dolay� uzar. �ekillendirilmi� patlay�c�yla elde edilen merminin en tipik özelli�i, tasar�m�nda öngörülen süreçte istenilen boya kadar uzamas�, böylelikle parçalara ayr�lmadan uçu�una devam etmesidir. Merminin parçalara ayr�lmamas�, delme imkan ve kabiliyeti için önemli bir unsurdur [4].

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 10 20 30 40 50

Zaman [microsaniye]

H�z

[km

/s]

.

Model1Model2Model3

�ekil 6. Modellerle Elde Edilen Mermilere Ait Zamana Ba�l� H�z E�risi


89

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50

Zaman [microsaniye]

Kin

etik

Ene

rji [k

J]

.

Model1Model2Model3

�ekil 7. Modellerle Elde Edilen Mermilere Ait Zamana Ba�l� Kinetik Enerji

E�risi Merminin simetri ekseni boyunca sahip oldu�u h�z da��l�m�, zamana ve merminin malzemesine ba�l� olarak mermi profilinin eksenel yönde uzamas�na ve radyal yönde daralmas�na neden olur [5]. Ad� geçen h�z da��l�m�n�n zamana ba�l� de�i�imi �ekil 8’de gösterilmi�tir.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zaman [microsaniye]

H�z

[km

/s]

.

Ortalama H�zSensör # 113Sensör # 114Sensör # 115Sensör # 116Sensör # 117Sensör # 118Sensör # 119

�ekil 8. Mermi Üzerindeki Sensörlere Ait H�z E�rileri

�ekil 8’de görüldü�ü üzere mermi üzerinde de�i�ken ivmeler mevcuttur, ancak merminin uçu�u sürecinde farkl� ivmelenmelere sahip mermi k�s�mlar� malzeme özelliklerine ba�l� olarak birbirleri ile etkile�mekte ve sonucunda da mermi kararl� bir h�za ula�maktad�r.


90

4. SONUÇ Say�sal çözümleme program� olan AUTODYN® yaz�l�m� ile modellenen ve konfigürasyon bilgileri bu çal��mada özetlenen mühimmatlar�n (Model1, Model2 ve Model3) aktif hale gelmesi ile elde edilen mermilerin olu�um sürecindeki profilleri literatürdeki profillerle uyumludur [5, 6].

Kullan�lan modellerin 1 mm, 1.5 mm ve 2 mm kal�nl�ktaki metal astarlar�n�n olu�turdu�u mermilerin son h�zlar� s�ras�yla 2.57 km/s, 2.03 km/s ve 1.68 km/s olarak hesaplanm��t�r. AUTODYN0 paket program� kullan�larak yap�lan incelemeler neticesinde, metal astar kal�nl��n�n artmas�n�n mermi a��rl��n�n artmas�na ve mermi h�z�n�n azalmas�na neden oldu�u tespit edilmi�tir.

Modellerle elde edilen mermilerin kinetik enerjisi, 12.7x99 mm API (Armour Piercing and Incendiary) mermisinin kinetik enerji ile k�yasland��nda da; bu çal��mada detay bilgileri özetlenen mühimmatlar ile elde edilen mermilerin 12.7x99 mm API mermisinin sahip oldu�u kinetik enerjinin yakla��k 2 kat�na sahip oldu�u görülmü�tür.

Sonuç olarak bu çal��mada; patlay�c�yla �ekillendirilmi� parabolik metal astar kal�nl��n�n artmas�n�n mermi h�z�n� oldukça dü�ürdü�ü ve bunun sonucunda mermi kütlesinin artmas�na kar��n kinetik enerjisinin de dü�tü�ü tespit edilmi�tir. Ancak parabolik metal astar kal�nl��n�n bir alt limitinin oldu�u ve belirli bir de�erin alt�na dü�mesi durumunda merminin parçalara ayr�lmas� gibi ba�ka sorunlar�n ortaya ç�kabilece�i de�erlendirilmektedir. 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).


91

BOR KARBÜR-ALÜM�NYUM ESASLI ZIRH S�STEMLER�N�N BAL�ST�K PERFORMANSININ BEL�RLENMES�

Gürsoy ARSLAN (a), Ay�e KALEMTA� (b), Nihan TUNÇER (c), Selvin YE��LAY (d), Ferhat KARA (e) ve Servet TURAN (f)

(a) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected] (b) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected]

(c) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected] (d) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected]

(e) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected] (f) Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Müh. Böl., 26480, Eski�ehir, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, ucuz ancak a��r olan çelik ve balistik performans� yüksek ancak üretimi pahal� olan geli�mi� tek bile�enli (bor karbür, silisyum karbür) z�rhlara kar�� alternatif z�rh malzemesi olma potansiyeli ta��yan bor karbür-alüminyum kompozit plakalar�n E-cam� fiber örgü takviyeli polimer destek plakas� ile birle�tirilerek elde edilen z�rh sistemlerinin, MIL-STD-662F standard�ndaki mermi h�zlar� esas al�narak balistik potansiyellerinin belirlenmesi hedeflenmi�tir.

20 cm*20 cm’lik bir alana sahip her bir destek plakas�na 5 cm*5 cm’lik bir alana sahip bir kompozit z�rh plakas� yerle�tirilmi�tir. Kompozit ve destek plakalar�n�n kal�nl�� ise istenilen toplam alansal yo�unlu�u (36-43 kg/m2) sa�layacak �ekilde ayarlanm��t�r.

Elde edilen ilk verilere göre, alansal yo�unluklar� 37.5 kg/m2 olan z�rh sistemleri, çarpma h�z� 1 853 m/s olan 7,62 mm Ball M2 mermilerine kar�� tam koruma sa�lamaktad�r. Alansal yo�unluklar� % 43 kg/m2 olan z�rh sistemleri, çarpma h�z� 1 841 m/s olan 7,62 mm AP M2 mermilerine kar�� tam koruma sa�layamazken, çarpma h�z� 1 773 m/s olan mermilere kar�� tam koruma sa�lad�� tespit edilmi�tir.

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 E-glass fiber-reinforced polymer backing, as an alternative to cheap but heavy, and high peformance but costly monolithic (boron carbide, silicon carbide)


92

armor systems with reference to the bullet velocities given in the MIL-STD-662F 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 1 853 m/s. While armor systems with an areal density % 43 kg/m2 are unable to fully protect against 7.62 mm Ball M2 bullets having an impact velocity 1 841 m/s, they do provide full protection against bullets having an impact velocity 1 773 m/s.

Keywords: Ballistic, Composite, Boron Carbide, Aluminium, Ammunition.

1. G�R�� Anadolu Üniversitesi bünyesinde, ulusal z�rh teknolojilerinin geli�tirilmesine yönelik olarak, üretim maliyeti dü�ük, seri üretime uygun, hafif ve yüksek balistik performansa sahip z�rh malzemelerinin üretimini amaçlayan çal��malara 1997 y�l�nda ba�lanm��t�r [1]. B4C-Al kompozitler üzerine gerçekle�tirilen projeler neticesinde, süreç de�i�kenleri optimize edilerek tasarlanan kompozitlerin mikroyap�s� ve mekanik özellikleri geni� bir aral�kta ihtiyaca göre ayarlanabilmektedir. Bu çal��malar neticesinde, neredeyse tamam� seramik fazlardan olu�an kompozitler üretilebildi�i gibi, neredeyse hiç tepkime ürünü içermeyen seramik-metal kompozitler de üretilebilmektedir. Bu kompozitlerin balistik performanslar�n�n belirlenmesine yönelik olarak yürütülen ve Tübitak taraf�ndan desteklenen bir proje ise tamamlanmak üzeredir. Bu projeler kapsam�nda B4C-Al sisteminde emdirme mekanizmas�n�n aç�klanmas� ve süreç ko�ullar�n�n optimizasyonu çal��malar� gerçekle�tirilmi�tir [2-5].

Balistik tehditlere kar�� geli�tirilen ilk hafif z�rh sistemleri, genellikle alüminyum ya da cam fiber takviyeli plastikten olu�an bir destek plakas� ve ona yap��t�r�lm�� olan yakla��k 0,8 mm kal�nl��ndaki sinterlenmi� Al2O3 seramik plakalardan meydana geliyordu. 1960’l� y�llar�n ba�lar�nda, Norton firmas� s�cak preslenmi� B4C z�rh sistemi ile monolitik seramik z�rhlar�n geli�tirilmesinde öncü rol oynam��t�r. B4C’nin özgül a��rl��n�n Al2O3’e göre daha dü�ük olmas�, z�rh�n a��rl��nda göreceli olarak % 30’luk bir kazanç sa�lam��t�r. Hem B4C hem de Al2O3 z�rhlar� askeri helikopterlerde kullan�lmak üzere tasarland��ndan ve hareketli parçalarda a��rl�k en önemli ölçütlerden biri oldu�undan, bu tür uygulamalar için B4C z�rhlar�na yönelik güçlü bir tercih do�mu�tur [6].

Hafif ve nispeten yüksek toklu�a sahip B4C-Al kompozitler di�er uygulama alanlar�n�n yan� s�ra balistik performans� yüksek z�rh sistemlerinde


93

kullan�lmaktad�r [7]. Bu tür seramik matrisli z�rh malzemeleri henüz monolitik seramik z�rhlar kadar geli�tirilememi�tir. Ancak, monolitik seramik z�rhlara oranla darbe esnas�nda daha az çevresel hasara neden olmaktad�rlar. Bu da malzemenin çoklu çarpmalara kar�� olan direncini artt�rmaktad�r [8].

Bor karbür-alüminyum kompozit plakas� ve polimer esasl� destek plakas�ndan olu�an z�rh sistemlerinin balistik testleri MIL-STD 662F standard�ndaki mermi h�zlar� esas al�narak gerçekle�tirilmi�tir [9]. Bu çal��mada, elde edilen ilk balistik test sonuçlar� alansal yo�unluklar dikkate al�narak irdelenmektedir.

2. DENEYSEL Yap�lan çal��mada kaba (22-59 μm) ve ince (<10 μm) B4C tozlar� izopropil alkol ortam�nda, belirli oranlarda kar��t�r�larak haz�rlanan toz y��nlar� önce tek yönlü, arkas�ndan da so�uk izostatik pres ile �ekillendirilmi�tir.

Gözenekli seramik bünyelere 1200oC’de 10 dk süreyle ve Ar gaz� ortam�nda Al ala��mlar� emdirilmi�tir. Üretilen kompozit plakalara emdirme sonras� �s�l i�lemler uygulanarak kompozitlerin özellikleri iyile�tirilmi�tir. Üretilen kompozitlerin içyap�lar� taramal� elektron mikroskobuyla (SEM) incelenmi�tir.

Seramik-metal kompozit z�rh plakalar�n�n E-cam� örgü takviyeli polimer esasl� destek plakalar� ile birle�tirilme i�lemi �zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü’nde gerçekle�tirilmi�tir. Her bir destek plakas�na 1 adet z�rh plakas� yerle�tirilmi�tir. Bu �ekilde olu�turulan z�rh sistemlerinin (B4C/Al-E cam�) balistik testleri FNSS �irketinde MIL-STD-662F askeri standard�nda belirtilen mermi h�zlar�nda gerçekle�tirilmi�tir.

3. BULGULAR VE TARTI�MA Üretilen çok say�daki kompozit plakalar�n SEM incelemelerinden, balistik performans için belirleyici olan içyap�n�n tekrarlanabilirli�i, seramik ()%70) ve metal (<%30) fazlar�n�n homojen bir �ekilde da��l�m� ve yap�n�n gözeneklerden ar�nd�r�lm�� olmas� gibi özelliklerin sa�land�� görülmektedir (�ekil 1).

Balistik deneylerde kullan�lan merminin türü, çarpma h�z�, kompozit plakalara ait alansal yo�unluk de�eri ve balistik test sonuçlar� Çizelge 1’de özetlenmektedir.

Balistik deneylere tabi tutulan ve alansal yo�unluklar� � 43 kg/m2 olan z�rh sistemlerinin hiç biri çarpma h�z� > 841 m/s olan AP M2 z�rh delicisine kar�� tam koruma sa�layamam��t�r. Buna kar��n, h�z�n > 773 m/s olmas� durumunda, alansal yo�unluklar� 36 kg/m2 olan z�rh sistemlerinin ayn� tehdide kar�� tam koruma sa�lad�� belirlenmi�tir (�ekil 2). Balistik testin ba�ar�l� olup olmad��na z�rh plakas�n�n arka k�sm�na yerle�tirilen 0,5 mm kal�nl��ndaki Al �ahit plakas�n�n �� geçirecek �ekilde delinip delinmedi�ine bak�larak karar verilmi�tir.


94

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

(a) 100 X ve (b) 500 X

Çizelge 1. Balistik deney sonuçlar�

Mermi Türü Çarpma h�z�

(m/s) *alansal

(kg/m2) Sonuç

AP M2

841 � 43,0

Tam delinme 786 36,0

784 40,0

774 41,0

K�smi delinme 773 36,0

864 37,5

853 37,5

Ball M2 851 37,1

K�smi delinme 864 35,6

(a) (b)


95

�ekil 2. Alansal yo�unlu�u 36 kg/m2 olan z�rh sisteminin AP M2 (h�z� > 773

m/s) ile gerçekle�tirilen at�� sonras� (a) önden ve (b) arkadan görünü�ü

�ekil 3. Alansal yo�unlu�u 36 kg/m2 olan z�rh sisteminin Ball M2 (h�z� > 853

m/s) ile gerçekle�tirilen at�� sonras� (a) önden ve (b) arkadan görünü�ü

Alansal yo�unluklar� 37,5 kg/m2 olan z�rh sistemleri, çarpma h�z� > 853 m/s olan Ball M2 mermilerine kar�� tam koruma sa�lam��t�r (�ekil 3).

�ekil 4’de farkl� z�rh sistemlerinin h�z� 820 m/s olan AP M2 mermisini durdurmak için gerekli olan alansal yo�unluk de�erleri sunulmaktad�r [10]. Grafikte aç�kça görüldü�ü üzere seramik-metal kompozit z�rh sistemlerinin balistik verimleri geleneksel alüminyum ve çelik z�rhlara oranla çok daha iyidir.

(a) (b)

(a) (b)


96

B4C-Al kompozitlerinin kullan�m�yla söz konusu ko�ullarda tam koruman�n sa�land�� alansal yo�unluk de�erinde yakla��k 4 katl�k bir azalma sa�lanm��t�r.

Bu çal��mada üretilen z�rh sistemleri ile gerçekle�tirilen ilk balistik denemelerde AP M2 ve Ball M2 mermilerini durdurmak için gerekli olan alansal yo�unluk de�erleri �ekil 5’de verilmektedir. Bu de�erler çarpma h�zlar� s�ras�yla > 773 m/s ve > 853 m/s olan AP M2 ve Ball M2 mermileri için geçerlidir.

Her ne kadar çarpma h�z� > 841 m/s olan AP M2 z�rh delicisine kar�� alansal yo�unlu�u � 43 kg/m2 olan z�rh sistemleri ba�ar�l� olamam�� ise de, alansal yo�unlu�u 36 kg/m2 olan z�rh sisteminin, çarpma h�z� > 773 m/s olan mermiyi durdurmas� balistik potansiyelinin literatürde yer alan de�erlere yak�n oldu�unu göstermektedir (�ekil 4 ve 5). Ayr�ca bu çal��mada destek plakas� olarak temini güç ve maliyeti yüksek olmas� nedeniyle yüksek balistik özelliklerine ra�men Kevlar yerine, yerli üretim olan E-cam� örgülü polimer bir destek plakas� tercih edilmi�tir.

�ekil 4. Al 6061 T6, z�rh çeli�i ve B4C-Al6061 z�rhlar�n�n h�z� 820 m/s olan AP

M2 mermisini durdurmak için gerekli olan alansal yo�unluklar� [10]


97

�ekil 5. B4C/Al-E cam� z�rh sistemlerinin h�z� 773 m/s olan AP M2 ve h�z� 853 m/s olan Ball M2 mermilerini durdurmak için gerekli olan alansal

yo�unluklar�

5. SONUÇ Alansal yo�unluklar� � 43 kg/m2 olan B4C/Al-E cam� z�rh sistemlerinin çarpma h�z� > 841 m/s olan AP M2 z�rh delicisine kar�� tam koruma sa�layamad�� belirlenmi�tir. Buna kar��n, h�z�n > 773 m/s olmas� durumunda, alansal yo�unluklar� 36 kg/m2 olan z�rh sistemlerinin ayn� tehdide kar�� tam koruma sa�lad�� görülmü�tür. Ayr�ca alansal yo�unluklar� 37,5 kg/m2 olan z�rh sistemlerinin çarpma h�z� > 853 m/s olan Ball M2 mermilerine kar�� tam koruma sa�lad�� saptanm��t�r.

TE�EKKÜR Yazarlar Tübitak’a 105M349 nolu “Bor Karbür-Alüminyum Kompozit Z�rhlar�n Balistik Performans�n�n Belirlenmesi” ba�l�kl� projeyi destekledi�i için te�ekkür etmektedir.

KAYNAKÇA [1] G. Arslan, (2001), “Bor Karbür-Alüminyum Kompozitlerinin Üretimi ve Karakterizasyonu”, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisli�i Bölümü, Eski�ehir.


98

[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.


99

�EK�L BELLEKL� ALA�IMLI TELLER �Ç�N ELEKTRO-TERMO-MEKAN�K KARAKTER�ZASYON C�HAZI

Burcu DÖNMEZ(a),F.Suat KADIO�LU(b)

(a) TÜB�TAK-SAGE, [email protected]

(b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Mühendisli�i Bölümü, kad�[email protected]

ÖZET Günümüzde, �ekil bellekli ala��mlardan üretilmi� elemanlar�n havac�l�k ve uzay uygulamalar�nda kullan�mlar� giderek artmaktad�r. Bu malzemelerin en yayg�n kullan�m formu olan tellerin mühendislik uygulamalar�na entegrasyonlar� için bu tellerin modellenmeleri gerekmektedir. Literatürde �ekil bellekli ala��ml� tellerin davran��lar�n� tan�mlamak için geli�tirilen modeller incelendi�inde kinematik denklemler içerisinde baz� karakteristik parametrelerin kullan�ld�� görülmektedir. Bu karakteristik parametreler deneysel metodlarla her tel için ayr� ayr� belirlenen sabitlerdir. Bu çal��mada, literatürde mevcut ve kabul görmü� modeller incelenmi� ve bu modellerde kullan�lan karakteristik parametreler ayr��t�r�lm��lard�r. Daha sonra bu parametrelerin belirlenmesi için gereken deneyler aç�klanm�� ve TÜB�TAK-SAGE kapsam�nda kurulmu� olan elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz� anlat�lm��t�r. Ayr�ca, bu cihaz kullan�larak gerçekle�tirilen karakterizasyon deneyleri ve sonuçlar� aç�klanm��t�r.

Anahtar kelimeler: �ekil bellekli ala��mlar, �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 TÜB�TAK-SAGE is described. Also, the experiments conducted using the device are presented with the results obtained.


100

Keywords: Shape memory alloys, modeling of shape memory wires, characterization of shape memory wires

1. G�R�� ekil bellekli ala��mlar (�BA) günümüzde “ak�ll�” malzemeler olarak adland�r�lan aktif metalik malzemelerdir. Bu malzemeler, yüksek teknolojili ak�ll� sistemlerde alg�lay�c�- eyleyici olarak kullan�l�rlar [1].

�ekil belle�i, belirli malzemelerin çok a��r deformasyonlardan sonra bile ilk �ekillerini hat�rlayarak geri dönmeleridir. Bu malzemeler, dü�ük s�cakl�klarda deforme edildikten sonra �s�t�lana kadar hep deforme olarak kal�rlar, ancak �s�t�lmayla orjinal “ö�renilmi�” �ekillerine geri dönerler [2].

�ekil bellekli ala��ml� elemanlar�n mühendislik sistemlerinde kullan�labilmesi için, mühendislere tasar�m s�ras�nda yol gösteren say�sal bir araç olarak modellemeye ihtiyaç vard�r.

2. �EK�L BELLEKL� ALA�IM MODELLER� 1980’lerin sonu ve 1990’larda �BA’lar�n davran��lar�n� de�i�ik matematiksel formlarda tan�mlamaya çal��an birçok �BA modeli geli�tirilmi�tir. �ekil bellekli malzemelerin davran��lar� gerilme, s�cakl�k, malzemenin faz� (östenitik ve martensitik) ve dönü�üm termodinami�i gibi birçok de�i�ik etkene ba�l� oldu�u için makroskopik düzeyde yeterli bir yap�sal ili�kiyi formüle etmek oldukça zordur [3].

Mühendislik yönünden bak�ld��nda en pratik ve verimli yakla��mlar�n, termomekanik davran��n detaylar�na hiç de�inmeyen, tek eksenli deneysel verilere e�ri oturturularak elde edilen olgusal modeller oldu�u söylenebilir [4]. Tarihsel anlamda bu tarzdaki ilk model Tanaka taraf�ndan önerilmi�tir [5]. Bu çal��mada, literatürde en s�k rastlanan modeller olan Tanaka’n�n, Liang ve Rogers’�n ve Brinson’un modelleri incelenmi�tir.

2.1 Tanaka’n�n Modeli Yap�sal ili�kinin olu�turulmas� Tek boyutlu bir �BA eleman�n�n (tel) dönü�ümü ele al�n�rsa, termodinamik prensiplerinden enerji dengesi denklemi (1) ve Clasius-Duhem e�itsizli�i (2) a�a��daki �ekilde ifade edilebilir, [5]:

0qx/qLˆU sur �*�22�,�* � (1) 0)T/q(x/T/q.S sur 122�*�* � (2)

Burada U iç enerji yo�unlu�u, � gerilme, q �s�l üretim terimi, qsur �s� ak�s�, S entropi yo�unlu�u, T s�cakl�k, x malzeme koordinat� ve � yo�unluktur.

Bu modele göre tek boyutlu bir �BA teli için faz dönü�ümü üç d�� de�i�ken: gerilme (�), gerinim (�) ve s�cakl�k (T) ile bir iç de�i�ken olan martensit oran�, �


101

(de�i�im durumu) ile tan�mlanabilir. Malzemenin martensit oran� 0 ile 1 aras�nda de�i�en, 1’in tamamen martensitik faz� tan�mlad��, s�cakl�k ve gerilmeye ba�l� bir orand�r.

Burada, Helmholtz serbest enerji denkleminin tan�m�ndan ve belirli manipülasyonlardan sonra denklem (3)’te verilen yap�sal denkleme ula��labilir. Bu denklemde 0 indisi, malzemenin ilk durumunu temsil etmektedir.

)TT()()(E 0000 �&�3�34�+�+�,�, (3)

Yukar�daki denklemde E elastisite modülü, � tek eksenli dönü�üm katsay�s� ve � s�cakl�k uzama katsay�s�d�r.

Bir malzeme sabiti olan geri dönü�türülebilen en yüksek gerinim, �L, malzeme tamamen martensitik fazdayken olu�ur. Ilk durum �0=�0=�0=0 ve son durum da �=0, �0=�L ve �=1 olarak tan�mlan�rsa tek eksenli dönü�üm katsay�s�n� veren denklem; EL.+��4 olarak elde edilebilir.

Faz Dönü�ümü S�ras�nda Martensit Oran�n�n Belirlenmesi Tanaka’n�n modelinde dönü�üm s�ras�nda martensitik oran�n�n belirlenmesi için üstel fonksiyonlar kullan�lm��t�r. Östenit fazdan martensit faza geçi�te (Ö. M) denklem (4)’te verilen fonksiyon önerilmi�tir. Denklemlerde, Ms ve Mf martensit faz�n ba�lama ve biti� s�cakl�klar�d�r.

� �� 0exp1 3�,��3 MsM bTMa (4)

Burada, aM ve bM’nin tan�mlar� ise �u �ekilde yap�labilir:

)MM/()10ln(2a fsM �� (5) MMM C/ab � (6) CM parametresi; dönü�üm s�cakl�klar�n�n (Ms ve Mf) gerilmeye ba�l� de�i�imleridir (�ekil 1).

�ekil 1 Gerilme-Dönü�üm S�cakl�� Grafi�i

Ters dönü�üm için (martensitten östenite) (M. Ö) kullan�lan üstel fonksiyon denklem (7)’de verilmi�tir. Burada As ve Af östenit faz�n ba�lama ve biti� s�cakl�klar�d�r.

T

�

CM

Mf Ms As Af

CA


102

� �� ,��3�3 AsA bATaexp0(7)

aA ve bA’n�n tan�m� a�a��daki �ekilde yap�l�r:

)AA/()10ln(2a sfA �� (8) AAM C/ab � (9) Buradaki CA parametresi, östenitik dönü�üm s�cakl�klar� As ve Af’nin uygulanan gerilmeye göre de�i�imleridir (�ekil 1).

2.2. Liang ve Rogers’�n Modeli Liang ve Rogers’�n modelinde Tanaka’n�n geli�tirdi�i yap�sal denklem kullan�l�r [6]. Bahsedilen modelde dönü�üm oran�n�n belirlenmesinde kullan�lan fonksiyonlar Tanaka’n�n modelinde kullan�lanlardan farkl� olup, bu modelde dönü�üm trigonometrik (kosinüs) fonksiyonlarla ifade edilir.

Ö. M dönü�ümde denklem (10)’da verilen fonksiyon önerilmi�tir:

� �� )1.(5.0C/MTAcos)1.(5.0 0MfM0 3��,��3��3 (10) Pozitif malzeme katsay�s� AM �u �ekilde tan�mlan�r: )MM/(A fsM �-�

M. Ö dönü�ümü için kullan�lan fonksiyon ise denklem (11)’de verilmi�tir.

� �� 5 61C/ATAcos.5.0 AsA0 �,��3�3 (11)

AA’n�n tan�m� ise )AA/(A sfA �-� olarak yap�l�r.

2.3. Brinson’nun Modeli Yap�sal ili�kinin olu�turulmas� Brinson’un modelinin termodinamik temeli Tanaka’n�n modelinin ayn�s�d�r; ancak bu modelde yap�sal ili�ki ve dönü�üm oran� fonksiyonlar� yeni bir iç durum de�i�keni kullan�larak yeniden tan�mlanm��lard�r. Belirtilen model, martensitik dönü�ümü; s�cakl��a ba�l� oran, �T, ve gerilmeye ba�l� oran, �S, olarak iki k�sma ay�r�r. Tanaka’n�n modelindeki yap�sal ili�kiye �= �S+ �T tan�m� da eklenir.

Faz Dönü�ümü S�ras�nda Martensit Oran�n�n Belirlenmesi Bu modelde deneysel olarak bulunan iki malzeme sabiti daha tan�mlan�r: �f

cr ve �s

cr. Martensitik dönü�üm s�cakl�klar�n�n �fcr ve �s

cr gerinimlerinin alt�ndaki gerinim de�erlerinde sabit kald�� varsay�m� kullan�lm��t�r (�ekil 2). Bu modelde dönü�üm, 3 de�i�ik durum için incelenmi�tir.


103

�ekil 2 De�i�tirilmi� Gerilim-Dönü�üm S�cakl�� Grafi�i ([6])

i.Östenitten deforme olmu� martensite (Ö . Md) dönü�üm, T>Ms ve uygulanan gerilimin aral�� sM

crfsM

crS MTCMTC ��,(,(��, oldu�u durumlar

için martensit oranlar� a�a��da verilen fonksiyonlarla tan�mlan�r.

� � )1.(5.0)MT(Ccos)1.(5.0 0SsMcrfcr

fcrS

0SS 3��

!"#

$��,�,

,�,-

3��3 (12)

)1/()( 0S0SS0T0TT 3�3�33�3�3 (13) ii.T<Ms ve uygulanan gerilme �s

cr<�< �fcr aral��nda olursa kullan�lan

martensitik oran tan�mlar� denklem (14) ve (15)’te verilmi�tir.

� �2

1cos2

1 00 Scrfcr

fcrS

SS

3��

!"#

$,�,

,�,-3�

�3 (14)

3��3�3�33�3�3 T0S0SS0T0TT )1/()( (15) 3�T tan�m�, Mf<T<Ms ve T<T0 durumu için

� �� 5 61MTAcos)1(5.0 fM0TT ��3�� 3

di�er durumlarda ise, 0�� 3T olarak yap�l�r. AM ‘nin tan�m� ise Liang ve Rogers’�n modelindeki tan�mla ayn�d�r.

iii.T>As ve uygulanan gerilme � � � �sMcrfsM

crS MTCMTC ��,(,(��,

aral��nda olursa kullan�lan martensitik oran fonksiyonlar� denklem (16) ve (17)’de verilmi�tir. AA’n�n tan�m� da Liang ve Rogers’�n modelindeki tan�mla ayn�d�r.

))(/( 000S0SS 3�333�3�3 (16) ))(/( 000T0TT 3�333�3�3 (17) Burada � �� 5 61C/ATAcos.5.0 AsA0 �,��3�3 olarak tan�mlan�r.

�ncelenen modelerin, mühendislik kodlamalar�na uygulanmalar� say�sal problemler veya artan kodlama ve çözüm zamanlar� aç�s�ndan model seçimini etkileyebilir. Kullan�lacak model uygulaman�n isterleri ve deney yeteneklerine ba�l� olarak seçilmelidir.

i

ii

iii


104

3. KARAKTER�ST�K PARAMETRELER VE BEL�RLENMELER� �ekil bellekli elemanlar�n kullan�m�nda uygulaman�n tasar�m ve modellenmesinden önce seçilen �BA’lar�n karakterizasyonu gerekmektedir. Bu bölümde modellerin içerisinde geçen parametreler ayr��t�r�lm�� ve bu parametrelerin belirlenmesi için gereken deneyler aç�klanm��t�r. Gereken sabitler ve ili�kili modeller Tablo 1‘de verilmi�tir.

Tablo 1 Modellerin kullan�m� için belirlenmesi gereken sabitler Martensit Östenit Birim Model Serbest dönü�üm s�cakl�klar� Ms

0, Mf0 As

0, Af0 °C Tanaka, L&R, ve Brinson

Elastisite modülü Em Ea MPa Tanaka, L&R, ve Brinson Gerilme - dönü�üm s�cakl�� de�i�imi katsay�s�

CM CA MPa/°C Tanaka, L&R, ve Brinson

Kritik gerilme �scr, �f

cr - MPa Brinson Geri dönü�türülebilen en yüksek gerinim �L - Tanaka, L&R, ve Brinson 3.1.Serbest dönü�üm s�cakl�klar�n�n belirlenmesi Serbest dönü�üm s�cakl�klar�, �BA malzemelerin üzerinde herhangi bir gerilme olmaks�z�n dönü�ümün görüldü�ü s�cakl�klard�r. Bu s�cakl�klar�n belirlenmesinde kullan�lan en yayg�n yöntem DSC (diferansiyel taramal� kalorimetre) cihaz�d�r. Bu teknik, çok küçük miktarda seçilen numunenin so�urdu�u veya yayd�� s�n�n ölçülmesi esas�na dayan�r. 3.2. Elastisite modülünün belirlenmesi Malzemenin elastisite modülü, standart çek-bas testleri ile belirlenebilir. Ancak bu parametre malzemenin faz�na göre de�i�ti�i için, martensitik modülün (Em) belirlenmesinde malzeme; martensiti ba�lang�ç s�cakl��n�n (Ms0) alt�na so�utulmal�, östenitik modülün (Ea) belirlenmesi için östenit biti� s�cakl��n�n (Af0) üstüne �s�t�lmal�d�r. 3.3. Gerilme - dönü�üm s�cakl�� de�i�imi katsay�s� �BA tellerin gerilme-dönü�üm s�cakl�� de�i�imi katsay�lar� (CM ve CA), de�i�ik sabit gerilmeler alt�nda termal döngü uygulan�p dönü�üm s�cakl�klar�n�n belirlenmesiyle hesaplanabilir. Belirlenen dönü�üm s�cakl�klar� gerilmelere göre çizdirilirse ç�kan do�rular�n e�imleri bu katsay�lar� verir (�ekil 1). 3.4. Kritik gerilmelerin belirlenmesi Deforme olmu� martensit için belirlenen kritik gerilme de�erleri (�scr ve �fcr), de�i�ik sabit s�cakl�klarda gerçekle�tirilen gerilme-gerinim testleriyle


105

belirlenebilir. Brinson’un modelinde martensit ba�lama s�cakl��n�n (Ms0) alt�ndaki s�cakl�klarda dönü�üm gerinimlerinin s�cakl�ktan ba��ms�z olarak sabit kalmas� beklenmektedir. Bu testlerde elde edilen dönü�üm gerilmeleri s�cakl�klara kar�� çizdirilirse �ekil 2’de verilen grafik elde edilebilir. 3.5. Geri dönü�türülebilen en yüksek gerinimin belirlenmesi Geri dönü�türülebilen en yüksek gerinim (�L), sabit gerilme alt�nda termal döngü uygulanmas�yla belirlenebilir. Gerinim verisi toplanarak döngü s�ras�nda ula��lan en yüksek gerinim belirlenebilir. 4. �BA TELLER�N KARAKTER�ZASYONU Bu bölümde ince �BA tellere sabit gerilme alt�nda elektro-termal döngü uygulanabilmesini sa�lamak amac�yla tasarlanm�� deney düzene�i anlat�lm��t�r. Bahsedilen düzenekte tellerin mutlak elektrik direnci, s�cakl�k ve gerinim verileri 10 Hz s�kl��nda toplanmaktad�r. Bu çal��mada 200 �m kal�nl��nda k�salma için e�itilmi� nikel-titanyum ala��ml� telin 90-206 MPa aral��nda sabit eksenel gerilmeler alt�nda gerinim-s�cakl�k, direnç-s�cakl�k ve histerisis davran��lar� belirlenmi�tir. 4.1. Karakterizasyon Cihaz�n�n Tan�t�m� �ekil 3’te �ematik çizimleri görülen elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz�, profil bir mekanik yap�, LVDT (dogrusal degisken differensiyel dönü�türücü), sinyal jeneratörü, elektronik yük ve güç kayna��ndan olu�maktad�r. �BA tel, silikon kapl� tutucularla düzene�e ba�lanmakta, ucuna da de�i�tirilebilen sabit a��rl�klar as�lmaktad�r.

�ekil 3 Elektro-termo-mekanik karakterizasyon cihaz� �ematik çizimleri

Telin gerinimi BALLUFF BTL05 model çözünürlü�ü 2 �m olan dogrusal degisken differensiyel dönü�türücü (LVDT) ile, s�cakl�� ise elektrik yal�tkan-

�BA tel

Çerçeve

Ba�lant�lar

LVDT

A��rl�k

S�cakl�k

Sinyal Üreteci

Elektyonik Yük

�BA tel

Güç Kayna��

DAQ Ak�m

Voltaj

Uzama


106

yüksek �s�l iletken OMEGA BOND 101-16 ile yap��t�r�lm�� 0.125 mm kal�nl��nda �s�l çift kullan�larak ölçülmektedir. Sistemde güç INSTEK PST3202 marka güç kayna��ndan sa�lanmaktad�r. Tellere verilen ak�m MITech 9301 marka sinyal jeneratörünün sa�lad�� voltaj ile iç dirençi de�i�erek ak�m kontrolünü sa�layan DATEL marka DTL32A-LC elektronik yük ile sa�lanmaktad�r. DAQ Book 2020 veri toplama sistemi ile ak�m, voltaj, s�cakl�k ve uzama verileri sürekli olarak toplanmaktad�r. 4.2. Karakterizasyon Testleri 200 �m tel üzerinde de�i�ik gerilimler alt�nda gerçekle�tirilen karakterizasyon testleri sonucunda veriler, MATLAB ortam�nda i�lenerek �BA tel için s�cakl�k-gerinim (�ekil 4a) ve s�cakl�k-direnç grafikleri elde edilmi�tir. Gerinim-s�cakl�k verileri kullan�larak de�i�ik gerilme seviyelerinde dönü�üm s�cakl�klar� te�et yöntemiyle belirlenmi�, daha sonra bu noktalar birle�tirilerek olu�turulan do�rular�n e�imleri ile katsay�lar hesaplanm��t�r (�ekil 4b) (CA=7.1 MPa/°C, CM=5.4 MPa/°C). S�cakl�k-gerinim grafi�inden geri dönü�türülebilen en yüksek gerinim de % 3.5 olarak bulunmu�tur.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

Temperature (C)

Stra

in (%

)

Under Various Loading Conditions

90 MPa120 MPA170 MPa

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Temperature (C)

Stre

ss (M

Pa)

CM=5.4 MPa/C

CA=7.1 MPa/C

(a) (b) �ekil 4 Testlerde elde edilen (a) s�cakl�k-gerinim (b) Gerilme-dönü�üm s�cakl��

5. SONUÇ Bu çal��mada �BA modelleri incelenmi�, TÜB�TAK-SAGE’de kurulan karakterizasyon test cihaz�nda 200 �m tel kullan�larak yap�lan karakterizasyon testleri aç�klanm��t�r. Karakterize edilen tel için hesaplanan CA, CM katsay�lar�n�n ve s�cakl�k-gerinim, s�cakl�k-direnç davran��lar�n�n literatürde sunulan ([7]) di�er çal��malarla uyum içinde oldu�u görülmektedir.

Ger

inim

(%)

S�cakl�k(°C) Temperature (°C)

Ger

ilme

(MP

a)

S�cakl�k (°C)


107

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] �ehito�lu 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, 229-242,1993.

[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, 15-19, 2006.


108


109

ELEKTRON�K KARTLARIN YÜKSEK GÜVEN�L�RL�K �Ç�N LEH�MLEME SÜREC�

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

(a) Ba�uzman Ara�t�rmac�, TÜB�TAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected] (b) Ara�t�rmac�, TÜB�TAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected] (c) Ara�t�rmac�, TÜB�TAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected] (d) Ara�t�rmac�, TÜB�TAK UZAY, ODTÜ, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Elektronik kartlar�n s�radan bir süreç gibi görünen lehimleme i�lemi, uzun dönem ömür döngüsü içerisinde kartlar�n güvenilirli�ini etkileyen çok önemli bir süreçtir. Elektronik kartlar, kullan�m ömür süresi içerisinde, bulunduklar� ortam, kullan�m �ekli ve kartlar�n kendi elektriksel çal��ma döngüsüne ba�l� olarak, s�cakl�k, titre�im, nem ve voltaj yükselmesi gibi farkl� y�prat�c� etkenlere maruz kalmaktad�r. Lehim ba�lant�lar�, bu çevresel etkilere kar�� en zay�f bölgelerdir. Bu bildiride, lehimleme i�leminin öneminden yola ç�k�larak yüksek güvenilirlik ihtiyac�n�n önemli oldu�u uzay, askeri, havac�l�k vb. uygulamalarda kullan�lan elektronik ünitelerin güvenilirlik isterlerinin sa�lanmas� amac�yla lehimleme süreci ve bu sürece etki eden parametreler aras�nda olan kart tasar�m�, kullan�lan komponent ve lehim malzemelerinin seçimi, lehimleme metotlar� ve tamir süreci irdelenmi�tir. Elektronik kartlarda lehim ba�lant�s�ndan kaynaklanan hatalar ve hata mekanizmalar� anlat�lm��t�r. Hata tespit etme metotlar� anlat�larak örnekler verilmi�tir. Ayr�ca kur�unsuz lehim kullan�m�n�n güvenilirlik aç�s�ndan getirdi�i sorunlar irdelenmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Lehim ba�lant� güvenilirlik, yüksek güvenilirlik için lehimleme, kur�unsuz lehim güvenilirli�i

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


110

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, lead-free solder joint reliability

1. G�R�� Lehimleme, ergimi� dolgu malzemesinin (lehim) birbirine ba�lanacak iki metal yüzeyi de �slatmas� ve daha sonra kat�la�mas� ile olu�turulan metalürjik bir ba� tekni�i olarak tan�mlan�r. Tan�m�ndan da anla��laca�� üzere, lehimlenecek metaller ergimeye u�ramaz, ba�lant� iki metalin ara yüzünde olu�ur. Bu durumdan dolay� lehimleme kalitesi, ergimi� ala��m�n (krem lehim gibi) komponent veya kart�n iletken yüzeyini �slatabilme ve lehimlenebilir hale getirme ba�ar�s�na ba�l�d�r. Lehimlenebilirlik kabiliyeti kullan�lan lehim ala��m�, lehim pastas� ve lehimlenen yüzey kaplamalar�n�n fiziksel ve kimyasal yap�s� ve uygulanan lehimleme sürecinde meydana gelen etkile�imlere ba�l�d�r. Yüksek kalitede lehim ba�lant� elde edilmesi için lehimleme i�leminin öncesini ve sonras�n� da kapsayan bütün süreç önem kazanmaktad�r.

2. YÜKSEK GÜVEN�L�RL�K �Ç�N LEH�M BA�LANTILARI Güvenilir lehim ba�lant�lar�n�n elde edilmesi, kabul görmü� ve onaylanm�� standartlar do�rultusunda, elektronik kart tasar�m�, komponent seçimi ve yerle�imi gibi tasar�m unsurlar�n�n uygun belirlenmesi, uygun lehimleme materyallerinin seçimi, lehimleme aletlerinin ve lehimleme prosedürünün do�ru belirlenmesi, teknik i�çilik gerektiren durumlarda gerekli dikkatin gösterilmesi ve lehimleme sonras� lehim ba�lant�s� kalite kontrollerinin sertifikal� persomel taraf�ndan yap�lmas� ile sa�lan�r [4]. Yüksek güvenilirlik gerektiren ürünlerin lehim ba�lant� güvenilirlikleri için dikkat edilmesi gereken di�er baz� konular �unlard�r: � Lehim ba�lant�lar�n i�levselsizli�ine neden olan hata mekanizmalar�ndan

en çok kar��la��lan durum çip malzemesi ile kart malzemesinin �s�l genle�me katsay�lar�n�n (CTE) birbirine uygun olmamas� nedeni ile s�cakl�k de�i�imlerinden kaynaklanan yorulmalard�r. Lehim ba�lant� güvenilirli�i aç�s�ndan bu ve benzeri yorulma hatalar� belirlenmeli ve bunlar�n ömür tahmini de�erlendirilmelidir.

� Bütün maddelerin �s�l genle�me katsay�lar� (CTE) uygun olsa dahi güç da��l�m� maddelerde yorgunluklara sebep olabilmektedir. E�er �s�nma, güç da��l�m�ndan kaynaklan�yorsa, �s�l döngü analizleri yanl�� sonuçlara yönlendirir. Bu durumlarda güç döngüsü analizi uygulamak daha uygundur.


111

� Tasar�m esnas�nda kart�n çal��ma ko�ullar�n�n özelliklerine (askeri veya uzay) göre kalifiye edilmi� komponenet seçimi gerekmektedir [9].

3. LEH�MLEME SÜREC�N� ETK�LEYEN FAKTÖRLER

3.1. Tasar�m Güvenilir lehim ba�lant�s� elde etmek için, devre tasar�m� s�ras�nda göz önüne al�nmas� gerekenler a�a��da verilmi�tir: � Güvenilir lehim ba�lant�s� elde etmek için, lehim ba�lant�lar�ndaki �s�l ve

mekanik gerilimlerin önlenmesine yönelik tasar�mlar yap�lmal�d�r [8]. Özellikle BGA gibi lehim ba�lant� güvenilirli�i hassas olan komponentlerin üzerinde mümkün olan en dü�ük �s�l ve mekanik gerilim olu�mal�d�r [4].

� BGA lehimlerinin iç çeperdeki lehim ba�lant�lar� radyoskopik X-��n� cihazlar� kullanarak incelenebilmektedir. Bu incelemeyi kolayla�t�rmak için lehim ba�lant� yüzeyleri göz damlas� �eklinde çizilmelidir [4].

� Lehimleme s�cakl�k profiline dayanabilecek komponentler seçilmelidir [11]. � Lehim ala��m� olarak lehimleme s�ras�nda k�r�lgan yeni ala��mlar

olu�turabilecek malzemeler seçilmemelidir. � Kart delik çap� bacak çap�n�n 2.5 kat�ndan büyük ve bacak çap� art� 0.1

mm‘den küçük olmamal�d�r. Pad’ler delik çap�n�n 3 kat�ndan büyük olmamal�d�r.

� Kart ile aras�ndaki �s�l genle�me katsay�s� (CTE) fark� en az olan komponentlerin seçilmesine dikkat edilmelidir [4].

� Komponentlerin lehimleme yüzey kaplamalar� kullan�lacak lehimleme prosesine (kur�unlu yada kur�unsuz lehimlemeye göre) uygun olmal�d�r.

� Kur�unsuz lehimlemede kullan�lacak komponentler için bacak kaplamalar�ndaki kalay ala��m�n�n safl�k derecesi %97’den fazla olmamal�d�r. Aksi takdirde kaplama yüzeyinde “whisker” olarak adland�r�lan mikro uzant�lar olu�abilmekte, ve bu uzant�lar bazen k�sa devre olu�turacak kadar uzayabilmektedir.

� Sonlu eleman analizinde (SEA), k�rm�k eni küçük, taban kal�nl�� fazla ve lehim top çap� daha büyük olan LFBGA (Low Profile Fine-Pitch BGA)’lerin güvenilirlik aç�s�ndan ömrünün daha uzun oldu�u görülmü�tür. BGA taban� lehim top dizilerinin tam olmas� (full array) veya �s� uzakla�t�ran lehim top (thermal balls) seçene�inin olmas�, eskime ömrünün uzamas�na yard�mc� olmaktad�r [1].

3.2. Krem Lehim ve Lehim Pastas� Kullan�lacak lehim pastas� olarak “no-clean” diye adland�r�lan lehimleme sonras� temizlik gerektirmeyecek ürünler seçilmelidir [5]. Suda çözülebilen asit içerikli lehim pastalar� alkol gibi yan�c� maddeler içermediklerinden çok yüksek s�cakl�klarda kullan�labilmektedir. Fakat bu tür


112

lehim pastalar� kullan�ld�klar� takdirde lehimleme sonras� lehim pasta kal�nt�lar� derhal temizlenmelidir [5]. Krem lehimler, içerisinde lehim pastas� ve lehim ala��m parçac�klar� bulundurmakta ve yüzey montaj komponentlerinin lehimlenmesinde kullan�lmaktad�r. Krem lehim kullan�m�nda da lehimleme sonras� art�klar� olabilmektedir. “No-clean” özelli�i yan�nda art�k miktar� dü�ük (LRSP – low residue solder paste) krem lehimler tercih edilmelidir. Krem lehim art�klar� devre yollar� aras�nda iletim sa�layan bir direnç etkisi göstermekte ve gürültü olu�turabilmektedir. Özellikle yüksek frekansta (5-50MHz ve yukar�s�) bu gürültünün etkisi artmaktad�r [12]. Krem lehim art�klar�na kar�� lehim sonras� uygun temizleyiciler kullan�labilir. BGA’lerde uygulanan krem lehim miktar� önemlidir. Ba�lant� yüzeyleri üzerine çok fazla krem lehim uygulanmas� köprü olu�ma riskini getirirken, çok az krem lehim kullan�lmas� ise zay�f lehim ba�lant�s� olu�turacakt�r [4].

3.3. Lehimleme ��lemi Lehimleme i�lemi s�ras�nda uygulanan lehim, kart üzerindeki lehimleme yüzeyinin tamam�n� ergiyerek kapatmal�d�r. Kullan�lan komponente göre ilgili standartlar çerçevesinde (ECSS-Q70-38A gibi) uygulanan lehim, komponent baca��n�n kritik temas yüzeyini doldurmal� fakat a��r� yüksek olmamal�d�r. Lehim, komponent veya kart üzerinde metalik olmayan bölgelere ta�mamal�d�r [4]. Elektronik kartlar, gerekti�i durumlarda, lehimleme yap�lmadan önceki 8 saat içerisinde temizlenmeli ve nemi giderilmelidir. Nemi almak için, kart 90°C ila 120°C aras� bir s�cakl�kta en az 4 saat tutularak f�r�nlamadan geçirilebilir, ya da dü�ük s�cakl�kta vakum kurutmas�na tabi tutulabilir. F�r�nlama i�lemi, lehimleme s�ras�nda lehim yüzeyinde bulunabilecek nemden kaynaklanan su parçac�klar�n�n genle�me etkisi sonucu lehimde hava bo�luklar�n�n veya yar�klar�n�n olu�mas�n� (popcorn effect) önlenmesi aç�s�ndan önemlidir [5]. Lehimleme proseslerinden biri olan dalgal� lehimleme i�lemi yüzey montaj ve delik içi geçi�li komponentleri içeren kar��k komponent lehimlemelerinde kullan�lan bir lehimleme tekni�idir. Yüksek güvenilirlik aç�s�ndan önem arzeden yüzey montaj komponentleri ve özellikle BGA lehimlemeleri için ise daha verimli olan reflow lehimleme i�lemleri tercih edilmektedir. Yüksek güvenilirlik uygulamalar� için; buhar faz� (Vapour Phase) reflow lehimleme, hava ile �s�l yay�l�m (Forced Air Convection) ve k�z�lötesi (Infrared) reflow lehimleme [6] yöntemleri kullan�lmaktad�r. Lehimleme s�ras�nda komponentte herhangi bir hasar olu�mamas� için, belirtilen azami komponent yüzey s�cakl��n� geçmeyecek s�cakl�k profilleri uygulanmal�d�r. Güvenilir ba�lant�lar için, kart üzerindeki kritik s�cakl�k bölgeleri belirlenerek, montaj s�ras�nda kabul edilebilir en dü�ük lehim ba�lant� s�cakl��na ula��lmas� ve önerilen en yüksek reflow s�cakl�k de�erinin üzerine ç�k�lmamas� gerekti�i dikkate al�nmal�d�r [3].


113

Yap�lan bir incelemede, denenen iki ayr� reflow profili sonucu hata verdiren en etkili parametrenin kullan�lan elek kal�nl�� oldu�u sonucuna var�lm��t�r, elek aç�kl��n�n, elek kal�nl��na oran�, 1.5’den büyük olmal�d�r. Hata vermeden en fazla say�da döngü için, optimum �artlar: pad çap�=0.66 mm, elek kal�nl��, 0.2 mm, ve en üst reflow s�cakl�� ise 235 ºC olarak belirlenmi�tir [2]. Lehimleme süreci için komponetler, nem hassasiyet seviyesine göre IPC/JEDEC Standart J-STD-020C’ye göre de�erlendirilerek seçilmelidir.

3.4. Temizlik Lehimleme i�leminden sonra kalan lehim pastas� art�klar� uygun çözücüler ile 24 saat içerisinde temizlenmelidir. Yüzeyde kalan kal�nt�lar, elektrokimyasal yay�lma mekanizmas� ile iletken yollar aras�nda k�sa devre olu�umuna neden olabilir. Montaj� yap�lm�� kartlar�n temizlilik testi, SIR (yüzey izolasyon direnci, NaCl iyonik kirlilik de�eri ) ölçülerek yap�lmal�d�r. Temizlilik kontrolü, uzay uygulamalar� için, ECSS-Q-70-01A’ a uygun olmal�d�r.

3.5. Tamir, Onar�m Tamir ve onar�m i�lemleri kur�unsuz ve Sn-Pb lehimlerin güvenilirli�ini dü�ürmektedir. Kur�unsuz lehim tamiri s�ras�ndaki yüksek s�cakl�k bask� devre lehim maskesine ve delik içi geçi�lere zarar vermektedir. Farkl� ala��mlar�n kullan�m�, teknisyenlerin hangi ala��m�n kullan�ld��n� gözle ay�rt etmelerini zorla�t�rmaktad�r, bu konuda e�itim almal�d�rlar. Lehim ala��mlar�, kontrolsüz ala��m olu�umuna sebep olmamal�, birbirleri ile uyumlu olmal�d�r.Azot kullan�m� kur�unsuz lehimlerdeki baz� sorunlar� hafifletmektedir. Farkl� ala��mlarla olu�mu� lehim ba�lant�lar�n tamiri veya �slah� esnas�nda lehim ba�lant�lar�nda demir, bak�r, gümü�, nikel gibi baz� maddeler kalabilmektedir. • Maksimum ön �s�tma seviyesi bask� devre kart�n�n cams� geçi� s�cakl��

(Tg) de�erinden 10°C a�a�� olmal�d�r [11]. • E�er tamir yap�lacak kart neme hassas ise veya neme hassas

komponentler bulunduruyorsa, 125°C de 24 saat boyunca f�r�nlama yap�lmas� gereklidir [11].

• Komponentin ç�kar�lmas�ndan sonra, kart üzerinde kalan lehim toplar� ve kalan lehim kal�nt�lar� olabildi�ince giderilmelidir. Bu yüksek kur�un içerikli kal�nt�lar yeni lehim pastas�n�n erime noktas�n�n artmas�na sebep olur [11].

• A��r� s�cakl�k uygulayarak kom�u komponentlere zarar verilmemesi için s�cak hava ak�� direkt olarak komponent üzerine tutulmal�d�r [10].

• Lehimleme esnas�nda �s� uygulanan operasyonlarda malzemelere, di�er lehim ba�lant�lar�na, iletken yollara ve karta zarar vermemek için �s�y� ileten termal elek kullan�lmal�d�r.

• Hasarl� ya da k�r�lm�� iletken yollar�n tamiri yap�lmamal�d�r. • Lehim ba�lant�lar�n so�utulmas�nda bas�nçl� hava kullan�lmamal�d�r.

Ba�lant�lar sadece oda s�cakl��nda so�utulmal�d�r.


114

• �letkenin delik içi lehimlenmesi esnas�nda �s� deli�in sadece bir taraf�ndan uygulanmal�d�r [8].

4. LEH�M BA�LANTI HATALARI VE MEKAN�ZMALARI Lehim ba�lant�lar�ndan kaynaklanan hatalar, bu hatalar� olu�turan mekanizmalar ve sebep olan faktörler a�a��daki çizelgede gösterilmi�tir.

Çizelge 1 Lehim ba�lant�larda hata olu�umu

Hata Olu�um Sebepleri Hata Mekanizmas� Olas� Hata Modu

CTE çok farkl� olmas�, Tg ‘nin uygun olmamas�, Montaj s�ras�nda kar��la��lan s�cakl�k farklar�, Lehimleme s�cakl�k s�n�rlar� ve bekleme süreleri, Is�tma / so�utma h�zlar�

Lehim Ba�lant� Yorulmas� Çatlaklar, ayr�lmalar

Komponent sonland�rmalar�nda ve lehim ala��m�nda kalay�n %97’den fazla olmas� K�lcal Uzama

K�sa devre , Yüksek frekansta gürültü olu�umu

Lehimleme prosesinde komponent üzerinde �s�l yay�l�m�n e�it olmamas�, Düzensiz krem lehim bask�s�, Komponent bacak yüzeylerinin e�it olmayan lehimlenebilirli�i

Kalk�k kopmonent olu�umu (tombstoning)

Aç�k devre olu�umu, Mekanik hata verme

Lehim toplar� içerisinde bo�luklar olu�mas� ve buradaki nemin s�cakl�kla ani genle�mesi

M�s�r patla�� olu�umu ve tabaka ayr�lmalar�

Mekanik hata verme, Elektriksel ve �s�l iletkenli�in azalmas�, aç�k devre olu�umu

Lehim ba�lant�s�n�n geometrik yap�s�ndaki bozukluklar

Lehim ba�lant� noktas�nda gerilim olu�umu

Lehim kalkmas�, kopmas�

Tasar�m�n çok yo�un olmas�

A��r� �s�nma ile �s�l gerilim, yorulma, kirlilik nedeni ile kimyasal yay�l�m

K�sa devre, aç�k devre

Lehim ba�lant�lar genelde so�uma s�ras�nda hasar görürler. Bu hatalar�n en aza indirilmesi için, tasar�m s�ras�nda hata a�ac� analizi veya hata türü, etkileri ve kritiklik analizi yap�larak gerekli iyile�tirmeler yap�lmal�d�r.

5. LEH�M GÜVEN�L�RL�K, KAL�TE KONTROL ve HATA TESP�T TESTLER� Lehim güvenilirlik testleri lehim ba�lant�lar�n�n i�levsellik kontrol testleri de�il, elektronik kart�n kullan�m ömrü süresince tabi kalaca�� ortam ko�ullar�na uygunlu�u ve dayan�kl�l��n� saptama testleridir. Lehim güvenilirlik testleri için genel olarak �s�l çevrim ve titre�im testleri uygulanmaktad�r. Ayr�ca lehim kalite kontrol uygulamas� olarak yada güvenilirlik testleri sonras� hata tespiti için tahribats�z optik ve X-��n� incelemeleri ve tahribatl� mikro-kesit alma i�lemleri yap�labilmektedir. X-��n� incelemesi ile BGA içerisinde herhangi bir eksik lehim topu veya köprü lehim olu�umu çok rahat görülebilmektedir. BGA lehim ba�lant�lar�nda krem lehimin ergiyerek (reflow) yeterli da��l�m�


115

göstermemesi veya aç�k devre olmas� durumlar� da X-��n� ile aç�l� inceleme yap�larak tespit edilebilmektedir[4]. Lehim ba�lant�lar�ndaki çatlaklar�n tahribats�z inceleme ile görülmesi çok zor olabilmektedir. Çatlak ve süreksizlikler için lehim ba�lant�lar� mikro-kesit alma ve parlatma i�lemi sonras� mikroskop incelemesi yap�larak kontrol edilebilir[4]. Boya emdirme testi de lehim ba�lant� yüzeylerindeki çatlaklar�n� testbit etmek için kullan�lan bir tahribatl� test yöntemdir. Elektronik kart yüzeyine uygulanan boyan�n lehim ba�lant�lar�ndaki ve yüzeyindeki olas� çatlaklara s�zmas� sa�lan�r. Lehim ba�lant�s� söküldükten sonra ba�lant� yüzey alan�n�n %25’inden fazlas�nda boya varsa lehim ba�lant�s� hatal� kabul edilir[4].

5. KUR�UNSUZ LEH�M KULLANIMI Avrupa Birli�i(AB) taraf�ndan yay�nlanan ve içinde kur�unun da bulundu�u bir dizi elementin kullan�m�n�n yasaklanmas�yla birlikte lehim malzemelerinde farkl� kar��mlar kullan�lmaya ba�lanm��t�r. Kur�un içerikli lehimlerin yerini kur�unsuz lehim ala��mlar�na b�rakmas� lehimleme süreçlerinde de�i�iklikler yap�lmas�n� gerektirdi�i gibi beraberinde baz� güvenilirlik sorunlar� da getirmektedir. Kur�unsuz lehimleme i�lemi için düzenek veya süreç de�i�ikliklerin yap�lmas�n� zorunlu k�lan en temel neden kur�unsuz lehim ala��mlar�n�n ergime s�cakl�klar�n�n kur�unluya göre çok daha yüksek olmas�d�r. Ergime s�cakl�klar� Sn-Pb ala��mlar� için 183°C iken kur�unsuz ala��mlar için 220°C civar�ndad�r. Hatta Sb5Sn95 ala��m�n�n ergime s�cakl�� 238°C ile çok daha yüksektir [13]. Kur�unlu ve kur�unsuz lehimleme malzemelerinin birlikte kullan�lmas�ndan kaç�n�lmal�d�r. Aksi takdirde olu�abilen baz� sorunlar �unlard�r [7]: � Kur�un içerikli komponent bacaklar�nda (veya lehim toplar�nda) yap�lan lehimleme s�ras�nda bizmut (Bi) içerikli kur�unsuz lehim kullan�ld��nda ergime s�cakl�� dü�ük olan bir metalik kombinasyon olu�abilmektedir (Sn51Bi32Pb, ergime s�cakl��: 96°C). Lehim ba�lant� yüzeyindeki bu metalik olu�um çatlamalar yaparak hataya sebep olmaktad�r.

� Kur�unlu lehim için üretilen komponentlerin lehimlemesinde gümü� (Ag) içerikli kur�unsuz lehim kullan�lmas� durumunda ise so�uma s�ras�nda kalay-kur�un-gümü� metalik bile�eni olu�abilmektedir (62Sn36Pb2Ag, ergime s�cakl��=179°C). Bu ala��m hava bo�lu�u (voids) etkisi gösterebilmektedir.

� Kur�unlu (Sn-Pb) lehim yüzeyi kaplamal� HASL PSB elektronik kartlar�n geçi�li komponent lehimlemesinde kur�unsuz kalay-gümü� (Sn-Ag) ala��ml� lehim kullan�lmas�, lehim çatlamas� ve kalkmas�na (fillet lifting) neden olabilmektedir. Ayn� �ekilde, ergime s�cakl�� lehimleme ergime s�cakl��na göre nispeten dü�ük olan yeni bir ala��m�n (Sn36Pb2Ag) olu�mas� ve kart yüzeyine ç�kmas� sonucunda, so�uma s�ras�nda en son kat�la�acak olan bu yüzey bölgesi zay�f lehim ba�lant�s�na neden olmaktad�r.

� Kur�un kaplamal� HASL PCB elektronik kartlar�n lehimlemesinde kur�unsuz kalay-gümü�-bak�r (SnAgCu) ala��ml� lehimlerin kullan�lmas� ise


116

hava bo�luklar� (voids) içeren zay�f ba�lant�lar�n olu�mas�na neden olabilmektedir.

� Ayr�ca kur�unsuz lehimleme için üretilen komponent ve kartlar�n kur�unlu lehimleme i�lemine tabi tutulmas� da (backward assembly) nispeten daha dü�ük s�cakl�k profiline tabi tutulaca��ndan dolay�, BGA yüzey montaj komponentindeki kur�unsuz SnAgCu lehim toplar�nda so�uk lehim olu�mas� riski vard�r. Ayr�ca içindeki Bizmut (Bi) oran� %4’ten fazla olan kur�unsuz lehim kaplamal� komponent veya kartlar�n kur�unlu lehimlenmesi zay�f ba�lant� olu�turabilmektedir.

6. SONUÇ Savunma ve Uzay Sanayi uygulamalar�ndaki ürünler, maruz kald�klar� çevresel ko�ullar ve performans beklentileri gere�i, yüksek güvenilirlikte olmak durumundad�r. Lehim ba�lant� bölgeleri de ürünün beklenen güvenilirli�ini sa�layacak düzeyde olmal�d�r. Lehim ba�lant�lar� yüksek güvenilirlik için tasar�m safhas�nda ba�layan, komponent ve malzeme seçimi, üretim ve tamir süreçleri, muhafaza etme, sevkiyat ve ürünün fonksiyonel safhas� da dahil, göz önüne al�nmas�n� gerektiren kriterler mevcuttur. Bu sektörde faaliyet gösteren firmalar kendi iç süreçlerini, kalifikasyon ve do�rulama planlar�n�, ilgili standartlar�n isterleri do�rultusunda haz�rlamal� ve gerekli muayene yöntemlerini uygulayarak, lehim ba�lant�lar�n kalitesinin istenen güvenilirlik düzeyini sa�layacak �ekilde oldu�unu belirlemesi gerekmektedir.

KAYNAKÇA [1] 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.

[2] 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).

[3] Friedrich-Wilhelm Wulfert, “Bleifreie Elektronik – Alles im Griff ?“ Technologies and Standards Motorola SPS EMEA Quality, Schatzbogen 7, 81829 München, (16 Ocak 2004).

[4] “High-reliability soldering for surface-mount and mixed technology”, ESA Standard, ECSS-Q-70-38A, (26 Ekim 2007).

[5] “The manual soldering of high-reliability electrical connections”, ESA Standard, ECSS-Q-70-08A, (06 A�u 1999).

[6] “Surface Mounting Technology – Part 1: Standard method for the specification of surface mounting components (SMDs)”, IEC Standard, IEC-61760-1, (2006).

[7] M. Osterman, “Lead-free and Mixed Assembly Awareness”, UMD-CALCE Study/Works, CALCE Short Course, (2007).


117

[8] ”Soldered Electrical Connections”, NASA-STD-8739.3 w/change, 24-39, (2 Aral�k 1997).

[9] http://www.nasa.gov/offices/oce/llis/0275.html, (�ubat 2008). [10] “Assesment of the Reliability of Solder Joints to Ball and Column Grid

Array Packages for Space Applications”, ESA STM-266, (Eylül 2001). [11] “Generic Standard on Printed Board Design”, ANSI Standard,

ANSI/IPC-2221, (�ubat 1998). [12] 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).

[13] B. Z. Hong, “Thermal Fatigue Analysis of a CBGA Package with Lead-free Solder Fillets”, InterSociety Conference on Thermal Phenomena, (1998).


118


119

DA�ITIK M�MAR�L� SAVUNMA S�STEMLER�NDE FÜZYON KATMANLARININ B�RLE�T�R�LEREK �ZLEME BA�ARIMININ

�Y�LE�T�R�LMES�

Mübeccel DEM�REKLER (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 çe�itli tip ve say�da sensörler ile bunlar�n bir üst seviyede ba�l� oldu�u sistem bo�umlar�ndan olu�maktad�r. Bu tip çoklu sensörlü sistemler, hem i�lem yükünü hafifletmek hem de haberle�me kanallar�n� uygun bir �ekilde kullanabilmek amac�yla da��t�k sistem mimarisi içerisinde tasarlanmaktad�rlar. Literatürde da��t�k yap�da gerçeklenen bu sistemlerde iz füzyonu problemi için çe�itli yöntemler önerilmi�tir. Bu çözümler genellikle raporlama sorumlulu�una dayanmakta olup II. Seviye ve daha üst seviye füzyon sonucunda tüm sahaya ait iz resmini vermektedirler. Bu çal��mada, da��t�k mimari yakla��m� kaybedilmeden I. ve II. seviye füzyon katmanlar� tek bir seviyeye indirgenmi� ve daha iyi füzyon ba�ar�m� elde edilmi�tir. Bu yap� sistem bo�umlar�nda ortak iz resmini sa�lamakta ve tek bir füzyon seviyesi kullanarak hedef konumlar�n� daha hassas bir �ekilde elde edebilmektedir. ��lem ve haberle�me yükünün en uygun bir �ekilde da��t�labilmesi için de bölgelere ay�rmaya dayanan bir yap� öngörülmü�tür. Bu yap�da sensörlerin kapsama alanlar� göz önüne al�narak izleme alan�n�n belirli alt bölgelere ayr�lmas� prensibi benimsenmi�tir. Her bir alt bölge bir sistem bo�umunun sorumlulu�una atanm�� olup, kesi�en bölgelerde raporlama sorumlulu�una dayanan bir yap� olu�turulmu�tur. Bu sistem MATLAB ortam�nda geli�tirilmi� ve yapay olarak olu�turulan senaryolarla denenmi�tir. Deney sonuçlar� sistemin ba�ar�m�n�n beklenen düzeyde oldu�unu göstermi�tir.

Anahtar Kelimeler: �z Birle�me, Da��t�k Füzyon Mimarisi, Ortak Resim Olu�turma, Kalman ve Berk Süzgeçleri


120

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. G�R�� Bu çal��man�n temel amac� karaya konu�lu hava savunma sistemleri gereklerini analiz ederek bir sensör füzyon algoritmas�n�n olu�turulmas�d�r. Bu amaç do�rultusunda bir sistem tasar�m� yap�lm�� ve MATLAB ortam�nda gerçeklenmi�tir. Olu�turulan sistem çe�itli testler yap�larak s�nanm��t�r.

�ekil 1 Karaya konu�lu füzyon sistemleri için basitle�tirilmi� sistem yap�s�


121

Ana hatlar� ile sistem, ilgili Füzyon Merkezi’ne gönderilen tüm sensör izlerini birle�tirerek ortak hava resmi olu�turmay� amaçlamaktad�r. Sistemin ortak resim olu�turmas� da��t�k mimaride gerçekle�tirilmi�tir. Bu gerçekle�tirim ortak resmin ayr� parçalar�n�n ayr� füzyon merkezlerinde olu�turulmas� anlam�na gelmektedir. Yap�, Bolüm 3 de ayr�nt�l� olarak anlat�lacakt�r. Sensör iz füzyonunda temel amaç farkl� sensörlerden gelen bilgileri en iyi �ekilde kullanarak, hedefler hakk�nda tek bir sensörden edinilecek bilgiden daha do�ru, daha kapsaml� bilgi elde etmektir. Literatürde bulunan sistemlerde sensör füzyonu de�i�ik biçimlerde yap�lmaktad�r[1,5]. Bu konudaki bir yakla��m radarlar�n elde ettikleri ham verilerin füzyon merkezine birle�tirilerek izlerin olu�turulmas�d�r [1]. Bu tür yöntemler ileti�im kanallar�ndaki s�n�rlamalar nedeni ile çok fazla uygulanamamaktad�r. Bir ba�ka yöntem grubu ise radarlar�n olu�turdu�u izlerin durum vektörlerinin (tipik bir örnek olarak pozisyon ve h�z bilgileri) füzyon merkezinde birle�tirilmesi esas�na dayan� [2]. Bu durumda sa�l�kl� birle�tirme yap�labilmesi için veriler aras� krorelasyonun kald�r�lmas� gerekmektedir. Bu da durum vektörlerinin yan� s�ra çe�itli De�i�inti (kovaryans) matrislerinin de bilinmesini gerektirir. Sözü edilen yöntem zaman içinde ardarda gelen durum vektörlerinin sadece anl�k de�erleri ile ilgilenir ve birle�tirme i�lemlerini buna göre yapar. Literatürde var olan di�er bir s�n�f algoritma �u �ekildedir; füzyon merkezi gelen sensör izlerini kullanarak kendisi yeni birle�tirilmi� izler olu�turur ve gelen sensör izleri ile devaml� olarak bunlar� güncelleyerek takip eder [2]. Bu tür yöntemler, durum vektörlerinin ayn� hedeften gelmelerindeki korelasyonun yan� s�ra ayn� sensörden ardarda gelen veriler aras�ndaki korelasyondan da etkilenirler. Bu çal��mada füzyon metodu olarak, gelen izlerden yararlanarak füzyon merkezinde yeni, birle�tirilmi� izler olu�turan yap� seçilmi�tir. Bu seçimin nedeni eldeki verinin radarlardan gelen ve önemli ölçüde nicemlemeye u�ram�� izler olmas�d�r. Sistem izlerinin füzyon merkezinde tekrar olu�turulmas�n�n nicemlemenin ve di�er iz bozukluklar�n�n etkisini azalt�laca�� dü�ünülmü�tür. Bildiride 2. Bölümde füzyon sistemi, 3. Bölümde ise ortak resmin olu�turulmas� anlat�lmaktad�r. Son olarak deney sonuçlar�na dayal� genel de�erlendirme verilmi�tir.

2. FÜZYON S�STEM� Bu bölümde füzyon sisteminin ana yap�s�n� genel çerçeveyi çizerek anlataca��z. Sensörlerden gelen izlerin birle�tirimi, farkl� zaman aral�klar�nda çal��an iki ana birle�tirme ünitesi taraf�ndan yap�lmaktad�r. Bu ünitelerden birincisi sabit periyotlarla çal��an ‘izlerin ayn� oldu�una karar verme ‘e�leme (association) birimi’, di�eri ise her yeni veri geldi�inde ilgili izi güncelleyen


122

‘güncelleme birimi’dir. E�leme birimi müzayede (auction) [7,8,9] algoritmas�n�n bir türevini kullanmaktad�r. E�leme, sistem izleri ile sensör izleri aras�nda olmakta, bu e�leme sonucu hem yeni izler hem de mevcut izler hakk�nda karar verilmektedir. �z güncelleme bölümünde ise, gelen iz verileri mevcut izleri yenilemek için kullan�lmaktad�r. Mevcut izleri yeni gelen verilerle yenilemekte iki alternatif yöntem kullan�lmaktad�r. Bunlardan birincisi Kalman süzgeçleme [3], di�eri ise berk (robust) süzgeçlemedir [4]. Geli�tirilen füzyon sistemi yap�s�nda her sensör için kendi iz listesi tutulmakta ve bu iz listesi sensörlerin kendi ölçümleri kullan�larak güncellenmektedir. Güncellenen izler daha sonra Füzyon Merkezi’ne gönderilmektedir. Füzyon Merkezi ise kendi iz listesini tutmakta ve tüm sensörlerden gelen izleri kendi listesindeki izlerle kar��la�t�r�p, uygun e�le�tirmeler yaparak, iz listesini güncellemektedir. Sensör izleri farkl� zaman aral�klar�yla güncellendikleri için, ayn� hedefe ait farkl� zamanlarda al�nm�� ölçümler, Füzyon Merkezleri’ne de�i�ik anlarda gelebilirler. Sensör iz füzyonu algoritmas�, bu tür zaman farkl�l�klar�n� göz önünde bulundurarak, ölçümleri do�ru bir biçimde birle�tirip, Füzyon Merkezi iz listesine yine tek bir iz olarak eklemelidir. Bu amaçla algoritma belirli i�lemleri, periyodik olarak, belirli s�rayla gerçekle�tirmektedir.

2.1 Farkl� Sensörlerden Gelen �zlerin E�lenmesi Her sensörün kendi ölçümlerini i�leyip, hedeflere dair kendi izlerini olu�turup saklad�klar�, çoklu sensör uygulamalar�nda önemli bir sorun da farkl� sensör izlerinin, ayn� hedefe ait olup olmad��na, ne �ekilde karar verilece�idir. Bu problem �z E�le�tirme problemi olarak adland�r�l�r [6]. Farkl� sensörlerden gelen izlerin e�le�tirilmesi sonucu ortaya ç�kan izler, sistem izleri olarak tan�mlan�r. Sistem izleri, kendilerini olu�turan sensör izlerinin numaras�yla beraber, Füzyon Merkezi iz listesinde tutulur. Bu çal��mada iz e�leme algoritmas� periyodik olarak belli zaman aral�klar�yla çal��t�r�lmaktad�r. Sisteme ilk defa gelen sensör izleri için ise farkl� bir yakla��m izlenmektedir. Bu durumda e�leme zaman� beklenmemekte, bu iz daha önce ayn� sensörden gelen izlerle e�lenmemi� herhangi bir sistem izine geldi�i anda e�lenebilmektedir. E�er sisteme ilk defa gelen sensör izi e�lenebilece�i tüm sistem izlerinden uzaktaysa an�nda yeni bir sistem izi olarak ba�lat�lmaktad�r. Sistemde eskiden beri var olan sensör izleri için ise bir önceki füzyon zaman�ndaki e�lemeler kullan�lmaktad�r. Dolay�s� ile füzyon zamanlar�nda yeni iz ba�latma yap�lmamakta sadece eski füzyon kararlar� gözden geçirilmekte; sistem izlerinin silinmesi, e�leme kararlar�n�n silinmesi gibi operasyonlar gerçekle�tirilmektedir. E�leme periyodu belirlenirken k�sa periyotlar�n hesaplama maliyetini (computational cost) art�raca�� daha da önemlisi karma�a (clutter) etkisiyle


123

hava resminin gereksiz yere de�i�ebilece�i buna kar��l�k uzun periyotlarda çok seyrek e�le�tirme yapma nedeni ile iz birle�tirme hatas�n�n uzun sürece�i göz önünde tutulmal�d�r. Genel sistem yap�s�, her e�leme an�nda güncellenen her sensöre ait ‘uyumluluk matris’lerine dayanmaktad�r. Uyumluluk matrisleri sistem izleri say�s�nda sütuna ve ilgili sensörün izleri say�s�nda sat�ra sahip olan matrislerdir. Matris elemanlar� olas�l�k veya olabilirliklere kar��l�k gelmektedir, dolay�s� ile s�f�rdan büyük say�lard�r. P sensörlü bir sistemde K. e�leme an�ndaki uyumluluk matrislerini i

KU , i = 1...P ile gösterilmi�tir. Bundan sonraki bölümde amac�m�z bu matrislerin [K K+1] aral��nda gelen veriye göre güncellenmesi olacakt�r. Örnek olarak K e�leme an�nda N sistem izi oldu�unu varsayal�m. i numaral� sensörün iL hedefi izledi�ini varsayarsak sistemde P kadar uyumluluk matrisi bulunacak ve i’ninci uyumluluk matrisinin boyutlar� )( NLi 7 olacakt�r. Bu ba�lang�ç noktas�ndan ba�layan algoritma, K+1 e�leme an�na kadar geçen sürede gelen verilere dayanarak bu matrisleri güncelleyecektir. Güncellemede [K K+1] zaman aral��nda i numaral� sensörün j izine ait yeni bir veri geldi�inde bu sensöre ait uyumluluk matrisinin j izine ait sat�r� güncellenir. Bu güncelleme için tüm sistem izleri veri geli� an�na ötelenir ve aralar�ndaki uzakl�klar yenilenerek yeni i

KU olu�turulur.

2.1.1 E�leme Kararlar�n�n Güncellenmesi E�leme kararlar� müzayede algoritmas�n�n de�i�tirilmi� bir biçimi kullan�larak verilmektedir. Öngörülebilece�i gibi müzayede algoritmas�nda kullan�lan uyumluluk matrisleri kare matrisler de�ildir dolay�s�yla asimetrik yap� geli�tirilmi�tir. Yap�lan sistemde ‘fiyat sava�lar�’na kar�� önlemler al�nm��t�r. Ayr�ca radarlardan gelen baz� izlerin hiçbir sistem iziyle e�lenemeyecekleri karar� al�narak bu izlerin mevcut sistem izlerinin güncellenmesinde kullan�lmamas� esnekli�i de sisteme eklenmi�tir.

2.2 �z Güncelleme �z güncellemesi de�i�ik süzgeçleme yöntemleri ile yap�lm�� ve bu yöntemlerin performans� kar��la�t�r�lm��t�r. Füzyon algoritmas�nda kullan�lan a�a��da listelenen dört de�i�ik süzgeç yönteminin verdi�i sonuçlar aras�nda genel olarak büyük farklar gözlenmemi�tir:

i. Kalman süzgeci sabit h�z modeli, ii. berk süzgeç sabit h�z modeli, iii. berk süzgeç sabit ivme-sabit h�z karma modeli, iv. Karma parametresinin (iii) modelinde de�i�ken oldu�u sürüm.


124

Özellikle berk süzgeç kullan�lan (ii)—(iv) yöntemlerinin verdi�i sonuçlar�n kendi aralar�nda çok küçük farklar� vard�r. En belirgin farklar, seyrek de olsa, Kalman süzgeci ve berk süzgeçler aras�nda görülmü�tür. Temel olarak berk süzgeçlerin geçirgenli�i Kalman süzgece oranla daha yüksek frekanslara ç�kmakta ve dolay�s�yla bunlar�n üretti�i izler radar verilerine daha yak�n olmaktad�r. Bir ba�ka deyi�le berk süzgecin yumu�atma (smoothing) etkisi Kalman süzgecine göre daha azd�r. Öte yandan, berk süzgeçte kullan�lan performans parametresi (�) ile oynayarak yumu�atma seviyesi ayarlanabilmektedir.

3. ORTAK RES�M OLU�TURULMASI Bu çal��man�n ana amac� sistem içerisindeki füzyon merkezlerinde ortak hava resminin olu�turulmas�d�r. Ortak hava resmi, füzyon merkezlerinin ürettikleri izlerin tek bir merkezde tekrar birle�tirilmesi ile olu�turulabilir (Merkezi Füzyon). Bu yöntem enuygun yöntem olmas�na ra�men hem merkezdeki i�lemsel gücün hem de sistem haberle�me kanallar�n�n yo�un kullan�m�n� gerektirmektedir. Di�er bir yöntem ise I. seviye füzyon gerçekle�tirdikten sonra II. seviye füzyon yaparak ortak hava resmini elde etmektir. Bu yöntem enuygun çözüm olmamakta ancak haberle�me ve i�lem yükünü merkezler aras�nda da��tabilmektedir. Bu çal��mada izlenen yöntem ise böyle bir yakla��m yerine ortak resmin ayr� parçalar�n�n ayr� füzyon merkezlerinde olu�turularak hava resminin sorumlulu�unun füzyon merkezleri aras�nda da��t�lmas�d�r. Bu olu�turma s�ras�nda do�rudan sensör izleri kullan�l�r. Böylelikle hem enuyguna daha yak�n füzyon yap�lmakta hem de i�lemsel güç ve haberle�me kanal kullan�m� merkezler aras�nda payla��labilmektedir. Bu yöntemle I. ve II. seviye füzyon katmanlar� tek bir seviyeye indirgenebilmi�tir. Ana hatlar� ile sistem, ortak resmin de�i�ik parçalar�n� izlere katk� yapan tüm sensör izlerini kullanarak füzyon merkezlerinde olu�turup tüm birimlere da��t�r. Böyle bir yap�da ilgili Füzyon Merkezi’ne kendine ba�l� olan sensörlerle birlikte gerekti�inde kendine ba�l� olmayan sensörlerden de iz bilgisi gelmektedir. Bu gönderim ilgili izin Füzyon Merkezi’nin sorumlu oldu�u bölgede olmas� durumunda yap�lmaktad�r. ‘Bölgelere ay�rma’ olarak adland�rd��m�z bu yap� a�a��da detaylar� ile anlat�lm��t�r. Da��t�k olarak karar olu�turmak için sistem taranan bölgeyi alt bölgelere ay�rmakta ve her alt bölgenin sorumlulu�unu bir Füzyon Merkezi’ne vermektedir. Bu durumda her Füzyon Merkezi kendi sorumluluk alan�nda olan izleri do�rudan sensör izlerini kullanarak olu�turmakta ve di�er merkezlere iletmektedir. Bölgelere ay�rma, i�lemlerin payla��lmas� anlam�na geldi�inden Füzyon Merkezilerinin i�lem yükü önemli ölçüde az olacakt�r. Önerilen sistem haberle�me trafik yo�unlu�u aç�s�ndan da incelenmi� ve herhangi bir sisteme göre dezavantajl� bulunmam��t�r.


125

�ekil 2 Bölgelere ay�rma yönteminin 2 füzyon merkezli duruma uygulanmas� Olu�turulan ‘bölgelere ay�rma yöntemi’nde önce Füzyon Merkezlerinin sorumlu olduklar� bölgeler bulunmaktad�r. Bu amaçla bir Füzyon Merkezine ba�l� bütün radarlar�n belirli bir referans noktas�na göre konumlar� ve menzilleri ve her bir radar�n kapsama alan� (daire �eklinde) belirlenir. Daha sonra bir Füzyon Merkezi’nin tüm radarlar�n�n kapsama alanlar�n� içine alacak en küçük dikdörtgen alan o Füzyon Merkezi’nin bölgesi olarak ayr�l�r. Bu i�lem bütün Füzyon Merkezleri için yap�l�r. Füzyon Merkezleri’nin bölgeleri teker teker belirlendikten sonra e�er varsa kesi�me alanlar� saptanarak ortak bölgelerin kö�e koordinatlar� hesaplan�r. Olu�turulan sistem veri al��veri�i yönünden irdelendi�inde s�n�rl� say�da sensör izinin di�er Füzyon Merkezlerine gönderilece�i görülecektir. Bunun d��nda olu�turulan tüm üst düzey füzyon izleri tüm Füzyon Merkezlerine gönderilmektedir.

4. SONUÇLAR VE �RDELEME Olu�turulmu� olan sistem birçok yapay veride denenmi�tir. Bu denemeler s�ras�nda algoritmalarda çe�itli iyile�tirme çal��malar� yap�lm�� ve parametreler ayarlanm��t�r. Sonuçlarla ilgili objektif de�erlendirmeler de yap�lm��t�r. Bu de�erlendirmeler için kullan�lan ve ayn� ekip taraf�ndan geli�tirilmi� olan sistem bu konferansta “ �z Füzyonu Sistemlerinde Füzyon Ba�ar�m�n�n Ölçülmesi” ad�nda sunulacakt�r. De�erlendirmeler oldukça karma��k oldu�undan biz burada tek bir örnek vermekle yetiniyoruz.


126

�ekil 3’te verilen her üç bölgeden de geçen iz sorunsuz bir �ekilde takip edilmi� olup tüm sistem bo�umlar�nda ayn� �ekilde elde edilmi�tir. Bu örnekten de görülebilece�i gibi sistem oldukça ba�ar�l� birle�tirmeler yapmakta ve ortak izin daha do�ru bir iz olmas�n� sa�lamaktad�r.

�ekil 3 Sistem hava resmi deney sonucu

TE�EKKÜR Bu çal��maya yapm�� olduklar� katk�lardan dolay� Prof.Dr. Mustafa Kuzuo�lu (ODTÜ), Prof. Dr. Hitay Özbay (B�LKENT Üniv.), Ahmet C. Durgun (ODTÜ), �. Yücel Özbek (ODTÜ), ASELSAN çal��anlar� Elif Yavuztürk, Osman S. Tapkan, Bar�� Özdere ve Mehmet Akangöl’e te�ekkürlerimizi 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.


127

[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 auct�on and the solut�on of �nequal�ty constra�ned ass�gnment problems, SIAM J. on Optimization, Vol. 3, 1993, pp. 268-299, March 1992


128


129

�Z FÜZYONU S�STEMLER�NDE FÜZYON BA�ARIMININ ÖLÇÜLMES� Mustafa KUZUO�LU(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. B�LKENT, 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 (REH�S) Grubu, Ankara, [email protected]

ÖZET �z füzyonu gerçekle�tiren bir sistemin ba�ar�m�n� ölçmek amac�yla yeni bir yöntem geli�tirilmi�tir. �lk ad�m olarak, kullan�lacak ba�ar�m ölçütleri saptanm��t�r. Daha sonra, füzyon sisteminin de�erlendirilmesinde ‘senaryo zorlu�u’nu göz önüne alacak bir yakla��m tan�t�lm��t�r. ‘Senaryo zorluk derecesi’nin niceliksel ifadesi, senaryodan ba��ms�z bir de�erlendirme yakla��m� tan�mlamak ve sistemin ba�ar�m düzeyinde uygun bir de�i�im olu�turmak amac�yla kullan�lm��t�r. Saptanm�� bir senaryoda ‘normal’ ve ‘indirimli’ ba�ar�m� gösteren ve kar��la�t�ran bir örnek sunulmu�tur. 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.


130

I-G�R�� Çoklu radar ve çoklu hedef izleme sistemlerinde, radarlar taraf�ndan olu�turulan izlerin füzyonunun (ayn� hedefe ait olan farkl� radar izlerinin birle�tirilmesi) gerçekle�tirilmesi gerekmektedir. Füzyon i�leminin ba�ar�m�n�n ölçülmesi için baz� yöntemler geli�tirilmi�tir [1-4]. Bu yöntemlerde, izleme hatalar�n�n de�erlendirilmesinin yan�s�ra, do�ru ve yanl�� olarak e�lenen izlerin de�erlendirmesine yönelik s�n�fland�rma (taxonomy) yakla��mlar� da geli�tirilmi�tir. Bu bildiride, bir izleme füzyon sisteminin (‘izleme füzyon sistemi’, bildiri boyunca k�saca ‘sistem’ olarak adland�r�lacakt�r) ba�ar�m� incelenmi�tir. Sistemin özellikleri ve çal��ma �ekli a�a��da özetlenmi�tir:

� Sisteme ba�l� radar(lar) bulunmaktad�r. � Sistem taraf�ndan izlenmesi beklenen hedef(ler) vard�r. � Her radar, izleyebildi�i hedeflere ili�kin radar izlerini üretir. � Radarlar taraf�ndan üretilen radar izleri, sistem taraf�ndan birle�tirilerek

sistem izleri olu�turulur. Bu çal��mada, yukar�da ana hatlar�yla tan�mlanan sisteme ili�kin olarak, ‘senaryo zorluk derecesi’ni göz önüne alan niceliksel ba�ar�m ölçümüne yönelik bir yakla��m irdelenmektedir.

2. BA�ARIM ÖLÇÜTLER� Sistemin ba�ar�m ölçütlerinin sa�l�kl� bir �ekilde ç�kar�labilmesi için olas� izleme hatalar�n�n s�n�fland�r�lmas� gerekmektedir. Bu hatalar, iz duyarl�l�� ve iz kimliklerinin do�rulu�u olarak iki grupta incelenebilir.

2.1. �z Duyarl�l�� Ba�l�ca nedenleri hedeflerin kinemati�i (ivmelerinin büyüklü�ü ve de�i�kenli�i) ve ölçüm hatalar� (gerçek hedef izi ile radar izi aras�ndaki fark) olan iz duyarl�l��yla ilgili hatalar iki ana ba�l�k alt�nda de�erlendirilebilir:

� �zleme hatas�(tracking error):Gerçek iz ile ona ait sistem izi aras�ndaki fark

� �z se�irmesi (track jitter) �zleme hatas�, kimli�i do�ru olarak bulunmu� bir iz için sistemin olu�turdu�u iz ile gerçek iz aras�ndaki farkl�la�ma olarak tan�mlan�r. Bu ölçüt matematiksel olarak yaz�l�rsa:


131

/�

��iN

kii

ii kxkx

NE

1

2))(ˆ)((1 (1)

ifadesi elde edilir. Bu ifadede )(kxi , k an�nda i numaral� hedefin gerçek durum vektörünü, )(ˆ kxi ise bu durum vektörünün sistem taraf�ndan bulunmu� kestirimini göstermektedir. Verilen e�itlikte de görüldü�ü gibi gerçek iz ile kestirilmi� iz aras�ndaki farklar, her bir ize ait veri say�s� olan iN ile normalize edilmektedir. �zleme hatas� ölçütünün yan� s�ra bir de iz se�irmesi (jitter) olarak adland�rabilece�imiz bir ölçüte gereksinim vard�r. Bu ölçüt de a�a��daki denklemle tan�mlanm��t�r:

)()()()1()()1()1(

kekekekekekekJ

iT

i

iiT

iii

�� (2)

Bu denklemde )(kei , k an�nda i no.lu izin pozisyonu ile onun kestirilmi� de�eri aras�ndaki farkt�r. Formülden anla��labilece�i gibi )1( �kJi , )1( �kei vektörünün )(kei ’ye dik olan bölümünün normuna e�ittir. Dolay�s� ile arka arkaya gelen hata vektörleri ayn� do�rultuda olduklar�nda bu terim s�f�r olacakt�r. Hata vektörlerinin ayn� yönde olmas� izin hatal� da olsa oldukça düzgün bir yap�s� oldu�unu gösterir. Bir iz için iz se�irmesi ölçütü tüm zamanlardaki iz se�irmelerinin ortalamas� al�narak bulunabilir.

2.2-�z Kimliklerinin Do�rulu�u Bu bölümde, verilen bir senaryodaki izlere kar��l�k üretilen sistem izlerinin do�rulu�una yönelik ölçütler belirlenecektir. Bu amaçla önce baz� tan�mlar yap�lacakt�r. Bildirinin bundan sonraki bölümlerinde iz üreteci taraf�ndan üretilmi� izler için ‘do�ru iz’, bu do�ru izlere kar��l�k sistem taraf�ndan üretilmi� olan kestirilmi� izler için de ‘sistem izi’ ifadeleri kullan�lacakt�r. Ba�ar�m ölçme sisteminde, tüm izler de�i�ik gruplara ayr�larak ‘sistem izi atama ba�ar� faktörü’nün hesaplanmas�nda bu gruplarda bulunan iz say�lar� kullan�lacakt�r. Bu gruplar�n tan�mlar� a�a��da verilmi�tir:

i. Ana iz: Ana iz deyimi senaryo boyunca devam eden ve bir do�ru ize kar��l�k gelen iz için kullan�lacakt�r.

ii. �zimsiler: Sistem taraf�ndan üretilmi�, fakat hiçbir do�ru ize kar��l�k gelmeyen izlerdir. Performans ölçümünde tüm izimsiler ‘�stenmeyen izler’ kategorisine dahil edilecektir.


132

iii. Kimlik Sorunlular: Bir izde iki türlü kimlik sorunu ya�anabilir. Bunlardan ilki daha önce bir iz numaras� verilmi� olan bir izin yeni bir iz gibi de�i�ik bir kimlik numaras� ile ortaya ç�kmas�, di�eri ise daha önce bir do�ru izle e�lenmi� olan bir izin bir ba�ka do�ru izle e�lenmi� duruma girmesidir.

iv. �stenmeyen �zler: Bu küme tekrarlanan ve anlam� olmayan tüm izlerin topland�� kümedir.

Bir füzyon sisteminde kar��la��labilecek bütün izler yukar�daki gibi s�n�fland�r�ld�ktan sonra bu s�n�fland�rma yard�m�yla sistemin ‘Sistem �zi Atama Ba�ar�m�’ hesaplanabilir. Ancak bu hesaplamaya geçmeden önce yine baz� tan�mlara gereksinim duyulmaktad�r. Bu tan�mlar a�a��da verilmi�tir.

i. Kapsama Derecesi (KD): �zlenen do�ru izlerin toplam do�ru ize oran�d�r. KD = Ana �z Say�s�/ Gerçek �z Say�s�

ii. Verimlilik Katsay�s� (VK): Ana iz say�s�n�n toplam iz say�s�na oran�d�r. VK = Ana �z Say�s�/ (Ana �z Say�s� + �stenmeyen �z Say�s�)

iii. �stenmeyen �z Oran� (��O): �stenmeyen iz say�s�n�n ana iz say�s�na oran�d�r. ��O = �stenmeyen �z Say�s�/ Ana �z Say�s�

iv. Kimlik De�i�tirme Oran� (KDO): Kimlik de�i�tiren iz say�s�n�n ana iz say�s�na oran�d�r. KDO = Kimlik De�i�imi Say�s�/ Ana �z Say�s�;

Bu tan�mlar do�rultusunda, bir senaryo için sistem izi atama ba�ar�m� �u �ekilde hesaplan�r:

Normal �zleme Ba�ar�s� (N�B) = (KDxVK)/(1+��O+KDO) (3) Yukar�daki ifadenin yard�m�yla bir sistemin izleme ba�ar�m� say�sal olarak hesaplanabilir. Ancak herhangi bir izleme sisteminin ba�ar�m�n�n do�ru bir �ekilde de�erlendirilebilmesi için senaryonun zorlu�u (e�leme zorlu�u) ve sistemin izleme ba�ar�s�n�n birlikte de�erlendirilmesi gerekmektedir.

2.3-Senaryo Zorlu�unun Hesaplanmas� Senaryo zorlu�u bir çok bile�eni olan karma��k bir kavramd�r. Burada söz konusu bile�enler temel olarak iki ana grup alt�nda incelenebilir. Bu gruplardan birincisi radar izlerinin do�ru izlerle ne kadar örtü�tü�ü, ikincisi ise sensör izlerinin ne kadar kolay birle�tirilebildi�idir. ‘Kolay birle�tirilebilme’ radar izlerinin do�ru ize yak�nl�� ile kom�u izlere olan uzakl��n�n bir fonksiyonu olmakla birlikte ayn� zamanda do�ru izlerin radarlar taraf�ndan ne kadar ba�ar�l� bir biçimde izlendiklerinin de fonksiyonudur.


133

2.3.1-E�leme Zorlu�unun Hesaplanmas� Bu bölümde gerçek bir iz için e�leme zorlu�u ve senaryo için toplam e�leme zorlu�u hesaplanmaktad�r. Bu de�erleri elde ederken, her bir iz için iki çe�it Öklit uzakl�� hesaplamak gerekmektedir. 1-) �ç-uzakl�k: Her bir gerçek izin kendi radar izine (izlerine) olan uzakl�� ‘iç-uzakl�k’ olarak adland�r�lm��t�r. 2-) D��-uzakl�k: Her bir gerçek izin kendisine ait olmaya radar izine (izlerine) olan Öklid uzakl��n�n bir fonksiyondan geçirilmesiyle tan�mlanmaktad�r. �z �çin E�leme Zorlu�u: �z için e�leme zorlu�u ‘�ç-uzakl�k ile ‘D��-uzakl�k’ de�erlerinin toplanmas�yla bulunur. Bu zorluk her e�leme an�nda bulundu�undan, zamana kar�� gerçek izin e�leme zorlu�u bir fonksiyon seklinde çizilebilir. i no.lu gerçek iz için iç-uzakl�k ( i�U ) a�a��daki �ekilde hesaplanmaktad�r:

1

1 NR

i ijj

�U dNR �

� / (4)

NR : Radar say�s� dij : I no.lu gerçek iz ve j no.lu radar izi aras�ndaki Öklit uzakl��

( ) ( )Tij i j i jd x rx R x rx� � �

ix : i no.lu ize ait üç koordinat ve üç h�z bile�eninden olu�an alt�-boyutlu vektör

jrx : ix gerçek izine kar�� olu�an j no.lu radar izi R : A��rl�k matrisi ( 6 67 kö�egen (diagonal) olan bu matrisin kö�egen elemanlar�, koordinat ve h�z bile�enlerine e�it a��rl�k verilecek �ekilde al�nmaktad�r.) i no.lu gerçek iz için d��-uzakl�k ( iDU ) a�a��daki �ekilde hesaplanmaktad�r:

� �,1 1

NT NR

i i jrj rj i

DU f D� �8

�// (5)

NR : Radar say�s� NT : �z say�s�

i, jrD : i no.lu gerçek izle j no.lu gerçek ize kar��l�k gelen r no.lu radar izi aras�ndaki Öklit uzakl��

, ( ) ( )Ti jr i jr i jrD x rx R x rx� � �

Bu ifadede de yukar�da verilen ix ve R tan�mlar� geçerlidir. jrrx : jx gerçek izine kar�� olu�an r no.lu radar izi


134

� �.f dönü�üm fonksiyonu öznel ve nesnel de�erlendirmelerin tutarl� olmas�n� sa�layacak �ekilde seçilmi�tir.

2.3.2- Radar �zi Ba�ar�m�n�n Senaryo Zorlu�una Yans�t�lmas� Buradaki temel yakla��m, öncelikli olarak radarlar taraf�ndan olu�turulan resimde istenmeyen izleri ve kimlik de�i�tiren izleri bularak bunlarla ilgili bir indirimi (eksi bir say�) I (istenmeyen iz say�s�) ve KD (kimlik de�i�tiren iz say�s�) de�erlerine eklemektir. �ndirimin hesaplanmas� için gerekli formülasyonu yapmadan önce baz� tan�mlara gereksinim duyulmaktad�r.

kI : k no.lu radar taraf�ndan sözü edilen do�ru iz için üretilmi� istenmeyen iz say�s�

kDK : k no.lu radar taraf�ndan sözü edilen do�ru iz için üretilmi� kimlik de�i�tiren iz say�s� Bu say�lar radar izinin ba�ar�m� hakk�nda bilgi vermektedir ve radarlar�n ba�ar�m�n�n sisteme etkisi bulunurken a��rl�kland�rmada kullan�lacakt�r. Önce radar izi a��rl��n� kb de�eri olarak �öyle bulaca��z:

k k km I KD� � ve 1k

k

bm

��

(6)

Bu formülasyonda, radar düzgün çal��t�� zaman, ( km küçük oldu�unda)

a��rl�k fazla olmaktad�r. say�s� normalizasyon amaçl� olup 1�/k

kb olacak

�ekilde bulunur. Bu katsay�lar kullan�larak her izin I ve KD de�erleri a��rl�kl� olarak birle�tirilir. Birle�tirme sonucu elde edilen say�lar -0.6 katsay�s� ile çarp�larak sistem izinin kar��l�k gelen de�erlerine eklenir. Formülasyonun matematiksel olarak yaz�l�m� �öyledir:

�

!"#

$��

!"#

$��

!"#

$

��

!

"""

#

$��

!"#

$

//

DKI

KDI

DKI

DKb

Ib

DKI

kkk

kkk

~~

ˆˆ

,6.0~~

(7)

Sistem izi performans� I ve KD de�erleri yerine I ve DK ˆ de�erleri kullan�larak bulunur. Bu formülasyondaki 0.6 de�eri sistemin baz� hatalar� düzeltece�i beklentimize kar��l�k gelmektedir.

3. S�STEM�N YAPISI VE SONUÇLAR Geli�tirilen ba�ar�m ölçme sistemi iki ana bölümden olu�maktad�r. �lk bölümde senaryo küçük zaman aral�klar�na ayr�lmakta ve senaryonun zorlu�u (e�leme zorlu�u) zamana ba��ml� bir fonksiyon olarak e�leme anlar�nda


135

hesaplanmaktad�r. �kinci bölümde ise sistemin izleme ba�ar�m� ilk bölümde belirlenen e�leme zaman aral�klar�nda elde edilerek zaman�n bir fonksiyonu olarak bulunmaktad�r. Olu�turulan yap�da sistemin izleme ba�ar�m� iki farkl� �ekilde hesaplanmaktad�r. Bunlar ‘normal izleme ba�ar�m�’ ve ‘indirimli izleme ba�ar�m�’ olarak adland�r�lm��t�r. Normal izleme ba�ar�m� hesaplan�rken sistem izleri ve gerçek izler dikkate al�n�r. �ndirimli izleme ba�ar�m�n�n hesaplanmas�nda ise sistem ve gerçek izlere ek olarak radar izleri de dikkate al�n�r. Sistemin izleme ba�ar�m�n�n hesaplanabilmesi için ‘De�erlendirme Dizisi’ ad� verilen bir diziden yararlan�l�r. De�erlendirme dizisi dört elementten olu�an bir dizidir ve a�a��daki �ekilde gösterilebilir.

Ana �z

(Var, yok)

�stenmeyen �z

(�zimsi) Say�s�

Kimlik De�i�imi

(Var, yok)

Gerçek iz

(Var, yok)

� Ana iz: E�leme aral��n�n ba�lang�ç zaman�na en yak�n iz ana iz

olarak adland�r�l�r ve de�erlendirme dizisinin bu eleman� 1 de�erini al�r. �ayet e�leme aral��nda hiçbir sistem izi yoksa, bu eleman 0 de�erini al�r. Ana iz için ayr�ca izin kimlik bilgisi farkl� bir yerde tutulur.

� �stenmeyen iz say�s�: Ana iz d��nda kalan izlerinin toplam say�s�n� gösterir.

� Kimlik de�i�imi: Kimlik de�i�iminin olup olmad��na izin �u anki ve önceki e�leme zaman aral��ndaki kimlik bilgilerine bak�larak karar verilir. Kimlik bilgisi de�i�mi� ise de�erlendirme dizisinin bu eleman� 1, de�i�im yoksa 0 de�erini al�r.

� Gerçek iz: Yukar�da belirtildi�i üzere de�erlendirme dizisi e�leme aral��ndaki her bir iz için olu�turulmaktad�r. Bu eleman ilgili gerçek izin bu aral�kta olup olmad��n� göstermektedir. Varsa 1, yoksa 0 de�erini al�r.

De�erlendirme dizisi her bir zaman aral��nda bulunan her bir iz için bulunarak, daha önceki bölümlerde verilen formüllerle normal izleme ba�ar�m� hesaplan�r. Birden fazla iz için sistemin normal izleme ba�ar�s� bulunurken her bir e�leme aral��ndaki izleme ba�ar�s� toplanarak e�leme aral��ndaki toplam iz say�s�na bölünür. Sistem ba�ar�m�n�n senaryo zorlu�u da göz önüne al�narak hesaplanabilmesi için ise yine her bir zaman aral��nda gerçek bir ize ait her bir radar izi için ‘Radar De�erlendirme Dizisi’ olu�turulur. Daha sonra her bir radar için hesaplanan radar de�erlendirme dizileri ve sistem izlerinden elde edilen de�erlendirme dizileri yukar�da verilen formüllerle birlikte kullan�larak indirimli de�erlendirme dizisi hesaplan�r. �ndirimli de�erlendirme dizisi de indirimli izleme ba�ar�m�n�n hesaplanmas�nda kullan�l�r.


136

Örnek: �ekil 1’de bir tane gerçek iz için olu�turulan alt� sistem izi görülmektedir. Sistemin Normal ve �ndirimli �zleme Ba�ar�mlar� Tablo I ve Tablo II’de verilmektedir.

�z no: 1 �z no: 2 �z no: 3

�z no: 4

�z no: 5�z no: 6

E. Aral�k: 1 E. Aral�k: 2 E. Aral�k: 3 E. Aral�k: 4 E. Aral�k: 5

Gerçek iz

�ekil 1. Tek gerçek iz ve alt� sistem izi

Tablo I Normal izleme Ba�ar�m�n�n hesaplanmas�

Aral�k

No

De�erlendirme Dizisi KA VK ��O KDO N�B

A�z �st�z KD Giz

1 1 0 0 1 1/1 1/(1+0) 0/1 0/1 1

2 1 2 0 1 1/1 1/(1+2) 2/1 0/1 1/9 = 0,11

3 1 0 1 1 1/1 1/(1+0) 0/1 1/1 ½ = 0,5

4 1 2 1 1 1/1 1/(1+2) 2/1 1/1 1/12 = 0,08

5 1 0 1 0 1/1 1/(1+0) 0/1 1/1 0

Tablo II �ndirimli �zleme Ba�ar�m�

Aral�k

No

�ndirimli De�erlendirme Dizisi �ndirimli

�zleme

Ba�ar�m�(��B) A�z �st�z 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


137

TE�EKKÜR Bu çal��maya yapm�� olduklar� katk�lardan dolay� Prof.Dr. Mübeccel Demirekler (ODTÜ), Emre Özkan (ODTÜ), �. Yücel Özbek (ODTÜ), ASELSAN çal��anlar� Melih Günay, Berrin Özer’e te�ekkürlerimizi 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.: 291-304

[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, Kas�m 1999, s.: 355-369

[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


138


139

ALGOR�TMADAN UYGULAMAYA: V�DEO HEDEF :�ZLEY�C� B�R�M�

Sevda ERDO�DU (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) 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]

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

ÖZET Video Hedef �zleyici Birimi; video görüntüsünden hedef tespit ve takip yetenekleri ile ke�if, gözetleme ve izleme amaçl� görüntüleme cihazlar�na sahip askeri ve anayurt güvenli�i sistemlerinin vazgeçilmez bir unsurudur.

Video hedef izleme; video görüntüsünde olas� hedeflerin tespit edilerek otomatik olarak veya kullan�c� taraf�ndan seçilen bir hedefin takip edilmesi için gerekli bilgilerin olu�turulmas�d�r. Elde edilen bu bilgi görüntüleme cihazlar�n�n, silah sisteminin veya di�er bir sistemin hedefe yönlenmesinde kullan�l�r.

Bu bildiride, içerdi�i algoritmalar ve bu algoritmalar�n donan�m üzerinde uygulanmas� aç�s�ndan stratejik bir ürün olan Video Hedef �zleyici Birimi’nin, algoritmadan ba�layarak ürüne dönü�me süreci ve bu süreç içerisinde kar��la��lan teknolojik problemler ve çözümleri anlat�lmaktad�r. Video Hedef �zleyici Birimi özgün donan�m ve yaz�l�m� ile gerçeklenen algoritmalar�n geli�tirilmesinde, Üniversite-Sanayi i�birli�inin ald�� önemli rol aç�klanmaktad�r.

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.


140

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. G�R�� Video hedef izleme, TV ya da termal kamera gibi video kaynaklar�ndan ald�� video görüntüsünde olas� hedefleri tespiti ederek kullan�c� taraf�ndan seçilen bir hedefin otomatik olarak takip edilmesidir. Görüntüden elde edilen takip bilgisi ile kullan�lan sisteme bilgi verilerek sistemin daima takip edilen hedefe yönelmesi sa�lan�r.

�ekil-1 Örnek Sistem

Video hedef izleme, video sinyaline dayal� olarak izleme gereksinimi duyulan; Hava Savunma Sistemleri (uçaksavar vb.), Kara Silah Sistemleri (tank vb.), Dü�man Tespit/�zleme Sistemleri (s�n�r güvenli�i vb.), Özel Saha Güvenlik Sistemleri (tesis, bina, s�n�r vb.), Polis Araç/Ki�i Takip Sistemi (helikopter vb.) gibi birçok sistemin en önemli unsurudur.

Bu bildiride; özgün olarak geli�tirilen Aselsan Video Hedef �zleyici Birimi (VH�B) algoritmalar�, algoritmalar�n özgün yaz�l�m ve donan�m ile gerçeklenmesi, gerçekleme esnas�nda izlenen test yöntemleri anlat�lacakt�r.

2. ALGOR�TMA Otomatik olarak takip edilecek hedefler için iki temel varsay�mda bulunulmaktad�r: Hedefler arka plandan koyuluk olarak farkl�d�r ve/veya arka plandan ba��ms�z olarak hareket etmektedirler. Bu sebeple hedef tespitinde yöntem olarak paralel olarak görüntülerde koyuluk miktar�yla arka plandan büyük oranda farkl� olan bölgeler ile arka plandan ba��ms�z hareket eden bölgeler bulunarak hedef tespiti yap�lmaktad�r. Tespit edilen hedef bilgileri

Video Hedef �zleyici BirimiServo Video Hedef �zleyici BirimiServo


141

görüntüler geldikçe takip edilmekte ve bu �ekilde hedef karakteristi�i olu�turulmaktad�r. Olu�turulan hedef karakteristi�i güvenilirli�i artt�rmak için hedef tespiti içine geri beslenmektedir. Bir döngü �eklinde çal��an VH�B algoritmas�n�n ak�� emas� �ekil-2’de gösterilmi�tir.

�ekil-2 VH�B Algoritmalar�

Kameradan al�nan görüntüler için öncelikle gürültü giderme i�lemleri yap�lmaktad�r. Bu amaçla yap�lan süzme i�lemlerinden sonra elde edilen görüntüler koyulu�a göre ön plan arka plan ayr��t�rmas�n�n yap�ld�� “koyulu�a göre ay�rma” blo�unda i�lenir. Bu blokta uyarlan�r bir e�ikleme yöntemiyle koyuluk olarak arka plandan farkl� olan bölgeler bölütlenir. Bölütleme sonucunda ikilik bir resim elde edilir. Koyu cisimlerin maskesi olarak adland�r�lan bu ikilik resimde arka plandan farkl� koyuluktaki pikseller i�aretlenir, di�er pikseller i�aretlenmez.

Koyulu�a ba�l� bölütleme i�lemine paralel olarak arka plandan ba��ms�z hareket eden bölgelerin bulunmas� i�lemi yap�lmaktad�r. Bu i�lem sabit kamera görüntülerinde ard��k resimlerin fark�n�n bulunmas� ve bu fark�n e�iklenmesi �eklinde gerçekle�tirilmektedir. E�er kamera hareketliyse, arka plandan ba��ms�z hareket eden bölgelerin bulunmas�, görüntüler aras�ndaki hareketin giderilmesinden sonra fark al�nmas� ve e�iklenmesiyle yap�l�r. Bu sebeple öncelikle kameran�n hareketli olup olmad��n�n alg�land�� “sistem hareket tespiti” blo�u kullan�l�r. E�er kamera hareketi yoksa ard��k resimler aras�ndaki fark bulunarak e�iklenir. Kamera hareketi varsa önce ard��k görüntülerde bu hareket etkisi yok edilir. Daha sonra yine bu resimler

Tespit edilen hedef bilgileri

Sistem hareketi tespiti

Koyulu�a göre

ay�rma

Resimleraras�ndaki

fark� e�ikleme

Maske birle�tirme

�zleme Algoritmalar� Geri besleme

Koyu bölgeler maskesi

Arkaplandan ba��ms�z hareket eden bölgeler maskesi

�zleme Bilgisi


142

aras�ndaki fark bulunarak e�iklenir. Sonuçta arka plandan ba��ms�z hareket eden piksellerin i�aretlendi�i ve di�er piksellerin i�aretlenmedi�i ikilik görüntü, arkaplandan ba��ms�z hareket eden bölgeler maskesi elde edilir.

Koyu bölgeler maskesi ile arka plandan ba��ms�z hareket eden bölgeler maskesi “maske birle�tirme” blo�u içinde hedefin tespit edilmesi için kullan�lmaktad�r. Bu blokta her iki maskeden elde edilen bölgeler uygun �ekilde e�lenerek olas� hedef bölgesi/bölgereleri bulunur. Bu bölgelerden elde edilen boyut, en boy oran�, pozisyon gibi bilgiler “izleme algoritmalar�” blo�una gönderilir. Bu blok içinde çal��t�r�lan uyarlan�r süzgeçler yard�m�yla hedefin yeni gelecek olan görüntüdeki tahmini yeni boyutu, en boy oran�, pozisyonu gibi bilgiler elde edilir. Bu bilgiler hedef tespitinde de�erlendirilmek üzere hedef tespit alt bloklar�na geri beslenir. VH�B çal��ma durumlar� �ekil-3’te özetlenmi�tir.

�ekil-3 VH�B Çal��ma Durumlar�

VH�B’nin kullan�ld�� platformun hedef izleme yapabilmesi için hedefin görüntü merkezinden uzakl�� VH�B taraf�ndan bu platforma ait servo sistemine beslenir. Servo sistemi bu fark� kapatmak üzere platform taretini sürekli olarak hareket ettirerek hedefi görüntü merkezine getirir. Tüm i�lemler kapal� bir döngü �eklinde gerçek zamanl� olarak gerçekle�mektedir.

s

Hedef Tespit

Hedef �zleme

Hedefi Kaç�rma

Hedef �zlemeden Ç�k Komutu

Hedefi Kaybetme

�zlemeye Alma

KilitlenmeKay�p Hedefi

Hedefi Yeniden Yakalama

Hedef �zleme Komutu

Hedef Bulunamad�

�lkleme

C�T C�T Ba�ar�s�z

C�T Hatas�

��letmeye Haz�rl�k

��letme

s

Hedef Tespit

Hedef �zleme

Hedefi Kaç�rma

Hedef �zlemeden Ç�k Komutu

Hedefi Kaybetme

�zlemeye Alma

KilitlenmeKay�p Hedefi

Hedefi Yeniden Yakalama

Hedef �zleme Komutu

Hedef Bulunamad�

�lkleme

C�T C�T Ba�ar�s�z

C�T Hatas�

��letmeye Haz�rl�k

��letme


143

3. GERÇEKLEME Üniversite ile yürütülen video hedef izleme algoritmalar� geli�tirme çal��malar�nda donan�m ve yaz�l�m mühendisleri de görev alarak algoritmalar ile ilgili yaz�l�msal ve donan�msal yönlendirmeler yapm��lard�r.

Geli�tirilen algoritmalar, donan�m ve yaz�l�m mühendislerince donan�m ve yaz�l�m üzerinde çal��abilecek �ekilde payla�t�r�lm��t�r. Bu payla��m �ekil-5’de görülmektedir. Yaz�l�m ve donan�mca ortakla�a gerçeklenen algoritma bloklar�nda, donan�m ve yaz�l�m�n paralel çal��mas� hedeflenmi�tir.

Algoritmalar�n yaz�l�m/donan�m payla��m� yap�ld�ktan sonra i�lemci üzerine dü�en algoritma bloklar� gerçeklenmi�tir. Bu a�amada kod optimizasyonu çal��malar� ba�lam��t�r. Kod optimizasyonunun yeterli olmad�� noktalarda algoritma optimizasyonu yap�lm��t�r. Yaz�l�m�n ko�tu�u i�lemci üzerinde Altivec yap�s� bulunmaktad�r. Kullan�lan görüntü i�leme algoritmalar�n�n bir k�sm� vektör i�lemeye uygun oldu�undan bu yap�ya göre kodlanm��t�r.

Yaz�l�m geli�tirme çal��malar� Aselsan SST Grubu Yaz�l�m Sürecine (�ekil-6) uygun olarak yürütülmü�tür. �lk a�amada yaz�l�m gerekleri olu�turulmu�tur. Gereklerin olu�turulmas�ndan sonra tasar�m a�amas�na geçilmi�tir. Tasar�m sonras�nda yaz�l�m kodlanm�� ve testleri yap�lm��t�r. Yeterlilik testlerinin ard�ndan yaz�l�m ürün dokümanlar� haz�rlanm��t�r.

�ekil-4 VH�B Donan�m�


144

�ekil-5 VH�B Donan�m/Yaz�l�m Payla��m�

�ekil-6 Yaz�l�m Geli�tirme Süreci

Polarite

GürültüFiltreleme

Hareket Maskesi

Gri Seviye Maskesi

Hedef Bilgileri Olu�turma

Hedef Seçimi & �zleme Algoritmalar�

Parametre Güncelleme

Kullan�c�Arayüzü

Donan�m

Yaz�l�m

Donan�m & Yaz�l�m


145

�ekil-7 VH�B Yaz�l�m Geli�tirme ve Test Düzene�i

�ekil-8 VH�B Masa Üzeri Testleri

Yaz�l�m çal��malar�, algoritmalar hem PC üzerinde Windows ortam�nda VH�B’den ba��ms�z olarak hem de VH�B üzerinde çal��t�r�labilecek �ekilde yürütülmü�tür. Bu yakla��m algoritmalar�n geli�tirilmesi/de�i�tirilmesi/test edilmesi süreçlerini kolayla�t�rm��t�r.

VH�B yaz�l�m� UML tabanl� olarak geli�tirilerek, de�i�iklik/ekleme yap�lmas�n�n kolayla�t�r�lmas�, anla��l�rl��n art�r�lmas� hedeflenmi�tir.

Kamera1CCIR

Yaz�l�m Geli�tirme Ortam� Video Giri�2

Video Ç�k��

Ethernet Ethernet

Ekran

VME Kasa

VH�B

HUB

Seri Kanal RS232

Kamera2 RS170

Video Giri�1


146

VH�B; Microsoft Windows XP i�letim sistemi ortam�nda yap�lan algoritma testlerinden (�ekil-8), VH�B üzerinde yap�lan laboratuar testlerinden (�ekil-7) ve kullan�laca�� sistemlere entegre edildikten sonra kara, hava ve deniz hedefleri ile yap�lan arazi testlerinden (�ekil-9) ba�ar�yla geçmi�tir.

�ekil-9 VH�B Arazi Testleri

4. SONUÇ Video Hedef �zleyici Birimi çal��mas�, görüntü ile takip yapan sistemlerin teknoloji kritik bir parças�n�n özgün algoritma, yaz�l�m ve donan�m tasar�m� ile milli olarak kazan�lmas�n� sa�lam��t�r.

Üniversite-sanayi i�birli�i ile ortaya konulan özgün Video Hedef �zleyici Algoritmalar�, sahip olunan bilginin ürüne dönü�me sürecinde üniversiteler ile yap�lacak ortak çal��malar�n ne kadar ba�ar�l� olabilece�ini göstermi�tir.

Video Hedef �zleyici Birimi tasar�m çal��malar� esnas�nda elde edilen bilgi birikimi, tasar�m ve üretim yeteneklerini artt�ran yeni teknolojiler, silah sistemlerinde yer alan at�� kontrol bilgisayarlar�n�n tamamen milli olarak gerçeklenmesi sadece Aselsan için de�il ülkemiz için büyük bir kazanç olmu�tur.

5. KAYNAKÇA

[1] Video Hedef �zleyici Birimi Algoritma-Yaz�l�m-Donan�m Tasar�m Dokümanlar�, 2003-2007, Aselsan A.�., Ankara, Türkiye

Hava hedefleri testi Kara hedefleri testi Deniz hedefleri testi


147

H�PERSPEKTRAL GÖRÜNTÜLEMEN�N SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� UYGULAMALARI VE SPEKTRAL E�R�LTME SAYES�NDE YÜKSEK

TANIMA BA�ARIMI

Begüm Demir (a), Sarp Ertürk (b)

(a) KOÜ, Elektronik ve Haberle�me Müh. Böl., 41040, Kocaeli, [email protected] (b) Prof. Dr. KOÜ, Elektronik ve Haberle�me Müh. Böl., 41040, Kocaeli, [email protected]

ÖZET Bu bildiride, hiperspektral görüntülerde s�n�fland�rma performans�n�n artt�r�lmas� amac� ile do�rusal olmayan bir yöntem olan frekansta e�riltme yönteminin kullan�lmas� gösterilmektedir. Önerilen yöntemde, hiperspektral görüntülerin spektral verileri ile ili�kili frekans bile�enleri, frekansta e�riltme kullan�larak spektral eksen boyunca do�rusal olmayan dönü�üm i�lemine sokulmaktad�r. Farkl� frekans e�riltme parametreleri kullan�larak elde edilen deneysel sonuçlar uygun e�riltme paremetreleri kullan�larak s�n�fland�rma performans�n�n art�r�labilece�i göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Hiperspektral Görüntüleme, Spektral E�riltme, 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. G�R�� Askeri, savunma, medikal, tar�m, hayvanc�l�k gibi birçok alanda uygulamas� bulunan hiperspektral görüntüleme birçok dar dalga boyu band�na ait imge verilerini elde etmekte ve bunun sonucunda dalga boyuna göre bir ayr��m sa�lamaktad�r. Bu sayede sahne içerisindeki bölgelerin s�n�fland�rmas� veya belirli malzeme ve nesnelerin tan�nmas� standart görüntü alg�lay�c�lar�na oranla çok daha yüksek bir ba�ar�mla sa�lanabilmektedir. �ekil 1’de örnek bir pikselin spektrumu gösterilmektedir.


148

�ekil 1 Hiperspektral görüntülerdeki her piksel için dalga boyuna ba�l� spektrumun elde edilmesi

Hiperspektral görüntülerin askeri uygulamalar�na örnek olarak, [1]’de Kanada askeri kuvvetleri için gerçekle�tirilmekte olan HYMEX (HYperspectral iMage EXploitation) projesi ile elde edilen önsel sonuçlar verilmi�tir. Bu projede hedef alg�lama ve tan�ma, bitki örtüsü toprak analizleri, su renk haritalanmas� olmak üzere üç alanda çal��lm��t�r. Askeri araçlar�n, kamuflaj ve arka plan durumunda hiperspektral veriler kullan�larak tan�nmas� üzerine [2]’de çal��lm��t�r. ABD hükümeti taraf�ndan yay�nlanan [3]’deki çal��mada 1998 y�l�nda tasar�m a�amas�nda olan HRST (Hyperspectral Remote Sensing Technology) program�ndan bahsedilmektedir. HRST program� ABD Deniz Kuvvetlerinin ihtiyac�n� kar��lamak üzere [3]’de hiperspektral görüntüleme sistemi kullan�larak dünyadaki k�y� bölgelerinin karakterize edilmesi konusunu içermektedir. ABD kara kuvvetlerinin do�al kaynaklar ve çevre kurulu�u taraf�ndan bitki örtüsü haritalanmas�, tahrip edilen bölgelerin tekrardan planlanmas� ve bir, be� ve on y�ll�k de�i�imlerin alg�lanmas� amac� ile ba�lat�lan proje [4]’de anlat�lm��t�r.

Bu bildiride, hiperspektral görüntülerde s�n�fland�rma performans�n�n art�r�lmas� amac� ile spektral e�riltme (frekansda e�riltme) [5] i�leminin her bir spektral veri için uygulanmas� ele al�nmaktad�r. Spektral e�riltme bir i�aretin frekans bile�enlerinin frekans ekseni boyunca de�i�tirilmesi amac� ile önerilmi�tir ve çok çe�itli sinyal i�leme uygulamalar�nda i�areti i�lemeye daha uygun biçime dönü�türmek için kullan�lmaktad�r. Çok çe�itli uygulamalarda [6-9] kulllan�lm�� olan spektral e�riltme yöntemi, hiperspektral görüntülerde s�n�fland�rma performans�n�n art�r�lmas� amac� ile [10]’da önerilmi�tir. Bu


149

çal��mada, hiperspektral görüntülerin her bir pikseli ile ili�kili spektral verilere spektral e�riltme yönteminin, s�n�fland�rma i�lemi öncesinde uygulanmas� gercekle�tirilmektedir ve önerilen yöntemin s�n�fland�rma ba�ar�m�n� artt�rd�� gösterilmektedir.

2. TEOR� Bu çal��mada spektral e�riltme (warping) [5] yönteminin hiperspektral görüntülerde her bir pikseli ile ili�kili spektral verilere s�n�fland�rma ba�ar�m�n�n artt�r�lmas� için uygulanmas� önerilmektedir. Spektral e�riltme i�leminde, frekans bile�enleri, spektral eksende do�rusal olmayan �ekilde de�i�tirilmektedir ve bu i�lem, birinci dereceden seri tüm geçiren süzgeçler kullan�larak elde edilmektedir. �ekil 2’de her bir spektral veriye uygulanan e�riltme a�� gösterilmektedir. Giri� i�areti zamanda terslenerek ilk tüm geçiren süzgeçe uygulanmaktad�r. Ç�k�� verisinin son örne�i, e�riltme i�lemi uygulanan yeni verinin ilk örne�ini olu�turmaktad�r. Sonras�nda süzgeçlenmi� veri, ikinci tüm geçiren süzgeçe uygulanmaktad�r ve elde edilen verinin son örne�i, ç�k�� verisinin bir sonraki örnek de�erini olu�turmaktad�r. Bu i�lemler her bir süzgeç için gerçekle�tirilmektedir. Elde edilen spektral e�riltme i�lemi uygulanm�� veri örne�i say�s�, filtre say�s� ve dolay�s�yla hiperspektral bant say�s�na e�ittir. Orijinal ve spektral e�riltme uygulanm�� örnek bir spektral veri �ekil 3’de gösterilmektedir.

�ekil 2 Spektral e�riltme a��

�ekil 3 Orijinal ve frekansta e�riltme (FE) uygulanm�� örnek bir spektral veri


150

Destek vektör makineleri (DVM) [11] ve �lgililik vektör makineleri (�VM) [12] s�n�fland�rma yöntemleri kullan�larak, frekansta e�riltme i�leminin DVM ve �VM s�n�fland�rma yöntemleri üzerindeki performans� incelenmektedir. Bu iki yöntem, literatürde mevcut di�er yöntemlerden daha yüksek s�n�fland�rma ba�ar�m� sa�layabildi�i için tercih edilmi�tir. Yer s�k�nt�s� nedeniyle bu yöntemler hakk�nda çok fazla bilgi verilememekte olup, okuyucular�n ilgili kayna�� incelemesi önerilmektedir.

DVM [11] denetimli (supervised) s�n�fland�rma ve regresyon için yüksek ba�ar�m sa�lamaktad�r. DVM iki s�n�fa ait örnekler aras�ndaki karar yüzeyini olu�tururken yüzeyin iki s�n�fa olan uzakl��n� en yüksek dereceye ç�karmaya çal��maktad�r. Test a�amas�nda yeni giri� verileri, e�itim i�lemi sonucunda elde edilen model parametreleri kullan�larak s�n�fland�r�lmaktad�r. E�itim verisi do�rusal olarak ayr�lam�yor ise DVM s�n�fland�rmada kernel yakla��m� kullan�lmaktad�r. Kernel yöntemleri orijinal giri� uzay�n�, yüksek boyutlu kernel özellik uzay�na yans�tmaktad�r. Bu sayede uygun kernel parametreleri kullan�larak daha iyi s�n�fland�rma sonuçlar� elde edilebilmektedir. DVM’de Mercer ko�ullar�n� sa�layan ve simetrik kesin pozitif olan kernel fonksiyonlar�n�n kullan�lmas� gerekmektedir. Literatürde de�i�ik uygulamalar için çe�itli kernel fonksiyonlar� bulunmaktad�r, fakat bu çal��ma kapsam�nda en yayg�n kullan�lan kernel olan radyal taban fonksiyonu kullan�lm��t�r.

DVM temelli s�n�fland�rman�n olas�l�ksal ç�k�� verememe, ödünle�im parametre hesab� gereksinimi ve Mercer kernel fonksiyonlar�na ba��ml�l�k gibi dezavantajlar� vard�r. DVM için bahsedilen bu dezavantajlar, DVM’nin Bayes davran�� gösteren biçimi olan �VM s�n�fland�rma yöntemi kullan�larak çözülebilmektedir. Ayr�ca �VM daha az say�da kernel fonksiyonu gerektirmektedir. Bu nedenle �VM’de s�n�fland�rma (test) süresi, daha az kernel fonksiyonu kullan�lmas� nedeniyle DVM’ye göre azalmaktad�r.

S�n�fland�rma sonuçlar� farkl� e�riltme parametreleri için, 220 bant içeren 1992 y�l�n�n Haziran ay�nda kuzeybat� Indiana’n�n Indian Pine test alan�nda al�nan hiperspektral görüntü [13] kullan�larak elde edilmi�tir. Kullan�lan hiperspektral görüntünün tek band�n�n görüntüsü ve s�n�f bilgilerinin içeren görüntü (yer do�rusu, ground truth) �ekil 3 (a) ve �ekil 3 (b)’de s�ras�yla gösterilmektedir. Uygulamada atmosferik gürültü içeren bantlar at�larak 200 bant kullan�lm��t�r. Özgün veride 16 s�n�f bulunmaktad�r. Fakat, baz� s�n�flar�n eleman say�s� çok dü�ük oldu�undan, veri miktar� büyük olan 9 s�n�f seçilerek, bu s�n�flar 4757 e�itim verisi ve 4588 test verisi elde etmek için kullan�lm��t�r. Her s�n�f için seçilen e�itim ve test verilerinin miktarlar� Çizelge 1’de gösterilmektedir.

Bu çal��mada �VM ve DVM s�n�fland�rma için radyal taban fonksiyonu kerneli kullan�lm��t�r. H�zl� e�itim süresi sa�lad�� için çoklu DVM ve �VM s�n�fland�rma için bire-bir çoklu s�n�fland�rma [11,12] kullan�lm��t�r. Farkl� e�riltme parametreleri kullan�larak gerçekle�tirilen frekansta e�rilte i�lemi sonucunda elde edilen yeni hiperspektral verinin DVM ve �VM s�n�fland�rma ba�ar�mlar� Çizelge 2’de gösterilmektedir. Deneysel sonuçlar uygun e�riltme parametreleri


151

kullan�larak s�n�fland�rma ba�ar�m�n�n �VM için %2 , DVM için %1 oran�nda art�r�laca��n� göstermektedir.

(a) (b)

�ekil 3 (a): Hiperspektal görüntünün tek band� (b): s�n�f bilgisi verisi

Çizelge 1 9 s�n�f için e�itim ve test verisi miktarlar�

S�n�f E�itim Test

S1-Corn-no till 742 692 S2-Corn-min till 442 392S3-Grass/Pasture 260 237 S4-Grass/Trees 389 358

S5-Hay-windrowed 236 253 S6-Soybean-no till 487 481

S7-Soybean-min till 1245 1223 S8-Soybean-clean till 305 309

S9-Woods 651 643 Toplam 4757 4588

Çizelge 2 Farkl� Spektral E�riltme Parametreleri (SEP) için DVM ve �VM

S�n�fland�rma Ba�ar�mlar� (SB)

SEP SB SEP SB DVM �VM DVM �VM

0 92.67 90.32 - - - 0.1 93.43 91.93 -0.1 84.89 85.87 0.2 93.39 92.48 -0.2 77.65 82.21 0.3 93.48 92.76 -0.3 70.74 78.83 0.4 93.41 92.56 -0.4 64.93 77.15 0.5 93.76 92.72 -0.5 59.59 73.08 0.6 93.67 92.69 -0.6 56.86 68.78 0.7 93.72 92.63 -0.7 56.22 65.14 0.8 93.83 91.67 -0.8 55.47 57.32 0.9 92.95 90.58 -0.9 52.74 55.86


152

5. SONUÇ Bu çal��mada, hiperspektral verilerinin s�n�fland�rma ba�ar�mlar�n�n artt�r�lmas� amac� ile frekansta e�rilme i�leminin kullan�lmas� gösterilmektedir. Farkl� e�riltme parametreleri için deneysel sonuçlar verilmektedir ve uygun parametrelerde frekansta e�riltme i�lemi kullan�larak DVM ve �VM s�n�fland�rma ba�ar�m�n�n art�r�labilece�i gösterilmektedir. Önerilen yöntem ile elde edilen sonuçlar son zamanlarda yayg�n olarak kullan�lan DVM ve �VM s�n�fland�rma ba�ar�m�n� artt�rmas� nedeni ile hedef alg�lama, hedef tan�ma ve askeri araçlar�n, kamuflaj ve arka plan durumunda tan�nmas� gibi savunma uygulamalar�nda kullan�lmas� 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.


153

[9] L. Lee, and R. Rose, (1998), “A Frequency Warping Approach to Speaker Normalization”, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, 6, 49-59.

[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).


154


155

TEHD�T DE�ERLEND�RME VE S�LAH TAHS�S� ALGOR�TMASI: D�NAM�K UYGULAMA

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

(a) ASELSAN A.�. 06370, Ankara (b) Prof. Dr. ODTÜ, Endüstri Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bir grup hava savunma silah�n�n, taarruz için yakla�an hedeflere en etkin �ekilde e�lenmesi için, “Tehdit De�erlendirme ve Silah Tahsisi (TDST)” algoritmalar� kullan�lmaktad�r. TDST algoritmalar�, silah özelliklerinin ve hava resminin bir anl�k durumu için, bir önceki durumdan ba��ms�z yeni bir çözüm olu�turuyorsa statik olarak adland�r�l�r. Sava� ortam�nda silah özelliklerinin ve hava resminin anl�k durumlar� belirli bir zaman dilimi içinde birbirinden ba��ms�z de�ildir. Bu nedenle, statik TDST algoritmalar� hava savunmas�nda tehdit de�erlendirme ve silah-hedef e�leme problemlerinin çözümünde yetersiz kalmaktad�r. Silah-hedef e�lenmesinin, silah özellikleri ve hava resminin zamana ba�l� de�i�imi de dikkate al�narak en uygun �ekilde yap�lmas� dinamik TDST algoritmalar� taraf�ndan sa�lan�r. Bu bildiride, mevcut bir statik TDST algoritmas�na, sava� ortam�ndaki zaman boyutunu da göz önünde bulundurma yetene�inin kazand�r�lmas� ile geli�tirilen “Dinamik Tehdit De�erlendirme ve Silah Tahsisi” (d-TDST) algoritmas� tan�t�lm��t�r. Ayr�ca statik algoritmadan dinamik algoritmaya geçi�te belirlenen esaslar ve çözüme ula�mak için kullan�lan yakla��m anlat�lm��t�r.

Anahtar Kelimeler: silah-tehdit e�lemesi, tehdit de�erlendirme, dinamik tehdit de�erlendirme 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 �leti�im için, [email protected]


156

defense. Dynamic TEWA algorithms provide the most appropriate weapon-threat 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. G�R�� Hava savunmas�nda silah tehdit e�le�mesini belirli bir zaman aral��nda uygun �ekilde yapabilmek için kullan�lan TDST algoritmas� muharebe ko�ullar�n�n bu zaman aral��ndaki de�i�imini dikkate almal�d�r. Statik TDST algoritmas�n�n her bir anl�k durum için ard� ard�na çal��t�r�lmas� ile elde edilen silah-tehdit e�le�meleri her bir anl�k durum için en uygun çözümdür. Fakat anl�k durumlar birbirinden ba��ms�z de�ildir ve bu anl�k durumlar aras�ndaki ili�ki birbiri ard�na çal��t�r�lan statik algoritma taraf�ndan yok say�lmaktad�r. Dolay�s� ile statik algoritman�n üretti�i ard��k çözümlerin belirli bir zaman aral�� için olu�turduklar� küme bu zaman aral�� için en uygun silah-tehdit e�lemelerine e�it de�ildir. Belirli bir zaman aral��nda en uygun silah-tehdit e�lemelerini bulmak için kullan�lmas� gereken metot, muharebe ko�ullar�ndaki zamana ba�l� de�i�iklikleri de dikkate almal�d�r. Bu nedenle dinamik TDST algoritmas� geli�tirilmi�tir.

Tehdit de�erlendirme ve silah tahsisi problemi ad�ndan da anla��laca�� üzere iki farkl� a�amada çözülen bir problemdir. Buna göre ilk a�amada tehdit tehlike seviyeleri ve silahlar�n bu tehditlere kar�� etkinlik seviyeleri de�erlendirilmekte, ikinci a�amada ise yap�lan de�erlendirmeye göre tehdit-silah e�le�mesi yap�lmaktad�r. Önerilen TDST algoritmas�nda Analitik Hiyerar�i Süreci (AHP) tabanl� bir yakla��m ile tehditlerin tehlike seviyesi ve silahlar�n tehditleri etkisiz hale getirebilme yetenekleri de�erlendirilerek her bir olas� silah-tehdit e�le�mesi için etkinlik de�erleri hesaplanmakta ve bu de�erlerin ençokland�� bir do�rusal program çözülerek tehdit-silah e�le�mesi yap�lmaktad�r [4].

Statik TDST algoritmas� tasar�m� s�ras�nda bu algoritman�n kullan�laca�� muharebe ortam�n�n özellikleri de�erlendirilmi� ve muharebe ortam�n�n özelliklerinin oldukça dinamik bir karar verme yap�s� gerektirdi�i görülmü�tür. Bu durum iki karar verme an� aras�ndaki sürenin k�sa olmas�na ve de karar anlar� aras�nda algoritman�n girdileri aras�nda büyük farkl�l�klar olu�mas�na neden olmaktad�r. Dolay�s� ile karar modeli ile ileriye dönük planlama yap�lmas� uygun olmamaktad�r. Karar modeli olu�turulurken bu duruma dikkat edilmesi gerekmi�tir.


157

Silah-Tehdit E�leme literatürü kapsam�nda, dü�mana en çok zarar�n verilmesi, dost birliklere verilecek zarar�n en aza indirilebilmesi, en az mühimmat ile en çok faydan�n sa�lanabilmesi ve tehdit-silah e�le�mesi ile ortaya ç�kacak etkinli�in ençoklanmas� gibi örneklerin bulundu�u görülür [4]. Statik TDST algoritmas� tasar�m� s�ras�nda silah tahsisi modelinde uzman görü�üne dayal� olarak bulunan etkinlik parametrelerinin kullan�lmas�na karar verilmi�tir. Bu kapsamda, statik TDST tasar�m çal��malar�n�n önemli bir bölümünü etkinlik parametrelerinin nas�l hesaplanaca��n�n bulunmas� olu�turmu�tur. Statik TDST algoritmas�nda her bir tehdit silah çifti için, tehdidin tehlike seviyesi ve silah�n bu tehdide ne etkinlikle savunma yapabilece�i bu tehdit-silah çiftinin etkinlik parametresi olarak adland�r�lm��t�r. Etkinlik parametreleri hesaplan�rken kullan�lan kriterlerin uzman görü�üne dayal� olarak a��rl�kland�r�lmas� için AHP metodunun kullan�lmas�na karar verilmi�tir. Bir grup uzmana yöneltilen sorular sonucunda elde edilen bilgiler AHP kullan�larak birle�tirilmi� ve etkinlik parametrelerinin hesaplanmas�nda kullan�lan her bir kriterin a��rl�� hesaplanm��t�r. Bu a��rl�klar karar vericiler taraf�ndan de�erlendirilerek uygun bulunmu�tur. Daha sonra farkl� senaryolar kullan�larak statik TDST algoritmas� test edilmi� ve senaryo çözümleri yine karar vericiler taraf�ndan incelenip çözümlerin uygunlu�una karar verilmi�tir. Fakat statik TDST algoritmas� anl�k çözümler üretmesi nedeni ile dinamik muharebe ortam� için yetersiz kalm��t�r. Bu nedenle, statik TDST algoritmas�n�n anl�k çözümlerinin uygun oldu�una karar verilmesinden sonra, muharebe ortam�ndaki zaman boyutunu da dikkate alan dinamik TDST algoritmas�n�n tasar�m çal��malar�na ba�lanm��t�r.

Bu makalede ele al�nan statik ve dinamik yakla��m, tehdit de�erlendirme için ayn� yöntemi kullanmaktad�r. Statik ve dinamik TDST algoritmalar�n�n temel farkl�l�� silah-tehdit e�leme probleminin tan�mlanma ve tan�mlanan problemin çözüm �eklidir.

Statik silah tahsisi modeli, tek bir hava resmindeki tehditlerin mevcut silahlara, tan�mlanan amaç fonksiyonunu eniyileyecek �ekilde atanmas�n� 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 e�lemesinin ba�lama zaman� ve bir anda bir tehdide kaç silah e�lenece�i kararlar� verilir. Bir ba�ka deyi�le, statik silah tehdit e�leme probleminden farkl� olarak, silahlar�n tehditlere e�lenme zamanlar� çizelgelenir. Bu çizelgeleme yap�l�rken kullan�lan at�� doktrinine göre her tehdit ve silah için, bir tehdide ard��k olarak yap�lacak iki at�� aras�ndaki en az zaman ve silah�n özelliklerine göre bir silah�n ard��k iki at�� aras�ndaki minimum zaman k�s�t olarak modele eklenir. Dinamik TDST algoritmas� için literatür taramas� yap�ld��nda birkaç farkl� tipte yakla��m yap�ld�� görülmü�tür. Bunlar,

1. Sabit olas�l�k de�erlerini kullanan, 2. Tehditlerin yön ve h�zlar�n�n sabit oldu�unu varsayan, 3. Senaryo ba��nda çizelgelemeyi yapan, 4. Erkenden angajman yapmay� ve bitirmeyi hedefleyen,


158

5. Arka arkaya iki sald�r� senaryosundan olu�an ve bu senaryolar aras� geçi�lerde eldeki mühimmat� en iyi seviyede tutmay� hedefleyen

yakla��mlar olarak tan�mlanabilir [1]. Hedeflerin kurtulma ihtimalinin minimize edildi�i statik silah-tehdit e�leme probleminin NP-complete bir problem oldu�u Lloyd ve Witsenhausen [2] taraf�ndan kan�tlanm��t�r. Hedeflerin kurtulma ihtimalinin minimize edildi�i dinamik silah-tehdit e�leme problemi [3]’te analiz edilmi�, problem çözümünün statik problemin çözümünden daha zor oldu�u fakat dinamik model çözümünün statik modele göre yakla��k iki kat daha iyi oldu�u sonucuna var�lm��t�r. [4]’te önerilen statik TDST algoritmas�nda kullan�lan modelin amaç fonksiyonunda etkinlik de�erlerinin toplam� ençoklanm�� ve problemin çözümü bu �ekilde optimal olarak gerçek zamanl� �ekilde elde edilmi�tir. d-TDST algoritmas�nda ise literatürde görülen dinamik silah-tehdit e�leme algoritmalar�ndan farkl� bir yakla��m izlenmi�tir. d-TDST algoritmas� statik TDST algoritmas�n�n, her bir anl�k hava resmi için belirli kurallar çerçevesinde de�i�tirilerek ve mevcut angajman bilgisinin de de�erlendirilerek çözüm üretilmesini kapsamaktad�r. Bu yakla��m�n en önemli özelli�i muharebe an�nda kullan�ma uygun oldu�u de�erlendirilen çözümleri gerçek zamanl� olarak olu�turabilmesidir.

2. d-TDST ALGOR�TMASI Dinamik TDST algoritmas�n�n, statik TDST algoritmas�ndan en temel farkl�l�� muharebe an�nda hava resminde ve silah durumlar�nda meydana gelen de�i�iklikler ile devam eden silah-tehdit e�le�melerinin durumlar�n� göz önünde bulundurmas� ve yaln�zca gerekti�i durumlarda yeni çözüm üretmesidir. Bu durumda, d-TDST algoritmas� statik algoritmadan farkl� olarak operasyonel durumda bir silah tehdit e�le�me kümesinin oldu�u gibi korunmas� veya bu kümedeki baz� silah-tehdit e�le�melerinin de�i�tirilmesi veya baz�lar�n�n sona erdirilip yenisinin ba�lat�lmas� aras�ndaki etkinlik fark�n� ölçebilmelidir. Tasar�m a�amas�nda yeni bir algoritman�n ba�tan tasarlanmas� yerine var olan statik TDST algoritmas�na bu yetene�in kazand�r�lmas� için çal��lm��t�r. Dolay�s� ile d-TDST algoritmas�n�n geli�tirilmesi için ilk a�amada statik durumdan dinamik duruma geçi�te göz önünde bulundurulmas� gereken faktörler belirlenmi�tir.

Herhangi bir anda var olan bir silah-tehdit e�le�me kümesindeki herhangi bir e�le�menin bozulup yerine yenisinin yap�lmas� ya da var olan durumun korunmas� aras�ndaki fark�n belirlenmesi ve hava resmindeki de�i�ikliklerin bu belirleme s�ras�nda etkin olarak kullan�lmas� d-TDST algoritmas�n�n en belirgin özelli�i olarak kar��m�za ç�kmaktad�r. Statik TDST algoritmas�n�n bu yetene�i kazanmas� için, izlerin zamana ba�l� hareketleri ve angajman de�i�ikliklerinin operasyonel aç�dan gereklili�i algoritma içinde sürekli de�erlendirilmelidir. Bu de�erlendirmeler ek i�lem yükü getirece�inden TDST algoritmas�n�n yaln�zca gerekli durumlarda çözüm üretmesi sa�lanmal�d�r. Amaç fonksiyonu statik TDST modeli ile ayn� olan dinamik TDST modeli, statik TDST modeli içindeki k�s�tlar� belirli durumlar için farkl� kurallar ile kullanmaktad�r. Ayr�ca, yeni


159

yetenekleri sebebi ile dinamik modele yeni k�s�tlar da eklenmi�tir. d-TDST algoritmas�n�n bile�enleri �u �ekilde s�ralanabilir:

• Algoritman�n yeniden ko�turulmas�n� gerektirecek durumlar�n tan�mlanmas�

• Tehditlerin h�z ve yönünün etkinlik hesaplar�na kat�lmas� • Silah-tehdit e�le�melerinin çok s�k de�i�mesini engelleyen kurallar

tan�mlanmas� Yukar�daki bile�enler kapsam�nda, tehdit ve silahlar�n birbirlerine göre ba��l h�zlar� ve konumlar� göz önüne al�narak çe�itli durumlar tan�mlanm��t�r. Bu durumlar farkl� tehlike seviyelerini belirtmekte ve algoritma içinde dinamik bir alan kavram� olu�turmaktad�r.

d-TDST algoritmas�, temel olarak statik TDST algoritmas�n�n durumlara göre ve yukar�daki bile�enleri içerecek �ekilde de�i�tirilerek yine yukar�daki bile�enler dâhilinde tan�mlanan kurallara göre çal��t�r�lmas� ile elde edilmi�tir.

2.1 d-TDST Algoritmas�n�n Bile�enleri: Algoritman�n yeniden ko�turulmas�n� gerektirecek durumlar: d-TDST algoritmas�n�n zaman içindeki de�i�ikliklere en k�sa sürede cevap verebilecek yap�da olmas� amaçlanm��t�r. Bu nedenle, algoritman�n sürekli çal��mas�na karar verilmi�tir. Fakat algoritma sürekli çal��t��nda baz� durumlarda hep ayn� sonuçlar� üretecek, baz� durumlarda ise çözümü, problemin çözülme amac�na fayda sa�lamayacak �ekilde de�i�tirecektir. Her iki durum da gerek zaman performans�n�n gerekse çözüm performans�n�n dü�mesine neden olacakt�r. Bu nedenle, algoritmada angajman de�i�ikliklerinin problemin çözüm amac�na fayda sa�layaca�� durumlar belirlenmi� ve algoritman�n bu durumlar�n olu�up olu�mad��n� sürekli kontrol edip yaln�zca gerekli durumlarda çözüm üretmesi sa�lanm��t�r. Böylece algoritman�n sürekli çözüm üreterek sisteme getirece�i operasyonel yük de azalt�lm��t�r. Tehditlerin h�z ve yönünün etkinlik hesaplar�na kat�lmas�: d-TDST algoritmas�n�n tehditlerin zaman içindeki hareketlerini göz önünde bulundurmas� amaçlanm��t�r. Bunun için tehditlerin h�z ve yönleri hesaba kat�lmak zorundad�r. Çünkü TDST algoritmas� ile önerilen silah-tehdit e�le�mesi, kabul edildi�i durumda ancak silah�n reaksiyon süresi kadar sonra gerçekle�tirilebilecektir. Bu reaksiyon süresi algoritman�n ard��k iki çal��mas�ndan daha uzun bir süre olabilir. Bu nedenle tehdit-silah çiftlerinin etkinlikleri hesaplan�rken, tehditlerin silahlar�n ate� edebilecekleri andaki konumlar�n�n (ötelenmi� konumlar) kullan�lmas�n�n uygun oldu�u görülmü�tür. Etkinlik de�erleri hesaplamalar�nda, etkinlik hiyerar�isinin bir kolu olan uzakl�k, ötelenmi� konumlara göre hesaplanan uzakl�k olarak hesaplamalara dâhil edilir. Angajmanlar�n çok s�k de�i�mesini engelleyen kurallar: Hava resminin dinamikli�i ve etkinlik de�erlerinin hava resmindeki küçük de�i�imlere hassasiyeti nedeni ile d-TDST algoritmas�n�n, sonucu etkilemeyecek angajman de�i�imlerinin oldu�u durumlarda çözümü raporlamamas� ve eski angajman setini korumas� gerekmektedir. Etkinlik parametreleri, tehdit-silah


160

çiftlerinin durum ve konumunu etkileyen parametrelerin herhangi birinin az miktarda de�i�imine duyarl�d�r. Etkinlik de�erlerinin de�i�imi, statik TDST algoritmas�nda tehdit-silah e�le�melerini de etkilemektedir. Fakat etkinlik de�erindeki de�i�im miktar� ile bu de�i�imin operasyonel duruma fayda veya zarar olarak etkisi aras�nda bire bir ba�lant� kurmak yanl��t�r. Çünkü tehdit-silah e�le�melerinin s�k de�i�mesi, operatöre ate� etmesi için önerilen tehdidin çok s�k de�i�mesine, dolay�s� ile operatöre karar deste�i amac� ile yap�lan sistemin operatörü karas�z b�rakmas�na sebep olacakt�r. Sonuç olarak, algoritma taraf�ndan bulunan etkinliklerin en fazla oldu�u durum operasyonel aç�dan her zaman en iyi durum olmayacakt�r. Bir angajman�n hangi ko�ullarda bozulmas� ya da sabitlenmesi gerekti�i karar� bir tak�m kurallara ba�l� olmal�d�r. Bu kurallar birbirine e�lenmesi planlanan silah ve tehditlerin tiplerine göre de�i�mektedir. Angajmanlar�n çok s�k de�i�mesini engelleyen kurallar bildirinin bundan sonraki bölümlerinde sabitleme kurallar� olarak adland�r�lm��t�r.

2.2 d-TDST Algoritmas�nda Tehdit ve Silahlar�n Konumlar�na Ba�l� Durumlar: Angajman sabitleme kurallar�n�n kolay uygulanmas� için tehdit-silah çiftleri ve silah tiplerine göre bir tak�m durumlar belirlenmi�tir. Her senaryo için öncelikle bu senaryonun hangi durum tan�m�na uygun oldu�una bak�lmakta daha sonra matematik model için gerekli k�s�tlar belirlenmektedir. Bu durumlar, ortamda bulunan tüm tehdit-silah çiftleri aras�ndaki reaksiyon sürelerine göre ötelenmi� uzakl�klara dikkat edilerek belirlenmi�tir. Durumlar ile ilgili uzakl�k s�n�rlamalar� ise uzman görü�üne ba�l� olarak belirlenmi�tir. Buna göre en tehlikeli durum, tehlikeli durum ve uyar� durumu olmak üzere üç adet durum tan�mlanm��t�r.

2.3 d-TDST Algoritmas�nda Özel Durumlar: d-TDST algoritmas�nda yukar�da verilen bile�en ve durumlar�n belirledi�i kurallara ek olarak a�a��daki özel durumlara ba�l� kurallar da silah tahsisi modeline eklenmektedir:

� En tehlikeli durumda bulunan tehditlere yap�lan silah tahsisinin bu tehdit hava resminden ç�kana kadar ya da bu durumdan ba�ka bir duruma geçene kadar bozulmamas� gerekmektedir.

� Operatör taraf�ndan uygun görülen silah-tehdit e�le�meleri, operatör bu e�le�meyi bozana kadar algoritma taraf�ndan bozulamaz.

� Operatör taraf�ndan iptal edilen silah-tehdit e�le�meleri, operatör bu e�le�meyi yeniden önerene kadar tekrar yap�lamaz.

2.4 d-TDST Algoritmas�n�n ��leyi�i: d-TDST algoritmas� sürekli olarak çal��p muharebe durumuna göre var olan silah-tehdit e�le�melerini de�erlendiren ve silah-tehdit e�le�melerinin de�i�mesi gerekti�i durumda silah tahsis problemini çözen bir algoritmad�r. Silah tahsis modelinin çözümü ise muharebe durumuna ve var olan silah-


161

tehdit e�le�melerine göre de�i�mektedir. Dolay�s� ile algoritma e�er çözüm gerekti�ine karar vermi� ise muharebe durumunun geçerli zamana ve geçmi�e ait verilerini hava resmine ve silah özelliklerine göre de�erlendirerek istenen duruma göre k�s�tlar� ekledi�i silah tahsis modelini olu�turur. Fakat istenen duruma ait silah tahsisi modeli silah-tehdit say�lar�, tehditlerin tehlike seviyeleri veya algoritmaya eklenen özel ko�ullar gibi nedenler ile her senaryo için olurlu sonuç vermeyebilir. Bu nedenle her bir durum için algoritman�n göz önünde bulundurmas� gereken k�s�tlar ve bu k�s�tlar�n ne s�rayla ve ne �ekilde bozulabilece�i incelenmi�tir. Her bir durum için var olan k�s�tlar�n olursuzluk durumlar�nda belirli bir s�raya göre kald�r�l�p olurlu sonuç elde edilene kadar çözüm yap�lmas� d-TDST algoritmas� taraf�ndan sa�lanmaktad�r. Bir senaryo için d-TDST algoritmas� kapsam�nda çözülen silah tahsisi modelinin olursuzluk nedeni ile yap�lan tekrarl� çözüm say�s� artt�kça elde edilen çözüm ayn� durumun statik algoritma çözümüne yakla�maktad�r. d-TDST algoritmas�, durumlar ile belirlenen muharebe an�ndaki toplam tehdit seviyesine göre tehlikeli olarak görülen tehditlere ate� yo�unlu�u olu�tururken tehlike seviyesinin dü�ük oldu�u durumlarda uzaktaki tehditlere silah e�lemesi yaparak erken ikaz görevini de yerine getirebilir. Bu yetenek tehdit-silah konumlar�na göre tan�mlanan durumlar�n kullan�lacak sabitleme kurallar�n�, kullan�lacak sabitleme kurallar�n�n da silah tahsis modelindeki k�s�tlar� belirlemesi ile sa�lan�r. Tehdit-silah durumlar�na göre belirlenen sabitleme kurallar�n�n model k�s�tlar�n� belirlemede kullan�m �ekline göre alternatif algoritmalar geli�tirilmi�tir. Bu algoritmalar�n avantaj ve dezavantajlar� belirlenen senaryolar üzerinde test edilmektedir. d-TDST algoritmas�n�n ak�� diyagram� �ekil 1’de verilmi�tir. Gizlilik ve güvenlik sebepleri ile ak�� diyagram� daha fazla detayland�r�lamam��t�r. 3. SONUÇ Bildiride hava savunmas� için kullan�lan bir grup silah�n taarruz için yakla�an tehditlere e�le�mesini muharebe ko�ullar�n�n zaman içinde de�i�imini de göz önüne alarak en uygun �ekilde gerçekle�tiren dinamik tehdit de�erlendirme ve silah tahsisi algoritmas�n�n mevcut bir statik tehdit de�erlendirme ve silah tahsisi algoritmas� kullan�larak geli�tirilmesinde kullan�lan yakla��m anlat�lm��t�r. Bildiride anlat�lan d-TDST algoritmas�n�n test edilmesi için bir senaryo olu�turma arayüzü geli�tirilmi�tir. Bu senaryo olu�turma arayüzü ile gerçe�e uygun hedef sald�r� profilleri ve silah konu�lanmalar� kullan�c� taraf�ndan de�i�tirilerek yine gerçe�e uygun senaryolar kolayca yarat�labilmektedir. Olu�turulan senaryolar üzerinde geli�tirilen alternatif d-TDST algoritmalar�n�n çözümleri kar��la�t�r�labilmektedir. Bu �ekilde yap�lan test ve kar��la�t�rmalar halen devam etmektedir. Bunlar�n yan�nda, geli�tirilen d-TDST algoritmas�n�n operasyonel çal��ma durumuna adaptasyonunun yap�lmas� çal��malar� devam etmektedir.


162

�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 Inst�tute of Technology, (1989).


163

[4] T. Gülez ,�. Yüksel, M. Avc� Özgün, D. Arslan, S. Arslan, Ö. K�rca, S. Meral, S. Batun, Z. Kirkizo�lu, F. Soykan, L. Acun, Ü. K�yak, C. Somer ,“Tehdit De�erlendirme ve Silah Tahsisi Algoritmas�: Bir Uygulama”, 2. Ulusal Savunma Uygulamalar� Modelleme Simülasyon Konferans�, Nisan 18-19, ODTÜ, Ankara, Turkey, (2007).


164


165

FÜZE SEYRÜSEFER S�STEMLER� �Ç�N MANYETOMETRE DESTEKL� MEMS AÖB UYGULAMALARI

U�ur KAYASAL (a), M. Kemal ÖZGÖREN (b), Osman MERTTOPÇUO�LU(c), Koray S. ERER (d), Bulent SEMERCI (e)

(a) ROKETSAN, Sistem Mühendisli�i Md. , 06780, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(c) ROKETSAN, Sistem Mühendisli�i Md. , 06780, Ankara, [email protected] (d) ROKETSAN, Sistem Mühendisli�i Md. , 06780, Ankara, [email protected] (d) ROKETSAN, Sistem Mühendisli�i Md. , 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET Bilindi�i gibi ek bir cihazla desteklenmeyen ataletsel seyrüsefer sistemlerinin, özellikle ucuz MEMS (mikro elektromekanik sistem) tabanl� seyrüsefer sistemlerinin, �raksayan bir davran�� vard�r. Günümüzde ço�u seyrüsefer sistemi GPS ölçümlerini destek amaçl� olarak kullanmaktad�r. Ancak, GPS ölçümlerinin kullan�lamad�� durumlar da vard�r. Özellikle, yüksek yuvarlama aç�sal h�z�na sahip sistemlerde, GPS kullan�m� oldukça zordur. Ayr�ca, GPS do�rusal konum ve h�z bilgisi sa�larken, aç�sal konum bilgisi de kestirim filtreleri kullan�larak elde edilir. Aç�sal konum bilgisi için alternatif bir destek kayna�� da, üç eksenli manyetometre kullan�m�d�r. Manyetometreler, günümüz seyrüsefer sistemlerinde sadece pusula i�levi görmektedir. Bu çal��mada, geli�tirilen MEMS tabanl� bir Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB)’nde, manyetometre ölçümleri, dünya manyetik alan modeliyle birlikte kullan�larak, yönelim bilgilerini içeren bir vektörel ölçüm elde edilmi�tir. Çal��ma kapsam�nda, hareket halindeki bir sistem için hem analitik yönelim belirleme denklemleri, hem de stokastik kestirim denklemleri türetilmi�tir. Analitik yöntem, dönüölçerlerin ölçüm aral��n�n yetmedi�i yüksek aç�sal h�zlarda yönelimin belirlenebilmesi için kullan�lmaktad�r. Kalman Filtresi kullan�m�nda ise, manyetometre ölçümleri, seyrüsefer hata denklemleri ile birle�tirilerek hem yönelim bilgileri hem de dönüölçer hata parametrelerinin kestirimi yap�l�r. Sistem performans�, hem Monte Carlo benzetimleri hem de deneysel çal��malarla do�rulanm��t�r. 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


166

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. G�R�� Ataletsel Seyrüsefer Sistemlerinde (ASS) kullan�lan ivmeölçerler ve dönüölçerler, yap�lar� itibariyle mükemmel olmaktan oldukça uzaktad�rlar. Hangi teknolojiyle yap�lm�� olurlarsa olsun, bu alg�lay�c�lar�n ç�kt�lar�, rastlant�sal gürültü, sabit hata, orant� katsay�s� hatas� gibi hatalar� içermektedir. Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) kullanan seyrüsefer sistemlerinin performans�n� iyile�tirmek için birçok destek yöntemi vard�r [1], ancak bu yöntemlerin birço�u dü�ük maliyetli ve otonom sistemler için tercih edilmemektedir. Klasik seyrüsefer sistemlerinde yönelim matrisi, gövde üzerindeki dönüölçerler ile aç�sal h�zlar�n ölçülmesi ve i�lenmesi ile elde edilmektedir. Bunun d��nda, yönelim matrisi, referans (Dünya) ve gövde eksen tak�mlar�ndaki vektörlerin ölçülmesi ile bulunabilir. Bu vektörler, ölçülebilen herhangi bir vektörel büyüklük olabilir, örne�in yerçekimi ivmesi, Dünyan�n aç�sal h�z� ve manyetik alan vektörü. Yönelim matrisinin bulunabilmesi için birbirinden ba��ms�z en az iki vektör ili�kisine ihtiyaç vard�r [2,4]. Sabit konumda olan bir sistem için, yeterli hassasiyette olmas� �art�yla, AÖB ile yerçekimi ivmesi ve Dünya aç�sal h�z� ölçülerek yönelim matrisi bulunabilmektedir. Hareket halindeki sistemler için, bu iki vektör ili�kisi de kullan�lamaz. Bu durumda, manyetik alan vektörü uygun bir seçim olacakt�r. 3 eksenli bir manyetometre, gövde üzerindeki manyetik bozucu etkilerden yeterince yal�t�ld�� sürece, dünyan�n manyetik alan�n� ölçerek, gövdenin yönelim bilgilerini içeren bilgiyi sisteme sa�lar. Bu bilgi ile, 3 Euler aç�s�ndan herhangi biri, di�er iki Euler aç�s�n�n verilmesi �art�yla bulunabilir. Birçok füze sistemi, itki kaç�kl�� gibi hatalar� telafi etmek için yüksek yuvarlanma aç�sal h�zlar�na sahiptir. Bu yüksek aç�sal h�zlar� ölçebilmek için, oldukça yüksek ölçüm aral��nda, dolay�s�yla yüksek maliyete sahip bir dönüölçer kullan�lmas�


167

gerekmektedir. Bu çal��mada, 3 eksenli manyetometre kullan�m� ile dü�ük maliyetli bir seyrüsefer sistemi olu�turulmas� önerilmektedir.

Manyetometre kullan�m� sayesinde, tam bir AÖB ile gere�inden fazla ölçüm elde edilmektedir. Bu sayede, Kalman Filtresi kullan�larak, hem yönelimin, hem de dönüölçer sabit hatas� gibi hata parametrelerinin kestirimi yap�labilmektedir. Yönelim hatas� ile dönüölçer sabit hatas�, seyrüsefer performans�n� en çok etkileyen hata bile�enleridir[1,3,5]. Kestirim algoritmalar� ile, seyrüsefer performans�nda ciddi bir art�� sa�lanmaktad�r. Bu makaledeki çal��malar, manyetometrelerin hava araçlar�ndaki kullan�m� üzerine yo�unla�maktad�r. �lk olarak matematiksel teori anlat�lmaktad�r. Daha sonraki bölümlerde, benzetim ve deney çal��malar�n�n sonuçlar� verilmektedir.

2. YÖNEL�M BEL�RLEME YAKLA�IMLARI 2.1. Yuvarlanma Aç�s�n�n Analitik Olarak Belirlenmesi Gövde eksen tak�m� ile referans(Navigasyon) eksen tak�m� aras�ndaki yönelim ili�kisi, Euler 3-2-1 aç� s�ralamas� ile yandönme, yunuslama ve yuvarlanma aç�lar� kullan�larak ifade edilebilir. �lgili yönelim matrisi, 3 temel dönü�üm matrisinin birle�tirilmesi ile ifade edilir.

� � � � � � � �3 2 1ˆ , , �n

bC R R R9 & � 9 & �

Euler aç�lar�, manyetik vektör ölçümleri kullan�larak bulunacakt�r. Bu sorunu çözmek için,ikinci bir vektör ölçümü kullanmak yerine, sisteme üç Euler aç�s�ndan iki tanesini sa�lamakt�r. Örne�in, yunuslama ve yandönme aç�lar� verilirse, yuvarlanma aç�s� manyetik ölçümler ile bulunabilir [3]. Referans manyetik alan� (H) ve manyetometre ölçümleri (B) aras�ndaki ili�ki �u �ekilde ifade edilebilir;

32 1ˆ ( , , ) ( , ) ( )� �n

bH C B BR R9 & � 9 & �

1 1

2 2 3

3 3 2

1

1 0 0 0 0 1( ) 0 cos sin 0 cos

0 sin cos 0 sin� � � �$ ! $ ! $ ! $ !" � " � " � " �" � " � " � " �" � " � " � " �# # # # ��

M

B BB B B B

B B BR

:

� � � �

� � �

� � 1

3232 �� . �H M R M HR 9 9 .

� �2 3 2arctan ,�� 9 9

�eklinde bulunabilir. Burada dikkat edilmesi gereken durum, manyetometre ölçüm vektörünün ilk eleman� s�f�r olursa, M’nin tersi al�namamaktad�r. Bu,


168

son derece istisnai bir durum olup, manyetik alan vektörünün birinci gövde eksenine dik olmas� anlam�na gelmektedir. Gerçek uçu� ko�ullar�nda, böyle bir durumun olu�ma olas�l�� son derece dü�üktür, olu�sa bile bu sadece anl�k bir durum olacakt�r.

2.1. Kalman Filtresi ile Yönelim Kestirimi Burada aç�klanan stokastik yöntem, yönelim hata modeli ile manyetometre ölçüm modelinin Kalman Filtresi ile tümle�imini içermektedir. Kestirilen durum de�i�kenleri, 3 eksendeki yönelim hatalar� ve 3 eksendeki dönüölçer sabit hatalar�d�r. ��lem gürültüsü, dönüölçer gürültülerinden olu�maktad�r. Ölçüm gürültüsü ise, 3 eksendeki manyetometre ölçümlerindeki gürültüleri kapsamaktad�r. Yönelimin kendisi yerine yönelim hatalar�n�n ifade edilmesinin temel sebebi, Kalman Filtresinin yap�s� itibariyle alçak geçirgen bir filtre olmas�d�r. Yönelimin kestirilmesine kalk��ld��nda, yüksek frekanslardaki anlaml� bilgi kaybolmakta ve sistemin bant geni�li�i azalmaktad�r. Yönelim hatalar�n�n kestirilmesi ile, yönelimdeki yüksek frekansl� anlaml� bilgi korunmaktad�r. �vmeölçer, dönüölçer ve manyetometre gürültüleri, gözlemlenemeyen di�er hatalar� (orant� katsay�s� hatas�, ivmeye duyarl� sabit hata vb.) da içermektedir. Tablo 1’de, kullan�lan sembollerin aç�klamalar� yer almaktad�r.

Tablo 1 Hata ve ölçüm modellerinde kullan�lan semboller

bb i�

Gövde eksen tak�m�n�n ataletsel eksen tak�m�na göre, gövde eksen tak�m�nda ifade edilmi� aç�sal h�z�

bb i� Gövde eksen tak�m� ile ataletsel eksen

tak�m� aras�ndaki aç�sal h�z ölçümündeki hatalar

nn i�

Navigasyon eksen tak�m�n�n ataletsel eksen tak�m�na göre, navigasyon eksen tak�m�nda ifade edilmi� aç�sal h�z�

nn i� Navigasyon eksen tak�m� ile ataletsel

eksen tak�m� aras�ndaki aç�sal h�z ölçümündeki hatalar

ˆ nbC

Gövde ve Navigasyon eksen tak�mlar� aras�ndaki gerçek yönelim matrisi

n� Yönelim matrisindeki hatalar� ifade eden eksenel kaç�kl�k vektörü

nbC

Gövde ve Navigasyon eksen tak�mlar� aras�ndaki hatal� yönelim matrisi + Rastlant�sal ölçüm gürültüsü

nbC

Hatal� ve gerçek yönelim matrisleri aras�ndaki farkl� ifade eden hata matrisi �

�lgili vektörün, vektörel çarp�m matrisini gösteren simge

xS Orant� Katsay�s� hatas� xxm Eksenel Kaç�kl�k Hatas�

biasxs

Sabit hata

rndxs

Gürültü

2.1.1. Yönelim Hata Modeli Yönelim hata modeli [1,3], filtrenin temelini olu�turmaktad�r. Yönelim ilerleme denklemi a�a��daki gibidir;

n n b n nb b b i n i bC C C� �� .


169

Yönelim hata modeli olarak [1]’de de verilen a�a��daki do�rusal model kullan�lm��t�r.

n n b n n nb b i n i n iC� � � ��

Dönüölçer hatalar�ndan sadece sabit hata ve gürültü modellenmi�tir. �öyle ki, � �0, 1; Bias Noise

bb i Bias Noise � � + ,� � � � ��

2.1.2. Manyetometre Ölçüm Modeli Gövde eksen tak�m�ndaki üç eksenli manyetometre ölçümleri (orant� katsay�s�, sabit hata gibi hatalar�n çevrimiçi kalibre edildi�i [3] varsay�lmaktad�r) tipik bir vektör ölçümü �eklinde ifade edilir;

� �ˆ nbH C B +� �

Yönelim hata matrisi ile birlikte denklemin son hali a�a��da yer almaktad�r; � �n n n n

b b bH C B C B C� +� � 7 �

2.1.3. AÖB Hata Modeli Birçok hata parametresinden, sabit hata, orant� katsay�s� hatas�, eksenel kaç�kl�k ve gürültü gibi navigasyon performans�nda do�rudan etkisi olan parametreler modellenmi�tir. Gerçek ve ölçülen alg�lay�c� ç�kt�lar� aras�ndaki ili�ki �u �ekildedir;

orant� katsay�s� matrisi eksenel kaç�kl�k matrisi

1 0 00 1 00 0 1

$ ! $ !$ !�$ ! $ !" � " �" �" � " �� " � " �" �" � " �" � " �" �" � " ��# # # # # ��

T biasx x xx xy xz x x

T biasy y yx yy yz y y

T biasz z zx zy zz z z

s S m m m s s ss S m m m s ss S m m m s s

� �� $ !� �" �� " �� " �# � ��

rndxrndyrndz

ss

.

Benzetimlerde ve deneysel çal��malarda kullan�lan alg�lay�c�lar�n performans özellikleri a�a��da yer almaktad�r.

Tablo 2 Alg�lay�c� Özelikleri

Dönüölçer [ Benzetim| Deney] �vmeÖlçer[ Benzetim| Deney]Manyetometre[ Benzetim| Deney]

Ölçüm Aral�� > ± [ 300 | 300 ] deg/s ± [ 50 | 10 ] g ± [ 2 | 2 ] Gauss Orant� Katsay�s� Hatas�

< [ 3000 | 10000] ppm < [ 3000 | 10000 ] ppm < [ 750 | 1000 ] ppm

Sabit Hata < [ 100 | 10800 ] deg/h � [ 10 | 20 ] mg � [ 0.5 | 1 ] mGauss

Eksenel Kaç�kl�k

� [ 10 | 15 ] mrad � [ 3 | 15 ] mrad � [ 5 | 5 ] mrad

Gürültü � [ 3 | 10 ] deg/h < [ 20 | 10 ] mg RMS < [ 0.1 | 0.2 ] mGauss


170

3. YÖNEL�M BEL�RLEME YAKLA�IMLARININ DE�ERLEND�R�LMES� 3.1. Benzetim Çal��malar� Her iki yönelim belirleme yakla��m� da, alt� serbestlik dereceli jenerik bir füze benzetimi ile test edilmi�tir. Benzetimde, füzenin ilk yunuslama ve yandönme aç�lar� s�ras�yla 25 ve35 derecedir. Yönelim belirleme yakla��mlar�n�n ba�ar�m�, alg�lay�c� hatalar�n�n de�i�ti�i Monte Carlo analizleri ile incelenmi�tir. Dönüölçer ölçüm aral�� limitinin Etkisi �ekil 1’de, görülmektedir. Dönüölçer, satürasyon nedeniyle, 0.35 saniye süresince, 9.5 rad/s’lik yuvarlanma aç�sal h�z�n� ölçememektedir. �ekil 1’de bu etkinin sonuçlar� gözükmektedir.

�ekil 1 Gerçek ve satüre olmu� dönüölçer ile yörünge ve Euler aç�lar�

3.1.1. Birinci Yakla��m ile Seyrüsefer Benzetimi Birinci yakla��m ile yap�lan benzetim çal��malar�ndaki yuvarlanma aç�s�ndaki hatan�n standart sapmas� �ekil 2’de verilmi�tir. �lk iki saniyelik güdümsüz safhada, hatan�n sal�n�m yapt�� görülmektedir. Sal�n�mlar�n temel sebebi, füzenin dinami�inden dolay�, gövde etraf�ndaki manyetik alan�n da��l�m�n�n de�i�mesidir. Sal�n�mlar�n frekans�, füzenin yuvarlanma aç�sal h�z�n�n yakla��k iki kat�d�r. Manyetik alan bile�enlerinin herhangi bir yuvarlanma aç�s�ndaki etkisiyle, yar�m tur sonraki etkisi ayn�d�r.

.

�ekil 2 Yuvarlanma Aç�s� Hatas� Standart Sapmas�.


171

3.1.2. �kinci Yakla��m ile Seyrüsefer Benzetimi Benzetimler, ilk yönelim bilgisi için 3 derece standart sapmal� belirsizlik kullan�larak yap�lm��t�r. �ekil3’de, yönelim aç�lar�n�n kestirimi görülmektedir. Ölçüm modelinden dolay�, filtrenin dinami�i ile gövde etraf�ndaki manyetik alan�n da��l�m� do�rudan birbirine ba�l�d�r. �lk iki saniyelik güdümsüz uçu�ta, yönelim kestirimi göreceli olarak daha yava� iken, güdüm ba�lad�� zaman yak�nsama h�z� artmaktad�r. Ayn� �ekilde, sabit hata kestiriminin yak�nsama h�z� da �ekil 4’de görüldü�ü gibi, güdümün ba�lamas� ile birlikte artmaktad�r. Tablo 2’de, manyetometre destekli ve desteksiz navigasyon sistem performanslar� verilmi�tir. Performans art��, özellikle Euler aç�lar�nda, dolayl� olarak da füzenin yörüngesinde kendini göstermektedir. Bununla birlikte, manyetometre destekli sistemdeki konum hatalar� telafi edilemeyen ivmeölçer hatalar�ndan kaynaklanmaktad�r.

�ekil 3 Yönelim ve Sabit Hata Kestirim Hatas� Standart Sapmas�

Tablo 3 Benzetimlerde manyetometre destekli ve desteksiz durumlar için konum ve yönelim hatalar�n�n standart sapmas�

Zaman

(s) Kuzey

(m) Do�u (m)

Yükseklik (m)

Toplam (m)

Yuvarlanma (derece)

Yunuslama (derece)

Sapma (derece)

Stand. Sapma

INS 8.65 10.03 30.15 12.06 33.99 3.51 3.36 3.34 INS/Mag. 10.93 11.13 11.02 19.10 0.18 0.35 0.16

3.2. Deneysel Çal��malar Ticari bir AÖB ve manyetometre kullan�larak, ikinci yakla��m�n deneysel do�rulamas� da yap�lm��t�r. Sistem, arazi ko�ullar�nda kapal� döngü yörüngelerde test edilmi�tir. Deney sonuçlar� Tablo 4'te gösterilmi�tir.

Tablo 4 Deneylerde elde edilen konum ve yönelim hatalar�

Zaman (s)

Kuzey (m)

Do�u (m)

Yükseklik (m)

Toplam (m)

Yuvarlanma(derece)

Yunuslama (derece)

Sapma (derece)

Stand. Sapma

INS 13.79

101.79 251.76 71.94 277.88 6.11 8.23 13.30 INS/Mag. 47.70 25.32 5.07 30.04 0.49 0.41 0.65


172

Tablo 4'te de görüldü�ü gibi, desteksiz AÖB’nin konum hatalar� oldukça yüksek iken, manyetometre destekli AÖB ile, yönelim ve dönüölçer hatalar� en aza indirgendi�i için konum hatas� oldukça dü�üktür. Manyetometre deste�i ile konum hatas�n�n daha dü�ük olamamas�n�n sebebi, a��rl�kl� olarak ivmeölçer hatalar�d�r.

5. SONUÇ Manyetik alan alg�lay�c�lar� genel olarak ucuz ve hassast�rlar. Bu avantajlarla sistem ihtiyaçlar� birle�tirildi�inde, bu çal��mada yer alan manyetometre algoritmalar� dü�ük bir maliyetle hem analitik olarak hem de Kalman Filtresi ile yüksek hassasiyet sa�lamaktad�r. Yüksek yuvarlanma aç�sal h�z�na sahip füzelerde yuvarlanma dönüölçerinin satüre olmas� sorunu, analitik olan birinci yakla��mla çözülmü�tür. Bu yakla��m ile, yüksek ölçüm aral��na sahip pahal� bir AÖB yerine daha dü�ük maliyetli bir AÖB ve manyetometre kullan�larak, satürasyon sorunu çözülebilmektedir. Kalman Filtresi kullan�m�na dayanan ikinci yakla��m ile de, navigasyon performans�n�n artt�� gösterilmi�tir. Bu yakla��m, GPS gibi uydu destek sistemlerinin kullan�lamad�� durumlar için kabul edilebilir konum hassasiyeti ile yüksek yönelim hassasiyeti sa�lamaktad�r. Bu makalede, manyetometrelerin, özellikle hava araçlar� için uygulamalar�na odaklan�lm��t�r. Ancak, geli�tirilen yöntemler kara ve deniz araçlar�na 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.


173

DA�ITIK KOMUTA KONTROL S�STEMLER�NDE KAL�TE ÖZN�TEL�� HT�YAÇLARI VE BUNLARIN DDS ARAKATMANI �LE KAR�ILANMASI

Hüseyin KUTLUCA(a), �zzet E. ÇET�N (b), Ertan DEN�Z (c) Bar�� BAL (d)

(a) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(b) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(c) Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(d) Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara,)

ÖZET Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü da��t�k mimarilerde tasarlanmaktad�r. Bu sistemlerin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli performans, hataya dayan�kl�l�k gibi kalite özniteli�i ihtiyaçlar�n�n sistem mimarileri seviyesinde çözülmesi gerekmektedir. OMG (Object Management Group) taraf�ndan standard� olu�turulan DDS (Data Distribution Service) Arakatman� temel olarak veri merkezli (data-centric) ve yay�mla-abone ol (publish-subscribe) mimarisine dayal� ve zengin servis kalitesi özellikleri olan bir arakatmand�r. MilSOFT, kendi DDS arakatman�n� geli�tirmi� ve Sava� Yönetim Sistemleri, Çoklu Veri Link ��lemcisi, �nsans�z Hava Arac� Görüntü K�ymetlendirme projelerinde kullanm��t�r. Bu makalede Komuta Kontrol sistemlerindeki kalite öznitelikleri ihtiyaçlar� ve DDS arakatman�n�n bu ihtiyaçlar� kar��lamak üzere sundu�u servis kalitesi çözümleri anlat�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Arakatman, DDS, Da��t�k Sistemler, Gerçek Zamanl� Sistemler, Kalite Özniteli�i, OMG, Servis Kalitesi, Yay�mla-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


174

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. G�R�� Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü da��t�k mimaride tasarlanmaktad�r. Bu sistemlerin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli performans, hataya dayan�kl�l�k gibi kalite öznitelikleri ihtiyaçlar�n�n sistem mimarileri seviyesinde kar��lanmas� gerekmektedir.

Kalite öznitelikleri arakatman yaz�l�m� servis kalitesi özellikleri ile sa�lanabilmektedir. Bu aç�dan performans, hataya dayan�kl�l�k, geni�leyebilirlik gibi kalite öznitelikleri daha detayl� olan servis kalitesi özelliklerini içermektedir. Arakatman yaz�l�m�n�n servis kalitesi özellik çe�itlili�i, veri iletim h�z� ve komuta kontrol sistemlerinin kalite özniteliklerini kar��lamak aç�s�ndan önemlidir.

Görev kritik yaz�l�mlara sahip komuta kontrol sistemlerinin tek nokta ar�zas�na (no-single point of failure) kar�� dayan�kl�l�k ihtiyac�n�n arakatman seviyesinde kar��lanmas� yöntemi uygulama yaz�l�mlar�n�n tasar�m�nda avantaj sa�lamaktad�r. Arakatman yaz�l�mlar�n�n söz konusu ihtiyac� kar��lamakta yetersiz kald�� durumlarda ise, arakatman yaz�l�mlar�n�n üzerine kontrol servisleri (checkpoint service) gibi ilave servisler geli�tirme yoluna gidilebilmektedir. Günümüz komuta kontrol sistemlerinin sürekli de�i�en teknolojilere kolayl�kla uyum sa�lamas� ve buna kar��n dü�ük maliyette bak�m-idame f�rsatlar� sunacak çözümlere sahip olmalar�n�n yolu da��t�k ve aç�k mimarilerin kullan�m� ile uluslararas� standartlara uyulmas�ndan geçmektedir.

MilSOFT taraf�ndan, OMG standard�na uygun olarak ve dünyadaki benzerleriyle ayn� dönemde geli�tirilen DDS Arakatman� temel olarak veri merkezli, yay�mla-abone ol mimarisine dayal� ve zengin servis kalitesi özellikleri ile, komuta kontrol sistemlerinin gerçek zamanl�l�k ve hataya dayan�kl�l�k gibi kalite öznitelik ihtiyaçlar�n� kar��layabilmektedir[1,2,3,4].

2. DDS ARAKATMANI OMG, arakatman ile nesneye dayal� yaz�l�m geli�tirme teknolojilerinin tan�mlanmas� ve standartla�t�r�lmas�n� hedefleyen, kâr amac� olmayan uluslararas� bir kurulu�tur. Daha önce UML ve CORBA standard�n� geli�tirmi� olan OMG, gerçek zamanl� sistemler için haz�rlanm�� DDS arakatman standard�n� Haziran 2004’te yay�mlam��t�r.

DDS, temel olarak veri merkezli (data centric) ve yay�mla-abone ol (publish-subscribe) mimarisine dayal� bir arakatmand�r. DDS mimarisi, verinin üretenden (publisher) kullanana (subscriber) belirlenmi� servis kalitesi


175

özelliklerine göre ula�t�r�lmas�n� temel ald��ndan veri merkezlidir. Bu yakla��m�n alternatifi ise, CORBA’da oldu�u gibi, farkl� bir noktadaki bir servisten hizmet almay� sa�layan servis merkezli arakatmand�r.

Yay�mla-abone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanan�n birbirinin varl��ndan habersiz olmas�n� sa�lamaktad�r. Böylece, DDS kullanan komuta kontrol sistemlerine yeni modüllerin entegrasyonu, sadece mevcut verilere abone olunmak suretiyle gerçekle�tirilebilmektedir.

DDS arakatman�n�n sundu�u servis kalitelerinin çe�itlili�ine örnek olarak, “Güvenilirlik (reliability)” servis kalitesi verilebilir: Komut gibi teslimat� mutlaka gerçekle�mesi gereken veriler için güvenli (reliable), periyodik olarak güncellenen veriler için ise mümkün olan en iyi (best effort) servis kalitesini seçme imkan� vard�r.

3. MilSOFT DDS ARAKATMANI MilSOFT, Sava� Yönetim Sistemi ve onun altyap�s�n� geli�tirmek üzere ba�latt�� GEMKOMS�S AR-GE projesi kapsam�nda MilSOFT DDS ürününü geli�tirmi�tir. Geli�tirme çal��malar� 2004 y�l� ba��nda DDS standard�n�n taslak sürümü üzerinden ba�lam�� ve bu sayede standard�n resmi olarak 1.0 versiyonu olarak yay�mland�� Haziran 2004 tarihinden daha önce MilSOFT DDS arakatman�n�n tasar�m� olu�turulabilmi�tir.

�ekil 1 MilSOFT DDS Arakatman�


176

Geli�tirilen MilSOFT DDS arakatman�, GEMKOMS�S Sava� Yönetim Sistemi uygulamalar�n�n veri al��veri�ini sa�lamakta kullan�lm��t�r. Bunu takip eden süreçte arakatman yaz�l�m� iyile�tirme çal��malar� devam etmi�, yay�mlanan yeni sürümler ile uygulama yaz�l�mlar� sürekli olarak test edilmi�; tespit edilen sorunlar�n giderilmesi ve yeteneklerin art�r�lmas�na yönelik çal��malar yap�lm��t�r. Bu çal��malar kapsam�nda DDS’te yap�lmas� gerekli iyile�tirmeleri planlayabilmek için, uygulamalarda verinin iletim süresi ve toplam kapasite gibi performans parametreleri de devaml� olarak izlenmi�tir. MilSOFT DDS arakatman�n�n Ocak 2007’de OMG DDS standard�n�n en son yay�mlanan 1.2 sürümüne uyumlu MilSOFT DDS arakatman� hale getirilme çal��malar� da tamamlanm��t�r. Geli�tirilen DDS arakatman� OMG standard�na göre “Minimum Profile” seviyesini sa�lamaktad�r [5]. Buna ek olarak Sava� Yönetim Sistemi için gerekli olan ve durum (status) verisini kapan�p/çöken ve yeniden ba�layan uygulamalara ileten “Persistency Profile” ve al�nacak verinin sorgu ile filtrelenmesini sa�layan “Content Subscription Profile” özelli�i de MilSOFT DDS’e kazand�r�lm��t�r.

C++ programlama dili ile geli�tirilmi� olan MilSOFT DDS, gerçek zamanl� sistemlerde gerekli olan “uygulamalara sistem ba�lama zaman�ndan sonra hiç bellek tahsis edilmemesi (no dynamic memory allocation after initialization)” özelli�ini de bar�nd�rmaktad�r.

OMG taraf�ndan yay�mlanm�� olan RTPS (Real-Time Publish Subscribe), UDP/IP üzerinde çal��an bir protokoldür. Veri iletimi için TCP, 1553 ve payla��lan bellek gibi ileti�im altyap�lar�n� entegre etmeyi mümkün k�lmaktad�r. Bu protokolün gerçekle�tirimini ve entegrasyonunu da yapan MilSOFT, DDS’in di�er DDS arakatmanlar� ile protokol seviyesinde uyumunun sa�land��n� yapt�� denemelerle de görmü�tür[6]. Bu sayede farkl� üreticiler taraf�ndan geli�tirilen ve DDS standard�na uyumlu sistemlerin birbirleri ile bilgi payla�mas�n�n pratikte sa�lanabildi�i görülmü�tür.

MilSOFT, DDS arakatman�n� geli�tirirken bir yandan da DDS’in da��t�k bir yap�da etkin ve hatas�z kullan�m�n� sa�layacak yard�mc� araçlar� da geli�tirmi�tir. Bu araçlar “DDS Otomatik Kod Üreteci” ve “DDS Ajan�”d�r.

(a) DDS Otomatik Kod Üreteci (b) DDS Ajan�

�ekil 2 MilSOFT DDS Yard�mc� Araçlar�


177

3.1. DDS Otomatik Kod Üreteci (DDS Code Generator – DDS CG) DDS Otomatik Kod Üreteci, uygulama yaz�l�mlar�n�n DDS ile arayüzü için gerekli kodu üretmekte ve uygulama yaz�l�mc�lar�n�n arakatman ayr�nt�lar�yla u�ra�ma zorlu�unu ortadan kald�rmaktad�r (�ekil-2a).

DDS CG, veri tipine dayal� bir programlama arayüzü sa�lamak için o tipte ileti�imi sa�layan kodun otomatik olarak üretilmesini sa�lar; arakatman ilklendirme, abone olunacak yada yay�mlanacak verilerin tan�mlanmas� ve bunlarla ilgili servis kalitesi özelliklerinin ayarlanmas� faaliyetleri için gerekli kodu üretir. Bu yöntem modele dayal� geli�tirme yakla��m�na uygundur. DDS CG, sistem içindeki ara yüzlerin tek bir araç taraf�ndan geli�tirilmesini ve yönetilmesini sa�lad��ndan, modüller aras� entegrasyonu kolayla�t�rmakta ve sistem arayüzlerinin tek bir noktadan kontrolü imkan�n� vermektedir.

3.2. DDS-Ajan� (Spy) Arac� Di�er bir yard�mc� araç olan DDS-SPY ise sistemde bulunan modülleri ve yay�mlanan ve/veya abone olunan verileri izlemek için kullan�lmaktad�r (�ekil-2b). Ayr�ca, test amaçl� olarak ihtiyaç duyulan verilerin kopyala-yap��t�r yöntemi ile tekrar sisteme verilebilmesini sa�layan DDS Ajan�, uygulama yaz�l�mc�lar�na, test mühendislerine ve sistem bak�m grubuna önemli kolayl�klar sa�lamaktad�r.

4. SERV�S KAL�TES� �HT�YAÇLARI ÇÖZÜM YAKLA�IMLARI

Günümüzde komuta kontrol sistemleri teknik ve operasyonel ihtiyaçlardan ötürü da��t�k mimarilerde tasarlanmaktad�r. Bu mimaride verinin da��t�m� için da��t�m arakatmanlar� kullan�lmaktad�r. Komuta kontrol sistem üreticileri ihtiyaçlar�na yönelik arakatmanlar�n� geli�tirdikleri gibi, tedarik makamlar�n�n aç�k mimarilere yönelmesinden dolay� rafta haz�r (COTS) ve standart arakatmanlar� daha çok tercih etmektedir. JMS, CORBA ve DDS bu anlamda yayg�n olarak kullan�lan arakatmanlard�r.

JMS ve CORBA veri iletimini sa�layabilmelerine kar��l�k servis kalitesi özellikleri aç�s�ndan yeterli de�ildir. CORBA ve CORBA Event servisi uygulama yaz�l�mlar�n�n ihtiyaçlar�n� tam olarak kar��lamad�� için zaman içinde Real-time CORBA standard� ç�km��t�r [7]. CORBA üreticileri eksik kalan özellikleri standart d�� kabiliyetler olarak mü�terilerine sunmaktad�r. TAO RT Event Service, TAO FTRT Event Service ve TAO RT Notification Service [8] de bunlara örnektir.

CORBA ve JMS arakatmanlar� yüksek h�zlarda ve birden fazla uygulamaya gitmesi gereken verilerin CORBA arakatman�ndaki noktadan noktaya iletimi


178

sebebi ile gecikmelere sebep olmaktad�r. DDS arakatman�n�n bu sorunlara nas�l çözüm getirdi�i ve güçlü bir alternatif olu�turdu�u bir sonraki bölümde ele al�nmaktad�r.

CORBA yada JMS arakatman� kullanan sistem geli�tiricilerinin uygulad�klar� di�er bir yakla��m ise bu standart arakatman üzerine kendi ihtiyaçlar�n� kar��lamak üzere “checkpoint service”, “fault tolerance service” gibi ek servisler geli�tirmeleridir [9]. Bu yakla��m�n en büyük dezavantaj� kullan�lan arakatman üzerine geli�tirilen bu ek servislerin ve ek katmanlar�n firmaya özel olmas� ve bu özellikleri nedeni aç�k mimarinin temel gereksinimlerinden birini sa�layamam�� olmalar�d�r.

5. SERV�S KAL�TES� �HT�YAÇLARI VE DDS ARAKATMANI

DDS arakatman� veri merkezli yay�mla-abone ol mimarisine sahiptir. Yay�mla-abone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanan�n birbirinden habersiz olmas�n� sa�lamaktad�r. Bunun sonucunda, sisteme yeni modüller kolayl�kla entegre olabilmekte ve sistemde bir de�i�iklik yapmadan mevcut verilere abone olunup gerekti�inde yeni veriler üretilebilmektedir. Bu özelli�i ile DDS arakatman� Komuta kontrol sistemlerinin modülerlik (modularity), ölçeklenebilirlik (scalability) ve geni�leyebilirlik (extendibility) kalite öznitelikleri ihtiyaçlar�n� kar��lar.

DDS arakatman� sayesinde komuta kontrol sistemleri gerçek zaman isterlerine tam olarak yan�t vermektedir. Örne�in, CORBA temelli sistemlerde, 200 Hertz seviyesi bir h�zdaki platform verileri ayr�lm�� bir veri hatt�ndan iletilirken, DDS kullanan komuta kontrol sistemlerinde ayn� veriler, yüksek h�zdaki (100-150 mikro saniye içinde veri iletimi gibi) DDS arakatman� sayesinde, ortak sistem veri a��n� rahatl�kla kullanabilmektedir.

Mevcut komuta kontrol sistemlerinde radar, elektro optik gibi sensör videolar� veri yolundan ba��ms�z noktadan noktaya bir video a�� ile ta��nmakta ve özel donan�mlarla konsollarda sergilenmekte yada kaydedilmektedir. Bu yakla��m daha fazla kart ve kablo ihtiyac�na sebep oldu�u gibi video üzerinde yap�labilecek i�lemleri de sadece gösterme ve yeniden oynatma ile k�s�tlamaktad�r.

DDS arakatman�n�n yüksek veri aktar�m kapasitesi ve dü�ük ileti�im yükünden dolay� komuta kontrol sistemlerinde verinin DDS ile aktar�lmas� mümkün olmaktad�r[1]. Videonun veri yolu üzerinden iletilmesi bu veri üzerinde yap�labilecek veri i�leme, görüntü k�ymetlendirme, zamansal ve mekansal indeksleme gibi birçok avantaj� beraberinde getirmektedir. Videonun DDS üzerinden aktar�lmas� �nsans�z Hava Arac� Görüntü K�ymetlendirme projesinde kullan�lmaktad�r. Bu kabiliyet ile ayn� zamanda insans�z hava/deniz/denizalt� araçlar�ndan edinilen bilgilerin di�er komuta kontrol sistemlerine tam entegrasyonu mümkün olabilmektedir.


179

Çok say�da farkl� uygulama yaz�l�m�n�n fonksiyonel olarak bir bütün olu�turdu�u komuta kontrol sistemlerinde, zaman kritik i�lemlerin gerçek zamanl� olarak gerçekle�tirilmesi kendi ba��na yeterince karma��k bir problemdir. Geli�tirilen yüksek performanstaki DDS arakatman yaz�l�m�, gerçek zamanl� performans� ve beraberinde getirdi�i çok say�da servis kalitesi özelli�i ile tehdit de�erlendirme ve at�� gibi gerçek zaman ihtiyaçlar�n�n kar��lanmas�nda büyük rol oynamaktad�r.

Sava� yönetim sisteminde zaman kritik komutlar DDS üzerinden etkin bir �ekilde aktar�labilmektedir Örne�in, daha h�zl� iletilmesi gereken periyodik veriler için kullan�lacak servis kalitesi özelli�i BEST-EFFORT olurken, iletilme kesinli�i olmas� gereken komut verileri için RELIABLE servis kalitesi kullan�lmaktad�r. Zaman bazl� olarak filtrelenmesi gereken veriler, TIME_BASED_FILTER servis kalitesi kullan�larak iletilmektedir. Örne�in yüksek frekanslarda yay�mlanan geminin yalpa ve dikey yalpa de�erlerine silah at�� sistemi saniyede 10 defadan fazla ihtiyaç duyar iken konsollar için saniyede bir kere güncellemeleri al�p ekranda sergilemek yeterlidir. Bu durumda ayn� veriye konsol yaz�l�m� TIME_BASED_FILTER servis kalitesini kullanarak eri�ebilmektedir.

Sistemde hiç kaybolmamas� gereken veriler için TRANSIENT yada PERSISTENT servis kalitesi kullan�lmaktad�r. Bu servis kalitesi kullan�larak komuta kontrol sisteminin veri seviyesi hataya dayan�kl�l�� sa�lanmaktad�r. Uygulamalar kendi durum bilgilerini arakatman seviyesinde tutmaktad�r. �stem d�� sonlanan uygulamalar yeniden ba�lat�ld��nda bu durum bilgilerini arakatmandan alarak kald�klar� noktadan itibaren çal��maya devam etmektedir. Bu yakla��m Sava� Yönetim Sistemi projelerinde ve Çoklu Veri Link ��lemcisi projelerinde hataya dayan�kl�l�k ihtiyac�n�n kar��lanmas�nda kullan�lmaktad�r.

DDS arakatman�n�n yay�mla/abone ol mimarisi komuta kontrol sistemlerinin test edilebilirlik kalite özniteli�i özelli�i için olanak sa�lamaktad�r. Sistem yap�s�n� de�i�tirmeden arakatman seviyesinde test verisi sisteme iletilebilmekte ve komuta kontrol sistemleri etkin olarak test edilebilmektedir. MilSOFT DDS Otomatik Kod Üreteci ve DDS Ajan� araçlar�n�n yan� s�ra, halen geli�tirilmekte olan di�er bir araç ile söz konusu testlerin otomatik olarak ko�turulmas� ve bu sayede test zamanlar�nda büyük zaman kazanc� mümkün olacakt�r.

DDS arakatman� DDS standard�n�n olu�turulmas� a�amas�ndan ba�layarak RTI ve Thales firmalar� taraf�ndan desteklenmi�; RTI firmas� kendi DDS arakatman ürününü RTI-DDS olarak kullan�ma sunmu�tur [10]. RTI DDS komuta kontrol sistemleri dahil birçok projede uygulama alan� bulmu�tur. Thales firmas� ise kendi DDS altyap�s�n� Prismtech firmas�na devretmi� ve Prismtech taraf�ndan geli�tirilen Open-DDS ürünü, ba�ta Thales Tacticos Sava� Yönetim Sistemleri olmak üzere, çe�itli projelerde kullan�lmaktad�r [11]. Standartlara dayal� DDS ürününün birden fazla firma taraf�ndan desteklenmesi ve geni� bir kullan�m alan� bulmas� aç�k mimariyi destekler durumdad�r.


180

DDS zengin servis kalitesi özelliklerinden dolay� komuta kontrol sistemlerinin yan� s�ra simülasyon sistemlerinde de kullan�labilmektedir [2]. 6. SONUÇ Komuta kontrol sistemlerinin görevlerini yerine getirebilmeleri için gerekli gerçek zaman, hataya dayan�kl�l�k gibi kalite öznitelikleri ihtiyaçlar�n�n arakatman seviyesinde servis kalitesi özellikleri ile kar��lanmas� gerekmektedir. DDS arakatman�, gerçek zamanl� sistemlerin gerçek zaman ve hataya dayan�kl�l�k kalite öznitelikleri ihtiyaçlar�n� kar��lamak üzere geni� bir servis kalitesi deste�i sunmaktad�r. Bu özellikleri ile DDS arakatman� komuta kontrol sistemlerinin modülerlik, ölçeklenebilirlik ve geni�leyebilirlik, gerçek zamanl� performans, hataya dayan�kl�l�k ve test edilebilirlik ihtiyaçlar�n� kar��lamaktad�r.

MilSOFT kendi geli�tirdi�i DDS ürününü Sahil Güvenlik Komutanl�� Arama Kurtarma Gemisi Komuta Kontrol sistemi, �nsans�z Hava Arac� Görüntü K�ymetlendirme projesi ve Çoklu Veri Linkleri projelerinde haz�r ticari ürün olarak kullanm�� olup; müteakip projelerde de kullanmay� planlamaktad�r. MilSOFT DDS arakatman� standartlara dayal� ve di�er firmalar�n ürünlerini ikame edebilir oldu�undan firma ba��ml�l�� yaratmamaktad�r.

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� Kullan�m�” 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, formal/2005-1-4.pdf, http://www.omg.org.

[8] CORBA and services , http://www.vanderbild.edu.


181

[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


182


183

TABUR GÖREV KUVVET� MUHAREBE YÖNET�M S�STEM� UYGULAMALARI VE A� MERKEZL� HARP YETENE��

Metin KABASAKALO�LU(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 etkinli�i aç�s�ndan yüksek önem ta��malar�n�n yan� s�ra, a� merkezli yetene�in sundu�u avantajlardan en çok yararlanacak unsurlardan olacaklard�r. Bu unsurlara say�sal ortamda komuta kontrol ve veri haberle�mesi yetenekleri kazand�racak olan Muharebe Yönetim Sisteminin sa�layaca�� fonksiyonel özellikler, taktik sahada kullan�m�n gerektirdi�i operasyonel ihtiyaçlar� kar��layacak nitelikte olmal�d�r. Bu bildiride, Muharebe Yönetim Sistemlerinin kullan�c�ya sa�layaca�� ba�l�ca fonksiyonel özellikler sunulmakta, bu özelliklerin yan� s�ra mobil platformlarda say�sal veri haberle�mesi ve komuta kontrol, sensör ve silah sistemleri ba�ta olmak üzere araç üzerindeki elektronik sistemlerle entegrasyon, etkin ve kolay kullan�m, di�er taktik saha komuta kontrol sistemleri ile say�sal entegrasyon konular�n� da içeren özel sistem gereksinimleri incelenmektedir. Anahtar Kelimeler: Muharebe Yönetim Sistemi, A� Merkezli Harp, Komuta Kontrol Haberle�me 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


184

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) G�R�� Tabur Görev Kuvveti (Tb.G/K), Dü�man kuvvetlerini imha etmek veya etkisiz hale getirmek amac�yla Ate� Gücü, Manevra, �stihbarat ve Destek faaliyetlerinin birle�tirildi�i; muharebe, muharebe destek, muharebe hizmet destek ve komuta kontrol birlik ve unsurlar�n�n birle�tirilmesiyle olu�turulan temel muharebe birli�i olarak tan�mlanmaktad�r. Bu tan�m do�rultusunda Tb.G/K’ni meydana getiren ba�l�ca birlik ve unsurlar Muharip Birlikler (Piyade, Mekanize Piyade, Tank ve Ke�if Unsurlar�), Muharebe Destek Birlikleri (Havan, �stihkâm, Topçu ve NBC unsurlar�), Muharebe Hizmet Destek Birlikleri (Bak�m ve S�hhiye Tak�mlar�) ve Komuta Kontrol Birlik ve Unsurlar� olarak dört ayr� grup alt�nda ele al�nmaktad�r. Tb.G/K, vazifenin yerine getirilmesini sa�layacak �ekilde kurulu�unda yer alan unsurlar�n yan� s�ra Tugay ve Tümen seviyesindeki unsurlar taraf�ndan da desteklenebilmekte, taktik görevin ba�ar�lmas� için belirtilen unsurlar�n uygun �ekilde grupland�r�lmas� ile muharebe için farkl� �ekillerde tertiplenebilmektedirler. Tb.G/K’leri bölük ve tak�m seviyesindeki unsurlar�n�n yan� s�ra, tabur seviyesinde bulunan Taktik Harekât Merkezi ve �dari Lojistik Harekât Merkezi’ndeki karargâh personeli faaliyetleri ile Tb.G/K harekât�n�n planlanmas�n� ve icras�n� yönetmekte ve Tugay seviyesindeki komuta unsurlar� ile koordinasyonu sa�lamaktad�r (�ekil 1). Çok say�da farkl� unsuru bünyesinde bar�nd�rmas�, muharebe ihtiyaçlar�na ba�l� olarak tertiplenme/organizasyon yap�s�n�n de�i�ik �ekillerde olu�turulabilir olmas�, tabur seviyesindeki karargâh yap�s�ndan ba�layarak, bölük, tak�m ve daha ast seviyelerdeki mobil ve dü�man ile do�rudan temas sa�layacak unsurlar� içermesi sebebi ile Tb.G/K komuta kontrol faaliyetleri özel gereksinimler olu�turmakta ve Tb.G/K içerisinde kullan�lacak bir Komuta Kontrol Haberle�me ve Bilgi Sisteminin de önemini artt�rmaktad�r.


185

�ekil 1 Tabur Görev Kuvveti 2) MUHAREBE YÖNET�M S�STEM� UYGULAMALARI Tb.G/K yap�s�nda yer alan muharip ve destek unsurlar�n�n ihtiyaçlar�na yönelik komuta kontrol sistemleri, Komuta Kontrol Haberle�me ve Bilgi Sistemleri geli�tirmekte olan pek çok NATO ülkesi taraf�ndan kullan�lmaktad�r. Bu sistemler genel olarak sistemin sa�lad�� en önemli özelliklerden biri olan dost birliklerin taktik durum takibine vurgu yap�lmas� amac� ile “Blue Force Tracking” veya “Battle Management System” yani “Muharebe Yönetim Sistemi” ba�l�� alt�nda ele al�nmaktad�r [1]. Muharebe Yönetim Sistemlerini yayg�n olarak kullanmakta olan ülkeler aras�nda 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 almaktad�r[1,2,3]. NATO üyesi pek çok di�er ülkenin ve NATO haricindeki di�er ülkelerin de Komuta Kontrol Haberle�me ve Bilgisayar sistemleri geli�tirme ve tedarik çal��malar� içerisinde Muharebe Yönetim Sistemlerine önem verdi�i gözlemlenmektedir. Gerçek sava� ortamlar�nda kullan�m�n getirdi�i deneyim ve kazan�mlar�n ��nda Tb.G/K içerisinde yer alan manevra birlikleri, A� Merkezli Harp kavram�n�n etkinli�i aç�s�ndan yüksek önem ta��malar�n�n yan� s�ra, a� merkezli yetene�in sundu�u avantajlardan en çok yararlanacak unsurlar olarak görülmektedir [4]. Bu sebeple, kullan�mda olan Muharebe Yönetim Sistemleri, A� Merkezli Hap yetene�in sa�layaca�� avantajlar�n de�erlendirilmesi için yürütülen pek çok çal��ma ve ara�t�rmaya konu olarak seçilmektedir. Bu de�erlendirmelerde, bu


186

sistemlerin özellikle, planlama, cari harekat�n takibi, h�zl� ve etkili karar verebilme yönünde sa�lad�� faydalar vurgulanmaktad�r [5,6,7]. 3) TABUR GÖREV KUVVET� MUHAREBE YÖNET�M S�STEM� ÖZELL�KLER� NATO ülkeleri taraf�ndan kullan�lmakta olan ba�l�ca Muharebe Yönetim Sistemlerinin sa�lad�� fonksiyonlar uygulamalardaki benzerliklere paralel olarak ortak ba�l�klar alt�nda izlenebilmektedir. Bu ortak özelliklerden öne ç�kanlar a�a��da özetlenmi�tir. � Taktik Durum Fark�ndal��: Taktik Durum Fark�ndal�� sistemin kullan�ld��

tüm unsurlara, muharebe sahas�na yönelik ihtiyaç duyduklar� bilgilerin gerçek zamanl� olarak sunulmas� ile sa�lanmaktad�r. Bu kapsamda dost birliklerin konum ve durum bilgilerinin, tespit edilen dü�man ve bilinmeyen unsurlar�n bildiriminin, muharebe alan�na yönelik di�er bilgilerin (engel, kirletilmi� bölge, yol, köprü, vb) say�sal olarak payla��m� mümkün olmaktad�r. Tb.G/K içerisinde ilgili unsurlara da��t�lan bu bilgilerin say�sal haritalar üzerinde askeri semboloji standartlar�na uygun �ekilde gösterimi ile taktik durum resmi kullan�c�lara sunulmaktad�r.

� Harekât Planlamas�, Emir ve Tatbik Krokilerinin Haz�rlanmas�: Harekât�n planlanmas�n�n her kademede paralel olarak gerçekle�tirilmesini destekleyecek �ekilde, Ön Emir, Harekât Emri, Münferit Emir ve De�i�iklik Emirlerinin haz�rlanmas� ve say�sal olarak da��t�lmas�na imkân verilmektedir. Plan ve emirlerle kullan�lmak üzere farkl� tatbik krokilerin askeri semboloji standartlar�na uygun olarak olu�turulmas� ve say�sal haberle�me imkânlar� ile aktar�m� sa�lanmaktad�r.

� Lojistik Durum Takibi: Ast unsurlar�n lojistik bilgilerini say�sal olarak üst unsurlara bildirmesine, ast unsurlara ait bilgilerin otomatik olarak birle�tirilmesi ile birlik lojistik durum raporunun olu�turulmas�na imkân verilmektedir.

� Askeri Rapor ve Mesajlar: Askeri rapor ve mesajlar�n (NBC Mesajlar�, Durum Raporlar�, Temas Raporu, Gözetleme Raporu, vb ) olu�turulmas� ve say�sal haberle�me yolu ile gönderilmesine imkân verilmektedir.

� �ntikal Planlamas� ve Takibi: �ntikal edilecek güzergâh�n say�sal harita üzerinde tan�mlanmas�na, say�sal olarak iletilmesine ve intikalin takibine imkân verilmektedir. �ntikal planlamas� s�ras�nda intikal edecek unsurun araç özellik ve yetenekleri, güzergâh bilgisi ile beraber analiz edilerek planlama çal��malar� desteklenmektedir.

� Co�rafi Bilgi Sistemlerinin Kullan�m�: Muharebe Yönetim Sistemleri taraf�ndan sa�lanan fonksiyonlar� destekleyecek �ekilde Co�rafi Bilgi Sistemleri yo�un olarak kullan�lmakta, taktik durum resmi ve tatbik krokileri vektör ve raster say�sal haritalar üzerinde gösterilebilmektedir. Bunun yan� s�ra say�sal harita ve yükseklik bilgilerine dayal� analiz fonksiyonlar�, arazi kesiti, görünürlük analizi, mesafe ve alan ölçümü gerçekle�tirilmektedir.

K�saca özetlenen bu özelliklerin pek ço�u KKK’l�� taraf�ndan taktik sahada


187

kullan�lmakta olan di�er fonksiyonel alan sistemleri taraf�ndan da sa�lanan özelliklerdir. Bildirinin geri kalan k�s�mlar�nda geli�tirme çal��malar� s�ras�nda ele al�nan A� Merkezli Harp konseptinin, komuta kontrol sistem teknolojilerindeki geli�melerin ve taktik saha komuta kontrol sistem uygulamalar�ndan elde edilen tecrübelerin, Muharebe Yönetim Sistemi uygulamalar�na getirdi�i özel ihtiyaçlar incelenmektedir. Veri Haberle�mesinin Yönetimi Taktik saha komuta kontrol sistemlerinin tamam�n�n ba�ar�s�nda veri haberle�me altyap�s�n�n etkin kullan�m� büyük önem ta��maktad�r., Bu durum, Muharebe Yönetim Sistemi uygulamalar�nda, Tb.G/K içerisinde yer alan unsurlar�n özelliklerinden dolay� daha da öne ç�kmaktad�r. Tb.G/K yap�s� içerisinde, farkl� fonksiyonlar� yerine getiren de�i�ik askeri unsurlar yer almaktad�r. Bu unsurlar�n Tb.G/K yap�s� ve bölük timi içerisinde operasyonel ihtiyaçlar do�rultusunda emir, komuta ve destek ili�kilerindeki düzenlemelere ba�l� olarak esnek bir �ekilde yap�land�r�labilir olmas� gerekmektedir. Bu ihtiyaç, organizasyonel yap�ya ve unsurlar�n taktik sahadaki da��l�m�na göre yap�land�r�lan haberle�me çevrim yap�s�n�n da organizasyonel de�i�ikliklere çabuk �ekilde uyum sa�layabilmesi ve çabuk yap�land�r�labilmesi ihtiyac�n� do�urmaktad�r (�ekil 1). Unsurlar�n görevi gerçekle�tirmesi s�ras�nda sürekli hareket halinde olmas� Görü� Hatt� (Line Of Sight) prensibi ile çal��an VHF ve UHF band�ndaki veri haberle�mesinin, arazi �ekillerine ve mesafeye ba�l� olarak kayb�na sebep olabilmektedir [1]. Görü� Hatt� haberle�mesinin kayboldu�u durumlar için, HF haberle�me sistemleri üzerinden s�n�rl� veri aktar�m�, uydu haberle�me sistemlerinin kullan�lmas� gibi haberle�me teknolojilerinin yan� s�ra çevrim yap�lar�n�n Muharebe Yönetim Sistemlerince yönetimi ile çözümler olu�turulabildi�i görülmektedir [1,8]. Birliklerin sürekli hareket ve dü�manla yak�n temas halinde görev yapmas�n�n, haberle�me altyap�s�nda hassasiyet olu�turdu�u di�er bir konu, çevrim geçi� noktalar�ndaki unsurlar�n görev d�� kalmas� durumunda, ast unsurlarla üst unsurlar�n haberle�mesinin de kesiliyor olmas�d�r. Bu durumun çözümü için ele al�nan yol ise, operasyonel süreklili�i sa�lamak amac� ile birimlerin birbirini yedeklemeye haz�r olmas�d�r. Yedekleme durumuna h�zl� bir �ekilde ve kullan�c�n�n müdahalesini en aza indirecek �ekilde geçilebilmesi de yine istenilen bir özelliktir. Haberle�me cihaz ve sistemlerindeki ve komuta kontrol teknolojilerindeki geli�melere ra�men, taktik sahada bant geni�li�inin etkin �ekilde kullan�m� halen büyük önem ta��maktad�r. Bu amaçla bit tabanl� formatl� mesajlar�n ve mesajlar�n çoklu olarak gönderilmesine imkân veren yöntemlerin (multicast, broadcast gibi) kullan�m� gündeme gelmektedir. Haberle�me sistem teknolojilerindeki geli�meler, Yaz�l�m Tabanl� Telsizleri (Software Defined Radio) ve taktik saha haberle�me sistemlerini Manevra Yönetim Sistemlerinin kullan�m�na sunmaktad�r. Ancak yukar�da aç�klanan


188

haberle�me ihtiyaçlar� do�rultusunda ve A� Merkezli Harp yetene�inin etkin bir �ekilde kazand�r�lmas� amac� ile bu sistemlerin ve haberle�me alt yap�s�n�n Manevra Yönetim Sistemlerince idaresi önem kazanmaktad�r. Komuta Yeri Analiz ve Karar Destek Fonksiyonlar�: Muharebe Yönetim Sistemlerinin Tb.G/K bünyesinde kullan�lmas�, harekât�n planlama, komuta kontrol ve takip faaliyetlerini yürüten tabur esas komuta yeri ve geri komuta yeri karargâh personelinin de, harekât�n geli�imi ve harekât alan�n�n durumu hakk�ndaki çok say�da bilgiye gerçek zamanl� olarak eri�imine imkân vermektedir. Tabur karargâh personelinin, askeri karar verme sürecinde uygulad�� planlama çal��malar�, harekâta yönelik de�i�ik Hareket Tarzlar�n�n olu�turulmas�, Hareket Tarzlar�n�n etkinlik ve risk aç�s�ndan incelenmesi ve en uygun hareket tarz�n�n seçilmesi gibi faaliyetleri içermektedir. Zaman�n k�s�tl� oldu�u durumlarda, karar verme sürecinin etkin bir �ekilde yürütülebilmesi ve hataya sebep olabilecek durumlar�n en aza indirilebilmesi amac� ile karar verme ve planlama sürecinin, analiz yetenekleri ve karar destek fonksiyonlar�nca desteklenmesi önem ta��maktad�r. Askeri karar verme sürecinde Muharebe Yönetim Sistemlerince sa�lanacak fonksiyonlar ile hareket tarzlar�n�n olu�turulmas�, uygun hareket tarz�n�n belirlenmesi, süreç içerisinde gerçekle�tirilecek brifinglere girdi sa�lanmas�, icra matrisi ve di�er matrislerin say�sal olarak olu�turulmas�, lojistik durumu, personel durumu ve muharebe gücü de�erlendirmelerinin say�sal olarak yap�lmas�, harekât�n provas�n�n say�sal olarak gerçekle�tirilmesi, planlama sürecinde olu�turulan ürünlerin karargâh içerisinde say�sal olarak payla��m� ile etkin ve bir arada çal��ma imkân�n�n sa�lanmas�, Muharebe Yönetim Sistemlerinin karargâh personeline sa�layaca�� ba�l�ca fonksiyonlar olarak görülmektedir. Taktik Seviye Komuta Kontrol Sistemleri ile Entegrasyon: Tb.G/K Muharebe Yönetim Sisteminin, Tugay seviyesinde kullan�lan üst kademe komuta kontrol sistemleri ve manevra taburu içerisinde yer alan di�er fonksiyonel alan komuta kontrol sistemleri ile entegrasyonu, bütünle�ik bir komuta kontrol sistem yap�s� sa�lamak aç�s�ndan önem ta��maktad�r. Manevran�n ihtiyaç duydu�u ate� deste�inin planlanmas� ve harekat�n geli�imine göre ani ç�kan hedefler için ate� isteklerinin çabuk bir �ekilde iletilmesi için muharebe destek unsurlar�ndan ate� destek sistemleri ile entegrasyon gereklidir. Tugay üzerindeki seviyelerde de�i�ik fonksiyonel saha sistemleri aras� kar��l�kl� çal��abilirlik Taktik Saha Muharebe Sisteminin (TASMUS) sa�lad�� yüksek bant geni�li�ine sahip veri haberle�me alt yap�s� üzerinden sa�lanabiliyorken, mobil unsurlar�n yer ald�� tabur ve alt� seviyelerde, taktik telsiz haberle�me a�lar� üzerinde formatl� mesajlar�n kullan�m� ile gerçekle�tirilebilmektedir. Ate� destek sistemleri ile tabur ve bölük seviyesinde planlar�n olu�turulmas�, öncelikli hedeflerin belirlenmesi, hedef listelerinin olu�turulmas�, bölük ve


189

tak�m seviyelerinde ise ate� isteklerinin iletimi ve at�� görevlerinin takibi için standart mesaj yap�lar�n�n ve veri modellerinin kullan�m�, uygulama seviyesi prosedürlerin ve haberle�me sistemlerinin kar��l�kl� uyumu Muhabere Yönetim Sistemi taraf�ndan ele al�nmas� gereken konular aras�ndad�r. Araç Üstü Sistem ve Sensörlerle Entegrasyon: Manevra Yönetim Sistemlerinin sa�lad�� fonksiyonlar�n ba�l�cas� araç üzerinde bulunan konumlama sistemleri (GPS, INS) ile sa�lanan entegrasyon yard�m� ile tüm dost platformlar�n konum bilgisinin, Tb.G/K içerisinde otomatik olarak da��t�m yolu ile ortak durum fark�ndal��n�n sa�lanmas�d�r. Konum bilgisinin yan� s�ra, A� Merkezli Harp kavram�n�n hedefleri aras�nda yer alan, birlik ve platform durum bilgilerinin de kullan�c� müdahalesini en az seviyede gerektirecek �ekilde otomatik olarak payla��m� önem kazanmaktad�r. [6] Araç üzerindeki sensör sistemlerinden al�nabilecek, yak�t ve mühimmat lojistik durum bilgileri, at�� kontrol sisteminden al�nabilecek gerçekle�tirilen görev bilgileri ve silah sistemlerinin yönelim bilgileri, radar ve elektro optik tespit sistemlerinden ve dost dü�man tan�ma sisteminden al�nabilecek hedef tespit bilgileri, kendini koruma sistemlerinden al�nabilecek tehdit bilgileri ve araç elektronik sistemlerinin durum bilgileri taktik durum fark�ndal��n�n artt�r�lmas�na katk� sa�layacak bilgilerin ba�l�calar�d�r. Bu bilgilerin araç üzerindeki elektronik sistemlerden al�nmas�, uygun �ekilde de�erlendirilmesi ve gerekli zamanda gerekli unsurlara otomatik veya yar� otomatik olarak da��t�m�n� sa�lamak, Manevra Yönetim Sisteminin kar��layaca�� ihtiyaçlar aras�nda yer almaktad�r. Komuta Kontrol Donan�mlar�n�n Etkin Kullan�m�: Manevra Yönetim Sistemlerinin, içinde yer ald�klar� araç platformlar�nda kullan�c�lara kolay kullan�m imkânlar� sunmalar�, bu sistemlerin etkinli�i aç�s�ndan önem ta��maktad�r. Bu amaçla sunulan özelliklerin ba��nda, dokunmatik ekranl� komuta kontrol donan�mlar�n�n kullan�m� ile kullan�c�n�n klavye ve i�aretleyici kullan�m�n� en aza indirilmesi gelmektedir. Dokunmatik ekran kullan�m�, komuta kontrol uygulamalar�n�n kullan�c� arayüzü tasar�mlar�n� etkilemekte, dokunmatik ekran ile etkile�imi etkinle�tirecek kolay seçilebilir menü arayüz yap�lar� sunulmas�n�, kullan�c� taraf�ndan klavye kullan�m�n� en aza indirecek çok seçenekli listelemelerin yo�un kullan�m�n� öne ç�karmaktad�r. Dokunmatik ekran kullan�m�, özellikle planlama a�amas�nda taslak krokilerin, serbest çizim yöntemi ile çabuk �ekilde olu�turulabilmesine imkân vermekte ve kâ��t kalem kullan�m rahatl��n� bilgisayar ortam�na ta��yabilmektedir. Manevra Yönetim Sistemleri Tb.G/K içerisindeki unsurlarca, pek çok farkl� araç platformunda ve farkl� özellik ve boyutlardaki komuta kontrol donan�mlar� ile kullan�labilmektedir. Bu durum geli�tirilecek kullan�c� arayüzlerinin, farkl� kullan�m özelliklerine sahip komuta kontrol donan�mlar�n�n tamam� üzerinde etkin kullan�labilir veya kolayca uyarlanabilir olma yetene�ine sahip olmalar� ihtiyac�n� getirmektedir. Muharebe Yönetim Sistemlerinin, muharebe alan�ndaki kullan�m�na yönelik


190

yap�lan incelemeler, bu sistemlerin planlama, haz�rl�k ve görev sonras� de�erlendirme a�amalar�nda etkin olarak kullan�ld��n�, ancak dü�manla temas s�ras�nda ve hemen öncesinde, kullan�c�lar�n platform üzerindeki di�er sistemlerin kullan�m�na öncelik vererek, Manevra Yönetim Sistemi ekran� üzerindeki geli�meleri aktif olarak takip etmedi�ini göstermektedir [6]. Kullan�c�lar�n Manevra Yönetim Sistemi’nin sa�lad�� bilgilerden, dü�manla temas s�ras�nda sistem arayüzlerine bakamad�� durumlarda da haberdar olabilmesi için, Manevra Yönetim Sistemi’nin platform üzerindeki �ç Konu�ma Sistemi ile entegre olarak, kullan�c�n�n dikkatini da��tmayacak �ekilde, geli�menin önem ve tipine ba�l� olarak farkl� �ekillerde kullan�c�y� sesli olarak uyarabilmesi önem ta��maktad�r [9]. Araç D�� Kullan�m: Muharebe Yönetim Sisteminin, Tb.G/K içerisinde yer alan tank ve mekanize piyade unsurlar�nca araç içerisinde kullan�m�n�n yan� s�ra, araç d��nda görev yapmakta olan unsurlar�n kullan�m�na sunulabilmesi gerekmektedir. Müstakil olarak görev yapmakta olan piyade unsurlar�n�n, taktik telsizler üzerinden veri haberle�mesi yapmas�, yeni nesil telsiz ve askeri bilgisayar teknolojilerindeki geli�meler ve cihaz boyut/a��rl�k özelliklerinin kolay ta��ma ve kullan�ma imkân vermesi ile mümkün olabilmektedir. Araç içerisinde görev yapmakta olan personelin, faaliyetlerini geçici olarak araç d��nda gerçekle�tirece�i durumlarda ise, Manevra Yönetim Sistemi unsurlar�n�n araç d��na ç�kar�larak, araç içerisindeki sistemle bir arada kullan�m�n�n sürdürülebilmesi de istenilen özellikler aras�ndad�r. Ke�if ve gözetleme tim personelinin, ke�if bölgesindeki faaliyetlerini araç d��nda sürdürmesi ve istihbarat bilgilerini di�er unsurlara aktarmaya devam edebilmesi, taktik harekat merkezinde görev yapmakta olan personelin, ortak çal��ma, brifing veya provalar s�ras�nda sistemi araç platformu d��nda kullanmaya devam edebilmesi, bu özelli�in uygulama alanlar�n�n ba�l�calar� olarak görülmektedir [3]. 4) SONUÇ Modern ordular�n Tabur Görev Kuvveti organizasyonlar�nda kullan�lmakta olan Muharebe Yönetim Sistemleri, gerçek harekât ortamlar�nda kullan�lan ve A� Merkezli Harp konseptinin sa�lad�� faydalar�n de�erlendirildi�i çal��malarda ele al�nan ba�l�ca komuta kontrol haberle�me ve bilgisayar sistemleri olarak öne ç�kmaktad�r. Bu sistemlerin kullan�m�ndan elde edilen tecrübeler, veri haberle�mesinin güvenilirli�inin ve süreklili�inin sa�lanmas�n�n, bu sistemlerin etkin kullan�m� aç�s�ndan önemini göstermektedir. Güvenilir ve sürekli veri haberle�mesinin yan� s�ra, araç üzeri di�er elektronik sistemlerle entegrasyon, komuta kontrol donan�mlar�n�n araç platformlar� içinde ve d��nda etkin kullan�m�, geli�mi� analiz ve karar destek fonksiyonlar�n�n kazand�r�lmas� ve taktik sahada kullan�mda olan di�er sistemlerle entegrasyon, Muharebe Yönetim Sisteminin A� Merkezli Harp kavram�na uygun olarak geli�tirilmesinde önemli konular


191

olarak incelenmi�tir. 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 Network-Centric 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-TN-0573.pdf

[9] Krausman (2006), “Effects of Alerts on Army Infantry Platoon Leader Decision Making and Performance”, CCRTS-Command Control Research and Technology Symposium 2006.


192


193

GEMKOMS�S: AÇIK M�MAR� VE ULUSLARARASI STANDARTLARA DAYALI SAVA� YÖNET�M S�STEM� YAZILIMI

�zzet Emre ÇET�N (a), Hüseyin KUTLUCA (b) Deniz O�UZ (c), Yeliz O�UZ(d),

Onur TORTAMI� (e) Özlem KOLSUZ (f) Volkan BEYAZGÜN(g)

(a) Teknik Lider, [email protected],

(b) Teknik Lider , [email protected],

(c) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(d) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(e) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(f) Lider Yaz�l�m Mühendisi, [email protected]

(g) Lider Test Mühendisi, [email protected]

(MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres: ODTU Teknokent Ankara)

ÖZET GEMKOMS�S (Gemi Komuta Kontrol Sistemi Yaz�l�m�) Sava� Yönetim Sistemi (SYS) Yaz�l�m� geli�tirilmeye ba�lad�� dönemden itibaren katmanl� ve da��t�k bir mimariyi, bak�m-idame kolayl��n� (teknik ve maliyet), uluslararas� standartlara uyumlulu�u hedefleyen en son teknolojileri ve SYS mimarilerini temel alm��t�r. MilSOFT, Bu nedenle, bu konuda ba�� çeken ve teknolojileri belirleyen uluslararas� organizasyonlar�n (Object Management Group - OMG C4I grup, A.B.D. Deniz Kuvvetleri-Open Architecture Computing Environment- OACE gibi) yakla��mlar�n� ve ortaya koydu�u standartlar� henüz taslak olduklar� a�amalardan itibaren temel alm�� ve bunlar� uygulamaya koyup hayata geçiren dünya çap�nda kurulu�lar aras�nda yer alm��t�r. Geli�tirilen sistemin en önemli özelliklerinden biri de, bu mimariye sahip sisteme hücumbot gibi en küçük ölçekli konfigürasyondan f�rkateyn, uçak gemisi ve denizalt� gibi en karma��k konfigürasyonlara kadar muhtelif platform ihtiyaçlar�na göre kolay ölçeklenebilirlik ve adapte edilebilirlik özelli�ini kazand�rmas�d�r. Bu makalede GEMKOMS�S aç�k sistemi mimarisi ve bu mimarinin temeli olan standartlar anlat�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Aç�k Mimari, OACE, OMG, Sava� Yönetim Sistemi.


194

ABSTRACT GEMKOMS�S 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 GEMKOMS�S 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 GEMKOMS�S architecture and the standards its architecture is based on.

Keywords: Open architecture, OACE, OMG, Combat Management System.

1. G�R�� Günümüzün h�zla de�i�en dünyas�nda, tehdidin tan�m� ve niteli�i de de�i�mektedir. De�i�en tehdit tan�m�na ba�l� olarak, sava� sistemlerinde kullan�lan teknolojiler, almaçlar ve silahlar da h�zla de�i�mekte ve geli�mektedir. Askeri amaçl� geli�tirilen sistemlerin de bu de�i�ime ayak uydurmalar� kaç�n�lmazd�r. Deniz platformlar� için geli�tirilen sistemler aç�s�ndan bu, yeni alt sistemlerin ve i�levlerin h�zla sistemlere eklenebilmeleri ile mümkündür.

De�i�mekte ve çe�itlenmekte olan gereksinimler, askeri al�mlar� da ciddi �ekilde etkilemektedir. Dünya donanmalar�n�n, firma ba��ml�s� kapal� sistemler yerine RAHAT ürünlere ve standartlara dayal� sistemleri öngören ve aç�k mimarilere sahip çözümleri daha çok tercih etti�i görülmektedir.

Dolay�s�yla, sistem mimari tasar�mlar�nda, uluslararas� kabul görmü� aç�k standartlar�n ve mimarilerin kullan�m� daha çok ön plana ç�kmaktad�r.

2000 y�l�ndan beri Komuta Kontrol alan�nda çal��malar�n� sürdürmekte olan MilSOFT, belirtilen ihtiyaçlar� da de�erlendirerek, deniz platformlar�na yönelik olarak, günümüz ihtiyaçlar�n� kar��layacak modern bir SYS yaz�l�m�n�n milli olarak ve ArGe yakla��m� ile gerçekle�tirilmesi maksad�yla 2004 y�l�nda GEMKOMS�S projesi ba�latm��t�r. TÜB�TAK taraf�ndan 2006 y�l�na kadar ArGe deste�i verilen proje ile ortaya konan GEMKOMS�S, Sahil Güvenlik Komutanl��n�n Arama Kurtarma Gemisi in�a projesinde kullan�lacak milli SYS yaz�l�m� olarak seçilmi�tir. Ayr�ca, GEMKOMS�S içerdi�i teknolojik yenilikler nedeniyle, 2007 y�l�nda gerçekle�tirilen 7’inci Teknoloji Ödülleri Kongresinde de TÜB�TAK-TTGV-TÜS�AD taraf�ndan Teknoloji Ba�ar� Ödülüne lay�k görülmü�tür.


195

Bu makalede GEMKOMS�S sistem mimarisi ve bu mimarinin temeli olan standartlar anlat�lmaktad�r.

2. GEMKOMS�S S�STEM M�MAR�S� VE TEMEL�NDEK� STANDARTLAR Deniz platformlar� için de�i�en ihtiyaçlara yan�t verebilecek sistemlerin geli�tirilmesinde, uluslararas� kabul görmü� standartlar�n kullan�m� kaç�n�lamaz bir seçimdir. Bu noktada, as�l kritik olan karar, hangi standartlar�n sistemlerin geli�tirilmesinde kullan�laca��d�r.

GEMKOMS�S geli�tirilmeye ba�lad�� dönemden itibaren katmanl� ve da��t�k bir mimariyi, teknik ve mali aç�lardan bak�m-idame kolayl��n� ve uluslararas� standartlara uyumlulu�u hedefleyen en son teknolojiler ile SYS mimarilerini temel alm��t�r[1,2]. Bu kapsamda;

� Komuta Kontrol sistem mimarisi ve bile�enlerinin seçiminde A.B.D. Deniz Kuvvetleri taraf�ndan olu�turulan Open Architecture Computing Environment (OACE) [3,4] kullan�lm��t�r.

� Verinin da��t�k olarak tutulmas� ve gerçek zamanl� veri da��t�m� için OMG taraf�ndan tan�mlanan “Data Distribution Services” (DDS) arakatman yaz�l�m� gerçekle�tirilmi�tir [5, 6].

� Tam Link-16 deste�i için ve geli�tirilen tüm taktik yaz�l�m birimlerinde Link-16/Link-22 veri yap�lar� kullan�lm��t�r [7, 8].

� NATO gibi parças� oldu�umuz organizasyonlar taraf�ndan geli�tirilen NATO HOSTAC, APP-10D, STANAG 5516 gibi standartlar sistemde uygulanm��t�r.

3. OMG ve OACE STANDARTLARININ GEMKOMS�S’TE KULLANIMI

OACE, A.B.D. Deniz Kuvvetleri birimlerince, sualt�, suüstü ve deniz hava platformlar� Komuta Kontrol sistemleri için 21.yy muharebe sistemleri tasar�m�na temel te�kil etmek üzere geli�tirilmi�, katmanl� ve her katmanda de�i�ik standartlar� öneren teknik bir sistem mimarisidir. 23 A�ustos 2004 tarihinde sürüm 1.0 olarak yay�mlanm��t�r. Bu teknik mimari ile komuta kontrol sistemlerinin etkinli�inin art�r�lmas�, tekrar kullan�labilirli�i ve farkl� platformlara uygulanabilirli�i; standartlara dayal� yap�lar�n ortaya ç�kmas� ile i�letme ve iyile�tirme maliyetlerinin dü�ürülmesi hedeflenmektedir. Bu mimarinin, DDX, AEGIS, SSDS, LCS, E2-C gibi yeni nesil SYS’lerde kullan�lmas� zorunluluk olurken, sa�lad�� yararlar ve avantajlar nedeni ile mevcut sistemlerin de bu mimariye uygun hale getirilmesine çal��lmaktad�r.

�ki cilt olarak yay�mlanan OACE dokümantasyonunun, birinci cildinde uyulmas� gereken standartlar en alt seviyedeki donan�m bile�enlerinden ba�lamak üzere listelenirken ikinci cildi ise, tasar�m rehberi olarak düzenlenmi�tir.

GEMKOMS�S, kabinet standard� gibi donan�m standartlar� hariç, OACE birinci cildinde belirtilen tüm standartlara uymaktad�r [3].


196

Tablo 1 OACE Standartlar� ve GEMKOMS�S Seçimleri

Uygulama Alan� OACE Taraf�ndan Önerilen Standartlar

GEMKOMS�S’te Kullan�lan Standartlar

��letim Sistemi POSIX Uyumlu POSIX Veri Transferi IEEE 802, IETF IEEE 802 Fast ve Gigabit

Ethernet ��letim Ortam� Standart belirtilmemi�,

RAHAT ürünlerin kullan�m� X86 RAHAT Bilgisayarlar

Da��t�m Arakatman�

DCOM, CORBA, DDS, RMI, MPI. XML

DDS

Uyarlama Arakatman�

Standart belirtilmemi� POSIX tabanl� ürünler

Gerek duyulmam��t�r. POSIX temel al�nm��t�r

Çerçeve Yaz�l�mlar� (Frameworks)

Standart belirtilmemi� MilSOFT taraf�ndan geli�tirilen POSIX tabanl� süreç, hataya dayan�kl�l�k, vb gibi çerçeve yaz�l�mlar�

Bilgi Yönetimi SQL, JDO, JDBC SQL ve JDO Kaynak/Sistem Yönetimi

Standart belirtilmemi� OMG AMSM

Zaman Senkronizasyonu

NTP, IRIG NTP

Programlama Dilleri

SUN Java, ANSI/ISO/IEC C++, ISO/IEC ADA

SUN Java, ANSI/ISO/IEC C++

Tablo 1’de yer alan baz� maddelerde OACE standartlar� yay�mland�� tarihte henüz olu�mu� bir standart mevcut olmad��ndan, bu konularda bir standart belirtilmemi�tir. Örne�in, Kaynak/Sistem Yönetimi için, yay�m tarihinde olu�mu� bir standart olmamas�ndan dolay� bir standart gösterilememi�tir. Ancak, daha sonraki tarihlerde OMG taraf�ndan standart hale getirilen Application Monitoring and System Management (AMSM) standard� GEMKOMS�S sisteminde geli�tirilmi� ve uygulanm��t�r.

GEMKOMS�S, OACE standard�n�n ikinci cildinde yer alan tasar�m kriterlerini uygulamaktad�r [4]. Bu tasar�m kriterlerinden önemli görülenler ve GEMKOMS�S’in ilgili uygulamalar� a�a��daki gibidir:

a. Da��t�k bir mimaride uygulama, veri sergilemesi ve verinin, aralar�ndaki ba��ml�l��n azalt�lmas� maksad�yla ayr�lmas�

� �nsan Makine Arayüzü (MMI) ve uygulamalar�n ayr�lmas� � Verinin uygulamalar aras�nda yay�mla-abone ol mimarisinde,

DDS veri nesneleri (topic) halinde payla��lmas� b. Standartlara dayal� RAHAT i�letim ortamlar�n�n kullan�lmas�


197

� X86 ve SPARC mimarileri, LINUX, SOLARIS i�letim sistemleri uygulamalar�n�n fonksiyonel olarak bölümlenmesi

� Taktik uygulamalar�n, orta büyüklükteki modüller (sat�r say�s� birkaç bine kadar) halinde geli�tirilmesi

c. Nesne Yönelimli (Object Oriented) programlama tekniklerinin ve dillerinin kullan�lmas� ve yaz�l�m birimleri aras�nda arakatman teknolojilerinin kullan�lmas�

� Nesne Yönelimli C++ dilinin kullan�lmas� � Nesne Yönelimli Java dilinin kullan�lmas� � DDS arakatman�n�n kullan�lmas�

d. Uygulama detaylar�n� kullan�c�lar�ndan saklayan tasar�m mekanizmalar�n�n ve arayüzlerin (API) kullan�m�

� DDS arakatman� ve yay�mla-abone ol mimarisinin sistemde ana tasar�m kal�b� olarak kullan�m�

e. Uygulamalar�n ta��nabilirli�i (portability) ve çal��aca�� fiziksel ortamdan (bilgisayar, i�lemci, a�, vb.) ba��ms�zl��

� Uygulamalar�n çal��aca�� bilgisayardan ba��ms�z olmas� ve i�lemci havuzu (pool of processor) kavram�n�n uygulanmas�

� DDS arakatman�n�n IP adreslerini uygulamalardan gizlemesi f. Mimari ve tasar�m kal�plar�n�n ve çerçeve yaz�l�mlar�n�n tekrarlanabilir, yüksek kalitede uygulamalar üretilmesi için kullan�m�

� DDS Yay�mla-abone ol mimarisi � Katmanl� yap� � “Gang of Four” (GoF) tasar�m kal�plar�n�n kullan�lmas�

g. Uygun yaz�l�m geli�tirme ve test araçlar�n�n tasar�m, uygulama ve test a�amalar�nda kullan�m�

� Tasar�mda “Unified Modelling Language (UML) kullan�m�, gereksinim yönetim gereçlerinin kullan�lmas�, CPPUNIT ve JUNIT araçlar�n�n birim testlerinde, MilSOFT taraf�ndan geli�tirilen DDS arac�n�n (DDS SPY) sistem entegrasyon ve testlerinde kullan�lmas�, Otomatik derleme araçlar�n�n kullan�m�.

GEMKOMS�S mimarisinin �ekillenmesinde OACE standartlar� kadar önemli rol oynayan di�er standartlar OMG taraf�ndan geli�tirilmekte ve yay�mlanmaktad�r. OMG, uluslararas� kat�l�ma aç�k, kar amac� gütmeyen bir standardizasyon kurulu�udur. Bünyesindeki de�i�ik gruplar arac�l�� ile yaz�l�m endüstrisinin farkl� ihtiyaçlar�n� kar��layacak standartlar olu�turmaktad�r. GEMKOMS�S bünyesinde geli�tirilen sa�lam i�letim ortam� ve ortak servisler, OMG taraf�ndan geli�tirilen/geli�tirilmekte olan standartlara uygundur.

MilSOFT taraf�ndan geli�tirilen DDS arakatman� OMG taraf�ndan yay�mlanan standarda tam olarak uymaktad�r. DDS arakatman�, GEMKOMS�S sisteminde kullan�lmakta ve birçok servis kalitesi (Quality of Service) k�stas�n�n sa�lanmas�nda önemli rol oynamaktad�r.


198

Da��t�k ve gerçek zamanl� sistemleri olu�turan birimlerin (uygulamalar, i�lemci birimleri, a� birimleri, vb.) izlenmesi ve kontrol edilmesi, özellikle deniz platformlar� için geli�tirilen sistemler gibi karma��k ve belirli bir büyüklükteki sistemler için önem arz etmektedir. Sistem Yönetimi amac� ile kullan�lmak üzere OMG taraf�ndan yay�mlanan AMSM standard� GEMKOMS�S bünyesinde geli�tirilmi�tir. Bu üründe, AMSM standard�n�n DDS profili kullan�lm��t�r.

DDS arakatman yaz�l�m�, Sistem Yönetimi birimi ve di�er çerçeve yaz�l�mlar� ile birlikte, komuta kontrol sistemleri için sa�lam ve gerçek zamanl� bir yaz�l�m ortam� sunmaktad�r. Geli�tirilen bu birimler, MilSOFT bünyesinde geli�tirilen di�er komuta kontrol sistemlerinin/uygulamalar�n�n (Link sistemleri, insans�z hava arac�na yönelik sistemler, vb.) da temel ta�� olmaktad�r.

Deniz platformlar� için geli�tirilen sistemlerde ortak bir yaz�l�m ortam�n�n yan� s�ra, gerekli olan birçok servis de ortakl�k göstermektedir. Bunlardan baz�lar�, Alarm Yönetimi, Taktik Resim Sergileme altyap�s� ile gemi ve ortam bilgileri da��t�m sistemleridir.

MilSOFT taraf�ndan geli�tirilen “Alarm Warning Information Management” (AWIM) birimi, sistemde olu�acak alarmlar�n yönetilmesinde kullan�lmaktad�r. Bu birim, OMG taraf�ndan geli�tirilmekte olan “Alarm Management System” (ALMAS) standard�n� takip etmektedir. Bu birim dahilinde, olu�acak alarmlar�n ilgili yaz�l�m birimlerine iletilmesi, ilgili alarm ya�am döngülerinin kontrol edilmesi ve daha sonra incelenebilmek üzere kaydedilmesine yönelik fonksiyonlar içermektedir.

Komuta Kontrol Sistemlerinin MMI uygulamalar�na yönelik olarak geli�tirilen “Tactical Picture Infrastructure” (TPI) altyap�s�, OMG taraf�ndan standardizasyon faaliyetleri süren “Tactical Situation” (TACSIT) standard�n� takip etmektedir. Bu birim sayesinde, MilSOFT taraf�ndan geli�tirilen sistemlerin MMI altyap�lar� ortak bir birim sayesinde sa�lanmaktad�r.

Bütün bunlar�n yan� s�ra, OMG’de standardizasyon çal��malar� henüz çok yeni ba�lam�� olan “Generic Navigation Interface” çal��malar� takip edilmektedir.

GEMKOMS�S sisteminde temel al�nan standartlar sadece aç�k standartlar de�ildir. Taktik uygulamalara yönelik olarak, özellikle NATO ve di�er uluslararas� kurulu�lar taraf�ndan geli�tirilen standartlar da yo�un olarak kullan�lmaktad�r. Bunlardan baz�lar� �unlard�r:

� Sistemdeki veri yap�lar� için STANAG 5516 Tactical Data Exchange Link-16 ve STANAG 5522 Tactical Data Exchange Link-22.

� Gemiden yap�lacak helikopter operasyonlar� için Helikopter ve Uçak Kontrol Birimi, NATO taraf�ndan yay�mlanan “Helicopter Operations from Ships Other than Aircraft Carriers” (HOSTAC) standard�na uygun olarak geli�tirilmi�tir.


199

� GEMKOMS�S’e entegre Mesaj Yönetimi Sistemi için AdatP-3 Baseline-12 Standard� temel al�nm��t�r. Bu birim sayesinde formatl� ve serbest metin mesajlar, sistem verisi kullan�larak otomatik olarak haz�rlanabilmektedir.

� Arama Kurtarma yaz�l�m birimi “International Maritime Organization” taraf�ndan yay�mlanan “International Aeronautical Maritime Search and Rescue Manual” (IAMSAR)’a uygun olarak geli�tirilmektedir.

� Otomatik Tan�ma Sistemi (AIS) için ITU-R M.1371-1

Yukar�da bahsi geçen standartlar temel al�narak geli�tirilmi� GEMKOMS�S sistemi için temel mimari çizimi �ekil 1’de verilmi�tir.

Arakatman ve Sistem Yönetimi seviyesi, gerçek zamanl� ve da��t�k komuta kontrol sistemleri için ortak bir i�letim ortam� sunmaktad�r. MilSOFT bünyesinde de bu birimler de�i�ik komuta kontrol sistemi projelerinde kullan�lmaktad�r.

Her komuta kontrol sisteminde ihtiyaç olan ve taktik uygulamalar�n görevlerini yerine getirebilmesi için gerekli olan servisler, Ortak Servisler katman�nda toplanm��t�r. Bu servisler için platformdan platforma de�i�iklik beklenmemektedir. Bu servislere örnek olarak sistemdeki alarmlar�n yönetimi için AWIM, komuta kontrol sistemlerindeki operatör arayüz fonksiyonu için ortak bir altyap� te�kil eden TPI gösterilebilir.

�ekil 1 GEMKOMS�S Temel Mimarisi

Sava� Yönetim Sisteminin ana taktik uygulamalar�n� içeren “Ortak Fonksiyonlar” katman� birimleri de platformlar aras� ortakl�k gösteren bir yap�da olup, tekrar kullan�labilir niteliktedir. Bu katman fonksiyonlar� da farkl� sistemler aras�nda ortak fonksiyonlar�n uyumlulu�u aç�s�ndan önemlidir. Bu katmandaki fonksiyonlara örnek olarak, seyir yönetimi, iz yönetimi gibi fonksiyonlar gösterilebilir.


200

Her platforma özgü almaç ve silahlar� sisteme entegre eden altsistem entegrasyon birimleri ve Arama Kurtarma gibi platforma özgü fonksiyonlar en üst katmanda gruplanm��t�r. Bu birimler, almaç ve silahlar ayn� kald�� sürece ve operasyonel ihtiyaçlar platformlar aras� payla��ld�� ölçüde tekrar kullan�labilirlik içermektedir.

4. GEMKOM�S S�STEM�N�N T�CAR� OLARAK KULLANIMI

Yeniden kullan�labilir bir SYS altyap�s�n�n geli�tirildi�i GEMKOMS�S projesi 2006 y�l� sonunda geldi�i nokta itibari ile MilSOFT’ta iki yeni ürün hatt�n�n (Product Line) olu�umuna neden olmu�tur. 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 karma��k ve büyük sistemlere (f�rkateyn, denizalt� gibi) kadar farkl� ölçeklerde sava� yönetim sistemi ihtiyaçlar�n� kar��lamak için kullan�labilecek bir ürün hatt� mimarisini ve bu mimariye uyumlu ortak temel bile�enleri ana varl�k olarak geli�tirmeyi ve kullan�c�lara sunmay� hedef alm��t�r. Halihaz�rda, “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 altyap�lar� sunmaktad�r.

�kinci ürün hatt� projesi olan “CE-PL (Computing Environment Product Line)” DDS arakatman�, sistem yöneticisi ve çerçeve yaz�l�mlar�ndan olu�an i�letim ortam� bile�enlerinin sürekli olarak geli�tirilmesi ve iyile�tirilmesini hedeflemektedir. Bu Ürün hatt� sadece Sava� Yönetim Sistemleri ve ilgili Ürün hatt� ile s�n�rl� kalmayarak �nsans�z Hava Arac�, Çoklu Veri Linkleri ve Aviyonik yaz�l�m projelerinde de kullan�lmaktad�r.

5. SONUÇ GEMKOMS�S, aç�k bir sistem mimarisinde güncel standartlar� temel alan bir sava� yönetim sistemidir. Sava� Yönetim Sistemlerinde sistem fonksiyonlar�n�n aç�k mimari anlay��na göre de�i�ik seviyelerde gruplanmas� ve standartlara dayand�r�lmas�, fonksiyonlar�n de�i�ik platformlarda tekrar kullan�labilirli�ini art�rmakta, “bir sefer geli�tir / hatalar�n� düzelt” felsefesinin farkl� platformlarda uygulanabilmesine imkan vermektedir. Bu anlay��, beraberinde sistemlerin ilk ve hayat döngüsü maliyetlerinin azalt�lmas�n� da getirmektedir. Standartlara dayal� sistem geli�tirmek tek kaynak ba��ml�l��n� ortadan kald�rmaktad�r. Bu anlay��la GEMKOMS�S ile geli�tirilen standartlara dayal� altyap�n�n desteklenmesi ve yeniden kullan�labilmesi amac� ile ürün hatt� projeleri olu�turulmu� ve de�i�ik projelerin kullan�m�na sunulmu�tur.


201

KAYNAKÇA

[1] H.Kutluca, �.E.Çetin, E.Deniz, B.Bal (2007), MilSOFT DDS Arakatman� ve DDS’in Sava� Yönetim Sistemlerinde Simülasyon Amaçl� Kullan�m�” 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.K�l�c, 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)


202


203

SAVA� YÖNET�M S�STEMLER� �Ç�N STANDARTLARA DAYALI S�STEM DENETLEME VE UYGULAMA YÖNET�M� FONKS�YONU

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

(a) Yaz�l�m Mühendisi, MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

(b) Yaz�l�m Mühendisi, MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

(c) Yaz�l�m Mühendisi, MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

(d) Lider Yaz�l�m Mühendisi, MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

(e) Lider Yaz�l�m Mühendisi, MilSOFT Yaz�l�m Teknolojileri A.�, Adres, ODTU Teknokent Ankara, [email protected]

ÖZET Görev kritik olan Sava� Yönetim Sistemlerinde (SYS) hataya dayan�kl�l��n sa�lanmas� ve sistem bile�enlerinin durumlar�n�n izlenmesi ve takibi amac� ile Sistem Denetimi ve Uygulama Yönetimi (SDUY) fonksiyonuna ihtiyaç duyulmaktad�r. SDUY, sistemde bulunan bilgisayarlar�, a� anahtarlar�n� ve a�� denetler, uygulamalar� yönetir ve istenmeden sonlanan uygulamalar� tekrar ba�lat�r. Günümüze kadar SYS üreticileri SDUY gereksinimlerini kendi özel çözümleri ile kar��lamaktayd�. Object Management Group (OMG), SYS’de sistem yönetimi fonksiyonlar�n�n standart bir �ekilde sa�lanmas� amac� ile Application Management and System Monitoring for CMS (AMSM) standard�n� olu�turmu�tur. MilSOFT bu standarda dayal� bir sistem yönetim fonksiyonunu Gemi Komuta Kontrol Sistemi Yaz�l�m� (GEMKOMS�S) projesi kapsam�nda geli�tirmi�tir. Bu makalede, geli�tirilen SDUY fonksiyonu, SYS’de üstlendi�i roller ve di�er kullan�m alanlar� anlat�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Sava� Yönetim Sistemi, AMSM, Uygulama Yönetimi, Sistem Yönetimi, Da��t�k 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


204

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 GEMKOMS�S 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. G�R�� Günümüz SYS’leri firmaya ba��ml�l�� azaltmak ve idamesini kolayla�t�rmak aç�s�ndan da��t�k mimariye sahip ve geni�leyebilirli�i olan sistemlerdir. Bu tür sistemler genellikle donan�m ve yaz�l�m aç�s�ndan birçok altyap� teknolojileri kullan�larak geli�tirilir. Sistem bile�enlerinin ço�u farkl� üreticiler taraf�ndan geli�tirilmektedir. Bu �ekilde tasarlanm�� heterojen, gerçek zamanl�, görev kritik olan SYS’lerin hataya dayan�kl�l��n sa�lanmas�, sistem bile�enlerinin durumlar�n�n izlenmesi ve takibinde, ortak anlay��a sahip, standartlara dayal�, Sistem Denetleme ve Uygulama Yönetimi (SDUY) fonksiyonuna ihtiyaç duyulmaktad�r.

SDUY ihtiyac�n�n kar��lanmas� için farkl� yakla��mlar vard�r. Bütünle�tirilmi� sistem üreticileri ve sistem bütünle�tiricileri, bile�enlerin denetlenmesi ve yönetimi için özel çözümlerini sunmaktad�r. Bu durumda farkl� bak�� aç�lar� ve yakla��mlar ortaya ç�kmaktad�r. Ortak bir anlay��n olu�mas� için OMG, sektörün öncü firmalar�yla birlikte bir standart geli�tirmi�tir. “Application Management and System Monitoring for CMS Systems (AMSM)” [1] ad�ndaki bu standart ihtiyaçlar� kar��lamak için temel olu�turmaktad�r. Platform ba��ms�z modelin sunuldu�u standartta, platform özel XML, CORBA/IDL, DDS ve CIM MOF modelleri de tan�mlanm��t�r.

MilSOFT GEMKOMSIS projesi kapsam�nda OMG’nin yay�mlad�� “AMSM for CMS Systems” standard�na uyumlu SDUY’ni gerçekle�tirmi�tir. SDUY da��t�k mimariye sahip olan SYS bilgisayarlar�n�n aç�lmas�, gerekli uygulamalar�n ilgili bilgisayarlarda ba�lat�lmas�, uygulamalar�n çal��ma durumlar�n�n gözlemlenmesi, gerekti�inde devre d�� kalan uygulamalar�n yeniden ba�lat�lmas� ve a� denetlemesi i�levini gerçekle�tirmektedir. Bu uygulama halihaz�rda çoklu veri link i�lemcisi ve insans�z hava arac� görüntü k�ymetlendirme sistemi gibi di�er projelerimizde de kullan�lmaktad�r.

2. “APPLICATION MANAGEMENT AND SYSTEM MONITORING FOR CMS SYSTEMS” STANDARDI OMG standard� olu�turulurken, öncelikli olarak platform ba��ms�z modeli tan�mlam��t�r. Daha sonra ba��ms�z modele uyacak platform ba��ml� modelleri ortaya konmu�tur. Platformlardan baz�lar� �unlard�r: IDL, XML, CIM, DDS.


205

Standarda uyacak uygulamalar�n kabiliyetleri �u �ekilde tan�mlanmaktad�r:

a. LW Logging (Hafif Kay�t): Bilgi kayd� yapabilmek için arayüz sa�lamay� tarif eder.

b. AMS Management (Yönetim): AMSM servisi için giri� noktas�. Tan�mlanan arayüzler sayesinde durum bilgilerinin al�nmas� ve bu bilgilere abone olunmas� sa�lan�r.

c. Supported Application Model (Desteklenen Uygulama Paketi): AMSM servisinin destekledi�i uygulama modellerini tan�mlar.

d. Application (Uygulama): Uygulamalar�n çal��ma zaman�nda denetlenmesini ve yönetimini sa�lar.

e. Application Specification (Uygulama Tan�mlama): Uygulamalar�n tan�mlanmas� ve konfigürasyonlar�n�n yap�lmas�n� sa�lar.

f. Application Deployment (Uygulama Yerle�tirme): Çal��ma zaman�nda uygulamalar�n yerle�im konfigürasyonunu sa�lar.

g. Application Deployment Specification (Uygulama Yerle�imi Tan�mlama): Uygulamalar�n çal��ma zaman�nda hangi bilgisayarlara yerle�tirilece�inin tan�m�n�n yap�lmas�n� sa�lar.

h. Logical Hardware (Donan�m): Donan�m topolojisini ve durum bilgilerini sa�lar.

i. Logical Hardware Specification (Donan�m Tan�mlama): Donan�mlar�n ve bilgisayar a�lar�n�n tan�mlanmas�n� sa�lar.

Standarda uyumluluk, tan�ml� profiller arac�l��yla belirlenmi�tir. Profillerin içerikleri paketlerle verilmi�tir. Tan�ml� olan paketler �u �ekildedir:

a. Normal Profile (Normal Profil): Temel ve gerçekle�tirilmesi zorunlu olan profildir.

b. Maximum Control Profile (Maksimum Kontrol Profili): Uygulamalar�n kontrolünü art�rmak amac�yla tasarlanm�� profildir.

c. Fault Tolerance Management Profile (Hataya Dayan�kl�l�k [HD] Yönetim Profili): Hataya dayan�kl�l�� art�rmak amac�yla tan�mlanm�� profildir.

d. Load Balancing Management Profile (Yük Da��t�m [YD] Yönetim Profili): Uygulamalar�n i�lem yükünü da��tmak amac�yla tan�mlanm�� profildir.

e. Hardware System Management Profile (Donan�m [Do] Yönetim Profili): Donan�mlar�n denetlenmesi ve yönetilmesi amac�yla haz�rlanm�� profildir.

Çizelge 1’de profillerde uyumluluk için gerçekle�tirilmesi gerekli paketlerin tablosu verilmi�tir.


206

Çizelge 1 Profil - Paket Tablosu Profiller

Normal HW

System Mgn

Fault Tolerance

Load Balancing

Maximum Control

Pak

etle

r

LW Logging T T T T T

AMSM Management

K (Do , YD ve

HD özellikleri hariç )

+ Do özellikleri

+HD özellikleri

+ YD özellikleri K

Supported Application Model

T T T T T

Application K

(YD ve HD özellikleri

hariç )

K +HD özellikleri

+ YD özellikleri

+ opsiyonel özellikler

Application Specification

K (YD ve HD özellikleri

hariç )

K +HD özellikleri

+ YD özellikleri K

Application Deployment T T T T T

Application Deployment Specification

T T T T T

Logical Hardware K T K K K

Logical Hardware Specification

U/D T U/D U/D U/D

T: Tamam�; K: K�smen; U/D: Uygulanabilir De�il

3. AMSM STANDARDINA UYUMLU MilSOFT SDUY YAZILIMI MilSOFT, OMG grubu üyesi olarak DDS arakatman� standard� [2] ve C4I çal��ma grubunun olu�turdu�u di�er standartlara uyum sa�lamaktad�r. Bunlarla birlikte olu�turulmakta olan yeni standartlar konusunda OMG taraf�ndan düzenlenen konferans ve teknik toplant�larda kendi yakla��m�n� sunmu�tur. MilSOFT AMSM standard�nda tan�mlanan DDS platform özel modelini referans alarak SDUY yaz�l�m�n� geli�tirmi�tir. DDS arakatman� veri merkezli yay�mla-abone ol mimarisine sahiptir. Yay�mla-abone ol mimarisi, veriyi üreten ile veriyi kullanan�n, birbirlerinin varl��ndan haberdar olmamas�n� sa�lamaktad�r. Bunun sonucunda, sisteme yeni modüller kolayl�kla entegre olabilmekte ve sistemde bir de�i�iklik yapmadan mevcut verilere abone olunup gerekti�inde yeni veriler üretilebilmektedir.


207

MilSOFT SDUY yaz�l�m� SYS’de ço�unlukla kullan�lmakta olan Solaris, Linux ve Windows i�letim sistemlerinde çal��acak �ekilde gerçekle�tirilmi�tir. Bu i�letim sistemlerinin heterojen olarak bulundu�u sistemlerde MilSOFT SDUY yaz�l�m� uyumlu ve entegre bir �ekilde çal��maktad�r.

DDS platform özel modelde, SDUY yaz�l�m� ile haberle�meler, modelde tan�mlanan DDS arayüzü ile gerçekle�mektedir. Kolayl�k olmas� aç�s�ndan genel kullan�ma uygun olarak SDUY ile çal��an grafik arayüzü MilSOFT taraf�ndan geli�tirilmi�tir. �ekil 1’de örnek bir ekran görüntüsü sunulmu�tur.

�ekil 1. Sistem Yönetimi Örnek Kullan�c� Ekran�

Bu ekranda sistemde çal��an bilgisayarlar�n, Ethernet a�lar�n�n ve anahtarlar�n�n durumlar� izlenirken, bilgisayarlar üzerinde çal��an programlar�n da durumlar� kontrol edilebilmektedir. Sistem, aksakl�k görülen Ethernet ba�lant�s�n� ve anahtar�n� devre d�� b�rakarak, di�er a� ve a� anahtar�na otomatik olarak geçi�i sa�lamaktad�r. Ayr�ca çöken programlar da verilen profile ba�l� olarak, ayn� ya da di�er bilgisayarlarda otomatik olarak çal��t�r�labilmektedir. Bu sayede, SYS’nin görevini, kesintisiz olarak gerçekle�tirmesi sa�lanmakta, zaman kritik i�levlerde herhangi bir bilgi kayb�na imkan verilmemektedir.

SDUY yaz�l�m� hataya dayan�kl� olarak tasarlanm��t�r. Ayn� anda birden fazla kopyas� çal��makta, aktif kopyada hata olu�mas� durumunda pasif olan kopyalardan biri aktif hale gelip, çökenin yerine geçmektedir.


208

4. STANDARDA UYUMLU SDUY YAZILIMININ ÖNEM� Firma ba��ml� ve kapal� sistemler yerine standartlara dayal� sistemleri öngören aç�k mimarilere sahip çözümler gün geçtikçe dünya donanmalar�nca daha çok kabul görmektedir. Bu ko�ullarda, aç�k ve uluslararas� kabul görmü� standartlar�n ve mimarilerin kullan�m�, sistemlerin tasar�mlar�nda ve mimarilerinde daha da önem kazanmaktad�r. Örne�in, aç�k mimari yakla��m�n� sualt�, suüstü, deniz hava platformlar� Komuta Kontrol sistemlerinde yayg�n bir �ekilde kullan�lmas�n� sa�lamak üzere Amerikan Deniz Kuvvetleri birimleri Open Architecture Computing Environment (OACE) [3,4] standard�n� olu�turmu�lard�r. Bu teknik mimari ile komuta kontrol sistemlerinin etkinli�inin art�r�lmas�, tekrar kullan�labilirli�i ve farkl� platformlara uygulanabilirli�i, standartlara dayal� yap�lar�n ortaya ç�kmas� ile i�letme ve iyile�tirme maliyetlerinin dü�ürülmesi hedeflenmektedir Bu sistem mimarisindeki temel ta�lardan birisi olarak “Sistem Yöneticisi” öngörülmü�tür. OACE standard� yay�mland�� s�rada herhangi bir Sistem Yöneticisi standard� olmad�� için sadece Sistem Yöneticisi ihtiyaçlar� belirlenmi�tir. Geli�tirilen OMG AMSM standard�na uyumlu Sistem Yöneticisi ilgili standartta beklenen gereksinimleri tam olarak kar��lamaktad�r.

Geli�tirilen AMSM uygulamas� standart arayüzler ve farkl� i�letim sistemleri deste�i ile görev kritik birçok da��t�k sistemde (özellikle komuta kontrol sistemlerinde) kullan�labilir bir altyap� yaz�l�m�d�r. Standart arayüz üzerinden ileti�im kuran AMSM uygulamas�n� kullanan projeler kendi ihtiyaçlar�na göre gerekli görsel arayüzü sa�layabilir ya da AMSM arayüzünü kullanan daha geli�mi� sistem yönetimi (dinamik yük da��t�m� gibi) fonksiyonlar�n� geli�tirebilir.

Selex ve Thales firmalar� AMSM standard�n�n CORBA profilini geli�tirmi� ve kendi sistemlerinde uygulamaktad�r [5]. AMSM standard�na uyumlu farkl� ürünlerin ortaya ç�kmas� bu standard�n kabul görmesi ve aç�k mimari yakla��m�na geçi� aç�s�ndan önemlidir.

5. SONUÇ MilSOFT, geli�tirilen DDS arakatman yaz�l�m� ve AMSM tabanl� Sistem Yönetimi fonksiyonlar� [6] ile tamamen aç�k ve uluslararas� standartlara dayal� bir i�letim ortam�n� sunmu�tur. Linux, Solaris ve Windows i�letim sistemlerine uyarlanm�� olan Sistem Yöneticisi, Sava� Yönetim Sistemi, Çoklu Veri Link ��lemcisi ve �nsans�z Hava Arac� Görüntü K�ymetlendirme Sistemi projelerinde kullan�lmaktad�r. Standartlara dayal� bir sistem yönetimi fonksiyonu geni� bir alandaki da��t�k yap�daki komuta kontrol sistemlerinde kullan�m alan� bulabilmekte ve bu sistemlerin hataya dayan�kl�l�k ihtiyac�n� standartlara dayal� bir �ekilde kar��lamaktad�r.

KAYNAKÇA [1] OMG (2007): “Application Management and System monitoring for CMS Systems” http://www.omg.org


209

[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.


210


211

NAMLU BENZER� FERROMANYET�K S�L�ND�R�K YAPILARDA OLU�AN M�KRO ÇATLAKLARIN MANYET�K AKI KAÇAKLARI YÖNTEM� �LE

BEL�RLENMES�

Mustafa GÖKTEPE(a) ,Yavuz EGE(b), Osman KALENDER(c), Deniz PER�N(a), M.Gökhan �ENSOY (b) , Hatice YILLIK (b)

(a) BAU, Fen Edebiyat Fak.,Fizik Böl., 10100, Bal�kesir, [email protected], [email protected]. (b) BAU, Necatibey E�t. Fak.,Fizik E�it. Böl., 10100, Bal�kesir, [email protected],

[email protected]. , [email protected]. (c) Kara Harp Okulu Dekanl��, Teknik Bilimler Böl., Bakanl�klar, Ankara,[email protected].

ÖZET

Bu çal��mada namlu benzeri silindirik geometriye sahip ferromanyetik malzemelerin üretilmesi ya da kullan�lmas� esnas�nda olu�an yüzey ve yüzeyalt� mikro çatlaklar�n manyetik ak� kaçaklar� yöntemi ile belirlenmesi için yeni bir manyetik tahribats�z test sistemi geli�tirilmi�tir. Geli�tirilen manyetik tahribats�z test sistemi, taray�c� sistem ve elektronik kontrol arabiriminden olu�maktad�r. Sistem, hem manuel hem de bilgisayarla kontrol edilebilmektedir. Sistemde silindirik numune üzerindeki çatla�� belirlemede kullan�lan sensör numune üzerinde her noktadan veri alabilmektedir. Bu bildiride, geli�tirilen manyetik tahribats�z test sisteminin yap�m�, kontrolü ve elde edilen deneysel sonuçlar ayr�nt�l� olarak tart��lm��t�r.

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 product�on or wield of barrel-like ferromagnet�c 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 kapsam�nda ileri sürülen görü�ler yazarlar�n �ahsi görü�leridir. Türk Silahl� Kuvvetleri ile bir ilgisi yoktur


212

1. G�R�� Günümüzde sivil ve askeri amaçl� endüsriyel uygulamalarda, malzemeler tahribats�z muayene teknikleri ile kontrolleri yap�lmaktad�r. Bu teknikler aras�nda ultrasonik, manyetik parçac�k, s�v� penetrant, akustik emisyon, girdap ak�mlar�, radyografi ve manyetik ak� kaçaklar� testi yeralmaktad�r [1-12]. Bu tekniklerin kendine özgü baz� s�n�rl�l�klar� ve uygulama �ekilleri vard�r. Fakat bunlar aras�ndaki iki yöntemde malzemedeki çatlaklar�n fiziksel özelliklerinin tespit edebilmek için, kullan�lan alg�lay�c�n�n malzeme üzerindeki konumunun net olarak bilinmesi gerekmektedir [2-8]. Bu yöntemler, ultrasonik ve manyetik ak� kaçaklar� testidir. Bu iki tahribats�z test tekni�inde alg�lay�c� iki yada üç boyutta hareket edebilen bir aparata monte edilmelidir. Bu do�rultuda çal��mam�zda yeni bir manyetik ölçüm sistemi kurulmu�tur. Silindirik �eklindeki malzemelerin manyetik ak� kaçaklar� testi için dizayn edilen manyetik ölçüm sisteminin mekani�i, elektronik kontrolü ve kullan�labilirli�i bu çal��ma kapsam�nda detayl� olarak tart��lm��t�r. 2. MANYET�K ÖLÇÜM S�STEM� 2.1. Taray�c� Sistemin Bilgisayarla Kontrolü Manyetik ak� kaçaklar� testi için tasarlanan Manyetik ölçüm sistemi, taray�c� sistem ve bu sistemin bilgisayarla kontrolünü sa�layan elektronik üniteden olu�maktad�r. Taray�c� sistemde yeralan m�knat�slay�c� bobinin,alg�lay�c�n�n ve numunenin yanal yüz de�i�im hareketini ad�m motorlar� sa�lamaktad�r. Bu yüzden taray�c� sistemin bilgisayarla kontrol edilebilmesi için, bilgisayar�n, bu ad�m motorlar�n ç�k�� uçlar�na uygun verileri göndermesi gerekmektedir. Bu çal��mada, verinin gönderilmesi ve verinin al�nmas� için, bilgisayar�n paralel portu kullan�lm��t�r(�ekil 1).

�ekil 1. Optik izoleli ad�m motor kontrol devresi[13].


213

2.2. Alg�lay�c�dan Bilgisayara Bilgi Aktar�m� Taray�c� sistem üzerinde silindirik ferromanyetik malzemenin yüzeyindeki manyetik ak� de�i�imini belirleyen alg�lay�c� yeralmaktad�r. Yanal yüzey taramas� esnas�nda m�knat�slay�c� bobinin tam ortas�nda sabit bir konumda durmaktad�r. Yanal yüzey taran�rken hem m�knat�slay�c� bobin hem de alg�lay�c� konum de�i�tirmektedir. Yanal yüzey taramas� esnas�nda alg�lay�c�dan gelen analog sinyalin genli�i �ekil 2’deki i�lem basamaklar�ndan geçerek bilgisayara aktar�lmaktad�r.

�ekil 2. Alg�lay�c�dan bilgisayara bilgi aktar�m�[13]. �ekilde analog çoklay�c� bilgisayar kontrollü olup, birden fazla alg�lay�c�dan gelecek sinyallerin hangi s�rayla bilgisayara aktar�laca��n� belirlemektedir. Analog çoklay�c�dan geçen analog veri birebir olarak AC sinyali DC sinyale çeviren dönü�türücüye gelmekte ve ayn� büyüklükte DC analog veriye dönü�mektedir. DC analog veri analog-dijital çevirici sayesinde bilgisayar�n paralel portuna aktar�lmaktad�r (�ekil 3). Yazd��m�z Microsoft Visual Basic program� sayesinde de porttaki dijital veri okutulup, bir text dosyas�na yaz�lmaktad�r.

�ekil 3. Analog-Dijital çeviriciden paralel porta veri aktar�m�[13].

Alg�lay�c�

Analog Multiplexer

Yükselteç Devreleri

AC/DC Dönü�ümü

ADC0804 ve 74LS157

Multiplexer Bilgisayar


214

2.3. 3D Taray�c� Sistemin Mekani�i Taray�c� sistemde, 4 farkl� hareket birbirinden ba��ms�z bir �ekilde yapt�r�labilecek �ekilde tasarlanm��t�r. Bunlar, m�knat�slay�c� sistemin hareketi, alg�lay�c�n�n hareketi, yanal yüzü tarama hareketi ve yanal yüz de�i�tirme hareketidir. Sistemde, tarama i�lemi ba�lamadan önce m�knat�slay�c� bobin ve alg�lay�c�n�n konum ayar� yap�labilmektedir. M�knat�slay�c� bobin silindirik malzeme yüzeyine de�ecek �ekilde ayarland�ktan sonra �ekil 4’de blok diyagram� verilen m�knat�slay�c� sistem sayesinde m�knat�slanmaktad�r.

�ekil 4. M�knat�slay�c� sistemin blok diyagram�[13].

Bu çal��mada sinyal kayna�� olarak HP33120A sinyal jeneratörü, sinyali güçlendirmek için Pioneer A-447 güç yükselteci, sinyalin saf sinüs sinyali olmas� için (N1=N2) izolasyon transformatörü kullan�lm��t�r. Bu saf AC ak�mla U �eklindeki çekirde�in m�knat�slanmas� sa�lanm��t�r. Taray�c� sistemin mekani�inde manyetik özellik göstermeyen tahta, civa çeli�i ve kestamit türü malzemeler kullan�lm��t�r. Geli�tirilen taray�c� sistem ve yapt�r�lan hareketler �ekil 5’de gösterilmektedir. �ekil 6’da ise manyetik ölçüm sisteminin bir görüntüsü yeralmaktad�r.

�ekil 5. 3-D Taray�c� sistemin yandan görünümü

Osilatör

Güç Yükselteci �zolasyon Transformatörü

U �eklindeki çekirdek


215

�ekil 6. Manyetik ölçüm sistemi

3. ÖLÇÜM S�STEM�N�N KAL�BRASYONU Çal��mam�zda sistemin kalibrasyonu üç a�amal� olarak gerçekle�mi�tir. �lk olarak taray�c� sistemin her bir ekseni kontrol eden ad�m motorlar�nda, sistem hareket halindeyken herhangi bir ad�m kayb�n�n olup olmad�� belirlenmi�tir. ikinci a�amas�nda sistemdeki alg�lay�c�n�n, m�knat�slanm�� örne�i de�i�tirmemek ko�uluyla ayn� konumda ayn� veriyi al�p almad�� kontrol edilmi�tir. Üçüncü ve son a�amas�nda ise, sistemin herhangi bir konumunda alg�lay�c�n�n ç�k�� voltaj�n�n voltmetrede okunan de�eriyle bilgisayara aktar�lan de�erinin ayn� olup olmad�� belirlenmi�tir. Yap�lan testlerde her üç a�ama içinde bir hatan�n olmad�� bulunmu�tur. 4. ÖLÇÜM S�STEM�N�N HASSAS�YET� Geli�tirilen sistemde, yanal yüz taramas� 165 ; m, m�knat�slay�c� sistemi hareketi, alg�lay�c�n�n hareketi 165 ; m ve yanal yüzü çevirme hareketi ise 62.5 ; m duyarl�l�kla yap�lmaktad�r. Sistemin alg�lama hasasiyeti ise, 19.5 ; V’tur. 5. UYGULAMA SONUÇLARI Çal��mam�zda çap� 6 mm, 8 mm,10 mm ve boylar� 40 cm olan metal çubuklar üzerinde çatlak ara�t�rmas� yap�lm��t�r (�ekil 10a). Alg�lay�c� olarak bobin alg�lay�c� kullan�lm��t�r. Bobin alg�lay�c�, silindirik yap�daki çubuklar�n yanal yüzeyine te�et olacak �ekilde ve m�knat�slay�c� çekirde�in tam ortas�na yerle�tirilmi�tir. Daha sonra sistemdeki m�knat�slay�c� çekirde�e f = 500Hz I=1A AC ak�m verilerek silindirik çubu�un m�knat�slanmas� sa�lanm��t�r. Sonras�nda ise, taray�c� sistem ba�a çekilerek tarama ekseni boyunca m�knat�slanm�� çubu�un ufak bir yanal kesiti alg�lay�c�yla taranm��t�r. Her bir


216

taramadan sonra çubuk 62.5 ; m döndürülerek silindirik çubu�un tüm yanal yüzeyi çatlak ara�t�rmas�ndan geçirilmi�tir. Bu üç farkl� örnekten al�nan alg�lay�c� voltajlar� i�lenerek, tarama alan�na göre renklendirilmi� grafikler haline getirilmi�tir (�ekil 7a).

0 10000 20000 30000 40000 50000 600000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Taranan Uzunluk (;m)

Sili

ndiri

n Ç

evre

si (m

m)

Örnek Çapi : 6 mm

0 11000 22000 33000 44000 55000 660000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Alg

ilayi

cini

n Ç

ikis

Vol

taji

(mV)


Örnegin 1 mm döndülmesinden sonra


(a) (b)

0 10000 20000 30000 40000 50000 600000,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

22,5

25,0Örnek Çapi : 8 mm


Sili

ndiri

n Ç

evre

si (m

m)

0 11000 22000 33000 44000 55000 660000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Alg

ilayi

cini

n Ç

ikis

Vol

taji

(mV)




(a) (b)

�ekil 7. (a)Üç numuneden al�nan alg�lay�c� voltaj de�erlerinin tarama alan�na göre renklendirilmi� de�i�imi, (b) numunelerin yanal yüzlerinin de�i�ik

konumlar�ndaki alg�lay�c� voltaj de�i�imleri.

�ekil 7a’ya bak�ld��nda her üç numunenin de farkl� geometride çatlaklar içerdi�i anla��lmaktad�r. Çünkü grafiklerdeki siyah bölgeler alg�lay�c�n�n ç�k�� voltaj�n�n hemen hemen s�f�r oldu�u bölgelerdir. Di�er bir de�i�le kaçak manyetik ak�n�n yüzeye dik bile�eninin s�f�r oldu�u yerlerdir. Numune yüzeyinde kaçak manyetik ak�n�n varl�� ve alg�lay�c�n�n kaçak manyetik ak�n�n yüzeye dik bile�eninin de�erine göre de�i�im göstermesi ise numunedeki süreksizlik ya da çatla��n varl��n� i�aret etmektedir. Çal��mam�zda ayr�ca,


217

�ekil 8’de görülen G3 tüfe�i namlusunun deforme olmu� k�s�mlar� sistemimizle tarat�lm��t�r. Elde edilen sonuç �ekil 9’da verilmi�tir.

�ekil 8. G3 tüfe�i namlusunun tarama i�lemi.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

2 . Ç a tlak

Alg

ilayi

cini

n Ç

ikis

Vol

taji

(v)

T a ranan Yana l Yüzey U zun lugu (m m )

12.6 m m

F re kan s :5 00 H zG e n lik :3 VY ü kse ltm e : 1 0 0 ka tA lg ila y ic i: B ob in

1 . Ç atlak

�ekil 9. G3 tüfe�i namlusunun tarama i�leminde, alg�lay�c� ç�k�� voltaj�n�n

taranan yanal yüzey uzunlu�una gore de�i�imi. 6. SONUÇ VE ÖNER�LER Ferromanyetik silindirik malzemelerde herhangi bir nedenden dolay� olu�mu� bir çatla��n kullan�lan sistem ve yöntemle yerinin tespit edilmesi için bobin alg�lay�c�n�n ç�k�� voltaj�n�n tarama alan�na göre renklendirilmi� grafikleri çizilmelidir. Grafikte alg�lay�c�n�n ç�k�� voltaj�n�n hemen hemen s�f�r oldu�u siyah bölgeler çatla��n konumunu do�rudan vermektedir. Ayr�ca yöntemimiz çatla��n konumunu bulmada herhangi bir s�n�rlama da getirmemektedir. Fakat alg�lay�c�n�n veri alma aral�� ne kadar küçük olursa, çatla��n taranan bölgedeki konumu o kadar gerçek de�ere yak�n bulunaca�� unutulmamal�d�r[13]. Silindirik örne�in yanal yüzeyine aç�lan do�al çatla��n geni�li�ini tespit etmek için ise tarama sonras�nda çizilen renklendirilmi� grafikte, siyah bölgenin tarama eksenindeki ba�lama ve biti� konumlar� aras�ndaki mesafeyi direk


218

okumak bizim için yeterli olacakt�r. Fakat alg�lay�c�n�n nokta okuma yapan sensör olmas�na dikkat etmelidir. Ayr�ca yöntemimiz çatla��n geni�li�ini bulma konusunda da bir s�n�rlama getirmemektedir.Tarama yüzeyine aç�lan do�al çatla��n derinli�i hakk�nda bilgi edinebilmek için ise, daha önceden derinli�ini bildi�imiz yapay çatlaklardan elde edilen verilere ihtiyac�m�z vard�r. �lgili modelin taranmas� sonras�nda bobin alg�lay�c�n�n ç�k�� voltaj�n�n de�i�im de�eriyle, önceden yapay çatlaklardan elde edilen ilgili de�er kar��la�t�r�larak çatla��n derinli�i konusunda bilgi edinilebilir. Fakat bu konuda silindirik malzemelerdeki tarama yüzeyine aç�lan yapay çatlaklarla yap�lan deneyler, çatlak derinli�inin 1.33 mm’yi geçmesi durumunda çatla��n derinli�inin bulunamayaca��n� göstermektedir. Çünkü çatlak derinli�i 1.33 mm geçen çatlakl� örneklerdeki alg�lay�c�n�n voltaj de�erlerinin de�i�imleriyle, çatlak derinli�i 1.33 mm örnekteki voltaj de�i�imleri ayn�d�r. KAYNAKLAR [1] A. Üstüner, (1981), “�malat Tekni�inden Kaynaklanan Hatalar”, Ankara

[2] �.Ekinci, (1990), “Tahribats�z 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


219

[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


220


221

SEKEN I�IN YÖNTEM�YLE BÜYÜK VE KARMA�IK PLATFORMLARDAN SAÇILMA HESABI VE NÜMER�K UYGULAMALARI

U�ur SAYNAK (a), Alper ÇOLAK(a), Yasir AVCIBA�I(a), Deniz BÖLÜKBA�(a), �. Hakk� TAYYAR(a),(b), Caner ÖZDEM�R (a),(c)

(a) TÜB�TAK MAM, Bili�im Teknolojileri Enstitüsü, 41470, Gebze, Kocaeli, [email protected], [email protected] , [email protected] ,

[email protected]

(b) Yard. Doç. Dr. GYTE, Elektronik Müh Böl., Gebze, Kocaeli, [email protected] (c) Doç. Dr. Mersin Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh Böl., Mersin, [email protected]

ÖZET Radarla bir hedefin uzak mesafelerden tespit ve te�his edilmesi, o cismin Radar Kesit Alan� (RKA) de�erinin büyüklü�üne ba�l�d�r. Etkin bir yüksek frekans tekni�i olan Seken I��n Yöntemi (SIY), bir cisimden saç�lan elektromanyetik alan�n bulunmas�nda ve dalga boyuna göre büyük olan cisimlerin RKA de�eri hesaplamalar�nda kullan�lmaktad�r. Bu çal��mada, geli�tirilen yeni bir SIY analiz kodu tan�t�lmakta ve kullan�lan algoritmalar aç�klanmaktad�r. Yaz�l�m� do�rulamak amac�yla elde edilen sonuçlar Zaman Uzay�nda Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemini temel alan ticari bir yaz�l�m ile kar��la�t�r�lm��t�r. Nümerik bir uygulama için, jenerik bir füzenin 20 GHz frekans�nda hesaplanan RKA de�erinin, bak�� aç�s�na göre de�i�imi incelenerek ön ve arka kanatlar�nda yap�lacak de�i�imlerin etkisi analiz edilmi� ve bu bildiride sunulmu�tur.

Anahtar Kelimeler: Radar kesit alan�, Seken ��n yöntemi, Saç�lan 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.


222

Keywords: Radar cross section, Shooting and Bouncing Ray, Scattered field calculation

1. G�R��

Askeri amaçlarla kullan�lan büyük ve karma��k platformlar�n (uçak, gemi vb.) RKA de�erinin bulunabilmesi için bu hedeflerin elektromanyetik (EM) saç�lma analizinin yap�lmas� gereklidir. Hedeflerden saç�lan alan ve RKA de�eri, moment metodu veya zaman uzay�nda sonlu farklar gibi tam dalga yöntemleriyle hesaplamak nesnenin boyu dalga boyuna göre çok büyük oldu�u durumlarda yüksek bilgisayar kapasitesi ve uzun i�lem süresi gerektirdi�inden güçtür. Yakla��k bir yüksek-frekans tekni�i olan geometrik optik, GO, (geometric optic, GO) etkiyen, yans�yan ve k�r�lan dalga yay�l�m� problemini çözmekte kullan�lmaktad�r. GO tekni�i ile yüksek frekanslarda, cisimlerden saç�lan alan iyi bir yakla��kl�kla bulunabilir.

�lk olarak Ling, Chou ve Lee taraf�ndan geli�tirilen ve dalga boyuna göre büyük ve yap� olarak karma��k cisimlerin RKA de�erlerinin h�zl� olarak hesaplanmas�na imkân tan�yan seken ��n yöntemi, SIY, (shooting and bouncing ray, SBR), çoklu yol (multi-path) etkilerini de içerdi�inden, günümüz ticari yaz�l�mlar�nda da s�kl�kla kullan�lmaktad�r [1]. Bu bildiride TÜB�TAK MAM BTE’de yürütülen çal��malar [2] sonucunda geli�tirilen SIY temelli, yüksek frekans elektrik alan saç�lma ve RKA kodu, T-SIY, tan�t�lacak ve kodun de�i�ik nümerik platformlarda uygulanmas�yla elde edilen sonuçlar payla��lacakt�r.

2. SEKEN I�IN YÖNTEM�

SIY; yay�lan dalgan�n düzlemsel olarak ilerledi�ini ve enerjisini belirli bir ��n tüpünün içinde ta��d�� varsay�m�na dayanan ve GO kurallar�n�n geçerli oldu�u bir yüksek frekans elektrik alan saç�lma hesab� yöntemidir [1].

Elektromanyetik dalgan�n saç�lma davran��n� görsel olarak analiz etme olana�� sunmas� ve iteratif çözüme dayanmas� dolay�s�yla yüksek boyutlu matris i�lemleri gerektirmemesi yöntemin avantajlar�ndand�r. Ayr�ca kavite gibi çoklu yans�ma etkilerinin katk�lar�n�n etkin oldu�u durumlarda da yöntem ba�ar�l�d�r. Saç�lan alan�n ayr�t ve kö�elerinden kaynaklanan k�r�n�m bile�enlerini içermedi�inden bu bile�en ayr� bir metotla sonuçlara eklenmelidir. Bu çal��mada k�r�n�m bile�eninin katk�s� da yer almamaktad�r.

Saç�lan alanlar�n bulunabilmesi için SIY algoritmas� temel olarak �u ad�mlardan olu�ur.

1) Saç�c�ya bak�� yönüne dik bir referans düzlemden düzlemsel dalgay� temsil eden yo�un ��n demeti gönderilmektedir. I��n yo�unlu�u için dalga boyu ba��na 10 ��n kullan�lmas�n�n genel olarak gerçek sonuca yak�nsanmas� için yeterli olmaktad�r. Saç�c�ya etkiyen düzlemsel dalgan�n elektrik alan ifadesi,


223

ˆˆii i i i i j

d yE E e: & '$ !� � �# k rE (1)

ile gösterilsin. Burada 0 ˆ ˆ ˆ( sin cos sin sin cos )i i i i i ik x y z& � & � &� � �k dalga

vektörü,r konum vektörü, idE , elektrik alan�n dikey polarizasyonlu bile�eni,

iyE , elektrik alan�n yatay polarizasyonlu bile�eni olarak tan�mlanmaktad�r.

Monostatik problemde ik yönünde geri saç�lan alan, dolay�s�yla RKA de�eri hesaplanacakt�r.

2) Gönderilen ��nlar geometrik optik kurallar�yla takip edilir. Her bir ��n�n saç�c�da sekme noktalar� kümeleri 1,2,...,s N� olmak üzere ( , , )s s sx y z noktalar� ile gösterildi�inde ��n�n saç�c� üzerinde toplam kat etti�i yol Denklem (2)’de görülen faz terimini olu�turur ve

2 2 20 1 1 1( ) ( ) ( )s s s s s sk x x y y z z� � �< � � � � � � ile ifade edilir.

3) I��nlar�n genlik, faz, polarizasyon bilgileri ve izledi�i yol, her sekmede ortam parametrelerine göre güncellenmektedir. Burada ( , , )s s sx y zE , ( , , )s s sx y z noktas�na ula�an elektrik alan ve [ ]= yans�ma katsay�s� matrisi olmak üzere her sekmede elektrik alan ifadesi,

1 1 1( , , ) ( , , ) js s s s s s sx y z x y z e� <� � � � =E E (2)

olarak güncellenmektedir. Saç�c�n�n s�n�r�nda, ortam süreksizli�inden dolay� olu�an yans�yan ve k�r�lan ��nlar olu�maktad�r. Mükemmel elektrik iletken bir saç�c�da yaln�zca yans�yan ��nlar�n takip edilmesi yeterlidir. Uzak alan RKA de�eri hesaplamada etkiyen dalga düzlemsel oldu�undan ��n tüpünün iki sekme aras�ndaki �raksama (divergence) etkisine kar��l�k gelen katsay� formülasyonda yer almam��t�r. Yans�ma katsay�s� matrisinin elemanlar� ve seken ��n�n elektrik alan� yatay, dikey ve çapraz polarizasyonlu elektrik alan bile�enleri için ayr� ayr� hesaplanmal�d�r [3]

4) Nesneden seken ve al�c�n�n bulundu�u ortama gelen tüm ��nlar�n, al�c� noktas�nda olu�turdu�u saç�lan alan de�erini hesaplamak için, her ��n�n uzak alana katk�s� e�de�erlik prensibi ve ��n tüpü entegrasyonu ile hesaplanmaktad�r [4]. Bu durumda geri saç�lan alan,

0 ˆ ˆ[ ]

jk rs s se A A

r & �& ��

� �E (3)


224

ile bulunur. ��nA kesit alan�na sahip ��n tüplerinden birinin yön vektörü

( , , )x y zs s s olsun. I��n ( , )i ix y noktas�nda saç�c�dan son kez sekti�inde ˆs& ve

ˆs� yönündeki al�c�da olu�an elektrik alan�n vektör potansiyelleri A& ve A� , �u �ekilde ifade edilirler.

00

.( ( , ) cos ( , )sin )

2jks s

x i i y i i ��n ii ��n

jkA E x y E x y e A I:& � �

->� �/ (4)

00

.( ( , ) sin cos ( , ) cos cos )

2jks s s s

x i i y i i ��n ii ��n

jkA E x y E x y e A I:� � & � &

->� � �/ (5)

Burada ( ) ( )x i y is x x s y y:> � � � � ile gösterilen faz terimidir. iI ise,

0[(sin cos ) (sin sin ) ]

.

1 s s s sx y yjk s x s s y

i��n i ��n saç�c�dan

ç�kan tüp

I dxdy eA

& � & �� (6)

��n tüpünün �ekil fonksiyonunun Fourier dönü�ümü olarak yorumlanabilir. SIY metotu ile saç�lan alan hesaplamak için Denklem (3) - (6) seti kullan�lmaktad�r [1]. Saç�c�, düz geometrik yüzeylerden (üçgen ya da poligon vb.) olu�acak �ekilde modellendi�inde entegrasyon i�leminin sonucunun kapal� formda hesaplanmas� mümkündür.

5) Son a�ama olarak, RKA de�eri, 2RKA 4 A-� formülü ile bulunabilir.

3. NÜMER�K UYGULAMALAR

Seken I��n Yönteminin RKA de�eri hesaplamadaki ba�ar�m�n� incelemek amac�yla Bilgisayar Destekli Tasar�m, BDT (computer aided design, CAD) dosyas� görüntüsü �ekil-1’de görülen bikonik reflektörün dikey yönde aç�sal taramas� ve frekans taramas� geli�tiren yaz�l�m ile hesaplanm��t�r.


225

�ekil 1. Bikonik reflektör geometrisinin BDT dosyas�

Geli�tirilen yaz�l�m T-SIY olarak adland�r�lm�� ve ZUSF metodunu kullanan ticari bir yaz�l�mla 0 24� GHz frekans aral��nda RKA de�eri kar��la�t�r�lm��t�r. �ekil-2’de Yatay Polarizasyon, YP ve Dikey Polarizasyon, DP ile gösterilmi�tir.

0 5 10 15 20 24-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Frekans (GHz)

RK

A d

Bsm

Bikonik reflektörün &=90 �=0 RKA deðeri

ZUSF YPT-SIY YPZUSF DPT-SIY DP

�ekil 2. Bikonik reflektörün 90& � � ’da hesaplanan de�i�ik frekanslardaki RKA de�eri

ZUSF bilindi�i üzere tam dalga çözümü yapmaktad�r. SIY tam dalga çözümü içermemesine ra�men yüksek frekanslarda, yüksek do�ruluk oranlar�yla saç�lan alan� tahmin edebilmektedir. Bu özellik �ekil 2’den de aç�kça görülmektedir. T-SIY kodu k�r�n�m katk�lar� eklendi�inde sonuçlar�n daha iyi yakla��kl�k göstermesi beklenmektedir. Bu problemin çözümü, ayn� bilgisayarda, ZUSF ile 3 saat 4 dakika sürmekteyken, T-SIY ile 15 dakikada çözüm üretilmi�tir.

T-SIY kodunun RKA de�erinin hesaplanmas�ndaki ba�ar�m� dikey eksende aç�sal tarama yap�larak incelenmi� ve ölçüm sonuçlar�yla kar��la�t�r�lm��t�r [5]. �nceleme s�ras�nda 90& � � ’de ki çoklu yans�ma etkisini görebilmek amac�yla yaln�zca ilk sekmeden kaynaklanan katk� da analiz edilmi�tir. Sonuçlar�n ölçümlerle tutarl� oldu�u izlenmekte ve çoklu yans�man�n etkisi aç�kça görülmektedir.


226

�ekil 3. Bikonik reflektörün dikey düzlemde de�i�ik aç� de�erleri için RKA de�erleri

Basit kanonik cisimler kullan�larak kanats�z, 3 ve 4 arka kanata sahip üç füzenin RKA de�eri analiz edilmi�tir. Füzenin geometrisi �ekil-4’de görülmektedir.

�ekil 4. Üç ve dört kanatl� olarak tasarlanan füze modeli

Kanatlar�n RKA de�erine etkisi 20f � GHz de & aç�sal de�erine göre �ekil-5’de dikey-dikey polarizasyon için verilmi�tir. Kanatl� modellerin sonuçlar� kanats�z modelin sonuçlar�na kanat etkilerinin azald�� burun ve arka k�s�m için yak�nsam��, kanatlar�n etkili oldu�u gövdeye kar��dan bak�lan aç�larda ise kanatl� modeller çoklu yans�ma etkileri sebebiyle daha yüksek RKA de�eri göstermi�tir.


227

�ekil 5. Füze modellerinin (dikey aç�; & ) taramas� yap�larak elde edilen RKA de�eri

Ayn� modellerde RKA de�erinin 20f � GHz ve o90& � yönünde yatay eksen (� ) aç�sal de�i�imi için T-SIY yaz�l�m�n�n dikey-dikey polarizasyon RKA sonuçlar� �ekil 6’da verilmi�tir.

�ekil 6. Füze modellerinin yatay eksen(� ) aç� taramas� yap�larak elde edilen RKA

de�eri


228

�ekil 6 incelendi�inde; kanat yüzeylerinin normalleri yönünde düzlem dalgan�n yüzeyden do�ruca yans�mas� ile olu�an ayna yans�mas� etkisi gözlenmektedir. Kanats�z füze modelinde model hatalar�n�n olu�turdu�u dü�ük sal�n�mlar d��nda sabit kald�� gözlenmektedir. Dört kanatl� modeldeki kanatlar bu aç�dan plakalar� aras� 90° olan bir ikili kenar yans�t�c� gibi, üç kanatl� modeldeki kanatlar ise 120°’lik bir ikili kenar yans�t�c� gibi davranmaktad�r. Benzetim frekans�nda dalga boyu kanat boyutlar�na k�yasla büyük oldu�u için RKA de�erinin aç�yla de�i�imi fazla olmaktad�r. De�i�imin kanat yönlerine göre periyodik olmas� da dikkat çekicidir.

4. SONUÇ

Bu bildiride SIY metotunun temel formülasyonu verilerek geli�tirilen T-SIY yaz�l�m� tan�t�lm��, yaz�l�mla test edilen ilk nümerik örnekler payla��lm��t�r. Sonuçlar ölçümlerle ve ZUSF yaz�l�m� sonuçlar�yla kar��la�t�r�lm��t�r ve geli�tirilen yaz�l�m�n yüksek do�rulukla RKA hesab� yapt�� gösterilmi�tir. Yaz�l�m�n içerdi�i SIY’in en büyük avantaj� olan hesaplama h�z�, çal��lan nümerik örneklerde de kendini göstermi�tir. Özellikle ZUSF metodu ile kar��la�t�r�ld��nda, önemli ölçüde hesaplama zaman� avantaj� oldu�u aç�kça görülmektedir.

TE�EKKÜR

Bu çal��ma, T.C. Milli Savunma Bakanl��, Savunma Sanayii Müsta�arl�� taraf�ndan önerilen ve TÜB�TAK Kamu Kurumlar� Ara�t�rma ve Geli�tirme Projeleri Destekleme Program� (1007) kapsam�nda desteklenen “Kara/Deniz/Hava Platformlar�n�n Radar Kesit Alanlar�n�n Hesaplanmas� ve Azalt�lmas�na Yönelik Yaz�l�mlar�n Geli�tirilmesi Ve Ölçümle Do�rulanmas� (RKA YAZGEL) Projesi” kapsam�nda gerçekle�tirilmi�tir.

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, TÜB�TAK - 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.


229

SÜREKL� GÖZLEM YAPAN GPS �STASYONLARI A�I VE ULUSAL DATUM DÖNÜ�ÜMÜ PROJES� (TUSAGA-AKT�F / CORS-TR)

Ayhan C�NGÖZ(a), Ömer YILDIRIM(b), Kamil EREN(c), Turgut UZEL(ç), Onur LENK(d), M.Ali GÜRDAL(e), Sedat BAKICI(f), Bahad�r AKTU�(g)

(a) Yük.Müh.Yzb. Harita Genel Komutanl��, 06100, Ankara, [email protected] (b) Dr.Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lü�ü, 06100, Ankara, [email protected]

(c) Prof.Dr. �stanbul Kültür Üniversitesi, 34510, �stanbul, [email protected] (ç) Prof.Dr. �stanbul Kültür Üniversitesi, 34510, �stanbul, [email protected]

(d) Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanl��, 06100, Ankara, [email protected] (e) Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanl��, 06100, Ankara, [email protected]

(f) D.B�k. Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lü�ü, 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 Dönü�ümü Projesi (TUSAGA-Aktif / CORS-TR)” �stanbul Kültür Üniversitesi (�KÜ) yürütücülü�ünde, Harita Genel Komutanl�� (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlü�ü (TKGM) mü�terek mü�teri olmak üzere, 08 May�s 2006 tarihinde ba�lam�� olup, Aral�k 2008 itibariyle tamamlanmas� ve proje ile olu�turulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmi�tir.

Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye’de yakla��k 145 sabit GPS istasyonu kurularak Diferansiyel GPS ve Gerçek Zamanl� Kinematik (RTK) GPS düzeltme verileri sa�lamak, bu verilerle gerçek zamanl� ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya olanak vermek ve farkl� koordinat sistemleri aras�ndaki (ED50/WGS-84) dönü�üm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral uygulamalar, haritac�l�k, jeodezik ve bilimsel çal��malar ba�ta olmak üzere savunma ve kalk�nma amaçlar�na yönelik konum bilgisi sa�lamakt�r.

Söz konusu proje ile elde edilecek hassas konum bilgisinin savunma teknolojileri ile ilgili olarak; her türlü harp silah ve arac�n�n yönlendirilmesi, araç ve personel takibi, seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donan�mlar�n�n (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ate� Destek Birimleri, harekât alan�n�n sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetleri gibi hassas konumlama gerektiren birçok uygulamada kullan�labilece�i de�erlendirilmektedir.

Anahtar Kelimeler: TUSAGA-Aktif (CORS_TR), DGPS/RTK, NTRIP, GPS


230

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 / TUSAGA-Aktif)” 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. G�R�� 10 Mart 2005’de Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Ara�t�rma Kurumu (TÜB�TAK) 1007 kodlu “Kamu Kurumlar� Ara�t�rma ve Geli�tirme Projelerini Destekleme Program�” ad�yla yeni bir program ba�latm��t�r. Bu programda belirtilen hedefler do�rultusunda, A� prensibinde çal��an Gerçek Zamanl� Kinematik (RTK) GPS prensipli sabit GPS istasyonlar�n�n kurulmas� ve datum dönü�üm parametrelerinin belirlenmesine ili�kin ara�t�rma ve uygulama projesi �stanbul Kültür Üniversitesi (�KÜ) taraf�ndan önerilmi�, Harita Genel Komutanl�� (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlü�ü (TKGM) mü�terek mü�teri olarak projeye dahil olmu�tur.

Söz konusu proje 08 May�s 2006 tarihinde ba�lam�� ve Aral�k 2008 itibariyle tamamlanarak proje ile olu�turulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmi�tir. Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye’de yakla��k 145 sabit GPS istasyonu kurularak RTK düzeltme verileri sa�lamak ve bu verilerle gerçek zamanl� ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya


231

olanak vermek ve farkl� koordinat sistemleri aras�ndaki (ED50/WGS-84) dönü�üm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral, haritac�l�k, jeodezik ve bilimsel çal��malar için veri sunmakt�r (�ekil-1).

�ekil 1 Kurulmas� planlanan TUSAGA-Aktif (CORS-TR) istasyonlar�.

TUSAGA-Aktif sisteminin i�letilmesi ve düzeltme parametrelerinin hesaplanmas� tek bir merkezden yap�lacakt�r. Kurulacak tüm istasyonlardan toplanacak veriler ADSL ve GPRS/EDGE (ADSL çal��mad�� zamanlarda devreye girecek) yolu ile veri merkezine aktar�lacak ve burada düzeltme parametreleri hesaplanarak tüm kullan�c�lara aktar�lacakt�r. RTK düzeltme verileri en güncel RTCM (Radio Technical Commission for Aeronautics) ileti�im format�nda olacak ve GSM, GPRS, NTRIP (Internet Protokolü Üzerinden RTCM Verisinin A� Da��t�m�) vas�talar�ndan biri veya birkaç� yard�m�yla gezici al�c�lara gönderilecektir (http://cors-tr.iku.edu.tr/anasayfa.htm).

TUSAGA-Aktif a��n�n haritac�l�k sektöründe yo�un olarak kullan�lmas� planlanm�� olsa da, gerçek zamanl� olarak toplanacak GPS verisinin, ula��mdan altyap� hizmetlerine, co�rafi bilgi sistemlerinden Savunma Teknolojilerine kadar birçok alanda yayg�n olarak kullan�labilece�i dü�ünülmektedir. Proje ile olu�turulacak sistem faaliyete geçti�inde, co�rafi bilgi üreten tüm kurumlar�n ve özellikle TKGM’nin ve Belediyelerin ülke genelinde RTK ile h�zl� ve hassas konum belirleme ihtiyac� kar��lanacak ve konumlama hizmetlerinde tasarruf sa�lanacakt�r.

TUSAGA-Aktif istasyonlar�n�n yerlerinin seçiminde zemin yap�s�, elektrik, telefon, �nternet ve güvenlik hususlar� dikkate al�nm�� ve tüm Türkiye’de gerçekle�tirilen arazi ke�ifleri neticesinde Devlet Meteoroloji ��leri Genel Müdürlü�ü Meteoroloji �stasyonlar�, Üniversiteler, Belediyeler ile Kamu Kurum ve Kurulu�lar�na ait bina ve araziler seçilmi�tir.


232

2. TUSAGA-AKT�F (CORS-TR) S�STEM�N�N GENEL ÖZELL�KLER�

Proje kapsam�nda kurulacak istasyonlarda birer adet GNSS (GPS+GLONASS) al�c�s� ve al�c�ya ba�l� bir jeodezik GNSS anteni bulunacakt�r. Kurulacak olan sistemde, sabit GPS istasyonlar� ile kontrol merkezi aras�ndaki ileti�im ADSL üzerinden sa�lanacakt�r.

Ayr�ca, ADSL hatt�nda meydana gelebilecek veri kesikliklerinde mevcut bir Router ile GPRS modem devreye girecek ve veri iletimi GPRS/EDGE ile yap�lacakt�r.

Kontrol merkezinde bulunacak sunucu (server) tüm istasyonlardan gelen anl�k verilerden yararlanarak atmosferik modelleme yapacak ve DGPS/RTK düzeltme verileri hesaplayacakt�r. Söz konusu düzeltme verileri ise arazide bulunan gezici al�c�lara GPRS üzerinden aktar�lacakt�r. Bu �ekilde tek frekansl� bir GPS al�c�s� DGPS verisini kullanarak metre alt� do�rulukta, çift frekansl� bir GPS al�c�s� ise RTK verisini kullanarak 1-10 santimetre do�rulukta konum belirleyebilecektir. Veri aktar�m format� olarak NTRIP kullan�lacakt�r. NTRIP; diferansiyel düzeltme verisi veya di�er tür GNSS verisinin sabit veya gezici kullan�c�lara Internet üzerinden yay�nlanmas� için Almanya Jeodezi ve Karto�rafya Kurumu (BKG) taraf�ndan geli�tirilmi� olup, Hypertext Transfer Protokolu (http) esasl� genel ve ba��ms�z bir protokoldür.

NTRIP; GSM, GPRS, EDGE veya UMTS gibi Mobil IP a�lar� üzerinden internete kablosuz ula��m� desteklemekte, ayn� zamanda RTCM taraf�ndan da önerilen bir standartt�r. NTRIP sistemi üç yaz�l�m bile�eninden olu�ur; NtripClient, NtripServer ve NtripCaster. NtripCaster gerçek http server yaz�l�m� olup, NtripClient ve NtripServer http client olarak davran�r. NtripServer GPS referans istasyonundan veri almakta ve bunu NtripCaster’a iletmektedir. NtripCaster bir “telefon santral�” gibi davranmakta ve NtripClient’lar� istedikleri veri dizilerine ba�lamaktad�r. Bu türde bir yap� yüzlerce gezici al�c�ya ayn� anda düzeltme verisi gönderilebilmesi amac�yla geli�tirilmi�tir (�ekil-2)

Günümüzde DGPS ve RTK kullan�c�lar� için bir çok veri aktar�m format� kullan�lmakla birlikte en yayg�n kullan�lan� RTCM veri aktar�m format�d�r [1].

RTCM’in SC-104 isimli komitesi taraf�ndan 2004 y�l� �ubat ay�nda diferansiyel GNSS hizmetleri için RTCM 3.0 protokolü kullan�ma sunulmu�tur. RTCM 3.0’ün daha önceki versiyonlardan en önemli fark� RTK mesajlar�n� desteklemesidir.

Bu protokol GNSS RTK çal��malar�na yönelik verinin yan� s�ra, kod, ta��y�c� faz gözlemleri, anten ve çevresel parametreleri de içermektedir. Daha da önemlisi, bu format üzerinde de�i�ikliklere olanak verecek �ekilde geli�tirilmi�tir (GALILEO, GPS L2C, L5 sinyalleri gibi) [2].


233

3. TUSAGA-AKT�F (CORS-TR) S�STEM�N�N SAVUNMA TEKNOLOJ�LER�NDEK� KULLANIM OLANAKLARI TUSAGA-Aktif (CORS-TR) projesi ile sa�lanacak DGPS ve RTK düzeltme bilgileri;

* Her türlü harp silah ve arac�n�n yönlendirilmesinde, * Araç ve personel takibinde (gizli veya aç�k), * Birlik intikallerinin takip ve kontrolünde, * Seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donan�mlar�n (INS, Gyro vb.) kalibrasyonunda, * Ate� Destek Birimlerinde, * Harekât alan�n�n sevk ve idaresinde, * Arama ve kurtarma faaliyetlerinde, * May�nlar�n harita üzerinde i�aretlenmesi ve temizlenmesinde, * Hedef istihbarat uygulamalar�nda, * S�n�r belirleme ve güvenli�inde, * �ç güvenlik harekat�nda, * Hassas Meteorolojik bilgilerin elde edilmesinde, * �yonosferde do�al veya yapay (füze) sebeplerle meydana gelen de�i�imlerin belirlenmesinde, * Harita ve co�rafi veri üretiminde h�zl� veri toplama çal��malar�nda,

..Referans Al�c�s�

NTRIP Server NTRIP Server

COM port

NTRIP CASTER

NTRIP Client

DGPS/RTK Gezici Al�c�

NTRIP Client

RS232

DGPS/RTK Gezici Al�c�

Ref. Al�c�s�

HTTP HTTP

HTTP HTTP

…

..

…

ADSL / GPRS

GPRS

BlueTooth

�ekil 2 NTRIP genel yap�s�


234

k�sacas�, savunma teknolojileri kapsam�nda hassas konum bilgisi gerektiren tüm uygulamalarda kullan�labilece�i de�erlendirilmektedir. Örne�in muharebede, hedef koordinatlar�n�n süratli ve yeterli duyarl�kta (do�rulukta) tespit edilerek, at�� kontrol sistemlerine mümkün olan en k�sa sürede iletilmesi çok önemlidir. Bir hedef koordinat belirleme sisteminde, öncelikle termal ya da ba�ka bir yolla tespit edilen hedef, görünmeyen dalga boyunda bir Lazer ��n� ile i�aretlenir; hedefe olan mesafe (menzil), istikamet ve yükseli� aç�lar� hesaplan�r. Hedefe gözetleme yap�lan yerin, yani mevziin koordinatlar� ise manuel olarak ya da harici bir GPS al�c�s� üzerinden elektronik olarak girilir. Böylece sistem, GPS al�c�s�ndan al�nan mevzi koordinatlar�na hedefe ait istikamet ve yükseli� aç�lar� ile mesafe bilgisini de ekleyerek hedef koordinatlar�n� hesaplamakta ve say�sal olarak ba�ka sistemlere aktar�lmaktad�r. Söz konusu GPS al�c�s�n�n Gerçek Zamanl� Kinematik düzeltme bilgilerini alabilen bir al�c� olmas� durumunda, mevzi koordinatlar� ve dolay�s�yla hedef koordinatlar� daha hassas olarak belirlenebilecektir (�ekil-3).

ABD, körfez harekat� öncesi Irak’ta öncelikle yatay ve dü�ey yer kontrol a�lar�n�n mevcut olup olmad��n� ara�t�rm��t�r. Ara�t�rmalar neticesinde, Irak’ta �ngilizler (1917) ve Polonyal�lar (1975) taraf�ndan de�i�ik amaçlarla ve de�i�ik bölgeler için olu�turulmu� kontrol a�lar�n�n oldu�u, ancak ülke boyutunda ve tüm ihtiyaçlara cevap verebilecek yeterli do�rulu�a sahip bir a��n mevcut olmad�� saptanm��t�r. Ayr�ca klasik ölçü teknikleri kullan�larak tesis edilmi� kontrol noktalar�n�n bir ço�unun tahrip oldu�u belirlenmi�tir. Bu nedenle, gereksinim duyulacak güncel ve do�ru co�rafi bilgiyi elde etmek üzere öncelikle çift frekansl� jeodezik al�c� ve antenlerden olu�an 6 istasyonlu Sabit GPS istasyonlar� a�� kurulmu�tur (�ekil-4). Bu a� ile co�rafi bilgi sistemleri, seyrüsefer sistemleri, topo�rafik harita üretimi, arazi analizleri ve kadastral ölçümler gibi tüm konuma ba�l� uygulamalarda kullan�lmak üzere bir altl�k a�

�ekil 3 Hedef Koordinat Belirleme Sistemi (www.aselsan.com.tr).


235

tesis edilmi�tir. Tesis edilen söz konusu GPS tabanl� kontrol a��na; Irak Konumsal Referans Sistemi (IGRS) ad� verilmi�tir. Bu sistemin sadece sava� ve terör ko�ullar�nda hizmet vermeyece�i, ayn� zamanda Irak’�n yeniden yap�land�r�lmas�nda da kullan�laca�� ifade edilmektedir [3].

�ekil 4 Irak Sabit GPS �stasyonlar� A�� Sabit GPS istasyonlar� ile kurulan a� kapsam�nda tüm Irak için radyo modemler yard�m�yla DGPS ve RTK hizmeti verilmektedir. Bu hizmet, çok küçük güç tüketimine sahip (8-10 watt) al�c�larda güne� panelleri ve kesintisiz güç kaynaklar� deste�i ile 24 saat/365 gün kesintisiz olarak verilmektedir. �stasyonlarda toplanan ham GPS verileri Ba�dat’ta bulunan kontrol merkezine �nternet yolu ile aktar�lmaktad�r. Böylelikle santimetre do�rulu�unda elde edilen konum bilgileri ile, may�n temizleme, uzaktan alg�lama ve silah mevziilerinin (topçu, radar, v.s.) konumland�r�lmas� gibi askeri uygulamalar ile ülke temel GPS a�� noktalar�n�n tesisi ve koordinatland�r�lmas� (200-300 nokta) ve yol yap�m� gibi sivil projeler gerçekle�tirilmektedir. DGPS ve RTK verilerinin kullan�labildi�i di�er bir alan ise araç/personel izleme ve bu �ekilde olu�turulan Yönetim Sistemleridir. Bu sistemlerde araçlar dijital harita üzerinden takip edilebilmekte, araçlar�n bulunduklar� yerin konum bilgileri, h�zlar� ve faaliyetleri istenen periyotlarda kurulan izleme merkezinde harita üzerinden izlenebilmektedir. Bunun için araçlar üzerinde birer adet GPS monteli ileti�im kiti, anteni ve GSM kart� olmas� yeterlidir. Her nekadar bu tür uygulamalarda veri iletiminde kriptolu veya kriptosuz telsizler de kullan�lmakta ise de, halihaz�rda proje ile olu�turulacak sistemde veri iletimi GPRS üzerinden yap�laca��ndan araçlar üzerindeki GPS al�c�lar� DGPS için tek frekansl�, RTK için ise çift frekansl� al�c�lar olmal�d�r. TUSAGA-AKT�F (CORS-TR) a��na benzer a�lar ABD, Almanya, Japonya gibi birçok geli�mi� ülkede aktif olarak kullan�lmaktad�r. Örne�in Almanya’da


236

kurulan SAPOS (Satellite Positioning Service of the German State Survey) a�� ülke boyutunda 250 istasyon ile hizmet vermektedir [4]. Düzeltme verileri RTCM format�nda GSM ve 2 metre geni�li�inde radyo frakans� ile yay�nlanmaktad�r. Söz konusu veriler kara ve deniz ula��m�, güvenlik, mühendislik, hassas tar�m ve ormanc�l�k gibi bir çok alanda kullan�lmaktad�r (�ekil-5).

�ekil 5 SAPOS/Almanya a��n�n kullan�m alanlar�. ABD taraf�ndan geli�tirilen GPS teknolojisinin modernizasyonuna 1999 y�l�nda ba�lanm��t�r. Bu modernizasyon projesinin ilk ürünü GPS Block 2R-M1, di�er ürünü ise Block IIF uydular�d�r. Yeni uydular sayesinde sivil kullan�c�lar için halihaz�rda mevcut olan L2 üzerinde C/A kod yay�n� ile mevcut L1 ve L2 ta��y�c�lara ilave olarak L5 ta��y�c� frekans� da (2012 y�l�na kadar 18 uydu taraf�ndan yay�nlanabilmesi planlanmaktad�r) olacakt�r. Burada modernizasyondan amaç, ormanl�k alan, �ehir merkezi gibi uydu görünürlü�ünün aç�k alanlara oranla daha zay�f oldu�u �artlarda daha fazla uydu say�s� ile güçlü sinyallerin izlenebilmesidir. Ayr�ca Amerikan GPS sitemine ek olarak Rus GLONASS (Ocak 2008 itibariyle ancak 13 uydu faal olarak hizmet verebilmektedir) ve Avrupa’n�n uzayla ilgili en büyük projesi olan GALILEO’nun devreye girmesiyle gökyüzünde daha çok uydu bulunaca��ndan daha duyarl� konum belirlemek mümkün olacakt�r. Ancak, 30 uydudan olu�acak GALILEO projesinin tam olarak hizmet verebilmesinin 2012 y�l�ndan sonra mümkün olabilece�i anla��lmaktad�r [5]. Konumlama maksatl� uydulardaki geli�meler, halihaz�rdaki yal�n GPS ve frekanslarla yeterli uydu görülemeyen yüksek binalarla çevrili �ehir merkezlerinde ve a�açl�k bölgelerde daha hassas konumlama olana�� sa�layacakt�r. Böylelikle do�ru bir konumlama için gerekli olan en az 4 uydu ihtiyac� büyük ölçüde giderilmi� olacak ve yal�n GPS, DGPS ve RTK uygulamalar�nda elde edilecek do�ruluk daha da artacakt�r.


237

4. SONUÇ

TUSAGA-AKT�F (CORS-TR) projesinin Aral�k 2008 itibariyle tamamlanmas� öngörülmektedir. Proje ile tüm Türkiye’de yakla��k 145 sabit GPS istasyonu kurularak kadastral uygulamalar, haritac�l�k ve jeodezik çal��malar ba�ta olmak üzere kalk�nma amaçlar�na yönelik gerçek zamanl� ve santimetre mertebesinde konum bilgisi sa�lanacakt�r. Ancak dünyadaki uygulamalar, DGPS ve RTK düzeltme bilgilerinin yaln�zca sivil sektöre hizmet sunan kalk�nma teknolojilerinde de�il, ayn� zamanda savunma teknolojilerinde de yo�un olarak kullan�ld��n� göstermektedir. Halihaz�rda, yaln�zca GPRS/EDGE üzerinden sunulmas� planlanan ve RTCM format�nda yay�nlanacak düzeltme verileri, GPRS modeme sahip tek frekansl� (DGPS için) ve çift frekansl� (RTK için) al�c�lar ile al�nabilecektir. Söz konusu al�c�lar yard�m�yla savunma teknolojileri çerçevesinde; her türlü harp silah ve arac�n�n yönlendirilmesi, araç ve personel takibi ve seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donan�mlar�n�n (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ate� Destek Birimleri, harekât alan�n�n sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetlerinin daha hassas olarak gerçekle�tirilebilece�i de�erlendirilmektedir. KAYNAKÇA [1] Kahveci,M, Y�ld�z,F (2005), “GPS Teori-Uygulama”, Nobel Yay�n Da��t�m. Ankara, Kas�m, 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 American Surveyor”, www.TheAmericanSurveyor.com, Kas�m, 2005.

[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


238


239

SAR S�STEMLER�NDE GÖRÜNTÜ OLU�TURMA �Ç�N YEN� B�R YÖNTEM

Ay�e YAVUZ KONU�LU (a), Yakup ÖZKAZANÇ (b)

(a) SDT A.�. UZAY ve SAVUNMA TEKNOLOJ�LER�, Galyum Blok 2.Kat No:2, 06531, Ankara, [email protected]

(b) Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisli�i Bölümü, 06800, Beytepe, Ankara, [email protected]

ÖZET Sentetik Aç�kl�k Radar� (SAR), uçak veya uydu üzerinde uzaktan görüntüleme amac�yla kullan�lan ve her türlü hava ko�ulunda yüksek çözünürlükte görüntü sa�layabilen bir radar sistemidir. SAR sistemleri genel olarak �erit Haritalama (Stripmap) ve Noktasal I��k (Spotlight) modu olarak iki ayr� modda çal��abilmektedir. Bu çal��mada SAR’ �n Noktasal I��k modu incelenmi� ve bu mod için zaman düzleminde bir SAR görüntü olu�turma algoritmas� olarak Kalman filtre tabanl� yeni bir yöntem önerilmi�tir.

Geleneksel SAR görüntü olu�turma algoritmalar� iki boyutlu Fourier dönü�ümlerine dayanmaktad�r. Kutupsal koordinatlardan kartezyen koordinatlara geçi�teki ara de�erleme (interpolasyon) basama�� bu algoritmalar�n performans�n� s�n�rlayan bir unsurdur. �lintilendirme yöntemini temel alan zaman düzlemi algoritmalar�nda ise i�lem hacminin büyüklü�ünden dolay� görüntü elde etme zaman� uzamaktad�r. Bu nedenle gerçek zamana yak�n uygulamalarda bu algoritmalar tercih edilmemektedir.

Bu çal��madaki benzetimlerde Noktasal I��k SAR ham verisi olu�turulmu� ve Kalman filtre kullan�larak i�lenmi�tir. Kalman filtre algoritmas� sonucunda di�er zaman düzlemi algoritmalar�na göre makul sürelerde ve frekans düzlemi algoritmalar�na göre daha yüksek çözünürlükte SAR görüntüsü elde edilebilmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Görüntüleme Radar�, Sentetik Aç�kl�k Radar�, Noktasal I��k 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,


240

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. G�R�� Sentetik Aç�kl�k Radar�, bir bölgenin yüksek çözünürlüklü görüntü veya haritas�n� elde etmekte kullan�lan, i�lemcisinde büyük boyutlu bir antene e�de�er sentezleme gerçekle�tirerek çapraz menzilde yüksek çözünürlük sa�layan bir radar sistemidir [1]. SAR’�n ke�if amaçl� olarak yeryüzünün co�rafik özelliklerinin ç�kar�lmas�, yer hedeflerinin takibi ve yerküredeki yap�sal de�i�ikliklerin takip edilmesi gibi askeri ve sivil bir çok alanda uygulamas� bulunmaktad�r.

Hareketli platform üzerindeki SAR sistemi, platform sentetik aç�kl�k boyunca hareket ettikçe görüntülenecek bölgeye darbeler göndermekte ve yüzeyden yüzeyin yans�ma katsay�lar�na göre de�i�ip yans�yarak gelen sinyalleri toplamaktad�r. Toplanan bu yans�malar radar içinde RF ve IF basamaklardan geçtikten sonra sinyal i�leme k�sm�na gelir ve bu k�s�mda uygulanan görüntü olu�turma algoritmalar� ile yüzeyin iki boyutlu SAR görüntüsü elde edilir.

Askeri ke�if, gözetleme ve istihbarat sistemlerinde kullan�lan SAR sistemleri genel olarak �erit Haritalama (Stripmap) ve Noktasal I��k (Spotlight) modu olarak iki ayr� modda çal��abilmektedir. Bu çal��mada SAR’�n noktasal ��k modu için ham veri olu�turulmu� ve bu ham veri Kalman filtre yöntemiyle i�lenerek yüksek çözünürlükte SAR görüntüsü elde edilmi�tir. Elde edilen sonuçlar zamanda ve frekansta gerçeklenen çe�itli algoritmalar�n sonuçlar�yla kar��la�t�r�lm��t�r.

2. NOKTASAL I�IK SAR MODU HAM VER� OLU�TURMA Noktasal I��k modunda SAR sinyalinin ��ma örüntüsü, uçak hareket ederken antenin ayn� bölgeye odaklanmas�n� sa�layacak �ekilde de�i�tirilir, bu


241

durumda antenin görüntülenecek bölgeye olan bak�� aç�s� zamanla de�i�mi� olur [2]. Noktasal I��k modu benzetiminde uçak üzerindeki SAR’�n hareketi sürekli bir hareket olarak de�il, bir darbe gönderilip al�nana kadar sabit, sonraki darbenin gönderilmesinde di�er konuma ilerlemi� �ekilde kesikli bir hareket olarak dü�ünülmü�tür [3]. SAR taraf�ndan bir darbe gönderildi�inde, gidip-gelme mesafesinden dolay� sinyalin genlik de�eri sönümlenmekte ve spot içindeki her noktadan o noktan�n yans�ma katsay�s�n�n genlik ve faz de�eriyle orant�l� olarak de�i�ip yans�maktad�r. SAR aç�kl�� boyunca bütün hareket duraklar�nda darbe gönderilmekte, spot içindeki noktalardan yans�yan sinyaller almaçta i�lenmek üzere toplanmaktad�r. Al�nan toplam sinyal üzerinde görüntü geriçat�m algoritmalar� uygulanarak elde edilen yans�ma katsay�lar�yla spot bölgesinin görüntüsü elde edilmektedir. SAR taraf�ndan ötü� (chirp) sinyali ile s�k��t�r�larak gönderilen )(ta genli�e sahip )(tp sinyali;

)exp()()( 2tjtjtatp � �� (1)

� : ötü� sinyali faz� kuadratik katsay�s� (ötü� h�z�)

: ötü� sinyali faz� do�rusal katsay�s�

�eklinde yaz�l�r. Darbe s�k��t�rma i�leminden geçirilerek SAR taraf�ndan yüzeye gönderilmi� olan )(tp sinyali, yüzeyin her n noktas�ndan dnt gecikmeye u�ram�� ve n, kompleks yüzey yans�t�rl�k katsay�s� ile de�i�ime u�ram�� bir �ekilde yans�r. Bu sinyalin SAR taraf�ndan al�n�rken zamanda ve uzamda örneklenmesiyle e�itlik (3)’ teki ),( uts sinyali elde edilir [3].

cuyYxX

crt

ttputs

ncncndn

dnn

n

22 )()(22

)(),(

��

�� /,

(2)

/��

!

""#

$ ��

n

ncncn c

uyYxXtputs

22 )()(2),( , (3)

Burada, u : SAR’ �n hareketi boyunca bulundu�u aç�kl�k pozisyonlar�

nr : n. nokta ile SAR aras�ndaki menzil ( nx , ny ) : n. noktan�n ( cX , cY ) merkez noktas�na göre koordinatlar� ( cX , cY ) : Bölgenin merkez koordinatlar�

gösterilmektedir.


242

3. KALMAN F�LTRE �LE SAR GÖRÜNTÜSÜ OLU�TURMA

Bu bölümde SAR taraf�ndan aç�kl�k boyunca toplanm�� olan sinyaller do�rusal olarak modellenecek ve bu do�rusal sistem üzerinde Kalman filtre kullan�larak SAR görüntüsünü olu�turacak olan yans�ma katsay�lar� elde edilmeye çal��lacakt�r. Kalman filtre ile sistem dinamikleri ve sisteme eklenen gürültü göz önüne al�narak durum vektörlerinin de�i�imi do�rusal olarak modellenmektedir. SAR görüntü olu�turma problemi de hedef noktalardan yans�y�p gelen ve do�rusal olarak toplanan sinyalleri i�lemeye dayand��ndan Kalman filtre ile modellenebilecek dinamik yap�lardan biri olarak görülmektedir.

Noktasal I��k modu için elde etti�imiz SAR ham verisinin e�itlik (2)’ deki ifadesini, kolon boyunca zaman (t) de�i�imini ve s�ra boyunca konum (u) de�i�imini gösteren bir matris olarak yazacak olursak e�itlik (4)’ deki ifadeyi elde ederiz;

��

!

"""""

#

$

�

),(..),(),(:..::

),(..),(),(),(..),(),(

),(

21

22212

12111

rppp

r

r

utsutsuts

utsutsutsutsutsuts

uts (4)

Burada,

p : Bir u noktas�nda gönderilen darbenin yans�malar�ndan al�nan toplam örnek say�s�

r : Aç�kl�k boyunca kaç farkl� noktadan darbe gönderildi�ini gösteren say�

iu : SAR’�n darbe gönderdi�i konumlar� gösteren de�i�ken

jt : SAR’�n tek bir u konumunda zamanda kaç�nc� (j) örne�ini almakta oldu�unu gösteren de�i�ken

olarak al�nm��t�r.

SAR taraf�ndan belirli bir konumda gönderilen bir darbe tüm hedeflerden yans�t�c�l�k katsay�s� ile de�i�erek yans�makta ve yans�yan toplam sinyal SAR al�c�s� taraf�ndan örneklenmektedir. SAR al�c�s� taraf�ndan örneklenecek toplam sinyal, hedeflerden yans�t�c�l�k katsay�lar� ile orant�l� bir �ekilde de�i�erek gelen sinyallerin do�rusal bir �ekilde toplanmas�yla olu�ur. Kalman filtrenin SAR problemine uygulanabilir olmas�n� sa�layan do�rusall�k bu do�rusal toplamda mevcuttur. SAR farkl� konumlara ilerledikçe gönderdi�i her darbede görüntülenecek bölgeden gelen yans�malar� yine do�rusal bir �ekilde toplayarak ilerleyecektir. Darbelerden elde edilen örnekler bir vektör �eklinde dizilirse ve e�itli�in di�er taraf�na yans�t�c�l�k katsay�lar�ndan olu�turulmu� vektör yaz�l�rsa a�a��daki gibi bir e�itlik elde edilir.


243

��

!

""""

#

$

'

��

!

"""""""""

#

$

��

��

��

��

�

��

!

"""""""""

#

$

n

nrdprdprdp

nrdrdrd

ndpdpdp

nddd

rp

r

p

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

uts

uts

uts

uts

,

,,

2

1

21

12111

12111

11211111

1

1

11

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((

),(:

),(:

),(:

),(

(5)

)(),( dnn

n ttputs �� /, (6)

Yukar�daki gösterimde s(t,u) sinyali tek boyutlu vektör olarak, hedeflerden yans�y�p gelen p(t) sinyalleri iki boyutlu matris olarak ve , yans�t�c�l�k katsay�lar� vektör olarak ifade edilmi�tir.

Bu noktada kalman filtre notasyonuna bir geçi� yapacak olursak, , yans�t�c�l�k katsay�lar�n� do�rusal durum dinami�ini gösteren x vektörü, al�nan toplam ),( uts sinyalini ölçüm dinami�ini gösteren z vektörü �eklinde ifade etti�imizde SAR sinyali �u �ekilde do�rusal olarak modellenmi� olur;

vHxz �� (7)

Bu modellemede, kaydedilen SAR sinyali z ile, kompleks yans�ma katsay�s� x ile, ölçümlerdeki gürültü faktörü v ile gösterilirse z ve x vektörleri ile H

matrisi a�a��daki gibi düzenlenir [4];

��

!

"""""""""

#

$

�

��

!

""""

#

$

'

��

!

"""""""""

#

$

��

��

��

��

�

��

!

"""""""""

#

$

rp

n

nrdprdprdp

nrdrdrd

ndpdpdp

nddd

rp

r

p

v

vv

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

ruttpruttpruttp

uts

uts

uts

uts

*

2

1

2

1

21

12111

12111

11211111

1

1

11

.

.

.

.

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((:..::

)),((..)),(()),((

),(:

),(:

),(:

),(

,

,,

(8)


244

Kalman filtre algoritmas� bir blok diyagramla a�a��daki gibi özetlenebilmektedir [5] ;

�ekil 1 Kalman Filtre Algoritmas� Blok Diyagram�

Hata kovaryans matrisi kP ,belirli bir andaki darbeye ait ölçümlerden kestirilen yans�ma katsay�lar� vektörü ile bir önceki darbeye ait ölçümlerden kestirilen yans�ma katsay�lar� vektörü aras�ndaki hatan�n kovaryans�n� göstermektedir.

� � � �Tkkkk

Tkkk EE )ˆ)(ˆ( xxxxeeP �� (9)

Bu modellemede yans�ma katsaylar�n� gösteren kx vektörü SAR görüntüleme süresi boyunca de�i�miyor kabül edildi�inden kA matrisi birim matris olarak seçilmi�, kQ ve kR de�erleri için ise sabit de�erler atanm��t�r.

Kalman Kazanc�n�n hesaplanmas�: 1)( �� k

Tkkk

Tkkk RHPHHPK

Güncellenmi� kestirim için hata kovaryans�n�n hesaplanmas�

�� kkkk PHKIP )(

Ölçüm ( kz ) kullan�larak kestirimin güncellenmesi

)ˆ(ˆˆ �� kkkkkk xHzKxx

�leriye yans�tma kkkk wxAx ��

� ˆˆ 1

kTkkkk QAPAP ��

�1

Önsel kestirimin ( �kx ) ve hata

kovaryans�n�n ( �kP ) girilmesi


245

� �?@A

�,0

,kTikE

Qww

kiki

8� (10)

� �?@A

�,0

,kTikE

Rvv

kiki

8� (11)

� � ,0�TikE vw tüm k ve i ’ ler için (12)

Kalman kazanc� her darbede güncellenen kP ve kH de�erleri ile sabit kR de�eri üzerinden a�a��daki gibi hesaplanm�� ve bu kazanç de�eri bir sonraki

kx kestiriminde kullan�lm��t�r.

1)( �� k

Tkkk

Tkkk RHPHHPK (13)

)ˆ(ˆˆ �� kkkkkk xHzKxx (14)

Sonuç olarak ),( uts matrisi vHxz �� eklinde, x de�i�keni yüzeyin yans�ma katsay�lar�n� gösterecek �ekilde modellenirse, do�rusal dinamik sistemlerin çözümünde kullan�lan Kalman filtre yöntemi SAR problemine de uygulanabilir hale gelmektedir. 4. BENZET�MLER Bu çal��ma kapsam�nda noktasal ��k SAR modu için frekans düzleminde (Dalga Cephesi, Menzil Y��nlama, kutupsal biçim i�leme) ve zaman düzleminde (�lintilendirme ve Geri �zdü�üm) çe�itli algoritmalarla SAR görüntüleri elde edilmi� ve Kalman filtre yöntemiyle elde edilen sonuçlarla kar��la�t�r�lm��t�r. Bu kar��la�t�rma elde edilen görüntü kalitesi ve algoritmalar�n i�lem süreleri göz önüne al�narak gerçekle�tirilmi�tir. Frekans düzlemi algoritmalar� Kalman filtre algoritmas� da dahil olmak üzere zaman düzlemindeki algoritmalara göre oldukça h�zl�yken, görüntü kalitesi frekansta ve zamanda gerçekle�tirilen algoritmalarda birbirine yak�n bulunmakta, Kalman filtre yönteminde ise orijinal resme oldukça yak�n yüksek çözünürlükte bir SAR görüntüsü elde edilmektedir.

Kalman SAR algoritmas�yla görüntü i�lenirken bu algoritmaya özgü baz� özellikler gözlenmi�tir. Bu algoritmayla tüm ham veriyi toplu i�leme gereklili�i


246

yoktur. SAR verisi k�s�m k�s�m elde edilse bile bu algoritmaya girdi olabilmekte ve bu algoritman�n performans�n� etkilememektedir. Bu aç�dan önerilen algoritma Noktasal-I��k SAR görüntüleme için fazla haf�za gerektirmeyen ve gerçek zamanda gerçekle�tirilmeye yatk�n bir yap� sergilemektedir [4].

Noktasal ��k modunda pratikte s�kl�kla kullan�lan kutupsal biçim i�leme (polar format reconstruction) algoritmas�, geri izdü�üm (backprojection) algoritmas� ve kalman filtre algoritmas� ile elde edilen SAR görüntüleri görsel bir kar��la�t�rma imkan� sa�lamalar� aç�s�ndan a�a��da sunulmu�tur. Benzetimler kapsam�nda algoritmalara girdi olmak üzere yüzey yans�ma katsay�lar�n� içeren matris ilk once �ekil 2’ deki gibi sadece üç noktada belirli bir yans�t�c�l�k de�eri 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 de�eri olan siyah-beyaz bir hava foto�raf� bir pikseli yüzeydeki bir yans�t�c�ya kar��l�k gelecek �ekilde bir matrise dönü�türülerek girilmi�tir.

�ekil 2 SAR algoritmalar�na girdi olacak noktasal (sol) ve gerçekçi (sa�) orijinal �ekiller

�ekil 3 Kutupsal biçim i�leme algoritmas�yla noktasal ve gerçekçi girdiler için

elde edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi i�leme süresi = 9.61 )


247

�ekil 4 Geri �zdü�üm algoritmas�yla noktasal ve gerçekçi girdiler için elde

edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi i�leme süresi=17.76 )

�ekil 5 Kalman filtre algoritmas� ile noktasal ve gerçekçi girdiler için elde

edilen SAR görüntüleri (gerçekçi resimi i�leme süresi=30.26 )

5. SONUÇ Zaman düzleminde uygulanan Kalman filtre görüntü olu�turma yöntemi ile frekans düzlemi algoritmalar�na özgü kutupsal koordinatlardan kartezyen koordinatlara geçi�teki ara de�erleme (interpolation) basama��n�n performans� s�n�rlay�c� etkisi ortadan kald�r�lm��t�r. Zaman düzlemindeki görüntü olu�turma algoritmalar�n�n i�lem hacimlerinin büyüklü�ü ve dolay�s�yla hesaplama sürelerinin uzunlu�u Kalman filtre için de problem olmakla birlikte, hesaplamalarda blok halinde i�lem yap�labilmesi sayesinde i�lem süresi daha makul seviyelere indirilebilmi�tir.

Kalman filtre algoritmas� di�er algoritmalardan farkl� olarak ayn� anda tüm veriyi toplu i�lemeye gerek duymamakta, veriyi i�ledikçe elde edilmek istenen görüntüye biraz daha yakla�maktad�r. Bu Kalman filtre tabanl� SAR algoritmas�n�n en önemli avantaj�d�r. Gerçek zamanl� uygulamalarda, daha


248

SAR verisinin tamam� elde edilmemi�ken ilk gelen veriler sisteme girilip i�lendikçe görüntülenmek istenen bölgenin belirginle�meye ba�lamas� operatöre hedef bölge tespiti için zaman kazand�racakt�r. Zaman düzleminde uygulanan di�er algoritmalardan farkl� olarak Kalman filtre algoritmas�nda görüntü kalitesinden biraz ödün verilerek daha k�sa sürede görüntü elde edilmesi sa�lanabilmektedir. Ayr�ca, paralel i�lemciler kullan�larak i�lem h�z�nda yeterli art�� sa�lan�rsa, bu yöntemle hem zamandan hem görüntü kalitesinden ödün vermeden yüksek çözünürlükte Noktasal I��k 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 Konu�lu, A., 2007, SAR Noktasal I��k Modu Benzetimi ve Kalman Filtre Kullanarak Görüntü Geriçat�m�, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Elektriik ve Elektronik Mühendisli�i Bölümü

[5] Brown, R.G., Hwang, P.Y.C., 1992, Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering, John Wiley & Sons.


249

ETK�N GÖREV PLANLAMASI �Ç�N SAR S�MÜLASYONU

Ozan DO�AN (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 Aç�kl�kl� Radar) alg�lay�c�s�n�n amaçland�� gibi kullan�lmas� için alg�lay�c� ve görüntülenen alan�n birbirine göre konumlar�n� belirleyen SAR geometri bilgisi, radar e�itli�ince belirlenen radar potansiyeli bilgisi ve görüntülenecek alan�n elektromanyetik özelliklerini içeren yans�tma bilgisine ihtiyaç vard�r. SAR geometri bilgisi temel olarak alg�lay�c�n�n irtifas�, seçilen çözünürlük de�eri ve elde edilmek istenen �erit geni�li�i gibi alg�lay�c� parametreleri ile görüntülenecek alan�n içeri�i ve yükseklik de�i�imi gibi yüzey parametrelerini içermektedir. Radar potansiyeli bilgisi genel olarak menzil, anten örüntüsü ve yol kay�plar� gibi radar denklemi parametrelerini içermektedir. Yans�tma bilgisi ise ayd�nlat�lan alan�n ve bu alandaki insan yap�m� nesnelerin bilinen özelliklerini içermektedir.

SAR görev planlamas�nda bu bilgilerinin hepsinin do�ru bir �ekilde belirlenebilmesi oldukça zordur. Bununla birlikte görevden elde edilen görüntülerin istenen performans� sa�layamamas� durumunda ayn� görevin düzeltilmi� parametrelerle tekrar icra edilmesi gerekmekte ve bu durum zaman ve maliyeti art�rmaktad�r. SAR simülasyonu bu noktada görev planlamas� esnas�nda görev parametrelerini alarak kullan�c�ya planlayaca�� görevle ilgili optimum çal��ma zarf�n� belirleyen ve bu çal��ma zarf�nda görüntülenecek hedefin istenen SAR modunda (�erit veya spot) görüntüsünü simüle eden bir yaz�l�m arac�d�r. Bu simülasyon ile kullan�c� kolayca görev öncesinde elde edilecek görüntü ile ilgili ön bilgiyi edinebilmektedir. Böylece isterse görevi tekrar düzenleyebilecek ve istedi�i performans� elde edebilece�i uçu� zarf�n� kestirebilecektir.

Anahtar Kelimeler: Sentetik Aç�kl�kl� 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


250

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 G�R�� SAR ��t�lan alandaki geri saç�lma karakteristiklerini kullanarak yer yüzeyi görüntüleme yetene�i sa�layan güçlü bir uzaktan alg�lama tekni�idir. SAR simülatörleri alg�lay�c� tasar�m�, görev planlama, kullan�c� e�itimi ve otomatik co�rafi konumland�rma gibi bir çok çal��ma alan�ndaki beklentileri kar��lamak amac� ile kullan�labilir. Bu uygulamalar farkl� SAR simülatörü yakla��mlar�na ihtiyaç duyarlar. SAR alg�lay�c� tasar�mlar� ve görüntü olu�turma algoritmalar�n�n test edilmesi amac�yla geli�tirilecek olan SAR simülatörleri SAR ham veri simülasyonlar�na ihtiyaç duyarlar. [1] Çünkü bu simülatörler ham veri kullanarak tasar�m ve test yaparlar. SAR görev planlama, SAR kullan�c� e�itimi ve SAR otomatik co�rafi konumland�rma gibi daha çok görüntü i�lemeye yönelik uygulamalarda ise SAR görüntü simülatörlerine ihtiyaç duyulmaktad�r. [2-4] SAR görüntü simülatörleri SAR görüntü olu�turma i�lemlerini atlayarak h�zl� bir �ekilde kullan�c�ya senaryonun sonucunda elde edilecek görüntüyü simüle ederler. Bu çal��mada önerilen simülasyon etkin bir görev planlamas� için gerekli olan SAR görüntü simülasyonudur.

�stihbarat makamlar� günümüzde ayn� anda bir çok ke�if-gözetleme talebinde bulunmakta ve bu talepleri için farkl� kaynaklardan bir çok görüntü almaktad�rlar. �stihbarat makamlar�n�n taleplerini kar��layacak görev planlamas�n�n gerçekle�tirilmesi için yaz�l�mlar geli�tirilmektedir. Ancak bu yaz�l�mlar genellikle görev planlamas�n�, faydal� yük planlama i�lemini ihmal ederek veya göz ard� ederek sadece uçu� planlamadan ibaret olarak görmektedir. Oysa faydal� yük planlama i�lemi alan bilgisi gerektiren bir i�lemdir ve uçu� planlamadan ba��ms�z de�ildir.

Bu çal��mada SAR alg�lay�c�s�ndan elde edilen faydal� yükün planlamas� amac� ile geli�tirilen SAR görüntü simülatörleri anlat�lmaktad�r. Simülatörün


251

girdisi Say�sal Yükseklik Haritalar� (SYH), Kullan�m Haritalar� (Tarla, ormanl�k alan, Deniz vb.) ve Hedef Modelleri ile hava arac�n�n uçu� zarf�d�r. SAR görüntü simülatörünün ç�kt�s� ise Radar Kesit Alan� (RKA), gölge etkisi, propagasyon kayb� ve SAR uçu� geometri bilgilerini hesaba katarak elde edilen SAR görüntüsüdür. Bu çal��man�n önemli bir katk�s� geri saç�lmay� alg�lay�c�n�n yüksekli�inin bir fonksiyonu olarak modelledi�inden kullan�c�ya özellikle alg�lay�c�n�n bak�� aç�s� ve dolay�s� ile yüksekli�ini belirleme konusunda yard�mc� olmas�d�r. Bunun yan�nda taranacak alan�n boyutunun belirlenmesi (�erit modu için ba�lang�ç noktas�, biti� noktas� ve �erit geni�li�i), bu alandaki gölgede kalan alanlar�n belirlenmesi, gecikme zaman� etkilerinin gözlemlenmesi, kar��t�rma etkilerinin belirlenmesi ve bu sonuçlar ��nda olas� alternatif görev senaryolar�na karar verilmesi gibi yeteneklere de imkan verir. Bu çal��ma görev planlamas� için kullan�labilecek bir SAR görüntü simülasyonunun kavramsal çal��mas�d�r.

2 GÖREV PLANLAMA KAVRAMI Yer istasyonu görev planlama ile SAR faydal� yükü görev planlamas� amac� için önerilen SAR görüntü simülatörünün ili�kisi �ekil 1’de görülmektedir. SAR görüntü simülatörü planlanan kapsama alan�n� olu�turmak için kullan�c�ya minimum alg�lay�c� yüksekli�i ve bu yükseklik ile ilgili olarak bak�� aç�s� bilgisi sa�lamaktad�r. Bak�� aç�s� ayn� zamanda hedeften geri saç�lan sinyal ile de ilgilidir ve görüntülenmek istenen hedefin türüne ve bulundu�u yer yüzeyi ile etkile�imine ba�l� olarak seçilmelidir. SAR simülatörü, uçu� parametreleri bilgisini kullanarak bak�� yönünde bulunan ve alg�lay�c�n�n görüntüleme yapmas�n� engelleyen insan yap�m� hedefleri ve topografik etkileri modellemekte ve kullan�c�ya görev öncesi sunabilmektedir.

�ekil 1 Görev Planlama ve SAR Görüntü Simülatörüsünün �li�kisi

SAR Görüntü Simülatörü

Uçu�/Orbit Parametreleri

Görev Veri taban�

Kapsama Alan� Manevralar

Görev Planlama

Engeller

3B Modeller

Bilgi Sistemleri


252

3 SAR GÖRÜNTÜ S�MÜLASYONU SAR görüntüsü vericiden gönderilen ve yüzeye çarparak geri dönen sinyalin al�c� taraf�ndan al�n�p i�lenmesi sonucu elde edilir. SAR ham verisi yüzey ve gönderilen sinyalin konvolüsyonu olarak modellenir. SAR görüntüsü ayn� mant�kla üretilebilir. Ancak bu i�lemin hesaplama yo�unlu�u yüksek olup ayn� zamanda geri saç�lan verinin i�lenmesi zorunlulu�unu da içerdi�inden verimli bir çözüm de�ildir. Bu sebeple SAR görüntü simülatörleri geri saç�lma modelini SAR görüntü geometrisine izdü�ürerek h�zl� bir �ekilde görüntü olu�tururlar.

�ekil 2’de SAR görüntü simülatörünün modülleri görülmektedir. Simülatör girdi olarak say�sal yükseklik haritas�, kullan�m haritas� ve hedef 3B modellerini almaktad�r. Bu modellerden RKA kestirimi yapmaktad�r. RKA kestirimi için bilinen yöntemler geometrik optik ve fiziksel optik ile bu modellerin geli�tirilmi� versiyonlar�d�r. RKA kestirimi i�lemi için kullan�m haritalar� kullan�larak mevcut arazi geri saç�lma istatistiklerinin [5] etkileri hesaplanarak geri saç�lma modeline eklenir. Böylece geri saç�lma modeli, bilinen veri tabanlar� [5] ve insan yap�m� hedefler ile topografyan�n üç boyutlu bilgilerinden elde edilen kestirimler [2] birle�tirilerek modellenir.

Geri saç�lma modeli radar denklemi uyar�nca RKA’n�n menzilin, al�c� ve verici gücünün bir parametresidir. Geri saç�lma bu simülatör için menzil ba��ml�l�k, atmosferik kay�plar gibi etkileri de hesaba katarak elde edilir.

Faset yakla��m� geri saç�lma modelleme için ba�ar�m� yüksek oldu�u bilinen bir modeldir. Bu modelde yüzey fasetlere ayr�l�r. Her bir fasetten geri saç�lan sinyalin gücü �u �ekilde modellenmi�tir[5]:

/�

��N

iii jVjVV

121 )exp( �

Bu e�itlikte )exp( ii jV � i. saç�c�n�n katk�s�, i� saç�c�n�n faz�n� ve iV saç�c�n�n genli�ini göstermektedir. Faz ifadesi normal da��l�ml� olarak modellenmi�tir. Genlik ifadesi ise bu çal��mada yüzey normalleri ile gelen elektrik alan�n�n yönünün aras�ndaki aç� kullan�larak modellenmi�tir. Sonuçta her bir fasetten elde edilen yans�ma N adet e� fazl� olmayan saç�c�n�n toplam�d�r. SAR görüntülerinde gözlemlenen benek gürültüsü çözünürlük hücresi içerisindeki saç�c�lar�n e� fazl� olmayan toplam�n�n sonucunda birbirlerini kuvvetlendirmesi ve bast�rmas�ndan kaynaklanmaktad�r. Önerilen bu çözüm imayen bu etkiyi kapsamakta ve benek etkisinin do�as�n� içermektedir.

Geri saç�lma modelinin elde edilmesinde bir di�er önemli husus da gölge alanlar�n belirlenmesidir. SAR al�c�s�, bak�� yönündeki ��tt�� alandan yükseltilerden ötürü veya hedeflerden ötürü geri saç�lma alamayabilir. Bu durumda SAR görüntüleri üzerinde gölge alanlar olu�ur. Gölge alanlar SAR görüntülerinde son kullan�c� aç�s�ndan ve görev planlay�c� aç�s�ndan oldukça önemlidir. Zira bu alanlar belli bölgelerin görünmesini engelledi�inden istenmeyen etkiler olarak görülse de bir hedefin kendisi kadar gölgesinin de


253

bilinmesi, hedefin türü hakk�nda bilgi vermesi aç�s�ndan oldukça k�ymetli oldu�undan görev planlamas� esnas�nda istenen bir özellik de olabilir. Sonuç olarak görev planlanmas� esnas�nda, alg�lay�c� gerçek uçu�una ba�lamadan önce gölge alanlar�n kullan�c�ya görüntülenmesi gerekmektedir. Gölge alanlar�n tespiti amac�yla ��n izleme algoritmalar� geli�tirilmi�tir. Bu algoritmalar�n do�ruluklar� ve hesaplama yo�unluklar� aras�nda bir ikilem bulunmaktad�r ancak SAR aç�s�ndan bak�ld��nda çoklu yans�ma ko�ullar� ihmal edilirse ve alg�lay�c�n�n düzgün bir do�ru boyunca hareket etti�i varsay�l�rsa darbeden darbeye topografya de�i�imi ihmal edilece�inden h�zl� ��n izleme algoritmalar� önerilebilir. Sonuç olarak elde edilen gölge alanlar geri saç�lma modeline girdi olacak ve kullan�c� görev planlamas� esnas�nda elde edilecek görüntüdeki gölge alanlar bilgisine sahip olacakt�r.

�ekil 2 SAR Görüntü Simülatörü Modülleri

Geri saç�lma modeli elde edildikten sonraki a�ama SAR görüntü geometrisinin elde edilmesi a�amas�d�r. SAR görüntü geometrisi kullan�c�n�n belirledi�i çözünürlük ve ba�lang�ç menzil de�erleri uyar�nca tamamen belirlenir ve SAR görüntüsündeki her bir pikselin konumu belirlenir. SAR görüntü simülatörü geli�tirilmesi aç�s�ndan SAR görüntüsünün konumu ile geri saç�lma modelinin konumlar�n�n gerçek hayatta da oldu�u gibi birbirinden ba��ms�z olarak modellenmesi önemlidir. Bu farkl�l�k kullan�c�ya istedi�i alan� görüntülemek için görev planlamas� esnas�nda girmesi gereken minimum menzil ve çözünürlük de�erlerini do�ru bir �ekilde girmesi için yard�mc� olur. Örne�in kullan�c� topografik de�i�imleri dikkate almadan görev planlamas� yaparsa veya bu etkileri yanl�� olarak modellerse elde edilecek görüntü yükseklik hatas� ile do�ru orant�l� ve alg�lay�c� bak�� aç�s�na ba�l� olarak yeryüzünde iyi ihtimalle kayacak kötü ihtimalle ise görüntü olu�turamayacakt�r. Bu durumu do�ru bir �ekilde modellemek için SAR görüntüsünün konumu ile geri saç�lma modelinin konumlar�n�n ba��ms�z olarak modellenmesi gerekmektedir.

3.1 SAR SENARYO HAZIRLAMA

Say�sal Yükseklik Haritas�

Kullan�m Haritas�

Hedef 3B Modeli

Geri Saç�lma Modelleme

Uçu�/ Orbit Bilgileri

SAR Görüntü Geometrisi


254

�ekil 3’de tipik bir görev planlama senaryo ekran� görülmektedir. Bu senaryoda kullan�m alanlar� (deniz, orman vb), hedefler (fabrika, rafineri) belirlenmi�tir. Görüntülemeye ba�lama noktas� ve biti� noktas� (senaryoya göre SAR �erit modu) seçilmi�, �erit geni�li�i ve çözünürlük belirlenmi� ve minimum menzil mesafesi kullan�c� taraf�ndan girilmi�tir. SAR simülatörü bu senaryo için yer yüzeyinde görüntülenecek olan alan� kullan�c�ya göstermektedir. Örne�in bu senaryoya göre mavi renkteki fabrika SAR görüntüsünde görüntülenmeyecektir. Bir sonraki a�amada simülatör öncelikle bu kullan�m haritas�n� ve say�sal yükseklik haritas�n� kullanarak elde edilmesi beklenen SAR görüntüsünü olu�turacakt�r.

�ekil 3 Örnek SAR Görüntü Simülasyonu Senaryo Haz�rlama Ekran�

3.2 S�MÜLE GÖRÜNTÜ ANAL�Z� Üretilen görüntüde ormanl�k alanlardaki hedefler ile deniz yüzeyindeki hedefler aras�nda RKA bak�m�nda farkl�l�klar görünecektir. Örne�in ormanl�k alandaki bir bina bu görevde görüntülenmek istenen hedeflerden biri ise alg�lay�c� yüksekli�ine ba�l� olarak bu binan�n geri saç�lma de�i�imi yüksekli�e ba�l� olarak görüntülenebilir. Bu i�lemin yan�nda hedefe yakla�ma veya uzakla�ma durumlar�n�n görüntüye etkisi gözlenebilecektir.

Stratejik öneme sahip hedeflerin yak�nlar�na SAR görüntüleme yapmay� engellemek amac� ile yüksek yans�t�c�l�kl� yans�t�c�lar (corner reflector) yerle�tirilir. Simülatör kar��t�r�c� olarak nitelendirilebilecek bu etkileri gözlemlemek amac� ile yer yüzeyinde RKA de�eri çok yüksek olan hedefler tan�mlamaya imkan vermektedir. Böylece görev planlamas� bu hedeflerin etkilerini de hesaba katarak güncellenebilir.

3.3 KAYDED�LEN VER�N�N PLANLANMASI Alg�lay�c� görüntülerin indirildi�i yer istasyonu ile her zaman ba�lant� kuramayabilir. Kullan�c� baz� bölgelerden elde edilen görüntülerin daha sonra i�lenmesi için saklanmas�n� da talep edebilir. Bu durumlar için alg�lay�c�n�n üretti�i görüntüleri veri kay�t sistemlerine kaydetmesi beklenir. Ancak bu


255

sistemlerin kapasiteleri belli seviyelerin alt�ndad�r. Ayn� zamanda bu sistemler uçaktaki görev bilgisayar� aç�s�ndan köle sistemler olup ne zaman hangi bilgiyi indireceklerini bilmezler. SAR görüntü simülatörü ba�lant� kesintilerinin say�sal yükseklik haritalar� kullanarak hesaplanmas�na ve atmosferik de�i�imlerden kaynaklanan veya kar��t�rma etkilerinden kaynaklanan ba�lant� kesintilerinin de zamana ba�l� bir fonksiyon olarak kullan�c� taraf�ndan girilmesine imkan tan�r. Bu yetenekteki temel amaç alg�lay�c�n�n bulundu�u bir pozisyonda yer istasyonunda hangi pozisyona ait verinin görüntülendi�inin uçu� öncesinde bilinmesidir. Çünkü yer istasyonundaki kullan�c� görüntüledi�i hedefe ba�l� olarak uçu� plan�n� de�i�tirebilmelidir. Bu de�i�imin yap�lmas� için alg�lay�c�n�n elde etti�i görüntünün konumu ile yer istasyonundaki görüntünün konumu aras�ndaki fark çok fazla olmamal�d�r ve bu fark görev de�i�ikli�i için bir parametre olarak kullan�labilmelidir. Bunun yan�nda görevden önce veri kay�t sisteminin kapasitesinin de zamana ba�l� olarak hesaplanmas� mümkündür.

4 BENZET�M SONUÇLARI �ekil 4’te sol tarafta hedef modeli ve rastgele yer yüzeyi de�i�imlerinin 3B modeli, sa� tarafta ise bu modelden elde edilen SAR görüntüsü görülmektedir [7]. Örne�in bu görüntüler için 1 numaral� hedefin görüntülenmesi için görevin do�ru planland�� söylenebilir. Ancak 2 numaral� hedef oryantasyonundan ötürü görüntü üzerinde çok fazla yay�lm��t�r. Bu sebeple amaç bu hedefin görüntülenmesi ise alg�lay�c�n�n uçu� yönünün de�i�tirilmesi gerekmektedir. 3 ve 4 no’lu hedeflerin görüntülerine bak�ld��nda ise bu hedeflerin ayr��t�r�lamad�� ve çözünürlük de�erlerinin art�r�lmas� gerekti�i sonucuna var�l�r.

�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 modelledi�ini göstermektedir. Ancak denizden saç�lma modellenmedi�inden deniz yüzeylerinde gerçek görüntü ile simüle görüntü birbirinden ayr�lmaktad�r. Deniz yüzeylerinin modellenmesi hem dalga �ekillerini hem de dalga hareketinin modellenmesini içerir ve ileri çal��malara b�rak�lm��t�r. �ki görüntü aras�ndaki bir di�er fark ise benek gürültüsünün gerçek görüntüde daha yüksek güçlü olmas�d�r. Görüntülerdeki benek gürültüsünün etkisini daha iyi gözlemlemek için saç�c�lar�n fazlar�n�n de�i�inti de�erini art�r�labilir.


256

�ekil 4 Hedef modelleri ve bu hedef modellerine kar��l�k dü�en odaklanmam�� SAR görüntüsü

�ekil 5 Gerçek SAR görüntüsü (Advanced Synthetic Aperture Radar) ve ayn� alan�n SYH’si kullan�larak elde edilmi� simüle edilen SAR görüntüsü

5 SONUÇLAR ve TARTI�MALAR Bu çal��mada etkin bir görev planlama için kullan�labilecek olan SAR görüntü simülasyonunun kavramsal çal��ma ko�ullar�n� anlatmaktad�r. Hava arac�n�n veya uydunun görev planlamas� faydal� yükün planlamas�n� da mutlaka dikkate almal�d�r. SAR görüntü simülatörü görüntülenecek alan�n, hedefe ba�l� olarak bak�� aç�s�n�n, veri kayd�n�n ve gölge etkilerinin görevden önce belirlenmesi için kullan��l� bir araçt�r.

SAR görüntü simülatörlerinin hesaplama yo�unlu�u aç�s�ndan yüksek ba�ar�ml� olarak gerçeklenmesi ile geri saç�lma modelinin do�rulu�u aras�nda bir ikilem vard�r. Do�ruluktan fedakarl�k etmeden h�zl� çal��acak bir algoritma geli�tirmek gelecek çal��malara b�rak�lm��t�r.

1 2

3

4


257

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.


258


259

NÜMER�K YÖNTEMLERLE SAÇILAN ALAN HESABI, 3-B TERS YAPAY AÇIKLI RADAR GÖRÜNTÜLER�N ELDE ED�LMES� ve SAÇILMA

MERKEZLER� ANAL�Z�

Betül YILMAZ (a), Caner ÖZDEM�R (b)

(a) Mersin Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl. , 33343, Mersin, [email protected] (b) 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 karma��k platformdan elektrik alan saç�l�m� ve sonras�nda Ters Yapay Aç�kl�kl� Radar görüntülerinin elde edilmesi gösterilmektedir. Kullan�lan nümerik kodun k�sa tan�t�m� ve üç boyutlu (3-B) TYAR imaj formülasyonu sunulmaktad�r. De�i�ik uçak ve gemi hedefleri için benzetim sonucu elde edilen iki boyutlu (2-B) ve 3-B TYAR görüntüleri verilmektedir. TYAR görüntülerindeki saç�lma merkezleri (SM), CLEAN ay�klama tekni�i ile ç�kar�lm��t�r. SM analizi, yüksek veri s�k��t�rmas�, TYAR imaj�n�n yüksek kalitede tekrar olu�turulmas� ve frekans-aç� saç�lma alan�n�n da istenilen çözünürlükte elde edilebilmesi gibi önemli avantajlar� sa�lad�� sunulan bir örnekle gösterilmektedir. Anahtar Kelimeler:Radar Görüntüleme, Ters Yapay Aç�kl�kl� Radar, Saç�lma 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 frequency-aspect scattered field data demonstrated. Keywords: Radar Imaging, Inverse Synthetic Aperture Radar, Scattering Centers

1. G�R��


260

Ters Yapay Aç�kl�kl� Radar, TYAR (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) görüntülemesi, bir hedefin 2-B elektromanyetik (EM) görüntüsünü yüksek çözünürlükle olu�turan bir radar sinyal i�leme tekni�idir [1]. Yüksek çözünürlük �art�n�n sa�lanmas� için, radardan gönderilen sinyalin frekans bant geni�li�inin yeterince büyük olmas� gerekmektedir. Bu durum, özellikle benzetim TYAR görüntülerinin olu�turulmas�nda büyük problem olu�maktad�r. Zira moment metodu gibi tam-dalga çözümleriyle uçak ve gemi gibi büyük ve karma��k platformlar�n yüksek frekans EM benzetimlerini yap�lmas�, günümüz bilgisayar imkânlar�yla bile aylar, hatta y�llar süren bilgisayar ko�umlar�n� gerektirmektedir. Bu nedenden dolay� yüksek frekanslarda, bu tip platformlardan saç�lma kestirimi yapabilen en etkin yöntem olarak Seken I��n Yöntemi - SIY, (Shooting and Bouncing Ray - SBR) öne ç�kmaktad�r [2]. Bu bildiride, de�i�ik askeri ve sivil platformlar�n�n Fiziksel-Optik (FO) ve SIY kullanan bir kod sayesinde EM elektrik alan saç�lma benzetimleri ve benzetim sonucu elde edilen verilerin i�lenmesiyle elde edilen 2-B ve 3-B TYAR görüntüleri gösterilmektedir. Ayr�ca, radar görüntülemede, görüntü verisini daha seyrek bir gösterimle sunabilen ve veri s�k��t�rmas�, sonsuz çözünürlükte elektrik-alan tahmini gibi önemli avantajlar sa�layan Saç�lma Merkezi (SM) analizi de sunulmaktad�r. SM gösterimi sayesinde, hem TYAR görüntüsü, hem de çoklu frekans-aç� EM saç�lma alanlar� istenilen çözünürlükte yüksek do�rulukla çok h�zl� bir �ekilde hesaplanabilmektedir.

2. F�Z�KSEL OPT�K BAZLI SEKEN I�IN YÖNTEM�YLE SAÇILMA HESABI Seken I��n Yöntemi (SIY) büyük ve karma��k platformlardan elektromanyetik saç�lmay� yüksek frekanslarda tahmin eden nümerik bir yöntemdir [2]. SIY algoritmas�nda, çok yo�un ��n demeti platforma do�ru gönderilir, ��nlar Geometrik Optik (GO) kurallar�na göre takip edilir (�ekil 1). Her bir ��n�n alan �iddeti, Yans�ma katsay�lar� (= ) ve I��n-Tüpü �raksama faktörleri ( DF ) hesaplanarak bulunur. Dolay�s�yla �ekil 1’den de görülece�i üzere P1 noktas�ndan saç�larak P2 noktas� civar�nda olu�an elektrik a�lan a�a��daki �ekilde hesaplanabilir [2, 3].

� �1/ 22 2 22 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1( , , ) ( ) ( ) ( , , ) exp ( ) ( ) ( )� ' = ' ' � � � � � �$ !#

� �E x y z DF E x y z jk x x y y z z (1)

Buna göre P2 civar�na gelen elektrik alan, P1’deki elektrik alan�n, k R'� �

miktar� kadar faz kayb� ile = ve DF katsay�lar�yla çarp�lmas�ndan bulunur. Dolay�s�yla her sekme için, sadece bu üç parametrenin hesaplanmas� o sekmeye ait elektrik alan�n bulunmas� için yeterli olacakt�r.


261

P1(x1,y1,z1)

P2(x2,y2,z2)

R

�ekil 1 Seken I��n Yöntemi geometrisi

Elektrik alan takibinin bu �ekilde yap�lmas�ndan sonra, ��n platformdan ayr�l�rken, ( , )& � bak�� yönüne do�ru saç�lan elektrik alan a�a��daki FO saç�lma entegrali sayesinde hesaplan�r.

exp( )( , ) exp( )4

' �� ' ' '��

� � �� BS

A

S NS

jk jkrE J jkr dsr

�& �-

(2)

Burada ˆ2 ( , , )� ' 7� �

S N N NJ E x y z n , son sekme yüzeyindeki ak�m yo�unlu�unu vermektedir.

3. ÜÇ BOYUTLU TYAR GÖRÜNTÜLEME ALGOR�TMASI Bu çal��mada, TYAR görüntülerinin 3-B olarak elde edilmesi için gereken algoritman�n sadece k�sa bir özeti verilecek olup, ayr�nt�l� ç�kar�m [1] no’lu kaynakta detayl� olarak ara�t�rmac�lar�n bilgisine sunulmu�tur.

( , ),o o oP x y z hedef üzerinde bulunan ve TYAR görüntüsü ç�kar�lmak istenen noktasal bir saç�c� olarak kabul edildi�inde; monostatik konfigürasyonda P noktas�ndan & �( ), bak�� aç�s� yönünde geri saç�lan elektrik alan a�a��daki gibi yaz�labilir.

� & 'exp( 2 )( , ) os = A jE k ok r, (3)

Burada, Ao geri saç�lan elektrik alan�n genli�ini; k , � &( ), yönündeki dalga numaras� vektörünü ve or ise orijinden P noktas�na uzamsal yer-de�i�tirme vektörünü vermektedir. Fazda bulunan ' ok r çarpan� a�a��daki forma rahatl�kla dönü�türülebilir:

cosk sin k sin k& � & � &' ' ' � ' ' � ' 'ok r (4)


262

Frekans bant geni�li�i fBW ’in merkez çal��ma frekans� den küçük oldu�u varsay�ld��nda, (4)’deki toplam ifadesindeki 2. ve 3. terimlerdeki Ck k olarak al�nabilir. Ayr�ca, geri saç�lan alan�n (+x) yönünde topland�� ve hem & hem de � yönündeki aç�sal bant geni�li�inin küçük oldu�u varsay�ld��nda, a�a��daki yakla��mlar geçerli olacakt�r.

1 1 1, 1 , 90& � & � � � & & �' ' � ' ' � � � (5)

Bu durumda, P noktas�ndan saç�lan elektrik alan ifadesi yakla��k olarak a�a��daki gibi yaz�labilir

� � � � � �( , ) exps o c cE k A j k j k j k� � � �� ' ' ' ' ' ', (6)

Bu yap�yla, saç�lan elektrik alan�n 5 6,c ck, k k� � uzay�ndaki 3-B Fourier dönü�ümü al�nd��nda, P noktas�n�n TYAR görüntüsü a�a��daki gibi elde edilecektir.

� � ( , )o o o oTYAR x,y,z A x - x y - y ,z - z� ' (7)

Burada ( , )x y,z , 3-B birim darbe fonksiyonunu göstermektedir. Ancak (7)’deki sonuç, Fourier entegrali al�n�rken sonsuz frekans ve aç� bant geni�li�i oldu�unda do�rudur. Ancak, gerçekte saç�lan alan sonlu frekans bant geni�li�i ve aç�lar için toplanmaktad�r. Dolay�s�yla; (7)’deki 3-B birim darbe fonksiyonu, gerçek uygulamalarda o o ox y ,z( , ) merkezli 3-B sinc (sinus cardinalis) fonksiyonuna dönü�ecektir [1].

4. BENZETIM SONUÇLARI Benzetimler SIY-FO yöntemini kullanan bir kod sayesinde gerçekle�tirilmi�tir. Söz konusu kod, sadece mükemmel iletken hedeflerden saç�lan alan� hesaplayabilmektedir. Benzetim için de�i�ik uçak, gemi platformlar� kullan�lm��t�r. De�i�ik platformlar için 2-B ve 3-B TYAR görüntüleri elde edilmi� ve bir uçak modeli için Saç�lma Merkezi (SM) analizi yap�larak sunulmu�tur. 4.1. �ki Boyutlu TYAR Görüntüleri �lk olarak, planör tipi bir uça��n SIY-FO yöntemiyle 6 GHz civar�nda benzetimi yap�lm��t�r. Buna göre saç�lan elektrik alan 5,800 – 6,1875 GHz frekans band�nda 32 e�it aral�kl� nokta frekans de�erleri için ve ( 60 0 )� � � �& �, civar�nda 5.64�lik bir aç� band�nda toplam 64 e�it aral�kl� aç� de�erleri için topland�. Sonuç olarak 32x64’lük çoklu frekans-çoklu aç� elektrik alan saç�lma verisi topland�. Daha sonra Bölüm 3’de anlat�lan 3-B TYAR görüntüleme algoritmas�n�n, 2-B TYAR görüntüleme algoritmas�na indirgenmesiyle elde edilen 2-B TYAR görüntüsü �ekil 2’de gösterilmektedir. Bu �ekilden aç�kça görülece�i üzere, platform üzerinde olu�an saç�lma merkezleri 2-B TYAR


263

görüntüsünden rahatl�kla seçilebilmektedir. Önemli saç�lma merkezleri burun, kanat direkleri, pervaneler ve kuyruklar üzerinde olu�maktad�r.

�kinci olarak, bir sava� gemisinin ayn� yöntemle 3 GHz ve & �� ( 60 45 ), bak�� aç�s� civar�nda benzetimi yap�lm��t�r. Saç�lan elektrik alan 2.94 – 3.0562 GHz frekans band�nda 32 de�i�ik nokta için ve geminin burun yönünde 4.51�’lik aç� geni�li�inde yine toplam 64 e�it aral�kl� aç� de�eri için topland�. Sonuç olarak elde edilen 2-B TYAR görüntüsü �ekil 3’de gösterilmektedir. Bu imajda da, önemli saç�c� merkezler geminin ön taraf�ndaki toplardan, orta bölümündeki ikili ve üçlü kö�e yans�t�c� gibi çal��an yap�lardan olu�makta oldu�u gözlemlenmektedir.

4.2. Üç Boyutlu TYAR Görüntüleri 3-B örnek TYAR görüntüsünün elde edilmesi amac�yla, CAD dosyas� �ekil 2’de verilen planörün monostatik elektrik-alan benzetimi 5,8 – 6,1875 GHz aras�ndaki de�i�ik 32 frekans ad�m� ve 2-B aç� �zgaras�nda yap�ld�. Buna göre elektrik alan verisi dikey aç�da 88,1° – 91,7° aras�nda 16 de�i�ik aç� ve yatay aç�da 64 de�i�ik aç� için topland�. Böylece 32x16x64’lük 3-B elektrik alan saç�lma verisi topland�. Daha sonra, Bölüm 3’de anlat�lan formülasyon kullan�larak planörün 3-B TYAR görüntüsü elde edildi. �ekil 4’de de�i�ik z de�erleri için 2-B X-Y düzlemi TYAR görüntüleri sunulmaktad�r.

Men

zil [

m]

Yanca [m]

TYAR Görüntüsü

-5 0 5

-6

-4

-2

0

2

4-20

-15

-10

-5

0

dB

�ekil 2 Planörün 2-B TYAR görüntüsü


264

Men

zil [

m]

Yanca [m]

TYAR Görüntüsü

-20 -10 0 10

-15

-10

-5

0

5

10

15

20 -20

-15

-10

-5

0

dB

�ekil 3 Bir sava� gemisinin 2-B TYAR görüntüsü

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=-1.7813 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=-1.4063 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=-1.0313 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=-0.65625 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=-0.28125 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=0.09375 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=0.46875 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=0.84375 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Z=1.2188 m

-6 -4 -2 0 2 4 6

-5

0

5

�ekil 4 Bir Planörün 3-B TYAR görüntüsünden elde edilmi�, de�i�ik z

de�erleri için X-Y düzlemindeki 2-B YTAR görüntüleri


265

5. SAÇILMA MERKEZLER� ANAL�Z� TYAR görüntüleri dikkatli olarak incelendi�inde, genel olarak s�n�rl� say�da noktasal saç�c�lardan olu�tu�u görülecektir. Bu yüzden, büyük ve karma��k TYAR görüntülerinin asl�nda oldukça seyrek bir matrisden olu�maktad�r. Söz konusu özellik, bu bildiride sunulan TYAR görüntülerinden de aç�kl�kla görülmektedir. Dolay�s�yla, TYAR görüntüleri, a�a��da görüldü�ü üzere sonlu say�daki Saç�lma Merkezleri (SM) ile yakla��k olarak gösterilebilir.

� �N

n 1

s( , )n o oTYAR x,y A x - x y - y�

'/ (8)

Burada cs( , ) sinc(2 k) sinc(2k )x y � ' � ' ' �� ; radar görüntülemede noktasal yay�lma fonksiyonu - NYF (point-spread-function - PSF) olarak bilinen ve saç�lan alan�n sonlu frekans ve aç� bant geni�liklerinde toplanmas�ndan dolay� görüntüde kendini gösteren bir olgudur [3, 4]. SM’leri görüntüden ç�karmak için CLEAN algoritmas� standart olarak kullan�lan bir tekniktir [4, 5]. CLEAN, imajdaki en büyük noktay� bulan, bunu bir SM olarak kabul eden ve ilgili NYF’i imajdan ay�klayan iteratif bir tekniktir. Buna göre CLEAN tekni�inin m. iterasyonundaki 2-B art�k (residual) TYAR imaj� a�a��daki formülle bulunmaktad�r.

5 6 5 6m m 1s( , )m mm2 - B TYAR imaj� 2 - B TYAR imaj� x - x y - yA�

� � ' (9)

Örnek olarak, bir sava� uça��n�n 6 GHz ve ( 60 45 )& �� , bak�� aç�s� civar�nda EM benzetimi sonucunda elde edilen TYAR imaj�na SM analizinin uygulanmas� gösterilecektir. Sava� uça�� modeli �ekil 5(a)’da ve TYAR algoritmas�n�n uygulanmas� sonucu elde edilen 2-B TYAR görüntüsü �ekil 5(b)’de verilmi�tir. Daha sonra CLEAN algoritmas� uygulanarak TYAR imaj�ndan toplam 50 adet SM ç�kar�lm��t�r. Ç�kar�lan SM’lerinin yeri �ekil 5(c)’de ve bu SM kullanarak tekrar olu�turulan yeni TYAR imaj� da �ekil 5(d)’de verilmi�tir. �ekil 5(b) ve (d) kar��la�t�r�ld��nda, SM gösteriminin ne kadar etkili bir model oldu�u ve TYAR imaj�n� tekrar olu�turmada ne derecede ba�ar�l� oldu�unu göstermektedir. Son olarak da �ekil 5(e)’de, orijinal TYAR imaj�ndan ç�kart�lan SMlerinin genlikleri bir grafik halinde sunulmu�tur. Bu �ekilden de görülece�i üzere, TYAR görüntüsü ancak s�n�rl� say�da SMlerinden olu�tu�undan, imajdan 20 kadar SM ç�kar�ld�ktan sonra daha sonraki ç�kar�lan SMleri hemen hemen görüntünün gürültü seviyesinde bulunmaktad�r. Bu analizde, söz konusu TYAR imaj� için veri s�k��t�rma oran� [(32*4)*(64*4)*8 byte]/ [20*5*4 byte]=[262,1 KB]/[0.4KB] 655 olarak bulunmaktad�r.


266

Yanca [m]M

enzi

l [m

]

Orijinal TYAR imaji

-10 -5 0 5 10

-10

-5

0

5

10

-20

-15

-10

-5

0

(a) (b)

Yanca [m]

Men

zil [

m]

Olusturulmus TYAR imaji

-10 -5 0 5 10

-10

-5

0

5

10

-20

-15

-10

-5

0

dB-10 -5 0 5 10

-10

-5

0

5

10

Men

zil [

m]

Yanca [m]

Sacilma Merkezleri

(c) (d)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

SM No

SM S

idde

ti [m

V/m

]

(e)

�ekil 5 Bir sava� uça��n�n (a) CAD dosyas�, (b) Orijinal TYAR görüntüsü. (c) Ç�kar�lan 50 adet SMlerin yeri (d) SMlerinden olu�turulmu� yeni

TYAR görüntüsü (e) Ç�kar�lan 50 SMlerin genlikleri.


267

6. SONUÇ Bu bildiride, SIY-FO yöntemlerini kullanarak büyük ve karma��k platformlar�n EM benzetimleri yap�lm�� ve bu veriler de�i�ik uçak ve gemi hedeflerinin 2-B ve 3-B TYAR görüntülerini elde edilmi�tir. TYAR imajlar�n�n fiziksel olgusal yorumlar� yap�lm��t�r. Ayr�ca elde edilen TYAR imajlar�nda bask�n olarak belirli say�da noktasal özellik gösteren saç�c�lardan olu�tu�u görülmü�tür. Bir sava� uça��na SM analizi uygulanm�� ve ç�kar�lan toplam 50 adet SM ile TYAR imaj� tekrar ba�ar�l� bir �ekilde olu�turulmu�tur.

KAYNAKÇA [1] C. Özdemir, K. Chang (Ed), (2005), “Synthetic Aperture Radar”, The Wiley

Encyclopedia of RF and Microwave Engineering, (New York: Wiley-Interscience).

[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


268


269

ONTOLOJ� TABANLI YEN�DEN KULLANIM �Ç�N B�R ÖRNEK: GÜDÜMLÜ BOMBA YÖRÜNGE S�MÜLASYONU

Umut DURAK(a), Halit O�UZTÜZÜN(b) , Kemal �DER(c)

(a) Dr., TÜB�TAK-SAGE PK.16, Mamak, 06261, Ankara, [email protected]

(b) 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 azalt�lmas� ve daha dü�ük maliyetler ile daha kaliteli simülasyonlar�n geli�tirilebilmesi için yaz�l�m yeniden kullan�m pratiklerinden faydalan�lmas� bir zorunluluk haline gelmi�tir. TÜB�TAK-SAGE, TSK’n�n ihtiyaç duydu�u analiz veya e�itim simülasyonlar�n�n bir bile�eni olarak, silah sistemlerinin geli�tirilmesinde veya at�� kontrol sistemlerinde kullan�lmak üzere yörünge simülasyonlar� geli�tirmektedir. Simülasyon geli�tirme süreçlerinde yeniden kullan�m pratiklerinin uygulanmas� için çal��malar yürütmektedir. Bu bildiride bu çal��malar�n bir parças� olarak gerçekle�tirilen, ontoloji tabanl� simülasyon yeniden kullan�m� ile geli�tirilen güdümlü bomba simülasyonu anlat�lacakt�r. Güdümlü bomba simülasyonu, yörünge simülasyonu yeniden kullan�m altyap�s� üzerinde geli�tirilmi�tir. Altyap�n�n geli�tirilmesi için alan mühendisli�i yap�lm��t�r. Yürütülen alan çözümlemesi sonucunda alan modeli olarak, yörünge simülasyonu ontolojisi, k�saca TSONT, kurulmu�tur. TSONT’ta yap�salla�t�r�lan alan bilgisi kullan�larak, altyap� tan�m� haz�rlanm�� ve buna göre bir nesne yönelimli bir uygulama çerçevesi geli�tirilmi�tir. Geli�tirilen altyap�, alan bilgisi, tasar�m ve kod düzeylerinde yeniden kullan�ma olanak sa�lam��t�r.

Anahtar Kelimeler: Yörünge Simülasyonu, Yaz�l�m Yeniden Kullan�m�, Alan Mühendisli�i, Ontoloji Temelli Simülasyon.

1. G�R�� Yörünge simülasyonlar� mühimmatlar�n ve mühimmat alt sistemlerinin i�leyi�lerini ve davran��lar�n� temsil eden matematiksel ve mant�ksal modellerden olu�urlar. Bu modeller kullan�larak mühimmatlar�n uçu� yollar� ve yönelimleri, aç�sal h�zlar� gibi uçu� karakteristikleri hesaplan�r [1]. Yörünge benzetimleri ihtiva ettikleri modeller ve sadakat seviyeleri bak�m�ndan basit nokta kütle simülasyonlar�ndan, karma��k alt� serbestlik dereceli döngüde donan�m simülasyonlar�na kadar geni� bir çe�itlilik gösterir. Bu çe�itlilik, simülasyonlara ihtiyaç duyanlar�n, silah sistemlerinin analizinden,


270

geli�tirilmesine, sat�n al�m�ndan, operasyonuna kadar farkl� amaçlar do�rultusunda ortaya ç�kan simülasyon gereksinimleri ile �ekillenip, bir çok yörünge simülasyonu geli�tirmesinde kendi göstermektedir.

Modellenen sistemlerin karma��kl�� ve geli�tirilen yaz�l�mlar�n hesap yo�un olmalar� nedeni ile simülasyon projelerinde ba�ar�s�zl�k riski yüksektir. Buna ra�men, gözlemlerimiz yörünge simülasyonu geli�tirme faaliyetlerinin farkl� gruplar taraf�ndan, ayr�k olarak yürütüldü�ünü göstermektedir. Ba�ar�s�z olma riski bir yana, bu durum entellektüel i�gücünün benzer problemlerin çözümü için bo�a harcanmas�na, her geli�tirilen simülasyon için birbirinden ayr�k yürütülen do�rulama çal��malar� ise kaynak israf�na neden olmaktad�r. Bu problemin çözümüne yönelik olarak sistematik bir yaz�l�m yeniden kullan�m yakla��m� gerekti�i de�erlendirilmektedir. Bu çal��mada yörünge simülasyonu alan bilgisi, tasar�m ve kodu yeniden kullan�m�na olanak sa�layan bir yeniden kullan�m altyap�s� geli�tirilmi�tir.

Çal��mada alan mühendisli�i prensipleri ile uyumlu olarak kurulan ontoloji temelli yeniden kullan�m� yakla��m� benimsenmi�tir. Bu yakla��m, model yönelimi geli�tirme pratikleri ile desteklenerek, simülasyon geli�tirme ömür devri boyunca, alan bilgisi ve yaz�l�m ürünlerinin yeniden kullan�m�n� sa�layacak �ekilde zenginle�tirilmi�tir. �lk olarak yörünge simülasyonu geli�tirilmesi konusundaki alan bilgisi TSONT (Trajectory Simulation ONTology) olarak isimlendirilen ontolojide yap�salla�t�r�lm��t�r [2, 3]. Kurulan ontoloji temel al�narak, Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi tasarlanm��t�r. Bu tasar�m, model yönelimli bir yakla��m ile evrilerek MATLAB platformu için bir 6 DOF yörünge simülasyonu çerçevesi tasarlan�p geli�tirilmi�tir.

Güdümlü bomba simülasyonu PUMA, bu yeniden kullan�m altyap�s� üzerinde geli�tirilmi�tir. Çerçeve tamamlama yöntemi ile geli�tirilen PUMA ile yeniden kullan�m altyap�s�ndan sadece kod düzeyinde de�il, ayn� zamanda bilgi ve tasar�m düzeylerinde de yarar sa�lanm�� ve bu yolla da geli�tirilen alt yap� geçerlenmeye çal��lm��t�r.

2. ONTOLOJ� TEMELL� YEN�DEN KULLANIM Yaz�l�m yeniden kullan�m altyap�s� yaz�l�m geli�tirenin yeniden kullan�m�na sunulan ürünlerin tamam�d�r. Alan mühendisli�i ise bu altyap�n�n geli�tirilmesi eylemi olarak de�erlendirilebilir. Alan çözümlemesi, altyap� tan�mlanmas� ve altyap� geli�tirmesi, alan mühendisli�inin en temel ad�mlar�d�r [4].

Alan çözümlemesi, problem alan�ndaki yaz�l�m tan�mlamas� ve geli�tirilmesinde yeniden kullan�labilecek bilginin belirlenip, toparlanmas� sürecidir [5]. Bu sürecin sonunda alan modeli ortaya ç�kar�l�r. Alan modelinin olu�turulmas�ndaki en büyük problem alandan toplanan bilginin bir yandan insan�n anlayabilece�i bir yap�da sunulmas� gerekirken bir yandan da bilgisayar�n anlayaca�� bir formalizme sahip olma gereklili�idir. Bu


271

gereksinimlerin kar��lanmas� için ontoloji tabanl� alan mühendisli�i yakla��m� uygulanm��t�r [4].

Ontoloji bir çok �ekilde kar��m�za ç�kabilir fakat temelde terimleri ve terimlerin anlamlar�n� içerir. Bu içerik, bir alan� yap�salla�t�ran kavramlar�n tan�mlar�n� ve ne �ekilde birbirleri ile ili�kili olduklar�n� da kapsar [6]. Alan modelinin ontoloji olarak geli�tirilmesinin amac� ilk olarak yörünge simülasyonu geli�tirenler aras�nda ortak bir dil yaratmakt�r. Yörünge simülasyonu geli�tirme konusundaki bilgi birikimini sistematikle�tirmek ise di�er bir amaçt�r.

Son on sene içinde ontolojiler bir çok mühendislik uygulamas�nda kullan�lm��lard�r [7, 8, 9, 10 ve 11]. Biz de bu çal��mada ontolojiyi yörünge simülasyonu alan bilgisinin toparlanmas� ve yörünge benzetimi gereksinimlerinin tan�mlanmas� için kulland�k. Bu yakla��m�n bize yarar� ise yap�salla�t�r�lm�� bir dokümantasyon, bak�labilirlik, güvenirlik, bilgi yeniden kullan�m� ve birlikte çal��abilirlik oldu [4].

3. TSONT Yeniden kullan�m altyap�s�n�n alan modeli olarak geli�tirilen TSONT, yörünge simülasyonu geli�tirenlerin alan� kavramsalla�t�rmalar�n� somutla�t�rmaktad�r. Bu bölümde k�saca de�inilecek olan TSONT hakk�nda daha detayl� bilgi için [2 ve 3] incelenebilir.

TSONT OWL dilinde (Web Ontoloji Dili) [12] Protege editörü kullan�larak geli�tirilmi�tir. Ontoloji yörünge simülasyonu alan�ndaki kavramlar� s�n�flar olarak tan�mlam��, s�n�flar aras� özellik-genellik ve parça-bütün gibi ili�kileri kullanarak da kavramlar aras�ndaki ili�kileri modellemi�tir. Yörünge simülasyonu için kullan�lan fonksiyonlar da s�n�flar olarak modellenmi� ve di�er s�n�flar ile ili�kilendirilmi�tir. Fonksiyonlar aras� ba��ml�l�k ili�kisi benzer bir yöntem ile ontolojiye dahil edilmi�tir. Matematiksel modeller DAVE-ML ile kodlanarak ontolojiye entegre edilmi�tir.

�ekil 1 TSONT’tan Örnek S�n�flar

�ekil 1’de sol tarafta TSONT en üst seviye s�n�flar�, sa� tarafta ise hiyerar�ide daha altlardan bir al�nt� sunulmaktad�r. TSONT yörünge simülasyonu alan�n�, en üst seviyede s�n�f, nesne, fonksiyon gibi SUMO (Suggested Upper Merged Ontology) [13] üst ontolojisi s�n�flar� ile e�le�tirilmi� OWL s�n�flar� halinde kavramsalla�t�rm��t�r. Daha sonra bu üst seviye OWL s�n�flar�, alandaki


272

hiyerar�iyi kapsar �ekilde detayland�r�lm��lard�r. Bu detayland�rmaya örnek olu�turmas� için �ekil 1’in sa� taraf�nda yörünge simülasyonlar�nda kullan�lan itki modellerinin hiyerar�isinin bir k�sm� sunulmu�tur.

�ekil 2 Trajectory Simulation S�n�f� Tan�m�

TSONT, hiyerar�i içindeki s�n�flar�n her birinin tan�mlar�n� da içerir. Bu tan�mlar konu�ma dilinde yaz�lm�� aç�klamalar� ve s�n�f�n di�er s�n�flar ile ili�kilerini içerir. Örnek olarak Trajectory Simulation s�n�f�n�n tan�m� �ekil 2’de sunulmu�tur. Bu tan�mda yörünge simülasyonunun bir mühimmata sahip, fazlardan olu�an, Compute Trajectory ve Initialize Simulation servisleri sunan bir s�n�f olarak kavramsalla�t�r�ld�� görülmektedir.

4. YEN�DEN KULLANIM ALTYAPISI Alan mühendisli�i prati�i uyar�nca yeniden kullan�m altyap�s�, alan modeli olan TSONT üzerine geli�tirilmi�tir. Altyap� tan�m� olarak Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi geli�tirilmi�tir. Mimari TSONT’un üstüne kuruldu�u için tasar�m�n alan bilgisine izlenebilirli�i kolayla�m��t�r. Ontoloji statik �eman�n olu�turulmas�nda, arayüzlerin tan�mlanmas�nda ve


273

davran��lar�n tan�mlamas�nda yol gösterici olmu�tur. Ontolojide tan�mlanan taksonomi kullan�larak mimarideki s�n�flar�n kal�t�m �emas� tasarlanm��, fonksiyon tan�mlar� kullan�larak, mimarideki arayüzler �ekillendirilmi� ve ba��ml�l�klar kullan�larak da çerçevenin davran�� yap�s� olu�turulmu�tur. Bu çal��ma ile TSONT’un bilgi yeniden kullan�m� olanaklar� geçerlenmi�tir.

Daha sonra Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi kullan�larak, model yönelimli bir yakla��m izlenerek MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi tasarlanm��t�r. Bu tasar�m spesifik bir platform olarak MATLAB’� ve belirli bir problem kümesi olarak 6 DOF simülasyonlar� i�aret etmektedir. �ki tasar�m da UML kullan�larak tan�mlanm��t�r [14]. Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisinin, bir platform ve problem alt kümesi için kullan�lmas� tasar�m yeniden kullan�m�na bir örnek olarak görülebilir. Bu örnekle yeniden kullan�m altyap�s�n�n tasar�m yeniden kullan�m� olanaklar� geçerlenmi�tir.

UYGULAMALARALTYAPI GEL��T�RMEALTYAPI TANIMLAMAALAN ÇÖZÜMLEMES�

TSONTPlatformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu

Çerçevesi Mimarisi

MATLAB 6 DOF Yörünge

Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi

MATLAB 6 DOF Yörünge

Simülasyonu Çerçevesi

PUMA

Ön Tasar�m Model Detayland�rma Çerçeve Geli�tirme Çerçeve Tamamlama

�ekil 3 Yeniden Kullan�m Senaryosu ([15]'ten uyarlanm��t�r)

Ontoloji tabanl� yeniden kullan�m senaryosu �ekil 4’te sunulmu�tur. Altyap� geli�tirme ad�m�nda, MATLAB 6 DOF Yörünge Simülasyonu Çerçevesi Mimarisi kullan�larak, nesne yönelimli uygulama çerçevesi geli�tirilmi�tir [15]. MATLAB’�n nesne yönelimli programlama yetenekleri kullan�larak geli�tirilen çerçeve 48 s�n�ftan ve 3582 sat�rdan olu�maktad�r.

Bu çerçeve üzerine, çerçeve tamamlama yöntemi ile PUMA olarak an�lan bomba yörünge simülasyonu geli�tirilmi�tir. Bu uygulama yeniden kullan�m altyap�s�n�n kod yeniden kullan�m�na olanak sa�lad��n�n kan�t� olarak görülebilir.

5. GÜDÜMLÜ BOMBA S�MÜLASYONU PUMA sabit kanatl� platformdan b�rak�lan kurgusal bir güdümlü bomban�n yörüngesinin hesaplanmas� için kullan�lan bir simülasyondur. �ekil 5’de görüldü�ü gibi, bomban�n güdüm sistemi güvenli ayr�lma için platformdan b�rak�ld�ktan k�sa bir süre sonra devreye girmektedir.


274

�ekil 4 PUMA Kavram�

�ki fazdan olu�an PUMA simülasyonunun ilk faz� serbest uçu� olarak, ikinci faz� ise güdümlü uçu� olarak modellenmi�tir. Güdümlü uçu� faz�nda mühimmat�n polinom güdüm kural�na [16] uygun olarak yönlendirildi�i varsay�lm��t�r. Simülasyonda ICAO standart atmosfer modeli [17] kullan�lm��t�r.

�ekil 5 Örnek PUMA Yörüngesi ve Uçu� Parametreleri

Örnek bir PUMA ko�umu sonucu elde edilen yörünge ve zamana ba�l� hücum aç�s� �ekil 6’da sunulmu�tur. PUMA geli�tirilirken çerçevenin 2408 sat�r kodu yeniden kullan�lm��, çerçeve 16 yeni s�n�f, 720 sat�r kod eklenmi�tir. Yeniden kullan�m�n ba�ar�m�n�n bir göstergesi, yeniden kullan�lan kodun sat�r say�s�n�n, toplam sat�r say�s�na oran�n� olan yeniden kullan�m oran� [18] PUMA için %77’dir. Bu de�er uçu� simülasyonu alan�nda % 60 ile %90 aral�� olarak raporlanan yeniden kullan�m oranlar� [19] ile uyumludur.

5. SONUÇ Bu bildiride sunulan çal��mada güdümlü bir bomban�n simülasyonu sistematik bir yaz�l�m yeniden kullan�m yöntemi ile geli�tirilmi�tir. Bu geli�tirme sürecinde, ontolojiye dayal� bir yeniden kullan�m altyap�s� ile kod yeniden kullan�m�ndan


275

daha fazlas�n�n ba�ar�labilece�i gösterilmi�, bilgi ve tasar�m�n yeniden kullan�m� ba�ar�lm��t�r.

Yeniden kullan�m yöntemi ontoloji tabanl� alan mühendisli�i pratiklerine dayand�r�lm��, bu pratikler model tabanl� geli�tirme tecrübeleri ile harmanlam�� ve simülasyon geli�tirme ömür devrinde çok ad�mda yeniden kullan�ma olanak sa�layan bir yeniden kullan�m altyap�s� ortaya koyulmu�tur. Altyap�, TSONT, Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi, MATLAB 6 DOF MATLAB Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi, MATLAB 6 Serbestlik Dereceli Yörünge Simülasyonu Çerçevesinden olu�maktad�r.

Çerçeve tamamlama yöntemi ile bir güdümlü bomba simülasyonu geli�tirilmi� ve böylece altyap�n�n geçerlenmesi yönünde bir ad�m at�lm��t�r. Bu çerçeve üstüne yeni uygulamalar geli�tirildikçe, Platformdan Ba��ms�z Yörünge Simülasyonu Çerçeve Mimarisi Kullan�larak yeni çerçeveler tasarland�kça ve TSONT kullan�larak ba�ka yaz�l�m geli�tirme paradigmalar� için mimarileriler geli�tirildikçe Yörünge Simülasyonu Yeniden Kullan�m Altyap�s� daha olgun ve geçerlenmi� bir hal alacakt�r.

KAYNAKÇA [1] U.S. Department of Defense, (1995), “Missile Flight Simulation, Part One Surface-to-Air Missiles”, MIL-HDBK 1211.

[2] U. Durak, , G. Mahmutyaz�c�o�lu ve H. O�uztüzün, (2005). “Domain Analysis for Reusable Trajectory Simulation”. Euro SIW’05, Toulouse, Fransa, 303-312.

[3] U. Durak, H. O�uztüzün 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, 98-114.

[8] W.M. Borst, J.M. Akkermans, (1997), “Engineering Ontologies”, International Journal of Human-Computer Studies, 46 (2/3), 365-406.


276

[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�, �. Kay�r ve H. O�uztüzün, (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. O�uztüzün, 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.


277

HIZ E�LE�T�RME �LE HIZ VE YÖNEL�M E�LE�T�RME YÖNTEMLER� KULLANILARAK MÜH�MMAT AKTARIM YÖNLEND�RME

PERFORMANSLARININ KAR�ILA�TIRILMASI

A. Güray PEHL�VANO�LU (a), Yücel ERCAN (b), Mutlu D. CÖMERT (c), Tolga SÖNMEZ (d)

(a) TÜB�TAK-SAGE, Sistem Müh. Bir., 06261, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr., TOBB ETÜ, Makina Müh. Böl., 06560, Ankara, [email protected]

(c) Dr., TÜB�TAK-SAGE, Özel Projeler., 06261, Ankara, [email protected] (d) Dr., TÜB�TAK-SAGE, Seyrüsefer Bir., 06261, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu makalede, ölçüm olarak uçak ve mühimmat aras�ndaki h�z farklar�n�n kullan�ld�� h�z e�le�tirme ile h�z ve yönelim farklar�n�n kullan�ld�� h�z ve yönelim e�le�tirme yöntemleri kullan�larak, uça��n yatay düzlemde yapt�� bir manevra için aktar�m yönlendirme (AY) performanslar� kar��la�t�r�lmaktad�r. Bunun için belirtilen ölçümler, mühimmat h�z, yönelim ve ataletsel ölçer hatalar�n�n durum olarak modellendi�i bir Kalman Filtresi’nde (KF) i�lenmektedir. H�z e�le�tirme ile h�z ve yönelim e�le�tirme yöntemleri aras�ndaki kar��la�t�rma, KF taraf�ndan hesaplanan hata durumlar� standart sapma de�i�imleri kullan�larak yap�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Aktar�m Yönlendirme, H�z E�le�tirme, H�z ve Yönelim E�le�tirme, 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.


278

1. G�R�� Ataletsel seyrüsefer veya navigasyon, dönüölçerler ve ivmeölçerler taraf�ndan sa�lanan ölçümler kullan�larak, bunlar�n monte edildi�i platformun konumunun belirlenmesidir. Ataletsel navigasyon sistemleri (ANS), monte edildikleri platformdan veya bir d�� kaynaktan sinyal gönderilmesine ba��ml� olmayan yap�lard�r. Di�er taraftan ANS aç�s�ndan, navigasyonun ba�lang�c�ndaki platform konumunun do�ru olarak bilinmesi çok önemlidir. Navigasyonun ba�lamas�n� takiben ataletsel ölçümler kullan�larak konum de�i�iklikleri kestirilebilir. ANS’lerin yönlendirilmesi, ANS eksenlerinin yöneliminin referans bir eksen tak�m�na göre belirlenmesidir. Havadan b�rak�lan bir mühimmatta bulunan ANS’nin, mühimmat uçaktan ayr�lmadan önce yönlendirilmesi gereksinimi ile s�k s�k kar��la��lmaktad�r. Bunun için uygun referans uça��n kendi ANS’sidir. Dolay�s�yla böyle bir mühimmat ANS’sinin yönlendirilmesi “aktar�m yönlendirme (AY)” olarak tan�mlanan bir i�lemle verinin uçak ANS’sinden mühimmat ANS’sine aktar�lmas� yoluyla elde edilebilir [1].

Uçu� s�ras�ndaki en basit yönlendirme tekniklerinden birisi bir anl�k AY’dir. Bu yöntem; uçak konum, h�z ve yönelim verilerinin, iki ANS aras�ndaki moment kolu da dikkate al�narak do�rudan mühimmat ANS’sine kopyalanmas� �eklindedir. Fakat bu durumda, verinin aktar�ld�� anda uçak ve mühimmat ANS’leri aras�nda bulunan aç�sal kaç�kl�k, mühimmat ANS’sindeki aç�sal hata olarak ortaya ç�kmaktad�r. Dolay�s�yla bu tekni�in ba�ar�s�, yönlendirmenin yap�ld�� anda iki sistem aras�ndaki ba��l yönelimin do�ru olarak bilinmesine ba�l�d�r. Di�er taraftan, genelde statik yani sabit ve dinamik yani de�i�ken hatalardan dolay� iki sistem aras�ndaki ba��l yönelim do�ru olarak belirlenememektedir. Sonuç olarak, bir anl�k AY ile istenilen do�ruluk seviyesinin elde edilmesi pek mümkün olmad��ndan, daha do�ru yöntemlerin kullan�lmas� ihtiyac� ortaya ç�kmaktad�r. Bir anl�k AY yöntemi �ekil 1 (a)’da gösterilmektedir [1-2].

Daha do�ru sonuçlar�n elde edilebilece�i bir AY, uça��n yapt�� belirli bir manevra esnas�nda ve belirli bir süre boyunca uçak ve mühimmat ataletsel ölçümlerinin e�le�tirilmesi yani kar��la�t�r�lmas� ile gerçekle�tirilebilmekte olup, �ekil 1 (b)’de gösterilmektedir. Buna göre bir anl�k AY i�lemi ile elde edilebilecek ilk kaba yönlendirme, ataletsel ölçüm e�le�tirme i�lemi ile daha do�ru hale getirilmektedir. Bu �ekilde yap�lan bir AY ile hem mühimmat�n h�z ve yönelim hatalar� kestirilebilmekte hem de mühimmat ataletsel ölçerlerindeki hatalar kestirilerek ataletsel ölçer kalibrasyonu yap�labilmektedir [1-6]. Bu çal��mada, e�le�tirilecek uçak ve mühimmat ölçümleri olarak h�z ile yönelim seçilmi� ve bu ölçümler kullan�larak elde edilen sonuçlar kar��la�t�r�lm��t�r.


279

(a) Bir anl�k AY (b) Ataletsel ölçüm e�le�tirme ile AY

�ekil 1 AY yöntemleri

2. TEOR� Bu k�s�mda, �ekil 1 (b)’de gösterilen yöntemin uygulanabilmesi için gerekli temel bilgiler ve e�itlikler verilmektedir. E�itliklerin türetimi [7]’de aç�klanmaktad�r.

2.1. Uçak Ataletsel Navigasyon Sistemi Uçu� s�ras�nda uçak konumu (Xm), uça��n navigasyon eksen tak�m�na göre h�z� ( n

mV ) ve uçak gövde eksen tak�m�ndan navigasyon eksen tak�m�na dönü�ümü ifade eden do�rultu kosinüs matrisi (DKM, n

mC ) uçak ANS taraf�ndan hesaplanmaktad�r. Uçak konum vektörünün bile�enleri enlem (L), boylam (l) ve yükseklik (h); h�z vektörünün bile�enleri ise kuzey, do�u ve a�a�� yönlerdeki h�zlard�r. Mühimmat ANS’sine göre oldukça hassas olan uçak ANS’sinin, standart sapmalar� [7]’de verilen hatalara sahip oldu�u varsay�lmaktad�r.

2.2. Mühimmat Ataletsel Navigasyon Sistemi Uçu� s�ras�nda mühimmat konumu (Xs), mühimmat�n navigasyon eksen tak�m�na göre h�z� ( n

sV ) ve mühimmat gövde eksen tak�m�ndan navigasyon

eksen tak�m�na dönü�ümü ifade eden DKM ( nsC ) mühimmat ANS taraf�ndan

hesaplanmaktad�r. Mühimmat konum vektörünün bile�enleri enlem (L), boylam (l) ve yükseklik (h); h�z vektörünün bile�enleri ise kuzey, do�u ve a�a�� yönlerdeki h�zlard�r. Mühimmat ataletsel ölçer hatalar�n�n varsay�lan de�erleri [7]’de verilmektedir.


280

2.3. Uçak ile Mühimmat ANS’leri Aras�ndaki Moment Kolu Özellikleri Merkezi uçak ANS’si olan uçak gövde eksen tak�m�n�n x ekseni uçak burnuna, y ekseni uça��n sa� kanad�na, z ekseni ise a�a��ya do�rudur. Mühimmat�n uça�a göre konum ve yönelimindeki belirsizlikler; montajdan kaynaklanan statik yani sabit ve uçu� s�ras�ndaki titre�im ve esneme etkilerinden kaynaklanan dinamik yani de�i�ken olmak üzere iki k�s�mdan olu�makta olup, bunlar�n [7]’de verilen standart sapma de�erlerine sahip oldu�u varsay�lmaktad�r.

2.4. Moment Kolu Telafisi AY’nin ba�lat�laca�� anda mühimmat konumuna, h�z�na ve yönelimine uçak verileri kullan�larak ilk de�er atanmas� gerekmektedir. Ayr�ca uça�a ba�l� uçu� s�ras�nda mühimmat konumunun belirli periyotlarda uçak konumu ile güncellenmesi ihtiyac� bulunmaktad�r. AY’nin gerçekle�tirilmesi esnas�nda KF ölçümlerinin olu�turulabilmesi için ise mühimmat ANS’si taraf�ndan hesaplanan h�z ve yönelimle kar��la�t�r�lmak üzere uçak ANS’sinden mühimmat ANS’sine aktar�lan h�z ve yönelim verilerine gereksinim duyulmaktad�r. Bu nedenlerden dolay� uçak konum, h�z ve yönelim verileri, uçak ile mühimmat ANS’leri aras�ndaki moment kolu telafi edilecek �ekilde mühimmat ANS’sine aktar�lmaktad�r. Bu i�lem konum, h�z ve yönelim için a�a��daki e�itliklerde gösterildi�i �ekilde gerçekle�tirilmektedir.

� �

� �� mnmE

Nms

rC100

0LcoshR1000hR1

hlL

hlL

��

!

"""

#

$

��

��

��

!

"""

#

$�

��

!

"""

#

$ (1)

� �� mnm

mmie

mim

nm

nm

ns rCrCVV ��7�� (2)

ms

nm

ns CCC � (3)

burada m ve s indisleri s�ras�yla uçak ve mühimmat� göstermektedir. RN, RE, rm, m

im� , mie� ve m

sC ise s�ras�yla dünya meridyen e�rilik yar�çap�, dünya yanal e�rilik yar�çap�, uçak ve mühimmat ANS’leri aras�ndaki moment kolu vektörü, uçak gövde eksen tak�m�n�n ataletsel eksen tak�m�na göre uçak gövde eksen tak�m�nda ifade edilmi� aç�sal h�z�, dünya eksen tak�m�n�n ataletsel eksen tak�m�na göre uçak gövde eksen tak�m�nda ifade edilmi� aç�sal h�z� ve mühimmat gövde eksen tak�m�ndan uçak gövde eksen tak�m�na dönü�ümü gösteren DKM’dir.


281

2.5. Aktar�m Yönlendirme Manevras� Bu çal��mada kullan�lan AY manevras� bir koordineli dönü� yani S manevras� olup, toplam manevra süresi yakla��k 210 s’dir. Uça��n manevra s�ras�ndaki yat�� aç�s� de�i�imi �ekil 2’de gösterilmektedir.

0 50 100 150 200 250-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Zaman [s]

Yat

is A

cisi

[der

ece]

�ekil 2 AY manevras� yat�� aç�s� de�i�imi

2.6. Kalman Filtre Yap�s� Bu çal��mada standart bir ayr�k zaman KF kullan�lm�� olup, KF yap�s� �ekil 3’te gösterilmektedir. KF ile ilgili aç�klamalar [8]’de verilmektedir.

Kazanç hesaplama

� � 1k

Tkkk

Tkkk RHPHHPK ��

Kestirim güncelleme

� �� kkkkkk xHzKxx

Kovaryans güncelleme

� � � � Tkkk

Tkkkkkk KRKHKIPHKIP ��

Kestirim

1kT

1k1k1kk

1k1kk

QPP

xx

��

�

��

�<<�

<�

�00 P,x

kz

Güncel durum kestirimi

Nominal de�erler

�ekil 3 KF yap�s�

Yat

�� A

ç�s�

[der

ece]


282

Burada � ve H sistem ve ölçüm matrisini, Q ve R sistem ve ölçüm gürültüsünü, P ve K kovaryans ve kazanç matrisini, z ve x ise ölçüm ve durum vektörünü göstermektedir. Bu terimlerin detaylar� [7]’de verilmektedir. Durum vektörü; ölçümü uçak ve mühimmat ANS’leri aras�ndaki h�z farklar� olan h�z e�le�tirme yöntemi için h�z (3 adet), yönelim (3 adet), ivmeölçer ve dönüölçer kayma ve orant� katsay�s� tekrarlanabilirli�i hatalar� (12 adet) ile statik moment kolu konum hatalar� (3 adet) olmak üzere 21 elemandan olu�maktad�r. H�z ve yönelim e�le�tirme için bu hata durumlar�na statik moment kolu yönelim hatalar� (3 adet) ilave edilerek durum say�s� 24’e ç�kar�lm��t�r.

3. SONUÇLAR KF taraf�ndan hesaplanan kovaryans matrisinin kö�egenindeki say�lar�n karekökü, ilgili hata durumlar�n�n standart sapmas�na (SS) kar��l�k gelmektedir. Hata durumlar� gibi benzetim boyunca güncellenen bu SS de�erleri, kestirilen hata durumlar�na ne kadar güvenildi�ini göstermektedir. Yani SS de�erlerinin dü�erek belirli de�erlere yak�nsamas� ilgili hata durumlar�n�n kestirilebildi�i anlam�n� ta��makta olup, SS’lar ne kadar küçük de�erlere yak�nsarsa ilgili hata durumlar�n�n o kadar iyi kestirildi�i söylenebilir.

�ekil 4, 5, 6 ve 7’de h�z e�le�tirme (HE) ile h�z ve yönelim e�le�tirme (HYE) yöntemleri için KF’de modellenen hata durumlar� için manevra boyunca olan SS de�i�imleri verilmektedir. Burada sadece h�z, yönelim ve ölçer kayma tekrarlanabilirli�i hatalar� ele al�nm��t�r.

0 50 100 150 200 2500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Zaman [s]

Muh

imm

at H

iz H

atas

i SS

[m/s

]

VnVeVd

(a) H�z e�le�tirme

0 50 100 150 200 2500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Zaman [s]

Muh

imm

at H

iz H

atas

i SS

[m/s

]

VnVeVd

(b) H�z ve yönelim e�le�tirme

�ekil 4 Kuzey, do�u ve a�a�� h�z hatalar� SS de�i�imleri


283

0 50 100 150 200 2500

0.005

0.01

0.015

0.02

Zaman [s]

Muh

imm

at Y

onel

im H

atas

i SS

[rad

]

alphabetagamma


0 50 100 150 200 2500

0.005

0.01

0.015

0.02

Zaman [s]

Muh

imm

at Y

onel

im H

atas

i SS

[rad

]

alphabetagamma


�ekil 5 Yalpa, yunuslama, sapma hatalar� SS de�i�imleri

0 50 100 150 200 2500

0.005

0.01

0.015

Zaman [s]

Ivm

eolc

er T

ekra

rlana

bilir

lik H

atas

i SS

[m/s

2]

abrxabryabrz


0 50 100 150 200 2500

0.005

0.01

0.015

Zaman [s]

Ivm

eolc

er T

ekra

rlana

bilir

lik H

atas

i SS

[m/s

2]

abrxabryabrz


�ekil 6 �vmeölçer tekrarlanabilirlik hatalar� SS de�i�imleri

0 50 100 150 200 2500

1

2

3

4

5x 10-5

Zaman [s]

Don

uolc

er T

ekra

rlana

bilir

lik H

atas

i SS

[rad

/s]

gdrxgdrygdrz


0 50 100 150 200 2500

1

2

3

4

5x 10-5

Zaman [s]

Don

uolc

er T

ekra

rlana

bilir

lik H

atas

i SS

[rad

/s]

gdrxgdrygdrz


�ekil 7 Dönüölçer tekrarlanabilirlik hatalar� SS de�i�imleri


284

4. YORUMLAR �ekil 4-�ekil 7’deki grafiklerin (a) ve (b) sütunlar�nda verilen sonuçlara göre HYE yöntemi kullan�ld��nda hata durumlar�n�n daha çabuk ve daha do�ru olarak kestirilmesi anlam�nda belirgin bir iyile�me olmad�� görülmektedir. Buna göre, SS’lar�n yak�nsad�� de�erlerin birbirine yak�n oldu�u da gözönüne al�nd��nda, KF’ye 3 durum ilave ederek HYE yönteminin kullan�lmas�n�n HE yöntemine göre önemli bir avantaj sa�layamad�� dü�ünülebilir. Di�er taraftan HYE yöntemi, yönelim ölçümleri üzerindeki gürültüyü ifade eden yönelim belirsizliklerinin dinamik k�sm�na oldukça ba�l�d�r. Gürültü seviyesi burada oldu�u gibi yüksek tutulursa, KF’nin farkl� irtifa ve h�zlarda yap�lacak zorlay�c� manevralar alt�nda �raksamadan çal��mas� yani gürbüz bir tasar�ma sahip olmas� sa�lanabilmektedir. Yani �ekil 4-�ekil 7’de verilen sonuçlar gürbüz KF tasar�m�n� göstermektedir. Di�er taraftan hata durumlar�n�n daha çabuk ve daha do�ru olarak kestirilmesi isteniyorsa gürültü seviyesinin oldukça dü�ürülmesi gerekmektedir. Fakat bu durumda KF’nin oldukça s�n�rland�r�lm�� bir manevra zarf� içerisinde kullan�lmas� gerekebilecektir. Aksi taktirde KF’nin �raksama riski ortaya ç�kabilecektir. Sonuç olarak; e�er HYE yöntemi kullan�larak hata durumlar�n�n daha çabuk ve daha do�ru olarak kestirilmesi isteniyorsa en uygun çözüm mühimmat yöneliminin dinamik yani de�i�ken k�sm�n�n aeroelastik uçak modeli arac�l��yla deterministik olarak belirlenerek KF’ye dahil edilmesi ve bu �ekilde gürültü seviyesinin dü�ürülmesidir. Böylece farkl� irtifa ve h�zlardaki manevralar alt�nda 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.


285

PERSONEL SEFERBERL�K VE BÜTÜNLEME S�STEM�N�N TUGAY SEV�YES�NDE S�MÜLASYONU

Levent KARAMALAK (a) , Dan��ment 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 mevcutlar�n� bar�� zaman�nda asgari seviyede tutmakta ancak bir sava� durumunda mevcutlar�n� sefer kadrosu olarak adland�r�lan rakamlara yükseltmek maksad�yla “Personel Seferberlik ve Bütünleme Plan�” haz�rlamaktad�r. Söz konusu sistem birliklerinin sava� gücünü do�rudan etkilemesine ra�men, plan�n uygulanabilirli�inin denenmesi, ancak s�n�rl� büyüklükteki bölümüne yönelik arazi tatbikatlar�ndan istifade ile sa�lanabilmektedir. Bir ba�ka deyi�le, sistemin bütününe ili�kin performans ancak gerçek bir seferberlik durumunda görülebilecektir. Bu çal��man�n amac�; Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemini simülasyon metoduyla analiz etmek, böylece potansiyel problem sahâlâr�n� tespit ederek bu problemlere ili�kin çözümler önermektir. Bu ba�lamda, önerilen modelin karar verici(ler) için uygun bir karar destek arac� olarak kullan�lmas� hedeflenmektedir. Simülasyon modeli ARENA simülasyon program� kullan�larak geli�tirilmi�tir. Modelden elde edilen veriler ise deneysel tasar�m ve s�ralama/seçme prosedürü kullan�larak analiz edilmi�tir. Anahtar Sözcükler: Simülasyon, Personel Seferberli�i, 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


286

modeled by ARENA Simulation Software Package. Experimental design and weighting/choosing method were used in numerical investigations. Keywords: Simulation, Personnel Mobilization, Personnel Deployment. 1. G�R�� Günümüz silah teknolojileri büyük ölçüde geli�mesine ra�men, askeri sistemler içinde insan faktörü en önemli unsurlardan biri olma özelli�ini hâlâ korumaktad�r. Dünya üzerindeki di�er birçok ülke gibi Türk Silahl� Kuvvetleri de, ekonomik ve politik sebeplerden dolay� personel mevcutlar�n� bar�� zaman�nda asgari seviyede tutmakta ancak bir sava� durumunda mevcutlar�n� sefer kadrosu olarak adland�r�lan rakamlara yükseltmek maksad�yla “Personel Seferberlik ve Bütünleme Plan�”n� kullanmaktad�r. Türk Silahl� Kuvvetlerince kullan�lan di�er birçok sistem gibi, muharebe sahas�ndaki ba�ar� üzerinde büyük etkisi olan bu sistem de arazi tatbikatlar�na ve analize ihtiyaç duymaktad�r. Bu noktada kar��la��lan problem ise bu sistemin sadece bir alt bölümü olan Tugay Teslim Alma Kuruluna ait faaliyetlere ili�kin tatbikatlar yap�labilmesidir. Bu da sistemin genel performans� hakk�nda kesin sonuçlara varabilmek için yetersizdir. Çal��mada çözülmeye çal��lan problemeler a�a��da belirtilmi�tir:

� Beklenen performanstan sapmalar olup olmad��n�n tespit edilebilmesi maksad�yla; mevcut sistem bir bütün hâlinde ve sava� ko�ullar�nda test edilmelidir.

� Mevcut sisteme alternatif sistemler de�i�ik ko�ullar alt�nda denenmelidir.

� Sisteme ait kritik performans ölçütleri tespit edilmelidir. Yukar�da belirtilen problemlere çözüm sa�layabilmek maksad�yla, mevcut sistemin örnek bir tugay (personel mevcuduna ili�kin bilgiler rasgele belirlenmi� olup, tamamen gerçek d��d�r.) seviyesinde simülasyon modeli geli�tirilmi�tir. Bu model haz�rlan�rken ARENA 3.0 program� kullan�lm��t�r. Günümüz sava�lar�na yol açan krizlerin ani geli�en ve k�sa sürede bir sonuca varan bir e�ilim gösterdi�i de�erlendirilerek model üstündeki analizler sadece seferberli�in ilk on günü için gerçekle�tirilmi�tir. Herhangi bir sava� durumunun müteakip günleri için, üzerinde çal��lan sistemin modellenmeye müsait kat� kurallar� olmad�� de�erlendirilmektedir. Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi sonlu bir sistemdir. Ba�lang�ç ko�ulu muharebenin ba�lamas� ve seferberli�in ilan�, biti� ko�ulu ise on günlük sürenin bitimidir. Çal��man�n 2’nci bölümde, Personel Seferberlik ve Bütünleme sisteminin simülasyon modeli aç�klanmaktad�r; 3’üncü bölümde, geli�tirilen model yard�m�yla alternatif sistemlerin kar��la�t�r�lmas�na ait çal��malar sunulmaktad�r; 4’üncü bölümde sonuç ve de�erlendirmeler yer almaktad�r.


287

2. S�MÜLASYON MODEL� Çal��man�n ba��nda, Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin simülasyon modeli olu�turulmu�tur. Çal��mada simülasyon yakla��m�n�n kullan�lmas�n�n nedenleri a�a��da belirtilmi�tir:

a. �ncelenen sistem birçok belirsizlik içermektedir. Örne�in: � Zayiat miktarlar�, � Bar�� zaman�nda birliklere tahsis edilen yedek personel

mevcutlar�, � Sefer göreviyle görevlendirilmi� vatanda�lardan seferberlik günü

birli�ine kat�lacaklar�n mevcutlar�.

b. Bar�� artlar�ndaki ekonomik, politik ve teknik sebeplerden dolay� sistemin bütününün denenmesinin imkâns�zl��, simülasyon metodunun bu gibi durumlarda sa�lad�� destekle giderilebilmektedir.

c. Simülasyon metodu ile gerçek hayatta gözlemlenen rastlant�sal olaylarla da çal��labilmektedir.

ç. Tasarlanan alternatif sistem kar��la�t�malar�nda mevcut farklar� say�sal olarak gözlemlememize ve de�erlendirmemize yard�mc� olmaktad�r. 2.1. Modelin Varsay�mlar� Modelleme; bilimsel oldu�u kadar ayn� zamanda da bir sanatt�r. Bu sanat; problemin gerekli unsurlar�n�n özetlenmesi, sistemi karakterize eden temel varsay�mlar�n yap�lmas� ve böylece sistemin kullan��l� bir benzetiminin elde edilmesiyle yükseltilir [2]. Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi modellenirken kullan�lan belli ba�l� varsay�mlar a�a��da belirtilmi�tir:

� Model bir personel bütünleme bölü�ü tahsisli ve sefer kadrosu toplam olarak 7000 (316 subay, 653 astsubay, 6031 erba�/er) olan bir tugay için olu�turulmu�tur.

� Sistemin performans�n�n zor �artlar alt�nda denenmesi amaçland��ndan, seferberli�in ilan� ile tugay�n muharebeye giri�inin ayn� zamana denk geldi�i varsay�lm��t�r.

� Büyük zayiatlar muharebenin ilk günleri olu�tu�undan ve sistemin i�leyi�i geli�en durumlara göre ilk on günden sonra esnekle�ti�inden sistem sadece ilk on gün için modellenmi�tir.

� Örnek tugay için bar�� zaman�nda haz�rlanan planlar, haz�rl�kl� mevzide savunma muharebe türüne göre haz�rlanm��t�r.

2.2 Veri Toplanmas� ve Girdi Verisi Analizi Veri toplama faaliyeti veri azl�� ve mevcut verilerin geçmi� sava�lar ile tatbikatlara dayanmas� nedeniyle çal��man�n en zor basamaklar�ndan biri olmu�tur. Zayiat oranlar� ile zayiat mevcutlar� içindeki subay, astsubay ve erba�/er oranlar� belirlenmesinde yak�n tarihte yer alan sava�lara ait istatistiki de�erler esas al�nm��t�r [3]. Ancak söz konusu de�erlere gerçek hayattaki


288

belirsizlikleri ve olas�l�klar� dahil edebilmek maksad�yla; yönergede belirtilen sabit oranlar Uniform da��l�m fonksiyonunun parametrelerinin orta noktalar� olarak kullan�lm��t�r. Benzer �ekilde; zayiat olu�umlar� ve yedek personelin görevlendirildikleri birliklere kat�l�� zamanlar� için Poisson da��l�m�, yedek personelden birli�ine kat�lanlar�n miktar� ile tedaviden sonra tekrar birli�ine dönebilecek personelin mevcutlar� için Triangular da��l�m� (Law ve Kelton (2000)) kullan�lm��t�r. Bütünleme birlikleri aras�ndaki intikal süreleri, zayiat raporlar�yla ilgili yaz��ma ve koordine faaliyetleri için harcanan süreler vb. de�i�kenlere ait de�erler ise uzman tecrübeleri kullan�larak modellenmi�tir. 2.3 Model Do�rulu�u ve Geçerli�i Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin do�ru ve geçerli modelini olu�turabilmek maksad�yla; Yüz Geçerli�i, Turing Testi, Veri Analizi, Yaz�l�m Analizi, �cra Profili Çizimi ve Animasyon metodlar� kullan�lm��t�r [4]. 3. S�MÜLASYON MODEL�NE A�T UYGULAMALAR

3.1. Alternatif Sistem Kar��la�t�rmalar� Bu bölümde, mevcut sistemin yetersizliklerini giderebilecek alternatif sistemleri analiz etmek maksad�yla üç alternatif sistem (mevcut sistemle beraber dört), üç farkl� senaryo ve dört ana performans ölçütü tan�mlanm��t�r.

a. Kullan�lan alternatif sistemler �unlard�r: (1) Mevcut sistem, (2) Modifiye edilmi� mevcut sistem, (3) Tek kadrolu yakla��m, (4) Modifiye edilmi� tek kadrolu yakla��m.

�kinci ve dördüncü alternatiflerde ad� geçen modifikasyon, ön analizler s�ras�nda elde edilen gözlemlere dayanarak sistemin daha iyi i�leyebilece�inin de�erlendirildi�i bir de�i�ikliktir. Bu de�i�iklikte; Personel Bütünleme Bölü�üne tahsisli yedek subay ve astsubaylar�n, Tugay Teslim Alma Kurulundan Personel Bütünleme Bölü�ü yerine do�rudan �dari Hizmet Tak�m�na gönderilmesi önerilmektedir. Üçüncü ve dördüncü alternatiflerde ad� geçen tek kadrolu yakla��m ise hem bar��ta hem seferberlik durumunda ayn� kadroyu kullanan birlikleri önermektedir.

b. Kar��la�t�rmalarda kullan�lan senaryolar �unlard�r: (1) “Haz�rl�kl� mevzide savunma” (Bu muharebe türü tugay�n personel

bütünleme planlar�na esas olan muharebe türüdür.), (2) “Haz�rl�kl� mevziye taarruz” (Bu muharebe türü tarihsel istatistiklerin

kaydetti�i en büyük zayiat oran�na sahip muharebe türüdür.), (3) “Zayiat oran� iki kat art�r�lm�� haz�rl�kl� mevziye taarruz” (Bu senaryo,

Nükleer, Biyolojik ve Kimyasal silahlar�n kullan�ld�� muharebe türü olarak dü�ünülebilir. Sistemlerin yüksek zayiat oranlar�yla zorlanarak daha sa�l�kl� sonuçlar elde edilebilmesi için dü�ünülmü�tür.).


289

c. Kar��la�t�rmalarda kullan�lan ana performans kriterleri �unlard�r: (1) Mevcut personelin sefer kadrolar�na oranlar�, (2) Ordu Personel Bütünleme Alay�ndan istenen yedek personel miktar�, (3) �dari Hizmet Tak�m� taraf�ndan tugaya zaman�nda sa�lanamayan

yedek personel miktar�, (4) Yedek personelin Tugay Teslim Alma Kuruluna kat�l��ndan cephedeki

birliklerine sevkine kadar geçen süre.

Yukar�da bahsedilen her ana kriter subay, astsubay ve erba�/er olmak üzere üç alt kritere sahiptir. Bir ba�ka deyi�le, kar��la�t�rmalar toplam 12 kriter kullan�larak yap�lm��t�r.

Alternatif sistem kar��la�t�rmalar�nda Dalal ve Dudewicz (D&D) [5] yöntemi kullan�lm��t�r. D&D metodu uygulan�rken, belli bir olas�l�kla en iyi alternatifi seçmede yap�lacak hata de�erinin karar verici taraf�ndan belirlenen bir de�erden büyük olmamas� sa�lanm��t�r [6]. Tablo 1; bütün senaryolara ait kar��la�t�rma sonuçlar�n� içermektedir. Bu tabloda her bir kriter için en iyi olan sisteme ait de�er farkl� renkle belirtilmi�tir. Tablo 1’in en sa� sütununda alternatifin ald�� birincilik say�s� gösterilmi�tir. Bütün kriterlerin ayn� a��rl��a sahip oldu�u varsay�ld��nda, bu sütundaki de�erlere bak�larak herhangi bir senaryoda ve/veya herhangi bir kriter için hangi sistemin en iyi oldu�u tespit edilebilmektedir. Örne�in; ald�� toplam yedi birincilikle, dördüncü alternatifin üçüncü senaryo için en iyi sistem oldu�u söylenebilir.

Ancak, bu tarz bir s�ralaman�n baz� sak�ncalar� bulunmaktad�r. Sonuçlar incelendi�inde, bir alternatif sistem bir kritere göre en iyi alternatifken bir ba�ka kritere göre olmad�� görülebilir. Tüm kriterleri göz önünde bulundurup, alternatiflerin ald�klar� birincilik say�lar�na bakarak da en iyi sistemi seçmek mümkün görülmemektedir. Zayiat oranlar�n�n artt�� üçüncü senaryoda, tüm alternatiflerin içinde en iyi alternatif beklentisini yaratan dördüncü sistem ald�� birincilik say�s�yla bunu gerçekle�tirmi� gibi görünse de, tüm senaryolar için en iyi sistemi tespit edebilecek bir yöntem geli�tirilmelidir. Ayr�ca yap�lacak s�ralama i�lemi, kriter baz�nda alternatifler aras�ndaki fark miktarlar�n� ve kriterlerin karar verici için sahip oldu�u önem derecelerini de dikkate almal�d�r.

Bu kapsamda, problem art�k bir çoklu amaç problemi oldu�undan, her kriterin a��rl�klar�n� da göz önünde bulunduran a�a��daki fonksiyon geli�tirilmi�tir. 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’n�n toplam de�eri (a=1,2,3,4), wij: i’nci ana kriterin j’inci alt kriterine ait a��rl�k, xij(a): alternatif a’ya ili�kin inci ana kriterin j’inci alt kriterine ait performans de�eri (i= 1,2,3,4 and j=1,2,3)]

SA

VTE

K 2

008,

SA

VU

NM

A T

EK

NO

LOJ�

LER

� KO

NG

RE

S�

26-2

7 H

azira

n 20

08, O

DTÜ

, Ank

ara

290

T

ablo

1 Ü

ç fa

rkl�

sena

ryo

için

Dal

al v

e D

udew

icz

yönt

emiy

le y

ap�la

n ka

r��la

�t�rm

a so

nuçl

ar�n

�n ö

zeti

[1].

1.

S A

V U

N M

A (B

irinc

i Sen

aryo

)

KR

�TER

1

(mev

cutla

r�n s

ef.k

ad.n

a or

an�)

KR

�TER

2

(Or.P

er.B

üt.A

.nda

n is

tek)

K

R�T

ER 3

(�d

.Hiz

.Tk.

n�n

yete

rsiz

li�i)

KR

�TER

4

(sis

tem

deki

zam

an)

TOPL

AM

B

�R�N

C�L

�KSA

YILA

RI

Sb.

Ast

sb.

Erb.

/er

Sb.

Ast

sb.

Erb.

/er

Sb.

Ast

sb.

Erb.

/er

Sb.

Ast

sb.

Erb.

/er

ALT

1 90

.72

90.6

7 95

.73

80.3

1 19

6.62

306.

016.

87

8.01

0.

00

109.

4693

.27

102.

481

ALT

2 90

.86

90.7

8 95

.75

84.6

5 19

8.01

272.

370.

00

0.00

0.

00

107.

1292

.40

103.

015

ALT

3 95

.97

97.7

0 97

.60

48.3

1 88

.74

327.

545.

90

9.53

0.

30

111.

5511

3.57

100.

525

ALT

4 96

.90

97.7

3 97

.52

49.1

9 94

.94

329.

370.

00

0.18

2.

10

104.

9011

2.75

96.6

3 3

2.

T

A A

R R

U Z

(�ki

nci S

enar

yo)

ALT

1 88

.72

89.6

8 94

.32

173.

1631

0.94

1469

.99

23.0

1 29

.52

19.6

3 11

6.50

99.5

3 10

9.14

1 A

LT2

89.1

9 90

.06

94.3

5 19

6.50

319.

2214

92.2

73.

56

6.64

8.

05

112.

6399

.81

108.

673

ALT

3 94

.46

96.5

0 96

.18

134.

0620

5.06

1475

.50

17.1

4 27

.45

26.8

9 11

1.48

118.

8611

8.86

5 A

LT4

94.9

3 97

.08

96.1

2 14

6.86

214.

4215

77.8

44.

85

6.24

49

.18

113.

2411

8.07

118.

073

T

A A

R R

U Z

(Zay

iat o

ran�

iki k

at a

rt�r�

lm��

) (Ü

çünc

ü Se

nary

o)

ALT

1 86

.16

88.2

3 92

.79

250.

0541

5.32

2548

.39

54.6

9 72

.33

173.

8610

8.87

101.

4310

2.73

1 A

LT2

86.9

4 88

.44

92.6

4 25

3.22

422.

6325

86.8

423

.04

39.7

0 17

4.80

107.

3898

.16

102.

771

ALT

3 91

.97

95.2

0 94

.68

216.

5731

0.56

2546

.63

50.1

3 74

.95

170.

6110

8.72

111.

7410

2.54

3 A

LT4

93.0

2 95

.70

94.6

9 21

7.93

306.

1725

45.9

610

.30

30.0

9 19

1.43

105.

0810

8.26

101.

767


291

Geli�tirilen bu fonksiyonda Tablo 1’deki de�erler yerine koyuldu�unda en yüksek de�eri veren alternatif sistemin en iyi sistem olarak seçilmesi hedeflenmi�tir. Kriterlerin sahip olduklar� de�erlere ili�kin aral�klar�n farkl� olmas�ndan kaynaklanabilecek hatalar� önlemek maksad�yla normalizasyon uygulanm��t�r. Her bir kriter için a��rl�klar�n tespit edildi�i bir sonraki a�amada, çoklu amaç problemlerinin çözümünde s�kl�kla kullan�lan Analitik Hiyerar�i Metodu (AHP) kullan�lm��t�r [7]. Bu yöntemi uygularken kriterler ve sistem hakk�nda bilgilendirilen veya tecrübesi bulunan ki�ilerden kriterlere matris format�nda önem dereceleri vermeleri istenmi�tir. AHP ve Expert Choice (Expert Choice Inc.) yaz�l�m paketi kullan�larak bulunan önem derecelerine ait a��rl�k de�erleri Fonksiyon 1’de kullan�lm��t�r.

Normalize edilen de�erler ile AHP yard�m�yla bulunan a��rl�klar Fonksiyon 1’de yerlerine konularak de�er fonksiyonunun her bir kriter için sahip oldu�u de�erler tespit edilmi�tir. Örne�in; birinci senaryo için de�er 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 sonuçlar�n� vermi�tir.

Alternatiflerin gerçek de�erleri; en iyi alternatif “1”, en kötü alternatif ise “0” de�erini alacak �ekilde normalize edildi�inden, Fonksiyon 1’de en yüksek de�eri alan alternatif sistem en iyi sistem olacakt�r. Bir ba�ka deyi�le, birinci senaryo için en iyi sistem dördüncü alternatiftir. �kinci senaryo için de�er fonksiyonlar� yaz�l�rsa; 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 oldu�u, onun ard�ndan ise s�ras�yla 3, 2 ve 1'inci alternatiflerin geldi�i görülebilir. 4. SONUÇ ve DE�ERLEND�RMELER Bu çal��ma, daha önce arazi tatbikatlar� veya analitik çal��malarla denenmemi� Personel Seferberlik ve Bütünleme Sisteminin simülasyon modelini olu�turarak yap�lan analizlerle komutanlara karar verme süreçlerinde bilimsel bir araç kazand�rmak maksad�yla gerçekle�tirilmi�tir. Elde edilen sonuçlar mevcut sistemin olas� muharebe �artlar� alt�ndaki davran��lar�n� ortaya koymaktad�r. Karar vericilerin tecrübeleri ��nda tasarlanan alternatif sistemlerle sistem performans�nda geli�meler sa�lanabilece�i tespit edilmi�tir. Elde edilen sonuçlar�n komutanlara, karar verme sürecinde destek sa�layabilece�i de�erlendirilmektedir. Simülasyon modelleri askeri sistemlerdeki aksakl�klar� ve yetersizlikleri henüz bar�� zaman�nda tespit etmede ve çözümleri de�erlendirmede büyük kolayl�k sa�lamaktad�r. Ayr�ca, ekonomik ve politik sebeplerden dolay� sistemin bütünü için bir tatbikat gerçekle�tirmenin zorlu�u dü�ünüldü�ünde, sunulan çal��man�n Personel


292

Seferberlik ve Bütünleme Sistemi için yap�lan ilk kapsaml� çal��ma olmas�yla da iyi bir simülasyon örne�i oldu�u de�erlendirilmektedir.

Kullan�lan simülasyon modeli üzerinde yap�lacak basit düzenlemelerle, farkl� büyüklükteki ve nitelikteki birlikler için de benzer analizlerin yap�labilece�i de�erlendirilmektedir. Böylece, sonuçlar�n sadece üzerinde çal��lan örnek tugay için de�il Kara Kuvvetleri Komutanl��n�n tüm birlikleri için kullan�labilmesi, ba�ka alternatif sistemlerin de�erlendirilmesi bu sayede karar vericiye bilimsel tabanl� destek sa�lanmas� mümkün olabilecektir. Ayr�ca, Kara Kuvvetlerinin tüm birlikleri için benzer bir çal��ma yap�lmas�, birliklerin muharebeye haz�rl�klar�n�n incelenmesi konusunda de�erli bir kaynak olu�turabilecektir. Bu bilgiler ��nda Personel Seferberlik ve Bütünleme Sistemi aç�s�ndan kritik durumda olan birlikler henüz bar�� zaman�nda 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, (Prentice-Hall, Inc., New Jersey), (1996).

[3] GNKUR 30-9 TSK Personel Zayiat Faktörleri Yönergesi, Genelkurmay Ba�kanl��, 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).


293

GÖMÜLÜ S�STEMLERDE SANAL ORTAM TAKT�K 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 s�n�f ortamlar�nda gerçekle�tirilmek üzere tasarlanm��, simülasyon mimarilerine sahip modellerden olu�maktad�r. Konsol uygulamalar�nda taktiksel ve operatör seviyesinde e�itim verilmesi amaçlanmaktad�r. Gömülü taktik sava� oyunlar�n�n mant��nda, gerçek arazi ortam�nda, sanal hedefler ve belli bir senaryo çerçevesinde tek personel veya personeller aras� bilgiyasar etkile�imli e�itim verilmesi amaçlanm��t�r. Bu kapsamda; üç boyutlu sanal ortamda, head mounted display, GPS ve haberle�me birimi giyilebilir olarak personele verilmekte ve gerçek sahada sanal olarak e�itim almas� sa�lanacakt�r. Personele giyilebilir bilgisayar ile sanal ortamla olan ba�lant�s� sa�lanmakta, GPS sistemi ve haberle�me ünitesi ilede sahada gerçekle�tirilen sava� senaryosunun, tatbikat merkezi taraf�ndan izlenilebilmesi sa�lanmaktad�r. De�i�ik sava� senaryolar� e�itim ba�lamadan önce ilgili personelin üzerindeki bilgisayarlara yüklenerek, ister e�itmen ister personel taraf�ndan, e�itim program� seçilerek sa�lanacakt�r. Personelin ta��d�� silahlar üzerine yerle�tirilecek olan lazer sistemi sayesinde de, çat��ma e�itimi ortam�n�n sa�lanmas� amaçlanmaktad�r. Bu sistem sayesinde, de�i�ik harp ortamlar�, silah sistemleri veri taban�nda tan�mlanarak, 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


294

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. G�R�� Günümüzde taktiksel anlamda gerçekle�tirilen tatbikatlar�n maaliyetlerinin yüksek olmas� bu alandaki askeri gereksinimlerin modelleme ve simülasyon alan�nda sanal gerçeklik kullan�larak gerçekle�tirilmesine sevk etmi�tir. Tatbikatlar�n temel amaçlar�n� kar��layacak ölçüde sanal ortamda geli�tirilmesine olanak sa�lam��t�r. Sanal gerçeklik, bilgisayar ortam�nda olu�turulan 3 boyutlu resimlerin ve animasyonlar�n teknolojik araçlarla insanlar�n zihinlerinde gerçek bir ortamda bulunma hissini vermesinin yan� s�ra, ortamda bulunan bu objelerle etkile�imde bulunmalar�n� sa�layan teknoloji olarak tan�mlan�r. Sanal gerçeklik ba�lang�cta e�lence sektörü uygulamalar�nda kullan�ld�ysa da, mühendislik problemlerinin çözümünde gitgide etkisini art�rm��t�r. En önemli uygulamas� ise simülasyon uygulamalar�d�r. Örne�in askeri alanda bu teknoloji yak�n zaman içerisinde yak�n muharebe, silah kullan�m� gibi e�itimler için kullan�lm��t�r. 2. S�STEM PARÇALARI 2.1 Donan�m Arabirimler Donan�m ta��nabilir 4 ana birimden olu�maktad�r. Personelin arazideki konum bilgisini ileten GPS aparat�, HMD (Head Mounted Display) kablosuz ileti�imi sa�layan birim ve silah aparatlar�ndan olu�maktad�r. Silah aparat�; lazer aparat� ve tetik sistemi olmak üzere iki parçadan olu�maktad�r. Gerçek arazi �artlar�nda tatbikat yapmak isteyen personel ta��nabilir ta��nabilir bilgisayar ile araziye ç�kma kabiliyetine sahip olacakt�r. (�ekil 1)


295

�ekil 1 Sanal Ortam Sava� Oyunu Donan�m Birimleri

Senaryo gere�i ortam görüntüsü, Head Mounted Display arac�l��yla kullan�c�ya aktar�lmaktad�r. Görüntüler; tatbikat arazisinin üç boyutlu görüntüsü, ortam bilgisi ve görü� alan�nda bulunan di�er nesnelerin üç boyutlu modellerini içermektedir. Head Mounted Display üzerine yerle�tirilen hareket alg�l�y�c�lar� sayesinde kullan�c�n�n arazide nereye bakt�� verisi görsele ula�maktad�r [5]. Bilgisayar sisteminde yer alan grafik kart�, sanal ortam uygulamalar�nda performans olarak kullan�lmas� gereken en önemli faktörlerden biridir. Bilgisayar�n ana kart i�lemcisinin yan� s�ra grafik kart� i�lemcisininde simülasyonlardaki performans�, sadece üç boyutlu görsel çal��malar�nda kullan�lmaktad�r. Programlanabilir ekran kartlar� arac�l��yla, hesaplamalar merkezi i�lem birimi ile ekran kart� i�lemcisi aras�nda payla�t�r�lacakt�r. Bu yöntem sayesinde yüksek performansl� ve yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilmesi amaçlanmaktad�r. Literatürde ekran kart� programlama sanal gerçeklik uygulamalar�nda farkl� �ekillerde kullan�lm��t�r. Örnek olarak sanal gerçeklik emülasyon sistemlerinde görüntü kalitesini artt�rmak ve performans� yükseltmek için kullan�lm��t�r. Bu konuda yap�lan ara�t�rman�n sonucu frame per second say�lar� baz al�narak yap�lan kar��la�t�rmalarda ekran kart� programlama tekni�i kullan�lan uygulamalar�n çok daha yüksek performansta cal��t�klar� gözlemlenmi�tir [1].


296

Ekran kart� programlama sanal gerçeklik uygulamalar�nda sadece üç boyutlu grafik alan�nda de�il imge i�leme alan�nda da kullan�lm��t�r. Bu konuda yap�lan ara�t�rmada ekran kart� programlama yöntemine kar��l�k normal merkezi i�lemci kullan�lm�� ve süre bazl� olarak kar��la�t�rmalar yap�lm��t�r. Sonuçta ekran kart� programlama yöntemini içeren algoritmalar�n di�er algoritmalardan çok daha h�zl� olduklar� gözlemlenmi�tir [2]. Ekran kart� programlama genel olarak görüntü kalitesi ve performans� artt�rman�n yani s�ra grafik ve veri taban� teknolojilerinin birlikte kullan�ld�� uygulamalarda veri taban� i�lemlerinde de performas� artt�rd�� gözlemlenmi�tir [3]. Bunun yan� s�ra matematiksel i�lemlerde de performans� artt�rd�� gözlemlenmi�tir. Örne�in Da��n�k matris (Sparse Matrix) i�lemlerinde [4] yine verim sa�lam��t�r. Ko�turulan simülasyon uygulamas�nda, grafik kartlar�n�n sahnenin olu�umu için uygulad�klar� bir dizi i�lem olan fixed function pipeline ve gölge (shader) uygulamas� test edilecektir. Bu i�lemler s�ras�nda dura�an görüntüler dönü�üm denen matematiksel bir i�lem sonucunda hareket kazan�rlar. Bak�� aç�m�z� her de�i�tirdi�mizde bir dönü�üm olur. Bir üç boyutlu simülasyonun her karesinde kullan�lan dönü�üm i�lemi matematiksel olarak hesaplan�r. GPU’nun (Graphic Programming Unit) normal i�leyi�i s�ras�nda izledi�i, fixed function pipeline’a müdahele edilerek, geli�tiricinin hareket ettirmek üç boyutlu nesne üzerinde, istedi�i hareketleri yapabilmesi sa�lanm��t�r. Bu simülasyon senaryosunda, simülasyonda yer alan ve modellemenin temelini olu�turan dönü�üm i�lemlerinin, GPU’nun i�leyi�ini kullanarak, simülasyon ve modelleme uygulamalar�nda direk kullan�labilece�i öngörülmü�tür. Olu�turulan üç boyutlu arazi üzerinde al�nabilecek performans ile HMD kullan�larak e�itim alan personele gerçekçi arazi ko�ulu sa�lamaktad�r. Günümüzde askeri amaçl� geni� çapl� çat��ma simülatörleri temel olarak göze zarar vermeyen lazerli at�� yapma ve yap�lan at�� alg�lama prensibine dayanan sistemler kullan�lmaktad�r. Bu sistemlerin en yayg�n olanlar�ndan birisi Çoklu Entegreli Lazer Ni�an Alma Sistemi (MILES) ad� verilen sistemdir. Silahtan gelen tetik bilgisi ile üzerine yerle�tirilen lazer sisteminin ate�leme s�ras�nda bilgilerin kablosuz ba�lant� ile kullan�c�da ta��nabilir durumda olan wireless networkten taktik görsel bilgisayar�na aktar�lmaktad�r. Senaryo konsolu taraf�ndan haz�rlanan tatbikat senaryosu gere�i üç boyutlu arazi ve di�er hedef olarak te�kil eden nesneler saha üzerine yerle�tirilir. Her kullan�c� GPS koordinat bilgileriyle üç boyutlu görselde sadece bakt�� yerdeki nesneleri görür. Senaryo birlik baz�nda çat��ma simülasyonunu içerdi�i gibi tek personel ve sanal hedefler baz�ndada interaktif olarak harp yapabilme kabiliyetine sahiptir.


297

2.2 Yaz�l�m Arabirimler

Yaz�l�m kendi içerisinde iki ana birimden olu�maktad�r. Tatbikat senaryolar�n� haz�rland�� konsol yaz�l�m� ve üç boyutlu görsel yaz�l�m�. Konsol yaz�l�m� kullan�larak haz�rlanan senaryo üç boyutlu görsel ortam�na aktar�larak, kullan�c�n�n interaktif olarak harp senaryosuna kat�l�m�n� sa�lar.

Konsol yaz�l�m�; senaryo haz�rlama ekran�, senaryo oynatma ekran� ve tatbikat de�erlendirme ekran�ndan olu�maktad�r. Komutanlar tatbikata ili�kin planlamalar� iki boyutlu haritalar üzerinde haz�rlar. Kullan�c�lar Tatbikat oynatma esnas�nda oyun kaydedilerek tekrar oynatma yap�labilmektedir.

Tatbikat s�ras�nda veya sonras�nda komutanlar oyun s�ras�ndaki birlik baz�nda veya tek asker baz�nda de�erlendirmesini sa�layan arayüzdür.

�ekil 2 Konsol Yaz�l�m� Alt Birimleri

�ekil 3 Görsel Senaryo Ekran�


298

Senaryo haz�rlama iki boyutlu harita üzerinde ve üç boyutlu görsel üzerindede gerçekle�tirilebilir. Senaryo haz�rlama safhas�nda e�er kullan�c�lar gerçek tatbikat arazisinde tatbikat yapacaklarsa iki boyutlu harita ve üç boyutlu harita birebir tatbikat arazisi olur. E�er sanal ortamda harp oyunu oynanacaksa kullan�c� sisteme önceden yüklenmi� haritalar� seçebilir. Ortam �artlar�n� de�i�tirilebilir. Oyun yükleme a�amas�nda kullan�c�lar�n GPS lerinden konum bilgileri gelir. Böylece komutanlar birlikteki askerlerin nesnel olarak senaryo ekran�nda görür.

Yaz�l�m altyap�s�n� , silahtan gelen at�� bilgilerini yorumlayan yaz�l�m kütühanesi ve konsol yaz�l�m birimleri olu�turmaktad�r. Grafik altyap�s�nda ODE fizik motoru (Open Dynamic Engine) ve OSG (Open Scene Graph) grafik kütüphanesi olu�turmaktad�r. Konsol yaz�l�m� bünyesinde; harita arayüzü, ortam �artlar� de�i�tirme arayüzü ve senaryo yükleme arayüzünü bünyesinde bar�nd�rmaktad�r.

�ekil 4 Yaz�l�m Üç Boyutlu Yap�s�

Kullan�lan Head Mounted Display sistemlerinde görüntü kalitesini art�rmak ve grafik modellerine gerçekçilik hissi verebilmek için donan�m�n yan� s�ra yaz�l�m tabanl� baz� algoritmalar uygulanmaktad�r [6].

3. SONUÇ Sanal ortamda interaktif olarak gerçekle�tirilen gömülü sistemle yap�lan tatbikatlar�n toplam maliyeti, gerçek bir tatbikat�n toplam maliyetinden daha


299

dü�ük olmas� bu sistemlerin kullan�m�n� art�ran en önemli faktörlerden biri olacakt�r. Sanal ortamda yap�lan tatbikatlar sayesinde, gerek s�n�f ortamlar�nda bireysel olarak gerekse aç�k arazide topluluklar halinde interaktif olarak kullan�c�ya e�itim verebilecektir. Kurulan bu sistemin ta��nabilir olmas� sayesinde aç�k arazidede kullan�labilecektir.

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.


300


301

S�MÜLASYON S�STEMLER�NDE KAVRAMSAL MODELLER�N TASARIMDA KULLANILMASI – B�R VAKA ÇALI�MASI

Banu Aysolmaz BOZLU (a), Onur DEM�RÖRS(b)

(a) Çukurova Kalk�nma Ajans�, Sabanc� �� Merkezi K:7, 01060, Adana, [email protected] (b) Orta Do�u Teknik Üniversitesi, Enformatik Enstitüsü, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Kavramsal modelleme simülasyon geli�tirme sürecinde özellikle gereksinim analizi faaliyetleri için zorunlu görülmektedir. Bu alanda önemli bir yakla��m, ODTÜ MODS�MMER’de geli�tirilen KAMA projesidir. Bu yakla��m kapsam�nda görev uzay� kavramsal modellerinin geli�tirilebilmesi için bir altyap� tan�mlam��t�r.

Kavramsal modellerin faydalar�n� tüm geli�tirme sürecine yayabilmek için, modelleri tasar�mda da kullanmak gereklidir. Bu konunun önemi çal��malarda vurgulanmas�na ra�men, nas�l kullan�laca��na ili�kin bir aç�klama bulunmamaktad�r. Bu amaçla, mevcut KAMA yakla��m�n� geni�leten bir metodoloji önerilmi�tir. Bu metodolojide görev uzay� ve simülasyon uzay� kavramsal modellerini kullanarak, UML tasar�m diyagramlar� içeren üst seviye bir tasar�m�n nas�l olu�turulabilece�i aç�klanmaktad�r. Metodoloji, simülasyon uzay� kavramsal modellerinin geli�tirilmesi için bir yöntem de içermektedir.

Bu bildiride, geli�tirilen metodolojiyi de�erlendirmek için gerçekle�tirilmi� bir vaka çal��mas� ve sonuçlar� aç�klanmaktad�r. Uygulama, seçilen sentetik ortam simülasyon projesi için görev uzay� ve simülasyon uzay� kavramsal modellerinin geli�tirilmesi, ve kavramsal model diyagramlar�n�n UML tasar�m diyagramlar�na dönü�türülmesini içermektedir.

Anahtar Kelimeler: Kavramsal Modelleme, Simülasyon, Tasar�m, 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,


302

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. G�R�� Kavramsal modelleme simülasyon geli�tirme ya�am döngüsünde zorunlu görülmektedir. Kavramsal modeller (KM) geli�tirmenin erken dönemlerinde sistemin iyi anla��lmas�n� sa�layarak gereksinimlerin kalitesinin artmas�na, geli�tirici ile kullan�c� aras�ndaki ileti�imin geli�mesine, ve yaz�l�m ürünlerinin do�rulama ve geçerli k�lma faaliyetlerinin gerçekle�tirilmesine yard�mc� olurlar.

Kavramsal model iki önemli parçaya ayr�lmaktad�r, görev uzay� (GU) ve simülasyon uzay� (SU) modelleri [1], [2]. Görev uzay�, operasyonel faaliyetler gibi alan kavramlar�n�, simülasyon uzay� ise simülasyon kavramlar�n� ve fonksiyonel ve operasyonel yetenekleri içerir. Kavramsal modeller gereksinim analizi ile tasar�m aras�na yerle�tirilmektedir. Görev uzay� modelleri daha çok gereksinim analizi ile ilgiliyken, simülasyon uzay� tasar�ma daha yak�nd�r.

Kavramsal modellemede genel kabul görmü� yakla��mlar bulunmamaktad�r. Ba�l�ca çal��malar [3-7] referanslar�nda verilmi�tir. Bu yakla��mlar görev uzay�na odaklanmakta, simülasyon uzay� modelleme için yöntem önermemektedir. Ayr�ca, kavramsal modelin tasar�ma girdi olmas�n�n önemi vurgulanmas�na ra�men, çal��malar bu konuya aç�klama getirmemektedirler.

Bu bildirinin 2. bölümünde geni�letilmi� KAMA metodolojisi özetlenmektedir. 3. bölümde vaka çal��mas� elde edilen bulgularla birlikte aç�klanmaktad�r. 4. bölümde çal��man�n sonuçlar� tart��lmaktad�r.

2. KAVRAMSAL MODELLEME METODOLOJ�S� KAMA simülasyon sistemlerinde görev uzay� kavramsal modelleri geli�tirmek için önerilen kapsaml� bir metodolojidir [8-9]. Çe�itli kavramsal model diyagramlar� içeren bir kavramsal modelleme süreç tan�m�, model geli�tirme 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 özelle�tirmektedir.


303

Görev uzay� modelleri geli�tirmek için iki tip diyagram tan�mlanm��t�r, yap�sal ve davran��sal. Her biri görev uzay�n�n de�i�ik kavramsal perspektiflerini tan�mlayan yedi de�i�ik diyagram çe�idi vard�r. Örnek model elemanlar� varl�k, aktör, rol, görev, durum; ili�kiler kal�t�m, bütün-parça, ast/üst’tür.

Geni�letilmi� KAMA metodolojisinde simülasyon uzay� kavramsal modelleri geli�tirmek için be� diagram çe�idi eklenmi�tir [11]. Bu diyagramlar görev uzay� diyagramlar�n�n yakla��m�n� izler; ancak simülasyon uzay� kavramlar�n� modeller. Simülasyon uzay� diyagramlar� tasar�m için temel olu�tursa da, görev uzay� bilgisi de tasar�mda kullan�lmal�d�r. Bunun için geni�letilmi� KAMA’da yeni model elemanlar� ve yeni özellikler eklenmi�tir.

Geni�letilmi� metodolojinin önemli bir özelli�i görev uzay� ve simülasyon uzay� kavramsal model diyagramlar�ndan sekiz çe�it UML tasar�m diyagram�na dönü�üm mekanizmas� tan�mlamas�d�r. Bu dönü�üm ile sistemin üst seviye tasar�m� olu�turulur. Bu �ekilde tasar�mda baz� faaliyetler ortadan kald�r�l�r, ve tasar�m�n kavramsal modelin içerdi�i tüm bilgiyi içerdi�i garantilenmi� olur.

3. SENTET�K ORTAM S�STEM� VAKA ÇALI�MASI Sentetik Ortam Simülasyün Sistemi (SOS) projesi üzerinde, geni�letilmi� KAMA metodolojisini de�erlendirmek için bir vaka çal��mas� gerçekle�tirilmi�tir [11, 12]. Bu bölümde bu vaka çal��mas� aç�klanmaktad�r.

3.1 Ara�t�rma Sorular�, Vakan�n Seçilmesi ve Veri Toplama Vaka çal��mas� için ara�t�rma sorular� a�a��daki �ekilde belirlenmi�tir.

“Metodoloji, kavramsal model geli�tirmek için de�i�ik görev uzay� ve simülasyon uzay� özelliklerini modellemede ne �ekilde kullan�labilir?” “Geli�tirilen kavramsal model diyagramlar�, modeli girdi olarak kullanarak üst seviye tasar�m olu�turmak için nas�l kullan�labilir?” “Önerilen metodolojiyle yap�lan kavramsal modelleme faaliyeti geli�tirme sürecinde gereksinim analizi, tasar�m ve geli�tirme faaliyetlerini nas�l etkiler?”

�lk iki soruyu yan�tlamak için metodolojinin kapsaml� bir proje üzerinde uygulanarak de�erlendirilmesinin yap�lmas�na karar verilm�itir. Ürünler, görev uzay� ve simülasyon uzay� kavramsal modelleri ve diyagramlar�n girdi olarak kullan�larak üretildi�i üst seviye tasar�md�r. Son soruyu yan�tlamak için gereksinim analizi, kavramsal modelleme, tasar�m ve geli�tirme faaliyetlerinin genel bir analizi yap�larak kavramsal modellemenin sistemin anla��labilirli�ini, gereksinimlerin kalitesini ve tasar�m� nas�l etkiledi�i de�erlendirilmi�tir.

SOS, geni� kapsam� nedeniyle vaka olarak seçilmi�tir. SOS sanal kuvvetler, görev simülatörleri, yar� otomatik kuvvetler, komuta kontrol, haberle�me, ke�if, gözetleme ve istihbarat cihazlar� ve silah sistemleri gibi birbiriyle ve çevreyle etkile�erek operasyon ortam� yaratan bir çok ö�eyi içermektedir.

SOS görev simülatörlerine de�i�ik ortamlarda askeri operasyonlar� gerçekle�tirebilmeleri için gerekli sentetik ortam� yaratmay� amaçlar. Bu


304

sentetik ortam sanal kuvvetler, üzerlerindeki sistemler, kurallar, çevre ko�ullar�, arazi ve dinamik, çarp��ma gibi geli�mi� özellikleri içerir. Oyuncu tipleri hava, kara, deniz ve sabit platformlar�, oyuncu sistemleri sensörler, silahlar, kar�� tedbirler gibi türleri içerir. Kültürel varl�klar, de�i�ik çevre özellikleri ve yüksek çözünürlüklü geni� bir arazi mevcuttur. SOS geli�tirme tak�m� be� ile dokuz aras�nda yaz�l�m mühendisinden olu�maktad�r. Ek olarak kalite ve test mühendisleri vard�r. Toplam geli�tirme zaman� üç y�ld�r.

Önerilen metodolojiyi de�erlendirmek için SOS ve KAMA geli�tirme gruplar�yla tart��malar yap�lm��t�r. SOS kavramsal model diyagramlar�n� geli�tirmek toplam 45 gün sürmü�tür. SOS kavramsal modelinde 43 GU, 13 SU diyagramlar� olmak üzere toplam 56 diyagram mevcuttur.

3.4 Görev Uzay� Kavramsal Model Diyagramlar� Varl�klar ve aralar�ndaki kal�t�m ve bütün/parça ili�kilerini gösteren varl�k ontolojisi diyagram�nda SOS için en üst seviyede oyuncu sistemi ve kural parçalar�ndan olu�an platform, görev simülatörü ve çevre varl�klar� gösterilmi�tir. Her varl��n görev ve simülasyon uzay� öznitelikleri ve yetenekleri vard�r. Ba�lant�larla ayr�nt�l� diyagramlara geçi� sa�lan�r. Örne�in alt seviyelerde hava, kara, deniz platformlar� alt seviyelerde sanal kuvvetlere kadar; oyuncu sistemleri sensörlerin çal��ma modlar�na kadar modellenmi�tir.

Sistemdeki aktörleri ve aralar�ndaki ast/üst ili�kilerini gösteren komuta hiyerar�isi diyagram�nda sistemde i�lem icra eden albay, kaptan gibi aktörler, kuvvet tak�mlar�, ve bu tak�mlar� olu�turan kuvvet tipleri modellenmi�tir.

Varl�k ili�kileri diyagram� ile platformlar�n davran��lar�n� aç�klayan algoritmalar, bunlar� etkileyen çevre varl�klar� ve di�er varl�k ili�kileri gösterilmi�tir. Örne�in yak�t tüketimi algoritmas�n�n sabit platformlar d��nda tüm platformlar taraf�ndan kullan�ld��, hava dinamiklerinin s�cakl�k, rüzgar ve bas�nç varl�klar�ndan etkilendi�i bu diyagramlar sayesinde anla��labilmektedir.

Sistemdeki varl�k durumlar�n� gösteren varl�k durum diyagramlar�, SOS için özellikle sensörlerin çal��mas�n� modellemek için kullan�lm��t�r. Örne�in radar için arama, tespit, takip gibi modlar tan�mlanm��t�r.

Sistemin üst seviye görevlerini aç�klayan görev uzay� diyagram�, SOS için oyuncular�n de�i�ik davran��larla, hava arac�n�n hareketi, sensörle tespit, silahla sald�r�, sald�r�lardan korunma gibi sava� alan� operasyonlar�n� gerçekle�tirmesini modellemek için kullan�lm��t�r. �� ak�� diyagram�, belirlenen görevlerin ayr�nt�lar�n� dinamik bir �ekilde göstermek için kullan�lm��t�r. Bu diyagramlarda i�lerin ak��, aktörler, roller, karar ve senkronizasyon noktalar�, girdiler, ç�kt�lar ve di�er ili�kili varl�klar kullan�larak ak�� gösterilmi�tir.

3.5 Simülasyon Uzay� Kavramsal Model Diyagramlar� Simülasyon uzay� diyagramlar�, sistemin nas�l çal��t��, donan�m ve yaz�l�mlar� içerecek �ekilde temel yap�s� gibi özellikleri içerir.


305

Varl�k ontolojisi diyagram� simülasyon uzay�nda özellikle tesis, donan�m, yaz�l�m ve a� gibi varl�klar� modellemekte kullan�l�r. Bu diyagramdan sistemin fiziksel yap�s� hakk�nda fikir edinilebilir. SOS kavramsal modelinde kontrol merkezi, yönetim istasyonu, simülasyon istasyonu, çevrim içi ve d�� yaz�l�m modülleri ve a� modülleri bu diyagramlarda gösterilmi�tir. Varl�klar tipleriyle birbirinden ay�rt edilmi� ve aralar�ndaki bütün/parça ili�kileri gösterilmi�tir.

Te�kilat yap�s� diyagram� aktörlerin simülasyon sistemi rollerini göstermekte kullan�l�r. SOS, tesislerin yönetimi, e�itimlerin karar verilmesi, yaz�l�mlar�n çal��t�r�lmas�, veritaban� kay�tlar�n�n olu�turulmas�, senaryolar�n ba�lat�lmas�, yürütme zaman� kontrolleri gibi birçok rolü içermektedir.

Varl�k durum diyagram� sistemin durumlar�n� ve bunlar�n ili�kilerini göstererek sistemin nas�l çal��t��n� anlat�r. SOS için çevrim içi ve çevrim d�� modlar gibi sistem durumlar�n� ve bunlar aras�ndaki geçi�i modellemek için kullan�lm��t�r.

Varl�k ontolojisi diyagram�nda tan�t�lan fiziksel yap� varl�k ili�kileri diyagram�nda detayland�r�l�r. Bu diyagram simülasyon uzay�nda özellikle yaz�l�m ve donan�m modülleri aras�ndaki ili�kiyi göstermek için kullan�l�r. SOS için hangi yaz�l�m varl�klar�n�n hangi donan�mda sistemin hangi durumlar�nda çal��t��, a� ba�lant�lar� gibi ili�kileri modellemek için kullan�lm��t�r.

�� ak�� diyagram� sistemi çal��t�rmak için yap�lacak i�leri, ilgili aktörleri ve bu i�lerin nas�l gerçekle�tirildi�ini modellemek için kullan�l�r. Baz� özellikler simülasyon sistemini ba�latmak, i�letmek ve çe�itli i�lemler sürdürmek için aktörlerin gerçekle�tirdi�i faaliyetler, de�i�ik durumlar, kararlar, ko�ullar, paralel faaliyetler, döngüler, girdiler ve ç�kt�lar, kay�tlar�n olu�turulmas�, senaryo kontrolleri (ba�lat, durdur) ve senaryodaki di�er elemanlar�n (oyuncular�n 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 ba�latmak, kay�tlar� olu�turmak, operasyonu yönetmek ve de�erlendirmek gibi) gösterilmi�tir. Her bir faaliyet alt diyagramlarda detayland�r�lm��t�r.

3.6 Üst Seviye Tasar�m Son UML 2 standard�nda sistem tasar�m� için 13 diyagram tipi tan�mlanm��t�r [13]. Çizelge 1’de 8 çe�it UML diyagram�n� üst seviyede olu�turabilmek için hangi kavramsal model diyagramlar�n�n kullan�ld�� gösterilmektedir.

Görev uzay� varl�k ontolojisi diyagramlar�ndaki varl�klar, öznitelikleri, yetenekleri ve ili�kiler, s�n�f diyagramlar�ndaki s�n�flar� ve “generalization, aggregation, composition” ili�kilerini olu�turmak için kullan�l�r. Algoritmalar arayüz s�n�flar� olarak modellenir. Simülasyon uzay� varl�klar� ise paketleri olu�tururlar. SOS için paketler hiyerar�ik �ekilde organize edilmi�tir. Örnek paketler “çevrim d��, veritaban� düzenleme, senaryo düzenleme, yürütme zaman� kontrolü, simülasyon motoru, HLA” olarak verilebilir. SOS için F16 gibi elirli platform tiplerinde tan�mlanm�� nesneler gibi görev uzay� nesneleri de UML nesne diyagramlar� olu�turmak için kullan�lm��t�r.


306

Çizelge 1 Kavramsal Model - UML Tasar�m Diyagramlar� �li�kisi

UML Diyagram� Faydalan�lan Kavramsal Model Diyagramlar� Paket SU Varl�k Ontolojisi S�n�f GU Varl�k Ontolojisi, GU Varl�k �li�kileri Nesne GU Varl�k Ontolojisi Bile�en SU Varl�k Ontolojisi, SU �� Ak��, SU Varl�k �li�kileri Da��l�m SU Varl�k Ontolojisi, SU Varl�k �li�kileri, SU �� Ak�� Kullan�m Durumlar� SU Te�kilat Yap�s�, SU �� Ak��, SU Varl�k Ontolojisi,

GU Görev Uzay� Aktivite SU �� Ak��, GU �� Ak�� Durum GU Durum, SU Durum

act SS_WF1

«...Initial

«ssTask»(SES_SCNEDIT)Start scenario

development tool

SE Manager«ms...- M&SBackg

(from SS OrgStr)

SE_SIMSTN Operator«ms...- M&SBackg

(from SS OrgStr)

What activity toconduct

«ssTask»(SES_DBEDIT)Generate DB

records

«ssTask»(SES_SCNEDIT)

Develop scenario

«ssTask»Command for

Operation to beconducted

FSC System Manager«msAt...- M&SBackg

(from SS OrgStr)

«ssTask»(SES_RUNTIME)Run and Manage

SE Scenario

«ssTask»(FMS)

Run and ManageFlight Control Center

and MissionSimulators

FCC Operator«msA...- M&SBackg

(from SS OrgStr)

«...SES_RUNTIMEFinal

«ssTask»Finalize

Operation

«ssInput/Output»(Terrain DB)

TERRAIN

«ssInput/Output»(Player Systems

DB)PLSYS_DB

«ssInput/Outp...(Platform DB)

PLT_DB

«ssInput/Output»(Rules DB)RULE_DB

«ssInput/Output»(Scenario DB)

SCN_DB

«...SES_SCNEDITFinal

«cmNote»Scenario created

«...SES_DBEDITFinal

«cmNote»DBs created

«ssTask»(SES_REPLAY)Replay Scenario

«...SES_REPLAYFinal

«cmNote»Replay done

«ssInput/Output»(Recorded Scenario

DB)RECSCN_DB

SS_WF1.1

SS_WF1.2SS_WF1.3

SS_WF1.4

«cmNote»Operation conducted

«ssTask»(FMS)

Control MissionSimulator

FMS Operator«ms...- M&SBackg

(from SS OrgStr)

«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«cmOutp»

«cmCtrFl»

Replay

«cmCtrFl»

DefineScenario

«cmCtrFl»

ConductOperation

«cmCtrFl»

«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«cmOutp»

«cmOutp»

«cmOutp»

«cmRlz»

«cmRlz»

«cmRlz»«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmCtrFl» Define PlayerSystems andPlatforms

«cmInp»

«cmCtrFl»

«cmInp»

«cmCtrFl»

«cmInp»

«cmInp»

«cmOutp»

«cmInp»

«cmCtrFl»

«cmInp»

«cmInp»

«cmInp»

«cmCtrFl»

«cmRlz»

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«cmCtrFl»

«cmRlz»

«cmInp»

�ekil 1 SOS için Simülasyon Uzay� �� Ak�� Diyagram�


307

Bile�en diyagramlar�nda gösterilen yaz�l�m bile�enleri simülasyon uzay� varl�klar�ndan olu�turulur. Alt seviye bile�enler modeldeki ili�kilere göre iç içe yerle�tirilir. Sa�lanan ve istenen arayüzler simülasyon uzay� i� ak��lar�ndan al�n�r. Portlar ve “delegate” ili�kileri de belirlenir. Son olarak, simülasyon uzay� varl�k ili�kileri diyagram� geri kalan arayüzler, bile�enler ve ili�kileri tan�mlamak için kullan�l�r. SOS için �ekil 2’de gösterilen diyagram olu�turulmu�tur.

Da��l�m diyagram� sistemin fiziksel yap�s�n� gösterir. Bu diyagram simülasyon uzay� varl�k ontolojisi, varl�k ili�kileri ve i� ak�� diyagramlar�n� kullanarak geli�tirilir. “Sentetik ortam yürütme ve simülasyon istasyonlar�” gibi “tesis” tipindeki varl�klar nodlar olarak yerle�tirilir. Nodlar aras�ndaki hiyerar�i bütün/parça ili�kilerinden belirlenir, ve donan�mlarda çal��an yaz�l�m bile�enleri varl�k ili�kileri diyagram�ndaki bilgiye göre nodlar�n içine yerle�tirilir. Veritaban� dosyalar�, HLA paketleri gibi girdi/ç�kt�lar da��l�m diyagram�na yerle�tirilir.

cmp HLD_CD1

SES_SW

Scn

User_Input

Terrain

SES_DataPackage SE_DataPackage

SES_DBEDIT

Keybrd_Inp

SES_SCNEDIT

TERRAIN

Keybrd_Inp

SES_REPLAY

TERRAIN

Keybrd_Inp

SES_RUNTIME

TERRAIN

Keybrd_Inp

HLA

SE_DataPackage

FCS_DataPackage

SES_DataPackageFCS

SCN_DB

SE_DataPackage

FCS_DataPackage

scn

Actor

Keybrd_Inp

Common_DB

TERRAIN Virtual forces and battlefield data package

Mission SimulatorData Package

Synthetic Environment Data Package

SES_RTMAN SES_RTSIMENG

SES_RTTACMAP

SES_MAINSCNEDIT

SES_SCNEDITTACMAP

FMS

scn

MSS

SCN_DB

Keybrd_Inp

TERRAIN

«delegate»

PLT_DB

RULE_DB

PLSYS_DB

RECSCN_DB

SCN_DB

«delegate»«delegate»

«delegate»

«delegate»

«delegate»

«delegate»

�ekil 2 SOS için UML Bile�en Diyagram�


308

D�� aktör ve fonksiyonlar aras� ili�kileri gösteren kullan�m durumu diyagram�n� geli�tirmek için simülasyon uzay� te�kilat yap�s� ve i� ak�� diyagramlar� kullan�l�r. “Sentetik ortam yöneticisi, istasyon operatörü” gibi roller ve i� ak�� diyagram�nda bir aktör taraf�ndan gerçekle�tirilen i�ler kullan�m durumu diyagram�na yerle�tirilir ve birbiriyle ili�kilendirilir. �� ak�� diyagramlar�ndaki hiyerar�i kullan�m durumlar� aras�ndaki “include” ili�kileri ile belirlenir. Bunun d��nda, kavramsal modelden en fazla �ekilde faydalanmak için, görev uzay� diyagramlar� da simülasyon uzay� diyagramlar�na benzer �ekilde kullan�l�r. Sonuç olarak, hava kuvvetinin dü�man sald�r�s�nda bulunmas� gibi askeri operasyonlar da üst seviye tasar�mda modellenir.

Aktivite diyagramlar� kullan�m durumlar�nda üst seviye fonksiyonlar olarak belirtilen aktivitelerin ayr�nt�lar�n� göstermek için kullan�l�r. Bütün kavramsal model i� ak�� diyagramlar� üst seviye tasar�m�n aktivite diyagramlar�n� olu�turmak için kullan�l�r. �� ak�� ile aktivite diyagramlar� benzer oldu�undan bu geçi� oldukça aç�kt�r. Aktivite diyagramlar�n� olu�turmak içn baz� elemanlar yeniden adland�r�l�r ve aktör gibi baz� elemanlar at�l�r.

Kavramsal modeldeki varl�klar UML’de s�n�flara dönü�türüldü�ünden dolay� UML durum diyagramlar� ile kavramsal model varl�k durum diyagramlar� çok benzerdir. Durumlar� UML durumlar�na de�i�tirerek direk kullan�labilirler.

KM sa�lad�� bilgi sayesinde geri kalan UML diyagramlar�n�n geli�tirilmesi için de faydal� olacakt�r. Ancak bu diyagramlar KM’den direk süzülemeyecek kadar ayr�nt�l� tasar�m bilgisi içerdi�inden KM diyagramlar�ndan geli�tirilemez.

4. BULGULAR ve SONUÇLAR Gerçekle�tirilen vaka çal��mas�nda, görev uzay� kavramsal modellemenin, SOS için aç�klanmas� zor özellikleri içeren kavramsal tan�m olu�turmada etkili oldu�u gözlenmi�tir. SOS görev uzay� modellemede göze çarpan özellikler, varl�k ontoloji diyagramlar�n�n çe�itli varl�klar�n kar��k yap�s�n� yans�tmak için kullan�lmas�; çevre modellemesi; yapay zekay� olu�turan kurallar�n modellenmesi; veritaban� kay�tlar�ndan özel tiplere kadar inerek oyuncular�n ve sistemlerin modellenmesi; algoritmalar�n ili�kilendirilmesi; girdiler ve ç�kt�lar; varl�k durum diyagramlar�n�n sensörlerin çal��mas�n� modellemesi; ana hedefler için görev uzay� modellemesi; ve varl�klar� modellemek ve yetenekleri yans�tmak için i� ak�� diyagramlar�n�n geli�tirilmesidir.

Bir simülasyon uzay� modeli olarak ilki olu�turan SOS simülasyon uzay� modeli, sistemin tüm bir fiziksel aç�klamas�n� sa�lamak ve sentetik ortamla ili�kisini kurmak konular�nda etkili olmu�tur. Simülasyon uzay� modellemedeki önemli özellikler donan�m ve yaz�l�m modüllerini ve ili�kilerini tan�mlamak için varl�k ontolojisi diyagram�; simülasyon görevlerini gerçekle�tiren rolleri tan�mlamak için te�kilat yap�s� diyagram�; yaz�l�mlar�n hangi donan�mlar üstünde çal��t��, varl�klar�n girdi/ç�kt�lar� gibi özel ili�kiler için varl�k ili�kileri diyagram�; sistem durumlar�n�n modellenmesi ve simülasyon sisteminin


309

i�leyi�ini, aktörler taraf�ndan nas�l yürütüldü�ünü gösteren i� ak�� diyagramlar�n�n modellenmesidir.

SOS için olu�turulan kavramsal model bilgisi kullan�larak 8 tip UML tasar�m diyagram� geli�tirilmi�tir. Genel olarak simülasyon uzay� diyagramlar� paket, bile�en, da��l�m, temel kullan�m durumu ve aktivite diyagramlar�n�n olu�mas�n� sa�layarak üst seviye tasar�ma temel olu�turmu�lard�r. Görev uzay� diyagramlar� paketleri tamamlamak, nesneler, ayr�nt�l� kullan�m durumlar� ve aktivite diyagramlar� gibi ayr�nt�lar�n tamamlanmas�n� sa�lam��lard�r. Bu çal��ma KM’nin tasar�ma kritik bir girdi oldu�unu göstermi�tir.

Kavramsal modelin geli�tirme ya�am döngüsü için bir analizi yazarlar ve proje geli�tirme tak�m� ile gerçekle�tirilmi�tir. Buna göre, e�er SOS geli�tirme sürecinde kavramsal model geli�tirilseydi, uzun ve problemli gereksinim analizi a�amas�n�n k�salt�lmas� ve kullan�c�yla yanl�� anla�malar�n giderilmesi konular�nda etkili olaca�� sonucuna var�lm��t�r. Kavramsal modelden üst seviye tasar�mda da faydalan�lsayd�, tasar�mda daha az hata olacak, ve geri dönü�lerle gereksinimleri güncelleme ihtiyac� daha az olacakt�. Sonuç olarak, proje geli�tirme zaman�n� göz önüne al�rsak, KM geli�tirmek için harcanan zaman ileriki a�amalar�n k�salmas�na neden olacakt�. Dahas�, gereksinim ve tasar�m�n kalitesi artacak, daha az hata ile kar��la��lacak, ve kullan�c� gereksinimlerine daha iyi uyan bir sistem geli�tirilebilecekti.

Bu vaka analizi göstermektedir ki, görev ve simülasyon uzay� kavramsal modelleri ve üst seviye tasar�m geli�tirmek için önerilen metodoloji pratikte etkili bir �ekilde kullan�labilir. Önerilen metodolojiyi daha da yayg�nla�t�rmak ve kavramsal modelden tasar�ma geçi�in genellenebilir oldu�unu kesinle�tirmek için daha çok vaka çal��mas� gerçekle�tirilmelidir.

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.


310

[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. Ünde�er, (2006), “Simülasyon Sistemlerinde Görev Uzay� Kavramsal Modeli Geli�tirme: Bir Süreç Tan�m�”, 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 Uzay�n�n 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 Language: Superstructure. (November 3, 2007) Version 2.1.2.


311

KR�T�K ALTYAPILARIN KORUNMASI VE KR�Z YÖNET�M� ALANINDA MODELLEME VE S�MÜLASYONUN KULLANIMI

U�ur KESK�N(a), Utkan ERYILMAZ(a),Fuat PARLAK(a),Doç.Dr.Veysi ��LER(a)

(a) ODTÜ-TSK MODS�MMER, 06531, Ankara, {ukeskin, utkan, pfuat, veysi} @ metu.edu.tr

ÖZET Bilgi ve ileti�im teknolojileri, enerji, su ve g�da, sa�l�k, kimyasal ve nükleer endüstri, ula��m, finans, vb. sektörler kritik altyap�lara sahiptirler. Kritik altyap�lar, kazalar, terörist sald�r�lar, do�al afetler, siber sald�r�lar gibi olaylar sonucunda zarar görebilir. Bu gibi olaylar sonucunda kritik altyap�larda meydana gelebilecek krizlerin etki alan� büyük olur. Kritik altyap�lar�n�n artan karma��kl�� ve kar��l�kl� ba��ml�l�klar�, geli�en teknolojiler sonucu geli�tirilen iç sistemlerin çe�itlili�i bu etkiyi daha da art�r�r. Kritik altyap�lar�n karma��kl��, farkl� altyap�lar�n kar��l�kl� ba��ml�l�klar� ve sosyal, ekonomik ve çevresel faktörler korunma sa�lanmas� için gerekli ileti�im, koordinasyon ve i�birli�inin sa�lanmas�n� zorla�t�r�r. 11 Eylül sonras�nda, ABD ve Avrupa Birli�i öngörülmesi zor krizlerin analizine ve yönetimine yönelik çal��malara desteklerini art�rm��lard�r. Bu çal��mada kritik altyap�lar�n korunmas�yla ilgili literatür ve projelerdeki modelleme ve simülasyon boyutu incelenmi� ve öngörülen potansiyel ara�t�rma ve geli�tirme konular� (birlikte çal��abilirlik, kar��l�kl� ba��ml�l�k, durum fark�ndal�� ve sensör a�lar� vb.) s�ralanm��t�r. Çal��mada kritik altyap�lar için simülasyon geli�tirme sürecine yönelik bir model önerisi yap�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Modelleme ve simülasyon, kritik altyap�lar�n korunmas�, kriz yönetimi, simülasyon geli�tirme 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


312

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. G�R�� Bu çal��mada Avrupa Birli�i ve Amerika’da son y�llarda önem verilen kritik altyap�lar ve bunlar�n korunmas� konular� ele al�nmakta ve modelleme ve simülasyon kullan�m� önerilmektedir. Çal��mada simülasyon geli�tirme sürecinde izlenmesi önerilen model, Avrupa Birli�i proje haz�rlama sürecinde yap�lm�� ara�t�rmalar sonucu elde edilmi�tir.

�kinci bölümde kritik altyap� ve kritik bilgi altyap�s� kavramlar� tan�mlanmakta ve özellikleri s�ralanmaktad�r. Üçüncü bölümde kritik altyap�lar�n korunmas� konusu ve bu sistemlerin üst seviye parçalar� tart��lmaktad�r. Dördüncü bölümde kritik altyap�lar�n korunmas� ve kriz yönetimiyle ilgili geçmi� çal��malar ve projeler listelenmekte ve bu konuda haz�rlanan proje tan�mlama çal��malar�ndan yola ç�k�larak belirlenmi�, uygulanmas� tavsiye edilen model belirtilmi�tir. Bildiri sonuç bölümüyle sonlanmaktad�r.

2. KR�T�K ALTYAPILAR Kritik altyap�lar (Critical Infrastructures) toplum hayat�nda vazgeçilmez yeri olan, karma��k ve yüksek derecede birbirleriyle ba�lant�l� yap�lard�r. Günümüzde, ba�ta toplum güvenli�i olmak üzere ekonomi, çevre, ticaret ve ya�am kalitesi gibi toplum ya�am� ve geli�imi için önemli olan konular, kritik altyap�lara önemli ölçüde ba�l�d�r. Avrupa Komisyonu kritik altyap�lar�; “fiziksel ve enformatik teknolojileri, a�lar�, servisleri ve sistemleri bar�nd�ran ve kendisine gelebilecek herhangi bir zarar halinde toplumun iyili�i, güvenli�i ve sa�l�� ya da yönetimlerin etkin i�leyi�i üzerinde ciddi etkiler yaratabilecek yap�lar” olarak tan�mlanm��t�r [1]. Amerika Birle�ik Devletleri gibi AB d��ndaki baz� ülkeler de kritik altyap�lar� benzer �ekilde tan�mlam��lard�r [2]. Bu tan�mlardan yola ç�karak, e�er bir altyap� kendi çevresi ve toplum ya�am� üzerinde do�rudan ya da dolayl� güçlü etkilere sahipse onu kritik altyap� olarak adland�rabiliriz [3].

Avrupa Birli�i Komisyonu’nun kritik altyap�lar�n korunmas� konusu hakk�nda haz�rlad�� yay�nda (EPCIP) [4], kritik altyap�lara sahip ana sektörler; enerji, bilgi ve ileti�im, su ve g�da, sa�l�k, finans, sivil yönetim, ula��m, kimyasal ve nükleer endüstri, uzay ve ara�t�rma olarak verilmi�tir. Bu sektörleri olu�turan kritik altyap�lar toplum ya�am� için ciddi önem ta��yan ürünleri ve servisleri sa�larlar. Örne�in, enerji sektörü elektrik, petrol ve gaz üretimini, ar�t�m�n�,


313

depolanmas�n�, elektrik ve boru hatlar�n�n i�letilmesini, iletim ve da��t�m gibi ana servisleri sunan kritik altyap�lara sahiptir. Di�er bir önemli sektör olan bilgi ve ileti�im teknolojileri ise; bilgi sistemleri ve a� güvenli�i, internet, ileti�im altyap�lar�, mobil ve sabit telekomünikasyon, uydu haberle�mesi gibi servisleri sa�layan kritik altyap�lar� bar�nd�r�r.

Kritik altyap�lar, içerdi�i sistemler, yürütülen süreçler ve sundu�u servisler ve ürünlerle birlikte dü�ünülmektedir. Kritik altyap�lar�n�n birço�u a�a��da s�ralanan özellikleri payla�maktad�r[3, 5]:

� Toplum ya�am� üzerinde do�rudan veya dolayl� etkileri vard�r ve globalle�en dünyada yerel boyuttan çok gitgide uluslararas� bir boyut kazanmaktad�rlar.

� Sadece kritik altyap� içindeki sistemler ve yap�lar aras� de�il, farkl� kritik altyap�lar aras�nda da kar��l�kl� ba��ml�l�klar (interdependencies) mevcuttur.

� Gittikçe daha fazla bilgi ve ileti�im teknolojilerine ba��ml� hale gelmektedirler. Kritik altyap�lar, bilgi ve ileti�im altyap�lar�yla birlikte yaz�l�m ve donan�m olarak birçok farkl� sistemi, bu sistemler aras� ba�lant�lar� ve içerisinde çal��an aktörleri bünyesinde bulunduran karma��k yap�lard�r. �ekil 1 bir kritik altyap�n�n çok katmanl� genel mimarisini göstermektedir [7]. Genel olarak 3 katman tan�mlanm��t�r; organizasyon katman�, siber katman ve fiziksel katman.

�ekil 1. Kritik altyap� katmanl� mimarisi

Aktörler blo�u (organizasyon katman�), operatörler, güvenlik ve acil durum ekipleri vb gibi birimlerden olu�ur. Elektronik kontrol ve güvenlik sistemleri gibi ak�ll� sistemler orta blo�u (siber katman) olu�turur. Son olarak, fiziksel bile�enler blo�u (fiziksel katman) ise, trafolar, jeneratörler, da��t�m ve ileti�im


314

kablolar� gibi fiziksel olanaklar� içermektedir. Ayr�ca kritik altyap�y� olu�turan katmanlar aras� ba�l�l�klar çift yönlü oklarla gösterilmi�tir.

Bilgi ve ileti�im teknolojileri, kritik altyap�n�n yönetimi, denetimi ve kontrolüne destek vererek, altyap�n�n etkin ve güvenli bir �ekilde i�leyi�ini ve devaml�l��n� sa�lar. Bu nedenle kritik altyap�lar�n sahip oldu�u bilgi ve ileti�im teknolojileri ayr� bir kritik altyap� olarak dü�ünülmekte ve kritik bilgi altyap�s� (Critical Information Infrastructure) olarak tan�mlanmaktad�r [3]. Ayr� olarak tan�mlanm�� olsa da kritik bilgi altyap�lar�yla kritik altyap�lar�n kar��l�kl� ba��ml�l�klar� yüksektir. Örne�in, SCADA [6] (Supervisory Control and Data Acquisition) gibi gerçek zamanl� kontrol, denetim ve izleme sistemleri, sensör sistemleri ve a�lar�, görüntüleme ve bilgisayar sistemleri gibi elektronik yap�lar ve bu sistemlerin haberle�mesi için gerek ileti�im altyap�s� kritik bilgi altyap�s�n� olu�turur.

3. KR�T�K YAPILARININ KORUNMASI Kritik altyap�lar�n korunmas� (Critical Infrastructure Protection) kavram�, meydana gelebilecek ar�za, kaza ya da sald�r� gibi durumlarda kritik altyap�n�n i�leyi�ini ve devaml�l��n� korumak, bunlar gibi kriz durumlar�ndan en k�sa zamanda kurtulmak ve zararlar� en aza indirerek normal i�leyi�e devam etmesini sa�lamak için altyap� sahiplerinin, üreticilerin, kullan�c�lar�n, operatörlerin, arge enstitülerinin, yönetimlerin, otoritelerin ve güvenlik ekiplerinin programlar�n� ve aktivitelerini içerir [3].

Avrupa Birli�i Komisyonu’nun kritik altyap�lar�n korunmas� konusu hakk�nda haz�rlad�� yay�nda (EPCIP) [4], terörist sald�r�lar, do�al afetler, ihmal, ar�za ve kazalar, bilgisayar korsanl��, kötü niyetli hareketler ve di�er suç aktiviteleri kritik altyap�lara yönelik olas� tehditler aras�nda gösterilmi�tir. Görüldü�ü gibi tehditler fiziksel, siber ya da insana yönelik istemli ya da istemsiz olabilir; fakat bunlar� kesin çizgilerle ay�ramay�z. Bir kritik altyap�ya yönelik siber bir sald�r� ya da bir ihmal insan hayat�na tehlikeye sokacak fiziksel bir tehdide dönü�ebilir. Belirtilen tehditler sonucu kritik altyap�da olu�abilecek ar�za tipleri �u �ekilde s�n�fland�r�labilir [8, 9]:

� Artarda (cascading) geli�en ar�za: Kritik altyap�daki bir bozuklu�un ba�ka bir kritik altyap�da bozuklu�a sebep olmas�.

� Artarak (escalating) geli�en ar�za: Kritik altyap�daki bir bozuklu�un ba�ka bir kritik altyap�da olan ve bundan ba��ms�z bir bozuklu�u etkilerini kötüle�tirmesi.

� Ortak kaynakl� ar�zalar: �ki ya da daha fazla kritik altyap�da e� zamanl� ve ayn� sebepten (örne�in; do�al afetler) olu�abilecek ar�zalard�r.

Kritik altyap�lar�n ana bölümlerinden biri olan kritik bilgi altyap�s�n�n önemi, karma��kl�� ve yönelebilecek tehditlerin farkl�l�� ve çe�itlili�i (siber tehditler) nedeniyle bu gibi altyap�lar�n ayr� bir önem vererek korunmas�n�n gereklili�i ortaya ç�km��t�r [10]. Kritik bilgi altyap�lar�n�n korunmas�nda öngörülen ba�l�ca zorluklar �u �ekilde s�ralanabilir [3, 11]:


315

� Bilgi ve ileti�im teknolojilerinin artan rolüyle birlikte kritik altyap�lar aras� ileti�imin ve bilgi payla��m�n�n artmas� sonucu olu�an sistem çe�itlili�i ve kar��l�kl� ba��ml�l�klar.

� Kritik altyap�larda kullan�lan sistemlerinin geli�tirilmesinde güvenlik faktörünün dü�ük öncelikle ele al�nmas� sonucu, kritik altyap�lara yönelebilecek tehditlere kar�� altyap�lar�n incinebilirliklerinin (vulnerabilities) say�s� ve çe�idinin artmas� ve bu incinebilirliklerin belirlenmesinin zorla�mas�.

� Kritik bilgi altyap�lar�n�n geli�mesiyle birlikte onlara yönelebilecek tehditlerin de çe�itlenmesi ve zarar verme kabiliyetlerinin artmas�. �leti�im, koordinasyon ve i�birli�i kritik altyap�lar�n korunmas�nda ve yukarda söz edilen zorluklar�n a��lmas�nda gerekli ve güvenlik aç�s�ndan hayati önem ta��yan prensiplerdir [4]. Bu prensiplerin sa�lanmas� beraberinde baz� gerekleri de getirir. Kritik altyap�lardaki sistemler aras� bütünlü�ün (integrity), ba�l�l�klar�n (interconnectivity) ve sistemlerin birlikte çal��abilirliklerinin (interoperability) sa�lanmas� temel gereklerdir 3.1. Kritik Altyap�lar�n Korunmas�yla �lgili Anahtar Konular Görüldü�ü gibi kritik altyap�lar�n korunmas� konusu birçok disiplini ve ara�t�rma konusunu içermektedir. Bu konular� genel olarak a�a��daki ana ba�l�klara ay�rabiliriz.

Kar��l�kl� Ba��ml�l�klar (Interdependencies): Kritik altyap�lar�n birbirleri aras�ndaki kar��l�kl� ba��ml�l�klar� belirtir. Gün geçtikçe karma��kla�an bu ba��ml�l�klar neticesinde, bir kritik altyap�da olu�an bir sorun di�er kritik altyap�lar� etkileyebilir. Kar��l�kl� ba��ml�l�klar� dört tip olarak s�n�fland�r�lm��t�r [9]:

� Fiziksel kar��l�kl� ba��ml�l�k: Bir kritik altyap�n�n di�er bir kritik altyap�n�n üretti�i ç�kt�ya (servis, ürün, kaynak vb.) ba�l� oldu�u durumdur. Fiziksel kar��l�kl� ba��ml�l�klarda bir kritik altyap�n�n durumu di�erini do�rudan etkiler.

� Siber kar��l�kl� ba��ml�l�k: Bir kritik altyap�n�n durumu ilgili bilgi altyap�s�ndan iletilen bilgiye ba�l� oldu�u durumdur.

� Co�rafik kar��l�kl� ba��ml�l�k: Kritik altyap�lar�n co�rafi konum olarak birbirlerine yak�n olmas�ndan kaynaklanan ba��ml�l�kt�r.

� Mant�ksal kar��l�kl� ba��ml�l�k: �ki kritik altyap�n�n yukarda verilen sebepler d��nda birinin durumunun di�erine dolayl� olarak ba�l� olmas�d�r.

Kar��l�kl� ba��ml�l�klar kritik altyap�lar�n korunmas� için yap�lacak ara�t�rmalarda ve uygulamalarda dü�ünülmesi gereken önemli bir konudur. Özellikle ileti�im ve güvenlik sistemlerinin geli�tirilmesinde (karar destek, kriz yönetimi), analizlerde (risk ve incinebilirlik analizi), modelleme ve simülasyon uygulamalar�nda önemli bir yer tutmaktad�r.

Risk ve �ncinebilirlik Analizi: Kritik altyap�n�n tipi ve özellikleri dikkate al�narak ona yönelebilecek tehditlerin, bu tehditlerin olu�turabilece�i risklerin analizini ve bu riskler kar��s�nda altyap�da görülebilecek incinebilirliklerin


316

belirlenmesini kapsar [7]. Kritik altyap�lar�n karma��kl�� risk ve incinebilirlik analizini zorla�t�r�r. Ayr�ca kritik altyap�lar ve kritik bilgi altyap�lar� için standart performans ölçütleri ve riskler aras� ili�kileri göz önüne alan analiz metotlar� mevcut de�ildir. Analizlerin ba�ar�s�, kritik altyap�lar�n ve kar��l�kl� ba��ml�l�klar�n gerçekçi modellerine ve iyi belirlenmi� referans senaryolar�na (kriz senaryolar�, kriz öncesi ve sonras� durumlar) ba�l�d�r. Modelleme ve simülasyon kullan�m�, risk ve incinebilirlik analizleri s�ras�nda önemsenmeyen davran��lar�n gözlenmesini sa�lar.

Durum Fark�ndal�� ve Kriz Yönetimi: Kritik altyap�larda bulunan güvenlik sistemleri gibi donan�mlarla birlikte, karar destek, e�itim simülasyonlar� gibi yaz�l�m araçlar� da durum fark�ndal�� ve kriz yönetimine katk� sa�larlar.

4. KR�T�K ALTYAPILARIN KORUNMASINDA MODELLEME VE S�MÜLASYON Modelleme ve simülasyon, kritik altyap�lar�n devaml�l��, güvenli�i ve gürbüz olmas�na katk� sa�layacak unsurlardan biridir. Olu�turulan kritik altyap� modelleri ve belirlenen senaryolar do�rultusunda birçok kriz, kriz öncesi ve sonras� durumlar simüle edilebilir. Modelleme ve simülasyonun bu alandaki önemi a�a��daki gibi s�ralanabilir [12]:

� Kritik altyap�larda ar�za ya da sald�r� sonras� olu�abilecek sorunlar�n artarda etkilerini belirlemek,

� Kritik altyap�n�n normal zamanlarda ya da kriz anlar�nda i�leyi�i ve çal��mas� hakk�nda bilgi vermek,

� Kritik altyap�lar için yap�lan tehdit, risk ve incinebilirlik analizlerinin yap�lmas�na yard�mc� olmak,

� Güvenlik planlar� ve standartlar�n geli�tirilmesine yard�mc� olmak, � Kritik altyap�lar�n korunmas� için belirlenen teknikleri ve stratejilerin test

edilmesi ve geçerlenmesine yard�mc� olmak, � Karar destek ve durum fark�ndal�� sistemlerine önemli ölçüde katk�

sa�lamak, � Belirlenen senaryolar yard�m�yla, kritik altyap� aktörlerinin pratik

yapacaklar� ve e�itimlerinde kullan�labilecek ortamlar� sunmak (e�itim amaçl� simülasyonlar).

Yukar�da verilen maddelerden de anla��labilece�i gibi M&S, kritik altyap�lar�n korunmas�nda gerekli olan ileti�im, koordinasyon ve i�birli�i prensiplerine önemli ölçüde katk� sa�lamaktad�r.

4.1. M&S Alan�ndaki Çal��malar ve Projeler Kritik altyap�lar için etmen tabanl�, fizik tabanl�, popülasyon hareketlili�i ve Leontief girdi-ç�kt� modellerinin yan�nda dinamik simülasyon ve toplam arz-talep araçlar� gibi geli�mi� modelleme ve simülasyon teknikleri


317

kullan�lmaktad�r [12]. Günümüzde M&S’nin kritik altyap�lar�n korunmas�nda kullan�m� alan�nda devam eden ya da tamamlanm�� birçok çal��ma bulunmaktad�r. Dudenhoeffer ve di�erleri [13]; altyap�lar�n modellenmesi ve analizi için paralel simülasyon altyap�s� (framework) üzerinde durmu�, kulland�klar� sistem mimarisi, veri, görselle�tirme ve kullan�c� arayüzü yap�lar�n� aç�klam��lard�r. Benzer bir çal��mada [14] CIMS ad� verilen modelleme ve analiz altyap�s� anlat�lm��, kritik altyap�lar ve kar��l�kl� ba��ml�l�klar�n�n modellenmesi, sistem mimarisi ve 3B simülasyon görselle�tirmesi üzerinde durulmu�tur.

Bu çal��malarla birlikte özellikle Avrupa Birli�i kapsam�nda bu konu üstüne birçok proje tamamlanm�� ya da hala yürütülmektedir. Bu çal��malarla ilgili özet bilgiler Çizelge 1’de verilmektedir.

4.2. Kritik Altyap� Simülasyonu Geli�tirmeye Yönelik bir Model Önerisi Bu bölümde kritik altyap�lar�n modelleme ve simülasyon geli�tirme sürecine yönelik bir model önerilmektedir. Model kapsam�nda tan�mlanan aktiviteler FEDEP [15] simülasyon geli�tirme sürecinin “federasyon hedeflerinin tan�mlanmas�” ve “kavramsal analizin gerçekle�tirilmesi” safhalar�n�n ayr�nt�land�r�lm�� halidir. Bu tan�mlamalar yaz�l�m geli�tirme döngüsünde operasyonlar�n kavramsal analizi ve gereksinim analizi safhalar�na kar��l�k gelir.

Simülasyon Amaçlar�n�n Tespiti: Simülasyonun temel amac� belirlenmelidir. Bu noktada geni� kapsaml� bir simülasyon birden çok amac� da destekleyebilir.

� E�itim Amaçl� Simülasyonlar: Bu simülasyonlarda genel olarak sanal simülasyon modunda (virtual simulation) çal��arak kullan�c�ya, belirlenen kriz senaryolar�n� simüle etme, 2B ve 3B görselle�tirme ve di�er kritik altyap�lardaki kullan�c�larla ileti�im olana�� sa�lanmas� amaçlan�r.

� Analiz Amaçl� Simülasyonlar: Yap�c� simülasyon modunda (constructive simulation) çal��arak, kritik altyap�lar�n risk ve incinebilirlik yönünden analiz olana�� sunmay� amaçlar. Ayn� zamanda canl� modda gerçek sistemlere entegre olarak karar destek sürecine katk�da bulunabilirler.

� Tedarik amaçl� Simülasyonlar: Kriz yönetiminde kullan�lmas� planlanan sistemlerin denenmesi ve kar��la�t�r�lmas� amac�yla gerçekle�tirilen simülasyonlard�r.


318

Çizelge 1. Kritik Altyap�lar�n Korunmas� ile �lgili Projeler

No Proje Ad� Proje Türü Çal��man�n Özeti

1 S�n�r Gözetimi-UAV PASR 2005

S�n�r Gözetimi-UAV'nin amac� Avrupa'n�n s�n�rlar�nda güvenli�i sa�lamak için insans�z hava araçlar�n�n potansiyel katk�s�n�n yap�sal analizini sunmakt�r.

2 CRIMSON: Kriz Simülasyon Sistemi

PASR 2004

Bu proje, organizasyonlar aras� haz�rl�k, prova ve ayr�ca terörist sald�r�, rehine al�m� gibi krizlere kar��, ileri sanal gerçeklik teknolojilerini kullanarak güvenlik faaliyetlerinin yönetimi için yeni bir sitemin geçerlili�ini denetlemek, geli�tirmek ve ara�t�rmakt�r.

3 Güvenlik Operasyonlar�n�

Desteklemek için ASTRO+�leri Düzeyde Uzay Teknolojileri

PASR 2004

Projenin amac� yeryüzünün gözlemlenmesi, ke�if, yön bulma, haberle�me gibi uzay yeteneklerinin ve onlar�n servislere ve altyap�lara entegrasyonunun ve uygulamas�n�n nas�l olaca��n� tan�mlamaya çal��makt�r.

4 Kurtarma ve Te�his

Operasyonlar� için CITRINE Genel �stihbarat ve �zlenebilirlik

PASR 2006

Güvenlik önlemleri, ilgili organizasyonel yap�lar�, organizasyon içi koordinasyon ve haberle�meyi, da��t�k mimari ve insan faktörlerini dikkate alarak insani operasyonlar ve kurtarma görevleri için entegre edilmi� bir tak�m ortak bilgi yönetim araçlar� ve modellerinin ilk versiyonunu geli�tirmeyi ve çe�itli acil durum ve yönetim servislerinin etkili bir �ekilde entegre etmeyi hedefler.

5 Co�rafi Veri ve Kriz Erken Uyar� Durum Fark�ndal�� GEOCREW

Çal��mas�

PASR 2005

GEOCREW çal��mas�, potansiyel uluslararas� boyutlu ve Avrupa vatanda�lar�n�n güvenli�i ile ilgili krizlerin (insan kaynakl�) erken te�hisini amaçlayan bir projedir.

6 HAMLet Tehlikeli Madde lokalizasyon ve Ki�i takibi

PASR 2006

HAMLeT projesinin amac�, güvenlik personelinin dikkatini odaklamak için ileri düzeyde sensörler ve çoklu sensör birle�imi kullanarak potansiyel tehditlerin yerini belirlemek, takip etmek ve kategorize etmektir.

7 Güvenli�e HITS/ISAC Anayolu:

Durum Fark�ndal�� ve Kriz Yönetimi için ��birli�i

PASR 2005

HITS/ISAC'in amac� �üpheli faaliyet durumunda erken uyar� sa�lamak ve te�his etmek için yetkililer aras�ndaki çevrimiçi grup i�birli�i ile s�n�r güvenli�ini sa�layarak farkl� kaynaklardan bilgi analizi ve birle�imine olanak tan�makt�r.

8 Halk Güvenli�i için Kalabal�k Alanlar�n ISCAPS Entegre

Edilmi� Gözetimi

PASR 2004

Bu proje, kalabal�k alanlar�n etkili, gerçek-zamanl�, kullan�c�-dostu, otonomiye sahip edilmi� gözetim sistemi kullanarak kas�tl� olaylar�n riskini azaltmay� hedefler.

9

Terörizme kar�� I-TRACS -Terörizm Tan�mlama ve

Haberle�me Analizi, Finansal ve Yolculuk Verisi Kullanarak �leri

Düzeyde Takip Sistemi

PASR 2006

Bu proje anti-terörizm ve ülke güvenli�i alan�nda yenilikçi ileri düzeyde takip sisteminin ara�t�rma, teknolojik geli�tirme ve entegrasyon çal��malar� ile çok say�da bilgi veri kaynaklar�n�n birlikte çal��mas�n� ve bu yolla AB özel ve kamu kurulu�lar�n�n rekabetçili�ini geli�tirmeyi amaçlar.

10 Acil Durumlar için Seyyar

Ba��ms�z Reaktif Bilgi Sistemi MARIUS

PASR 2005

Her çe�it kriz operasyon sistemlerini gözlemlemek için operasyon öncesi ba��ms�z komuta karargah�n�n çok h�zl� bir �ekilde kullan�labilmesini amaçlar.

11 PROBANT: Binalarda Gerçek-Zamanl� Gözlem

PASR 2005

Bu proje, binalar içerisindeki bireyleri gözlemlemek ve onlar� gerçek-zamanl� takip etmek için kriz müdahale ve gözetim durumlar�nda operatörlere imkan veren teknolojilerin geçerlili�ine, entegrasyonuna ve geli�imine odaklan�r.

12 Güvenlik için TERASEC Aktif TERAHERTZ Görüntüleme

PASR 2004

Bu projenin amac� herhangi bir ki�i taraf�ndan gizlenen patojen, kimyasal, patlay�c� tehditleri belirleyecek yeni teknolojileri geli�tirerek güvenli�i daha iyi duruma getirmeyi amaçlar.

13 The GRID Projesi FP6 GRID projesi, sald�r�ya maruz olan güç sistemleri gibi a� yap�lar�nda Avrupa standard� olu�turma konusunda fikir birli�ini amaçlar.

14 OASIS: Afet ve Acil Durum Yönetimi için Aç�k ve �leri

Sistemler FP6

Bu proje, yerel acil durumlar ve ba�ka büyük ölçekli felaket durumlar�nda, müdahale operasyonlar�n� desteklemeyi amaçlayan felaket ve acil durum yönetim sistemi geli�tirmeyi amaçlar.

15 IRRIIS: Bilgi Temelli Atyap�

Sistemleri için Bütünle�ik Risk Azalt�m� Projesi

FP6 IRRIIS projesi kritik altyap�lar�n güvenirli�ini aç�k ve ileri sistemleri kullanarak geli�tirmeyi amaçlar.

16 CRUTIAL Projesi FP6

Güç a�lar�n�n güvenilebilir kontrol ve yönetimini sa�layan da��t�k mimarilerin incelenmesini ve bilgi altyap�s�ndaki hatalar sonucu kontrol edilen a�larda önemli etkiler yaratan kritik senaryolar�n analizini amaçlar.

17 RED projesi - RED projesi, araçlar ve teknikler geli�tirerek do�ru te�his/reaksiyon süreci garanti etmek amac�yla telekomünikasyon IP a�lar� için yenilikçi çözümler tan�mlar, tasarlar ve test eder.


319

Kritik Altyap�lar�n Kavramsal Olarak Tan�mlanmas�: Modellenecek kritik altyap�lar detayl� olarak (varsay�mlar, öznitelikler, i�levler vb.) tan�mlanmal�d�r. Kritik altyap�lar�n krizin hangi a�amalar�na yönelik modellenece�i (kriz öncesi, kriz an�, kriz sonras�) belirlenmeli ve bu durumlar detayl� olarak analiz edilmelidir. Kritik altyap�lar�n kontrol sistemleri ve bunlar�n durum fark�ndal��na yönelik verdikleri destekler belirlenmelidir. Kritik altyap�lar aras�ndaki ba��ml�l�klar analiz edilmelidir. Kritik altyap�lar� destekleyen mevcut sistemlerin d��nda analizi ve tedariki hedeflenen sistemler de tan�mlan�r.

Çevresel Etkenlerin ve Krize Müdahale Servislerinin Modellenmesi: Aktörler, sosyal, ekonomik ve çevresel ko�ullar ve krize müdahale etmesi planlanan servisler (güvenlik, itfaiye, sa�l�k, ula�t�rma vb.) analiz edilmelidir.

Risk Önceliklendirme ve �ncinebilirliklerin Belirlenmesi: Amaçlar kapsam�nda riskler önceliklendirilmeli ve bu önceliklendirme modellenecek kritik altyap�lar�n incinebilirlikleri göz önünde bulundurulmal�d�r.

Gerçek Sistemlerle Çal��abilirlik için Gereksinimler: Özellikle karar destek amaçl� kullan�lan sistemler için gerçek sistemlerle arayüzlerin tespit edilmesi ve bilgi al��veri�inin (mant�ksal ve fiziksel) tan�mlanmas� gerekir.

Analiz safhas�nda kavramsal modelleme ve ontoloji geli�tirme yöntemlerinden faydalanmak mümkündür.

Analiz safhas�ndan sonra senaryo tan�mlama arac�, analiz araçlar�, e�itim araçlar� ve kullan�c� arayüzü tasar�m� ve geli�tirme aktiviteleri gerçekle�tirilebilir. Bu kapsamda da��t�k simülasyon altyap�lar�, matematiksel modelleme ortamlar�, aç�k kodlu mimariler kullan�labilecek altyap�lardan baz�lar�d�r. Simülasyon altyap�s�n�n di�er sistemlerle birlikte çal��abilirli�i ve paralel simülasyon ko�turumu içim servis yönelimli mimari (Service Oriented Architecture) yakla��m� da kullan�labilir.

5. SONUÇ Yeni say�labilecek bir konu olan kritik altyap�lar�n korunmas� birçok farkl� disiplini ve ara�t�rma alan�n� içermektedir. Özellikle son y�llarda, kritik altyap�lar�n toplum ya�am�ndaki öneminin ve onlara yönelebilecek tehditlerin artmas�yla birlikte bu konuda yap�lan çal��malar�n say�s� önemli ölçüde art�� göstermi�tir.

Modelleme ve simülasyon kritik altyap�lar�n korunmas�nda önemli bir yere sahiptir. Altyap�lar�n karma��kl��, kar��l�kl� ba��ml�l�klar, insan, çevre gibi farkl� faktörler bu altyap�lar�n modellenmesini zorla�t�rmaktad�r, ama modelleme ve simülasyon, öngörülmeyen ve denenmesi ekonomik olarak mümkün olamayan durumlarda etkili bir araçt�r. Bu alanda yap�lacak simülasyonlarda uygulanmas� önerilen model kapsam�ndaki aktiviteler karma��kl��n anla��lmas�n� ve problemlere odaklan�lmas�n� sa�layabilir.


320

KAYNAKÇA [1] Avrupa Birli�i Komisyonu: Komisyon’dan Konsey’e ve Avrupa Parlamentosu’na �leti�im, “Critical Infrastructure Protection in the Fight Against Terrorism”, COM (2004) 702 final, Brussels.

[2] Amerika Birle�ik 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, 160-182.

[4] Avrupa Birli�i 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.


321

ORANSAL SEY�R GÜDÜMÜNÜN HAVA SAVA�INDA GÜDÜMLÜ FÜZEDEN KAÇI� YÖNTEM� OLARAK �NCELENMES�

Serpil Vuran (a), Yakup ÖZKAZANÇ(b)

(a) HAVELSAN A.�, 06520, Ankara, [email protected] (b) Yrd.Doç.Dr., Hacettepe Üniversitesi, Elektrik Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara,

[email protected]

ÖZET Bu makalede, güdümlü füze ile kar�� kar��ya kalan bir hedefin oransal seyir güdümü yöntemini kullanarak hareket etmeye ba�lamas� halinde kaçmas�n�n mümkün olup olamayaca�� ara�t�r�lm��t�r. Bu çal��ma iki bölüme ayr�lm��t�r. �lk bölümde füze hedefi oransal seyir güdümü yaparak takip etmektedir. �kinci bölümde ise komuta güdümü yöntemini kullanm��t�r. Önerilen kaçma manevras� paralel olarak i�leyen iki döngüden olu�maktad�r. Bu döngülerden ilkinde hedef oransal seyir güdümü yapar. �kinci döngüde ise hedefin füzeyi görü� aç�s� 90 dereceye çekilmeye çal��lmaktad�r. Füze ve hedefin güdüm/kaç�� modellerinin haz�rlanmas� ve benzetimler MATLAB Simulink ile yap�lm��t�r. Önerilen yöntemin hava sava��nda güdümlü füzelerden kaç�nmak için uygun bir yakla��m olabilece�i gösterilmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Güdümlü füzeden kaçma/sak�nma, 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


322

1. G�R�� Literatürde, oransal seyir güdümünün hem optimum bir kaçma(evasion)

hem de optimum bir kovalama(pursuit) yöntemi oldu�una dair çal��malar bulunmaktad�r [5].

Güdümlü füzelerden ya da daha genel olarak hava sava��ndaki dü�manlar�ndan kaçmak, sava� uça�� pilotlar�n�n temel bir ilgi alan� olagelmi�tir. Sava� pilotlar� taraf�ndan yayg�n olarak kullan�lan baz� manevralarda öne ç�kan ortak özellikler dikkat çekicidir. Avc� uça��, avantajl� konuma geçmek için, her zaman dar bir yakla�ma aç�s� (angle off) ile hedefine yakla�maya çal��maktad�r. Hedef ise, avc�y� arkas�na almaya ve onunla rolleri de�i�tirmeye çal��t�� manevralar d��nda, avc�y� geni� bir yakla�ma aç�s� ile kar��lamaya çal��maktad�r. Yakla�ma aç�s�n�n dar olmas� avc�n�n, geni� olmas� (en iyi durumda 90º) ise hedefin lehine gibi görünmektedir. Yakla�ma aç�s�n�n 90º oldu�u durum, pilotlar�n kendi deyimleri ile “füzeyi saat 3 veya saat 9 yönünde kar��lamak” �eklinde dile getirilmektedir

Bu çal��mada, oransal seyir güdümü yapman�n optimum bir kaç�� yöntemi oldu�u bilgisine dayan�larak, oransal seyir güdümü yaparak kaçmak bir güdümlü füzeden kaç�� yöntemi olarak kullan�lm��, bu kaç��n ba�ar�s�n�n nelere ba�l� oldu�u ortaya konmu� ve bu temel üzerinde yakla��mlar önerilmi�tir. Tüm bunlar yap�l�rken pilot deneyimleri ile aktar�lan “füzeyi dik aç� ile kar��lama” sav�n�n geçerli dayana�� olup olmad�� da ara�t�r�lm��t�r.

2. UÇAKSAVAR FÜZE GÜDÜMÜ Füze güdümünün amac� hedefe olan uzakl��, sonlu bir zaman diliminde

s�f�ra ya da küçük bir de�ere çekecek uygun ivmeleri belirlemek ve uygulamakt�r. Güdümlü füzeler hedefin manevras�na göre uçu� yollar�n� adaptif olarak de�i�tirirler. Bu makalenin konusu olan anti-hava füzeleri genellikle k�sa menzilli taktik füzelerdir. Hava platformlar�na yönelik k�sa menzilli füzelerde ön plana ç�kan iki temel güdüm yöntemi bulunmaktad�r. Bunlar oransal seyir güdümü ve komuta güdümüdür. 2.1. Oransal Seyir Güdümü Oransal seyir güdümü yasas�, görü� hatt�n�n (LOS) dönü� h�z�na ve füzenin hedefe yakla��m h�z�na orant�l� ivme komutlar� üretir. Matematiksel olarak ,

'NVn cc �� (1) formülü ile ifade edilir. Burada, cn : Füzenin ivmesi,

cV : Füze-hedef yakla��m h�z� '� : Görü� hatt�n�n dönme h�z�, görü� hatt� aç�s�n�n türevi

N : Oransal güdüm sabiti


323

olarak verilir. [4]. Oransal seyir güdümü aktif ve yar�-aktif radar güdümlü füzelerde ve k�z�lötesi güdümde en yayg�n olarak kullan�lan güdüm algoritmas�d�r. Manevra yapan hava hedeflerine kar�� etkili olabildi�i için anti-hava füze sistemlerinde özellikle kullan�lmaktad�r. 2.2. Komuta Güdümü

Manevral� hedeflere kar�� performans� dü�ük olsa da; oransal seyir güdümü gibi aray�c� ba�l��a (seeker) gerek duyulmamas� nedeni ile; daha ucuz bir �ekilde gerçekle�itirilebilen komuta güdümü de baz� uçaksavar füzelerinde kullan�lagelmektedir. Komuta güdümünde füzenin uçu�u s�ras�nda, füze ve hedefin pozisyonlar� izlenir ve füzenin hedefe ula�abilmesi için gerekli komutlar füzeye (bir veri ba�� ile) gönderilir. Füze ve hedefin izlenmesi radar, elektro-optik sistemler ya da operatör vas�tas� ile olabilir [2; 3].

I��n izleme güdümü (beam riding) ve komuta kontrollü görü� hatt� güdümü (CLOS) olmak üzere iki �ekilde gerçekle�tirilir.

I��n izleme güdümünde )�(�sin.RR MTmmb �� ve (2) komuta edilen ivme

mbc KRn � (3)

olarak verilir. Burada,

cn : Komuta edilen ivme

K : Güdüm sabiti olarak ifade edilmektedir

mbR : Füze ile hedefi izleyen ��n aras�ndaki dik uzakl�k

T� : Hedefi izleyen ��n�n yatayla yapt�� aç�

M� :Füzeyi izleyen ��n�n yatayla yapt�� aç�

olarak verilir [4]

3. ÖNER�LEN KAÇI� MANERASI YÖNTEM� Bu çal��ma, oransal seyir güdümünün bir güdümlü füzeden kaç��

manevras� üretmek için kullan�lmas� prensibine dayanm��t�r. Çal��man�n amac� gere�i hedef oransal seyir güdümü yaparak füzeden kaçmaya çal��maktad�r. Füze ise hedefini izerken oransal seyir güdümü ve komuta güdümü yöntemlerini kullanmaktad�r. Füze ve hedefin, ivme vektörlerinin uygulanma yönüne göre yal�n kontrol ve gerçek kontrol yapabilecekleri göz önünde bulundurulmu�tur. �vme komutu, yal�n kontrolde h�z vektörüne, gerçek kontrolde ise görü� hatt� do�rultusuna dik olarak tatbik edilir. Tüm bu kombinasyonlar� içerecek �ekilde; öncelikle yal�n kontrol yapan bir füze modellenmi�tir ve bu füzeden yal�n kontrol yaparak kaçmaya çal��an hedef için benzetimler yap�lm��t�r. Sonra ayn� füzeden gerçek kontrol yaparak kaçmaya çal��an hedef için benzetimler yap�lm��t�r. Daha sonra benzer


324

�ekilde; gerçek kontrol yapan bir füze ele al�nm��, bu füzeden yal�n kontrol yaparak ve gerçek kontrol yaparak kaçmaya çal��an hedefler için benzetimler yap�lm��t�r. Gerçek kontrol yapan hedefin kaç�� performans�n�n ayn� �artlar alt�ndaki yal�n kontrol yapan hedefin performans�ndan daha iyi oldu�u görülmü�tür. Çizelge 1., bu duruma bir örnek olarak verilmi�tir. Bu çizelgede, gerçek kontrol yapan hedefin yal�n kontrol yapan hedeften çok daha fazla �skalama mesafesi olu�turdu�u 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 çal��malar� sonuçlar�n�n özeti.

Hedefin oransal güdüm katsay�s� (Nt)

Kar��la�ma zaman� (sn)

Iskalama mesafesi (m)

Hedef ve füzenin en yak�n geçtikleri anda hedefin füzeyi görü� aç�s� () (derece º)

Hedef yal�n kontrol yap�yor

3 30.01 0 ~ 1.5 º 5 27.82 6.7 ~ 78º

Hedef gerçek kontrol yap�yor

3 30 0 ~ 2 5 28.6 920 ~ 18

Detayl� benzetim çal��malar�n�n [7] ard�ndan oransal seyir güdümü temelli manevralar�n hem oransal seyir güdümlü hem de komuta güdümlü füzelerden kaçmak için uygun bir yakla��m olabilece�i kanaatine var�lm��t�r. Önerilen kaçma yönteminin performas�n� artt�rmak için baz� öneriler olu�turulmu�tur. Bu önerilerden birisi; hedefin oransal seyir güdümü ile kaçma manevras�na, hedefin füzeyi görü� aç�s�n� 90º’ye çekmeye yard�mc� olacak ek bir geribesleme döngüsü eklenmesidir.

�ekil 1. Hedefin füzeyi görü� aç�s�


325

Önerilen kaçma manevras�n� gerçekleyen geri besleme yap�s� a�a��daki �ekil 2.’de verilmi�tir.

�ekil 2. Hedefin Kaç�� Manevras�n� Gerçekleyen Geribesleme Döngüsü

Burada hedefin ivmelenmesi : �� ctctct nnn �� (4)

)/(N'VNn tctct �-� �� 2 (5)

olarak tan�mlanm��t�r.

Burada,

mN : Füzenin oransal seyir güdümü katsay�s�

�tN : Hedefin görü� hatt�n�n de�i�iminden kaynaklanan ivmesinin oransal seyir güdümü katsay�s�

�tN : Hedefin füzeyi gördü�ü aç�n�n 90º ile fark�ndan kaynaklanan ivmesinin katsay�s�

olarak verilmektedir. Blok �emadan görüldü�ü gibi hedefin füzeden kaçma manevras� iki tane paralel geri besleme döngüsü ile tan�mlanm��t�r. Bu döngülerden birisi hedefin füzeyi oransal seyir güdümü ile takip edecek �ekilde ivmelenmesini gerçekle�tirirken; di�eri hedefin füzeyi görü� aç�s�n� 90 dereceye çekmeye çal��maktad�r. Çizelge 2.’de, eklenen döngünün hedefin performans�na 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� aç�s�n� 90º’ye ta��mak için bir geribesleme


326

döngüsü eklenen sistemde arkadan takip senaryosu için elde edilen benzetim çal��malar� sonuçlar�n�n özeti.

Nt� Nt Kar��la�ma

zaman� (sn)

Iskalama mesafesi (m)

Hedef ve füzenin en yak�n geçtikleri anda hedefin füzeyi görü� aç�s� () (derece º)

Hedef gerçek kontrol yap�yor

5 0 28.6 920 ~ 18 100 8.6 9430 ~ 40 500 3.82 10899 ~ 53.5

Eklenen döngünün performansa etkileri s�nand�ktan ve hedefin kaçma ba�ar�s�n� art�rd�� görüldükten sonra, geribesleme döngüsünden kaynaklanan ivmenin, toplam ivmedeki a��rl�� art�r�larak hedefin kazanmas� gereken toplam ivmenin büyüklü�ü dü�ürülmeye çal��lm�� ve bunda ba�ar� sa�lanm��t�r. Çal��malar�n sonunda ise bu önerilerin gerçek hayatta uygulanabilirli�i ivme limitleri konularak test edilmi�tir[7].

�ekil 3, �ekil 4 ve �ekil 5’te, kendisini arkadan takibe ba�lam�� füzeden oransal seyir güdümü yaparak kaçmaya çal��an bir hedef için menzil ve konum grafikleri verilmi�tir. Hedefin ivmesi görü� hatt�na dik uygulanmaktad�r. Füze oransal seyir güdümü yapmaktad�r. Füzenin oransal seyir güdümü sabiti, Nm=4 al�nm��t�r. �ekil3’te hedef manevra yapmamaktad�r. �ekil4’te hedef, oransal seyir güdümü yapmaktad�r.Hedefin oransal seyir güdümü sabiti, Nt=5 al�nm��t�r. Burada hedef yakla��k 920m’lik bir �skalama mesafesi olu�turmay� ba�arm��t�r. �ekil5’te ise hedef bir yandan oransal seyir güdümü yaparken bir yandan da füzeyi gördü�ü aç�y� 90º’ye çekmeye çal��maktad�r. Bu durumda, hedefin olu�turdu�u �skalama mesafesinin artt�� ve 11000 m’ye yakla�t�� görülmü�tür.

�ekil 3. Manevra Yapmayan Hedef �çin Menzil Ve Konum Grafikleri


327

�ekil 4. Sadece Oransal Seyir Güdümü �le Kaçmaya Çal��an Hedef �çin Menzil Ve Konum Grafikleri

�ekil 5. Oransal Seyir Güdümü Yapan Ve Ayn� Zamanda Füzeyi Gördü�ü Aç�y� 90º’ye Çekmeye Çal��an 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.

Yap�lan benzetimlerde güdümlü füzeden kaç�� konusunda bilinen baz� gerçekler de do�rulanm��t�r. Bu sonuçlardan ilki hedefin kaç�� ans�n�n füze ile kar�� kar��ya geldi�i senaryoya ba�l� oldu�udur. �lk ko�ullar hedefin kaç�� ans�n� art�r�r ya da azalt�r. Di�er bir sonuç ise; oransal seyir güdümü yaparak kaçan ayn� ko�ullardaki hedeflerden daha çok ivmelenebileninin daha fazla �skalama mesafesi olu�turabildi�idir.

Füze ister yal�n kontrol, ister gerçek kontrol yaps�n, ayn� senaryo için elde edilen sonuçlara bak�ld��nda, hedefin yal�n kontrol yapt�� sonuçlar�n birbirine, hedefin gerçek kontrol yapt�� sonuçlar�n da yine birbirine benzedi�i görülmü�tür. Kaç��n ba�ar�s�n� belirleyen as�l unsurun füzenin de�il hedefin uçu� �ekli oldu�u gözlenmi�tir.

Oransal seyir güdümü yapan ayn� ko�ullardaki hedeflerden gerçek kontrol yaparak kaçan�n�n daha iyi kaçt�� gözlemlenmi�tir. Gerçek kontrol yapmak, hedefin h�z vektörünün büyüklü�ünü art�r�r�c� yönde etki edebilece�i gibi,


328

azalt�c� yönde de etki edebilir. Gerçek kontrol yapman�n daha iyi bir kaç�� ba�ar�s� getirmesinin nedeni hedefin füzeyi gördü�ü aç�y� 90º’ye yakla�t�rmas�d�r. Hedefin füzeyi gördü�ü aç�n�n 90º olmas� pilotaj kültüründe geçen füzeyi dik kar��lama yönteminin ta kendisidir. Füzeyi dik kar��lamaya daha çok yak�nla�an hedef daha çok �skalama uzakl�� olu�turur, dolay�s�yla daha rahat kaçar.

Oransal seyir güdümü yaparak kaçan hedefin modeline füzeyi görü� aç�s�n� 90º’ye çekmeye yard�mc� olacak ilave bir geribesleme döngüsü eklersek, hem daha çok �skalama mesafesi olu�ur, hem de hedefin kaçmas� için gerekli maksimum ivme büyüklükleri azal�r. Bu daha verimli bir kaç�� anlam�na gelir. Kaçabilmek için gerekli maksimum ivmeyi daha da küçültmek istersek geribesleme döngüsünden gelen ivmenin a��rl��n� art�rmak ve oransal seyir güdümü sabitini dü�ürerek burdan gelen ivmenin a��rl��n� azaltmak yönteminin ba�ar�l� olabilece�i gözlenmi�tir.

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


329

GENET�K ALGOR�TMA KULLANARAK RADYO YÖN BULMA S�STEMLER�N�N KONU�LANDIRILMASI

Nebi Vuran (a), Yakup ÖZKAZANÇ(b)

(a) HAVELSAN A.�, ODTU Teknokent AR-GE Bloklar�, 06531, ANKARA [email protected]

(b) Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisli�i Bölümü06800, Beytepe, ANKARA

[email protected]

ÖZET

Radyo Yön Bulma (Radio Direction Finding), pasif radyo sistemleri yard�m� ile özellikle elektronik harp literatüründe kritik bir sava� bilgisi olarak de�erlendirilen RF hedeflerin yönünü bulma ve konumlar�n� belirleme (position fixing) metodudur. Bu amaç için kullan�lan sistemler tek ba��na veya Elektronik Destek Sistemleri (ESM-Electonic Support Measures) ya da Radar Uyar� Al�c�s� (RWR-Radar Warning Receivers) gibi daha sofistike sistemlerin bir alt fonksiyonu olarak da var olabilirler. Bu bildiride, iki boyutta harita üzerinde rasgele olarak yerle�tirilmi� RF kaynaklar�n�; en küçük CEP (circular error probable) kriteri ile konumland�rabilecek Radyo Yön Bulma Sistemlerinin (RYBS) konu�land�r�lmas� için geli�tirilen bir yöntem tart��lacakt�r. Bildiride yön bulma ve konum belirleme yöntemleri ele al�nd�ktan sonra verilen bir hedef bölgesi için RYB sistemlerinin en uygun yerle�im plan�n� belirlemeye yönelik optimizasyon probleminin çözümünde Genetik Algoritmalar�n nas�l kullan�ld�klar� anlat�lacak ve belirlenen farkl� senaryolar için geli�tirilen yöntem sunulacak ve sonuçlar özetlenecektir.

Anahtar Kelimeler: Radyo Yön Bulma, Radyo Yön Bulma Sistemleri, Konum Belirleme, Radyo Yön Bulma Sistemlerinin Konu�land�r�lmas�, 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 stand-alone, 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.


330

Keywords: Radio Direction Finding, Position Fixing, Baseline Selection, Electronic Support Measures, Electronic Warfare.

1.G�R�� Bu bildiride aç�k literatürde rastlanmam�� olan konum belirleme ve belirli bir hedef bölgesinin kapsanmas� için kullan�lan RYB sistemlerinin en uygun da��l�m�, yerle�imi ile ilgili çal��ma anlat�lacakt�r. Aç�k literatürde ise daha çok pasif konum belirlemeye yönelik çal��malar bulunmaktad�r.

En uygun konu�land�rmay� veya yerle�im plan�n� belirleme probleminin analitik olarak çözümünün zor olmas�ndan dolay� Genetik Algoritmalar (GA) simulasyonlarda optimizasyon algoritmas� olarak kullan�lm��t�r. Gerçek zamanl� çözüm bir ko�ul olarak al�nmamakla birlikte algoritma MATLAB ortam�nda dahi h�zl� çal��makta k�sa sürede sonuç üretebilmektedir. Yerle�im plan�n� belirlemeye yönelik olarak geli�tirilen simülasyon yaz�l�m�nda kullan�c� diledi�i biçimde hedef bölgesini ve RYBS’lerin yerle�tirilece�i alan� iki boyutta çizerek belirleyebilmektedir. Ayr�ca kullan�c� diledi�i say�da RYB sistemini, her birine ait kerteriz aç�s� ölçüm hassasiyetini belirten standart sapma de�erleri ile birlikte yaz�l�m ön-yüzünde belirlenen alanlara girebilmektedir. Hedeflerin ise tan�mlanan bölgenin herhangi bir noktas�nda olabilece�i varsay�lmaktad�r. Bundan dolay� hedef bölgesi küçük dikdörtgenlere bölünerek her bir dikdörtgenin orta noktas�nda bir hedef oldu�u varsay�lm��t�r; kullan�c�ya ilgili alan� diledi�i oranda dikdörtgenlere ay�rma olana�� verilerek, hedef bölgesinin istenilen çözünürlükte kapsanabilmesi sa�lanmaktad�r.

Bu bildiride ilk olarak radyo yay�nlar� kullanarak yap�lan yön bulman�n temel kavramlar� ve radyo yön bulma ilke ve prensipleri üzerine k�sa bir bilgilendirme yap�lacak; daha sonra da üçgenleme yöntemleri, konum belirleme ve genetik algoritmalar aç�klanacakt�r. Son olarakta belirlenen farkl� senaryolar için elde edilen simülasyon sonuçlar� yorumlanacakt�r.

2. RADYO YÖN BULMA �LKE VE YÖNTEMLER�

�ekil 1’de gösterilen uzamsal koordinat sisteminde RYBS’nin orijinde bulundu�u varsay�larak, geli� yön aç�s� yatayda ve dikeyde iki bile�en olarak gösterilmektedir. Burada gelen dalgan�n X-Y düzleminde X ekseni ile yapt�� aç�, azimut (azimuth) aç�s� (�) veya kerteriz (bearing) aç�s� ve gelen dalgan�n Z ekseni ve XY düzlemi ile yapt�� aç�, yükseli� aç�s� (�) (elevation) olarak belirtilmi�tir.


331

�ekil 1. RYB Örne�i

Genel olarak, co�rafi konumland�rmada X ekseni için kuzey, Y ekseni için do�u ve Z ekseni için yukar� yönler tercih edilmektedir. �deal bir radyo yön bulma sistemi yatayda ve dü�eyde olas� herhangi bir yönden gelebilecek tüm elektromanyetik yay�nlar� alabilmelidir; ufuk aç�s�nda (azimuth) 0o -360o aras�, yükseli� aç�s�nda 0o -90o aras� ölçüm yapabilmelidir. Genel olarak radyo yard�m� ile yön bulma teknik ve sistemlerinin geli�tirilmesinde, gelen elektromanyetik yay�n�n uzak bir noktadan düzlemsel bir dalga olarak RYBS üzerine dü�tü�ü varsay�m� yap�l�r. RYBS’ler temel olarak gelen sinyalin genlik, faz kaymas�, zaman gecikmesi, frekans kaymas� gibi parametrelerini kullanarak, yay�n�n yatay ve dikeydeki geli� aç�s�n� üç farkl� ölçüm yöntemi ile belirleyebilmektedir. Bu yöntemler genlik cevab�n�, 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, yönselli�i olan iki veya daha fazla anten kullanarak gerçekle�tirilir. Bu yakla��m�n çe�itli varyasyonlar� Adcock, Watson-Watt veya Wullenwebers YB teknikleri olarak da bilinmektedir. Teorik olarak antenlerin her birinin birbirine göre göreceli genlik tepkileri, her bir geli� aç�s�na göre tek bir �ablon olu�turdu�u için yön bilgisi kolayca tayin edilebilir. Fakat pratikte her frekans de�eri ve her kerteriz için anten üretmek mümkün olmad��ndan dolay� elde edilen yön bilgisi belirsizlik içerir. Dolay�s�yla 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 kullan�lmaktad�r. Birinci yöntem yukar�da bahsedilen genlik cevab� yöntemine benzemektedir. Fakat burada genlik bilgisi (V�), faz gecikmesinden (�) elde edilmektedir. Faz gecikmesi gelen dalgan�n antenlere farkl� zamanlarda dü�mesi sonucu olu�maktad�r ve


332

antenler aras� uzakl��a (baseline) , dalga boyuna ve geli� aç�s�na ba�l�d�r. �kinci yakla��m ise faz kar��la�t�rma yöntemidir, giri�im-ölçme (inter-ferometre) yöntemi ve Doppler yöntemi olmak üzere ikiye ayr�lmaktad�r [3, 4].

2.3 Zaman Gecikmesi Kullanarak Yön Tayini

RYB sistemleri pasif cihazlar oldu�u için yaln�zca kendilerine gelen sinyalin geli� zaman�n� ölçebilirler, sinyalin hedeften ç�k�� zaman� do�al olarak bilinmemektedir. Bu yöntemde, birbirlerinden belirli bir mesafe ile ayr�lm�� antenlere gelen dalga antenlere farkl� zamanlarda varaca��ndan dolay� bir önceki bölümde anlat�lan faz fark�n� kullanma yerine do�rudan zaman fark�n� kullanma tercih edilebilmektedir. Bu yöntemin matematiksel modelinde kerteriz çizgileri hiperboller olu�turdu�u ve bu hiperbollerin kesi�im noktalar� radyo kayna��n�n konumunu verdi�i için bu yöntemle çal��an sistemlere hiperbolik yerbulum sistemleri de denmektedir [3, 4].

3. ÜÇGENLEME VE KONUM BEL�RLEME

Radyo kayna��n�n konum bilgisini elde etmek için en az iki RYB istasyonuna veya hareketli bir RYB sistemine ihtiyaç vard�r. �ekil 2’de betimlendi�i gibi konumlar� belirli RYB sistemlerinden hedefe do�ru birden fazla kerteriz hatt� olu�turup farkl� RYBS’lerin kerteriz hatlar�n� kesi�tirerek ve de bu kesi�im noktalar�n� kullanarak, hedefin konumunu do�ruluk derecesi s�n�rl� bir biçimde kestirme yöntemine üçgenleme (triangulation) ad� verilmektedir. Do�ruluk derecesini s�n�rland�ran etkenler RYB sistemlerinde pratikte her zaman varolan sistematik veya rasgele nitelikteki ölçüm hatalar�d�r.

Üçgenleme yöntemi salt rasgele ölçüm hatalar�n� efektif olarak azaltabilirken; sistematik ölçüm hatalar�na kar�� çok duyarl�d�r. Sistematik hata ancak, cihaz�n kalibre edilmesi ile giderilebilir. Sistematik hatalar sonucu olu�an hata bölgesinde radyo kayna��n�n yeri istatiksel olmayan, geometriye dayal� yöntemler ile kestirilebilir. �statiksel olmayan pozisyon kestirim yöntemleri içerdi�i yetersizliklerden dolay� istatiksel kestirim teknikleri konum belirleme problemlerinde çözüm olarak kullan�lmaktad�r. �statiksel konum belirleme algoritmalar� her bir RYB sistemi ile birden fazla ölçüm alarak çoklu üçgenleme yapmay� esas almaktad�r. Çoklu ölçüm ve üçgenleme senaryoda kullan�lan her bir RYB sisteminin ölçüm standart sapmas�na ba�l� olarak belli bir alanda farkl� farkl� noktalarda kaynak belirlenmesine yol açar. Ortaya ç�kan çoklu da��l�m istatiksel yöntemler ile incelenerek pozisyon kestirimi yap�lmaktad�r [3, 4].


333

�ekil 2. �ki RYBS Kullanarak Konum Kestirimi (Adamy, 2004)

Üçgenleme yöntemlerinde kullan�lan istatistiksel kestirim yöntemleri tipik olarak, birbirlerinden ba��ms�z, s�f�r ortalamal� normal da��l�ma sahip rasgele hatalar�n olu�tu�u, sistematik hatalar�n ise olu�mad�� varsay�mlar�na dayanmaktad�r.

Rastsal kerteriz hatalar� literatürde standart sapma veya RMS (root-mean-square) de�erleri verilerek tan�mlanmaktad�r. Hatal� aç�sal ölçümler, kerteriz çizgilerinin tek bir noktada de�il rasgele farkl� farkl� koordinatlarda kesi�mesine ve da��lmas�na neden olur. Bu da��l�m veya pozisyonlardaki rasgelelik kerteriz aç�s� ölçümlerinde oldu�u gibi matematiksel modelde ilave s�f�r ortalamal� beyaz Gauss gürültüsü olarak ifade edilmektedir. �ki boyutta ölçüm yap�ld�� için, yani yaln�zca kuzey aç�s� ölçüldü�ü için, Gauss gürültüsü iki de�i�kenli (x,y) olur. Çok de�i�kenli Gauss hatan�n olas�l�k yo�unluk fonksiyonunun bir düzlem üzerine projeksiyonu veya konturlar� eliptiktir, olu�an elipsin parametreleri de pozisyon kestiriminde metrik olarak kullan�lmaktad�r ve literatürde bu metri�e Olas� Dairesel Hata, (Circular Error Probable, CEP) veya Olas� Eliptik Hata (Eliptical Error Probable, EEP) ad� verilmektedir. Kestirimin do�ruluk derecesi bu metrikler ile belirlenmektedir. Hata elipsi veya hata dairesinin büyüklü�ü, yani metri�in de�eriyle pozisyon kestiriminin do�ruluk derecesi birbirleri ile ters orant�l�d�r [1].

Hata bölgesinin yani elipsin büyüklü�ünü, her bir RYB sisteminin ölçüm hatas�n�n yan�s�ra RYB sistemlerinin ve hedeflerin uzayda göreceli geometrileri de belirlemektedir. Ayn� ölçüm varyanslar�na sahip RYB sistemleri farkl� geometrik dizilimler için farkl� elips büyüklükleri olu�turur. Bu geometrik dizilimin yer bulma hatalar�na etkisine Geometrik Konu�land�rmaya Ba�l� Hassasiyet Kayb� (Geometric Dilution of Precision, GDOP) denmektedir. RYB sistemlerinin say�lar�n�n art�r�lmas� ve hedefe yak�nla�malar� da elipsin büyüklü�ünü küçültüp kestirimin do�ruluk derecesinin artmas�na neden olmaktad�r.


334

3.1 Konum Kestirim Algoritmalar�

Konum kestirim algoritmalar� ile ilgili ilk çal��malar� yapan Stansfield’�n bu alanda yay�nlanan ilk makalesinden günümüze de�in farkl� kestirim algoritmalar� konum belirleme çal��malar�nda kullan�lagelmi�tir. Bunlar�n birço�u en küçük kareler kestirim yöntemi ve türevlerine dayanmaktad�r. Farkl� yöntemler ayn� say�da ve ayn� hassasiyetle çal��an RYBS’ler için farkl� derecelerde sonuçlar sa�lamaktad�r. Fakat baz� yöntemler kestirime yanl�l�k (bias) ekleyebilmekte baz� yöntemlerin de karma��kl�k derecesi çok yüksek olabilmektedir. Stansfield’�n klasik yön bulma sabitleme algoritmas�n� ve incelememizde kullanm�� oldu�umuz en küçük kareler kestirim yöntemini ayr�nt�l� olarak kaynak 1, 3 ve 4‘te bulabilirsiniz.

En küçük kareler yöntemine dayanarak konum kestirimi (position fixing) yapan tüm istatistiksel yakla��mlar kaynak kestiriminin yan�s�ra kestirim hatalar�n� 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 çal��mada RYBS yerle�im plan� için optimal çözüm aran�rken bu �ekilde karakterize edilen CEP de�erinin minimize edilmesi yoluna gidilmi�tir.

4. GENET�K ALGOR�TMA �LE ÇÖZÜM

Genetik algoritmalar (GA) bulu�sal arama ve optimizasyon algoritmalar�d�r ve güdümlü rasgele arama (guided random search) teknikleri s�n�f�na girmektedir.

Geli�tirilen simulasyon program� belirlenen alana RYBS’leri yerle�tirebilmek için CEP metri�ini optimizasyon kriteri olarak kullanmaktad�r. GA’lar do�as� gere�i rasgele olarak RYBS’leri ilk pozisonlar�na yerle�tirir. Her yerle�im için CEP de�erleri hesaplan�p daha sonra bu CEP de�erleri aras�ndan en uygun olanlar ay�klanmaya tabi tutulur. Daha uygun çözümler için ay�klanma oran�nda seçilen yeni bireylere (çözüm adaylar�na) GA operatörleri (çifle�tirme, mutasyona u�ratma) uygulanarak arama uzay�nda ad�m at�lmad�k yer b�rak�lmamaya çal��l�r. �terasyonlar boyunca devam eden bu i�lem iterasyon sonunda veya önceden tan�mlanm�� bir sonland�rma kriterine ula��ld��nda sona erdirilir. Son arama sonuçlar� aras�ndan da en uygun aday seçilerek kullan�caya verilir. GA’lar güdümlü rasgele bulu�sal optimizasyon algoritmalar� olarak çal��t�klar� için kullan�c� ayn� senaryo için diledi�i say�da program� çal��t�rarak sonuçlar aras�nda istatistiki bir inceleme yapabilir. Böylelikle elde edilen sonuçlar�n kararl� olup olmad�klar� ve uygulanan senaryo için en optimal çözümün bulunup bulunmad��n� kullan�c� test etmi� olmaktad�r.


335

5. RYBS KONU�LANDIRMA PROGRAMI

�ekil 3. RYBS Konu�land�rma Program� Ön-Yüzü ve Bir Örnek Senaryo

�ekil 3’te MATLAB ile geli�tirilmi� olan program�n ara yüzü ve örnek bir senaryo sonucu verilmektedir. �ekilde de görüldü�ü gibi kullan�c� RDF Region ve Emitter Region olarak ayr�lan koordinat sisteminde diledi�i biçimde RYB sistemlerinin programca otomatik olarak konu�land�r�laca�� bölge ile hedeflerin yer alaca�� bölgeyi çizebilmektedir. Hedef uzay�nda hedeflerin yeri tam olarak bilinmedi�i varsay�larak hedef bölgesi kendi içinde küçük hücrelere ayr�lmakta ve her bir hücrenin içinde bir hedef bulundu�u varsay�lmaktad�r. Kullan�c� ön yüzde yer alan paneller yard�m� ile hedef bölgesinin hangi say�da hücrelere ayr�laca��n� belirleyebilmektedir. Yine kullan�c� ön-yüzde yeralan di�er panelleri kullanarak diledi�i say�da ve hassasiyette RYB sistemini ve GA’lar�n parametrelerini (populasyon say�s�, e�letirme oran�, mutasyon oran� vb.) programa girebilmektedir. Ayr�ca kullan�c� program�n çal��mas� bittikten sonra iterasyonlar boyunca bulunan en uygun konu�land�rma için ortalama CEP de�erinin de�i�imini grafiksel olarak alabilmekte ve ayn� konfigürasyon için diledi�i say�da program� çal��t�rd�ktan sonra sonuçlar�n istatiksel olarak analiz edilmesini isteyip optimum sonuçlar� görebilmektedir.


336

6. SONUÇ

Program RYB sistemlerinin say�s�na ve hassasiyetine ba�l� olarak a��rl�kland�r�lm�� en küçük kareler kestirim yöntemi ile hesaplad�� konum kestirim vektörünün kovaryans matrisini kullanarak her bir olas� konu�land�rma için CEP de�erini hesaplar. Ortalama CEP de�erinin iterasyonlar boyunca de�i�imi incelendi�inde metri�in bir süre sonra belirli bir rejime girdi�i ve bir de�ere yak�nsad�� gözlenlenmi�tir. Ayr�ca iki tane RYBS kullanarak tan�mlad�� bölgeler için kullan�c� kendi belirledi�i koordinatlara RYBS’leri el ile yerle�tirip elde etti�i sonuçlar ile program�n otomatik olarak elde etti�i sonuçlar� kar��la�t�rarak program�n performans�n� test edebilir [1].

Radyo yön bulma teorisi, konum belirleme algoritmalar� ve optimizasyon yöntemi olan genetik algoritmalar� kullanarak yaz�lan program� kullanarak belirlenen senaryolardan elde edilen bilgiler ��nda temel olarak ula��lan sonuçlardan en önemlisi; her bir simülasyon sonucunda RYB sistemleri birbirlerine göre genel olarak bir yerle�im plan�nda simetrik ve hedefe en yak�n koordinatlara yerle�me e�iliminde olmas�d�r. Dolay�s�yla olu�an kerteriz hatlar�n�n birbirleri ile en az do�rusal ba��ml� olma e�iliminde olduklar� aç�kça görülmektedir. Bu tip bir yerle�im plan� en küçük CEP de�erini verir ve hedef bölgesinin kapsanma kalitesini yükseltir.

�ncelemelerde ortaya ç�kan di�er bir önemli sonuç ise RYB sistemlerinin say�lar�n�n art�r�lmas� ve her bir RYB sisteminin kerteriz aç�s� ölçüm hassasiyetinin yüksek olmas� teoriye uygun olarak CEP de�erinin dü�mesine neden olarak sonucun kalitesini art�rmaktad�r.

KAYNAKÇA

[1] Vuran, N., 2007, “Genetik Algoritmalar� Kullanarak Radyo Yön Bulma Sistemlerinin Konu�land�r�lmas�”, 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


337

ATE� DESTEK HEDEF-S�LAH TAHS�S� PROBLEM�N�N �NCELENMES�

Emrah GÜNSEL

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

ÖZET Bu makalede, savunma sanayi sektöründe gündeme gelmi� Hedef–Silah E�le�me ihtiyac� hakk�nda durum ve ihtiyaç de�erlendirmesi yap�lm��t�r. Uygulama olarak Ate� Destek Sistemleri ele al�nm��t�r. Konu hakk�nda ba�lat�lan çal��mada çe�itli arama algoritmalar� ve bunlar üzerine in�a edilen geli�tirme algoritmalar� denenecek ve uygulamada en uygun metot belirlenecektir.

Anahtar Kelimeler: Hedef – Silah, E�le�me, 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. G�R�S Ate� Destek Sistemleri için muharebe sahas�nda hedeflerin, uygun ate� destek unsuru, hedef niteli�ine uygun mühimmat ve istenilen etkide ate� alt�na al�nmas� esast�r [6]. Uygun hedef-silah k�ymetlendirilmesinde, mevzi de�i�tirebilme parametresi, hedefin niteli�ine yönelik uygun bulunacak at�m say�s�n�n ate� destek vas�tas�na getirece�i risk parametresi ve hedefin ate� alt�na al�nmas� için gereken zaman diliminin di�er at��lara etki parametresi incelenecektir. Uygun mevzide bulunmayan ate� destek unsuru mevzi de�i�tirerek “Uygun hedef-silah k�ymetlendirmesi” içinde yer alabilecektir. Mevzi de�i�tirme parametresi, bu k�ymetlendirmeye bir maliyet olarak yans�t�lacakt�r. Ate� destek unsurunun hedefi ate� alt�na alabilecek uygun


338

mevziye ula�mas�; h�z, yak�t durumu, ula��lacak mevzi-hedef mesafesine ba�l� olarak mermi isabet oran� ve intikal esnas�nda tespit edilme alt parametrelerine ba�l�d�r. “Uygun hedef-silah k�ymetlendirmesi” içine girebilecek bir ate� destek unsuru, at�m say�s�n�n yüksek olmas� durumunda; gereken at�mlar�n tamamlanma süresinin uzun olmas� nedeni ile tespit edilme riskine sahiptir. Bu risk k�ymetlendirmeye bir maliyet olarak yans�t�lacakt�r. “Uygun hedef-silah k�ymetlendirmesi” içine girebilecek bir ate� destek unsuru, sonradan alabilece�i görevlere yönelik de�erlendirilecektir. Bu kapsamda, ate� destek unsuruna tahsis edilen görevin sonradan yapaca�� at�� görevlerine olan etkisi de k�ymetlendirmeye bir maliyet olarak yans�t�lacakt�r.

2. TEOR� Kullan�lan yöntemlerde hedef, silah ve mevzi bilgileri temel kavramlar olarak de�erlendirilmi�tir. Bu üç temel kavram�n birle�iminden ve ek di�er parametrelerden bir görev olu�turulmaktad�r. Her bir temel kavram�n alt parametreleri a�a��daki gibidir:

1. Hedef

a. Tipi

b. Korunma derecesi

c. Say�s�

d. Yeri

e. Önceli�i

f. �stenilen etki

g. Alan büyüklü�ü

h. Geçerlilik Zaman�

2. Silah

a. Yeri

b. Durumu

c. Menzili

d. At�m periyodu

e. Hareket kabiliyeti

f. Öldürücülük �ndeksi

g. Haz�r Olma Zaman�

h. At�� S�hhati

i. Yak�t harcamas�


339

j. Yak�t kapasitesi

k. Mühimmat kapasitesi

3. Mevzi

a. Yeri

4. Görev

a. At�m say�s�

b. Zaman�

c. Hedefi

d. Silah�

e. Mevzisi

f. Bedeli / De�eri

Bu parametreler her bir hedef için toplamda bir bedel ya da de�ere katk�da bulunurlar. Yap�lacak çal��mada bu konuda tüm hedefler için bedel ya da de�eri maksimum olacak �ekilde e�le�tirmenin bulunmas� amaçlanmaktad�r. Görevler için de�er tespiti için a�a��daki i�lemler kullan�l�r:

Menzil yeterlili�i kontrol edilerek göreve uygun olmayan hedef-silah-mevzi e�le�tirmesi tespit edilir ve görev de�erine yans�t�l�r.

RA = (WR – |TC – PC|) (1)

RA = Menzil uygunlu�u (Range Availability)

WR = Silah Menzili (Weapon Range) [7]

TC = Silah Yeri (Target Coordinates)

PC = Mevzi Yeri (Position Coordinates)

Hedef-silah-mevzi e�le�mesi için hedefteki bilgilere ve silah�n ilgili mevzideki bilgilerine bak�larak bir mühimmat etki analizi yap�larak gerekli at�m say�s� bulunur.

NOR = TTE * ED * NOT * TS * TPE / WA / WOLI (2)

NOR = At�m say�s� (Number of Rounds)

TTE = Hedef tipi etkisi (Target Type Effect)

ED = Hedefte istenen etki (Effects Desired)

NOT = Hedef say�s� (Number of Targets)

TS = Hedefin alan büyüklü�ü (Target Size)

TPE = Hedef korunma etkisi (Target Protection Effect)


340

WA = Silah at�� s�hhati (Weapon Accuracy) [7]

WOLI = Silah öldürücülük etkisi (WeaponOLI) [7]

Her bir görev için önce bir intikal yap�laca�� varsay�m�yla intikal için gerekli zaman tespit edilir. Bu zaman intikal süresince tespit riskinde de kullan�lacakt�r.

TTSP = |WC – PC| / WMA (3)

TTSP = Mevziye ula��m süresi (Time to Shot Position)

WC = Silah yeri (Weapon Coordinates)

WMA= Silah hareket kabiliyeti (Weapon Move Ability) [7]

Görev için zaman uygunlu�u da intikal at�m süresi ve hedefin zaman� de�erlendirilerek kontrol alt�nda tutulur ve ancak uygun zamanlamaya sahip e�lemeler k�ymetlendirilir.

TA = (TTSP + CT - TTS) & WS (4)

TA = Zaman uygunlu�u (Time Availability)

CT = Güncel zaman (Current Time)

TTS = At�n zaman� (Time to Shot)

WS = Silah durumu (Weapon Status)

Her bir görevden önce ilgili hedefin de�eri tespit edilerek görev de�erine kat�lmas� sa�lan�r. Tüm e�le�tirmeler için de en etkili s�ralama parametresi hedef de�eri olacakt�r çünkü de�eri büyük olan hedeflerin mutlaka etki alt�na al�nmas� istenecektir.

TV = TTE * ED * NOT * TS * TPE (5)

TV = Hedef k�ymeti (Target Value)

TPE = Hedef öncelik etkisi (Target Priority Effect)

Ate� destek sistemlerinin günümüz teknolojisiyle görevlerini icra etmeleri s�ras�nda tespit edilmeleri oldukça olas�d�r. Bu sebeple görev icra eden, hatta hareket eden tüm silahlar risk alt�nda olacakt�r. Bu sebeple de�erli oldu�u dü�ünülen silahlar ikinci s�rada görevlere verilmelidir. Eldeki silahlar�n güvenli�i ve ekonomik kullan�m� aç�s�ndan görev riski olarak bir de�er tespit edilir ve görev de�erine etki ettirilerek hesaplamalara kat�l�r [3].

MR = (NOR * SP + TTSP) * WOLI / WMA (6)

MR = Görev riski (Mission Risk)

SP = Silah at�m periyodu (Shot Period) [7]

Silahlar�n intikalleri s�ras�nda harcayacaklar� yak�t tespiti de yap�lmakta, elde olan yak�ta göre silahlara görev verilmesi gerekmektedir. Bunun içinde yak�t


341

uygunlu�u kontrolü yap�lmaktad�r. Ayn� zamanda görev de�erine harcanacak yak�t da bir parametre olarak kat�lmaktad�r.

FC = |WC – PC| * FP (7)

FC = Yak�t bedeli (Fuel Cost)

FP = Yak�t fiyat� (Fuel Price)

Tüm hesaplamalar ard�ndan elde edilen veriler bir araya getirilerek görev için bir sonuç de�eri tespit edilir.

AC = TV + TA + RA – FC –MR (8)

AC = E�le�me de�eri (Assignment Cost)

Görev için tespit edilen de�erler tek ba�lar�na de�il di�er e�le�tirmelere ba�l� olu�acak görevlerle birlikte de�erlendirilirler. Dolay�s�yla bir görevde A silah�n�n kullan�lmas� de�er art��na sebep olurken, bir sonraki hedef için kullan�lamamas� orada de�er kayb�na sebep olacakt�r. Her bir görevin zaman, yak�t, mühimmat ve menzil uyumlulu�u kriterini sa�lamak için tüm olas� e�le�me serilerinin denenmesi ve en uygun e�le�me serisinin bulunmas� gerekecektir [4].

Her bir parametreye verilecek a��rl�klar ise kritik kararlar� olu�turacak ve belki de bir silah�n kaybetme riski büyük oldu�u için bir hedefin etki alt�na al�nmamas�n�, belli hedeflerin etki alt�na al�nmas� içinde belli silahlar�n feda edilmesini getirecektir. Her ko�ulda ihtiyaç k�s�tl� kaynakla mümkün oldu�unca etki yaratmak oldu�u için bir arama algoritmas� ihtiyac� olu�mu�tur [6] [8].

Yap�lan çal��malarda görülmü�tür ki e�le�meler için çok fazla olas�l�k ortaya ç�kmaktad�r. Örne�in 3 hedef için olas� 10 silah ve 10 mevzi varken hesaplanabilecek yakla��k 154000 kombinasyon vard�r. Bunlar�n her biri için tüm hesaplamalar�n ve kontrollerin yap�lmas� oldukça zaman (yakla��k 20sn) almaktad�r. Bu sebeple de arama algoritmalar� hesaplama zamanlar�n� dü�ürmek için geli�tirme algoritmalar� kullanmak durumundad�r.

�leriye yönelik olarak algoritmalar�n çal��ma süresi sadece statik de�il ayn� zamanda dinamik e�leme fonksiyonunun gerçeklenmesi için de oldukça büyük önem arz etmektedir. Ancak bu �ekilde yüzlerce hedef ve silah uygun mevzi ve zamanlarda tutarl� ve verimli çal��abileceklerdir.

3. UYGULAMA Hedef silah tahsis problemini üzerinde pek çok örnek verilebilir. Basit bir örnekle ihtiyac�n ortaya koyulmas� ve kapsam�n�n anla��lmas� sa�lanabilir. Bir silah, iki hedef ve iki mevzi için örnek (bkz. �ekil 1) verilmi�tir. Bu örnekte özellikle zaman uygunlu�u (4) de�erlendirilecektir.


342

�ekil 1 – Hedef silah mevzi tahsisi, örnek uygulama

Örnekte, hedef bit (T1) için geçerlilik zaman�n�n 120 birim, hedef iki (T2) için geçerlilik zaman�n�n 300 oldu�unu varsayal�m. Her bir hedef sadece bir mevziden vurulabilecek mesafede (silah menzili �ekil 1’de görülebilir) oldu�u 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 e�lemesi, senaryolar

Senar- yo Hedef Silah Mevzi �lk at�m

zaman� Son at�m zaman�

Zaman Uyumlulu�u

1 T1 W1 P1 40 100 100<120 � OK

1 T2 W1 P2 145 295 295<300 � OK

2 T1 W1 P1 45 195 195<300 � OK

2 T2 W1 P2 240 300 300>120 � HATA

Bu iki senaryo asl�nda ayn� gibi görülse de ikinci senaryo zaman uyumlulu�u aç�s�ndan tercih edilmeyecektir (bkz. Tablo 1). Birinci senaryo ise zaman uyumlu oldu�u için mümkün tek görev listesidir. Uygulamada birinci senaryo ikinci senaryodan çok daha fazla sonuç de�eri elde edece�i için birinci senaryo önerilecektir.

�kinci örnek ise daha karma��k girdilerin sonucu olacakt�r. Bu örnekte 50 silah, 50 hedef ve 50 mevzi girdi olarak de�erlendirilmi�tir. Girdilerin tamam� rastgele seçilmi�tir. Sonuç olarak bulunan e�leme Tablo 2’de verilmi�tir.


343

Tablo 2 – Hedef silah mevzi e�lemesi, örnek ç�kt�

Görev Nu Hedef Silah Mevzi Ba�.

Zam.Bit.

Zam.Önc. Mühi.

Görev Mühi.

Son. Mühi.

Önc. Yak�t

Son. Yak�t De�er

3 T0006 W0010 P0014 315 432 88 2 86 875 764 10046735

7 T0007 W0009 P0016 0 2580 100 42 58 1100 1100 9666085

13 T0011 W0006 P0014 0 2700 100 44 56 4100 4100 9723665

18 T0012 W0002 P0030 1466 2392 71 37 34 452 52 9736237

19 T0014 W0003 P0018 0 1188 100 94 6 4100 4100 10076055

6 T0015 W0010 P0016 432 627 86 11 75 764 689 10301260

15 T0016 W0004 P0015 0 2070 100 67 33 1000 1000 9534167

12 T0017 W0008 P0037 3420 4990 44 21 23 2100 1100 9993289

4 T0018 W0008 P0014 0 3420 100 56 44 2100 2100 9979084

0 T0019 W0007 P0016 0 3660 100 60 40 3100 3100 9753943

16 T0020 W0010 P0011 759 979 69 11 58 653 503 10291860

17 T0023 W0010 P0011 979 1559 58 52 6 503 503 9359137

8 T0025 W0002 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 e�le�tirilebilmi�tir (s�ralama hedeflere göre yap�lm��t�r). Sonuca göre kullan�c�n�n destek istemesi, yeni mevziler açmas� yada mühimmat art��na gitmesi önerilebilir. Ancak bu tabloyu hiç görmeyen bir kullan�c� ihtiyac�n�, durumunu tespit edemez, silahlar�n� planlayamaz. Tablonun silahlara göre s�rlanmas� ile her bir silah�n plan� da ç�km�� olmaktad�r.

4. SONUÇ

Ate� Destek Sistemlerinin ihtiyac� olan hedef silah tahsisi için gerekli tüm kontrollerin ve de�erlendirmelerin yap�lmas� için çok say�da olas�l�k ortaya ç�kmaktad�r [2] [5]. Bu olas�l�klar�n gerekli zaman diliminde en uygun olanlar�n�n tespit edilmesi ve uygulanmas� muharebe sahas�nda üstünlü�ün sa�lanmas�nda bire bir etkili olacakt�r. Bu sebeple muharebe yönetim sistemlerinde kaynak yönetimine yönelik bu tipteki çal��malar yap�lmaktad�r. Bu problemler için en uygun arama ve geli�tirme algoritmalar�n�n tespiti


344

hedeflenmektedir. Uygun algoritmalarda [1] [8], yeterli performans sa�land��nda gerçek zamanl� ve dinamik bir e�leme altyap�s� kazan�lacakt�r

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-com-

plete”, 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 Labora-

tories, 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


345

YÜKSEK KISITLI D�NAM�K ASKER� INT�KAL PLANLAMA PROBLEM�NE SEZG�SEL ÇÖZÜM YAKLA�IMI

Ferhat UÇAN (a), D. Turgay ALTILAR (b)

(a) TÜB�TAK MAM, Bili�im Teknolojileri Enstitüsü, 41470,Gebze, Kocaeli, [email protected]

(b) Yrd. Doç. Dr. �TÜ, Bilgisayar Müh. Böl., 34469, Maslak, �stanbul, [email protected]

ÖZET Çe�itli konumlar�nda hareketli engeller bulunan bir ortamda, bir ba�lang�ç noktas�ndan bir hedef noktas�na minimum mesafeli hareketin yap�lmas� �eklinde tan�mlanan dinamik en k�sa yol problemi, birçok alanda de�i�ik �ekillerde kar��la��lan bir problemdir. Askeri alanda birliklerin en k�sa 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 ula��m�nda bir yerden bir yere hangi hat üzerinden gidilece�ini belirlemede, a� üzerinde veri paketlerini yönlendirmede kullan�labilir. Bu çal��madaki ilgi alan� askeri intikal oldu�undan sistemin tasar�m�nda askeri intikal probleminde kullan�lmas� olas� ko�ullar ve amaçlar dü�ünülerek genel bir çerçeve yap�s� tan�mlanm��t�r.

Son y�llarda birçok büyük ölçekli ayr�k bile�imsel optimizasyon problemlerinin ve yüksek-k�s�tl� mühendislik problemlerinin günümüz bilgisayarlar� ile yakla��k olarak çözülebilir olmas�ndan ötürü optimizasyonun önemi daha da artm��t�r. Dinamik optimizasyon problemleri, olas�l�ksal algoritmalar s�n�f�na ait olmakla birlikte rastlant�sal algoritmalardan çok farkl�d�r. Bu çal��mada dinamik yol planlama sistemlerinde di�er yakla��mlar kullan�ld��nda varolan eksikliklerin giderilmesi için, problem gerçek zaman k�s�tlar� alt�nda evrimsel teknikler ile çözülmü� ve çözümün ba�ar�m� di�er algoritmalarla kar��la�t�rmal� olarak sunulmu�tur. Anahtar Kelimeler: Askeri �ntikal, Dinamik Yol Planlama, Yüksek K�s�tl� 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


346

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. G�R�S Yol planlama, en genel anlamda belirli bir harita üzerindeki herhangi bir ba�lang�ç noktas�ndan bir hedef noktas�na giden en dü�ük maliyetli yolu bulmay� hedefleyen bir problem türüdür. Uzunluk, zaman, güvenlik gibi farkl� maliyet kriterleri söz konusu olabilir. Seçilecek kriter uygulama alan�na göre farkl�l�k gösterir. Bu çal��mada askeri intikal ve sava� senaryolar� üzerinde çal��ld�� için sistem güvenlik, h�z, zaman, yol gibi farkl� kriterlere göre sonuç üretebilmektedir. Statik ve dinamik yol planlama problemleri, birçok farkl� uygulama alan�na sahiptir. Sensör a�lar�nda veri paketlerinin en az sensör kullan�larak hedef noktaya ta��nmas�, robotlar�n engellerin bulundu�u bir ortamda göreve ba�l� olarak en uygun yol ile hedefe ula�mas�, harp simülasyonlar�nda sanal kuvvetlerin üç boyutlu ortamda belli bir hedef noktaya en k�sa yolla ula��m�, strateji oyunlar�nda sanal karakterlerin hareketleri, yol planlama probleminin çözümü ile mümkündür. Yap�lan çal��malar incelendi�inde standart yol planlama problemi için geli�tirilen Dijkstra, Floyd, A-Star algoritmalar�, Neural Network çözümü gibi yöntemlerin problemin k�s�tlar� gerçek zamanl� oldu�unda düzgün sonuç vermedi�i görülmü�tür. Klasik optimizasyon teknikleri ile güvenlik ve uzunluk gibi yolun maliyetini etkileyen k�s�tlar�n çözüme etkisi modellenebilir, fakat bir sava� senaryosu gibi dinamik bir çevrede her de�i�imde çözüme yeniden ba�lanmas� i�lem karma��kl��n� artt�raca��ndan uygun de�ildir. Ayr�ca çizgeye yeni dü�ümlerin ve ba�lant�lar�n eklenip ç�kar�lmas� durumunda bu algoritmalar çözüme ba�tan ba�layaca�� için kullan��s�z hale gelmektedir. Evrimsel yöntemler ise amaç fonksiyonu sayesinde sadece yolun uzunlu�una de�il, güvenli�ine ve yo�unlu�una da bakabilmekte, dinamik olarak de�i�en ortam �artlar� için problemin çözümüne uygun bir yakla��m sunabilmektedir [1]. Evrimsel


347

programlama tekniklerinin bir amac� yüksek-k�s�tl�, dinamik problemlere çözüm önerebilmektir [2]. Evrimsel algoritmalar dinamik ortamlarda, di�er algoritmalara k�yasla i�lem say�s�n� azaltt��ndan daha yüksek ba�ar�m sa�layabilmektedir [3]. Analitik yakla��mlar�n birço�u ortam �artlar� de�i�ti�inde problemi verileri yenilenmi� haliyle tekrar çözme e�ilimindedir [4].

Bu çal��mada di�er analitik ve sezgisel yol planlama yakla��mlar� kullan�ld��nda varolan eksikliklerin giderilmesi için, problem gerçek zaman k�s�tlar� alt�nda belirlenimci yöntemler evrimsel teknikler ile birle�tirilerek çözülmü� ve çözümün ba�ar�m� di�er algoritmalarla kar��la�t�rmal� olarak sunulmu�tur. Sistemin savunma sanayi alan�nda hava sahas�nda hava arac� intikali ile ilgili simülasyonlar yap�lm��t�r.

2. EVR�MSEL HESAPLAMA TEKN�� Evrimsel ilkelere ba�l� kal�narak olu�turulan algoritmalara evrimsel algoritmalar ad� verilmi�tir. Geleneksel arama metotlar�, probleme bir çözüm aday� önerir ve onu de�i�tirerek daha iyi çözümler elde etmeye çal��r. Evrimsel algoritmalar ise bir çözüm adaylar� toplumu olu�turur ve bu toplum zamanla evrimle�ir. Bir aday�n çözüme ne kadar yak�n oldu�u, uygulamaya ba�l� bir fonksiyondur. Bir çözüm aday� bir parametreler toplulu�unu, bir kural�, bir kurallar grubunu temsil edebilir. Hepsinde algoritma adaylar�n sonuca yak�nl��n� hesaplar ve buna göre bir sonraki neslin ebeveynleri olacak bireyleri belirler ve daha uygun bir yeni nesil olu�turmak için ebeveynlere genetik arama i�lemcilerini uygular. Bu döngü her defas�nda daha düzgün bireyler olu�turarak tekrarlan�r. Yapay zekan�n gittikçe geni�leyen bir kolu olan evrimsel algoritmalar�n alt dallar� olarak genetik algoritmalar, genetik programlama, yapay sinir a�lar�, tabu arama ve bunlarla birlikte bulan�k mant�k i�letme, temel bilimler ve mühendislik problemlerinde tek ba��na veya karma sistemler olarak kullan�labilmektedir. Evrimsel algoritmalar�n en uygun oldu�u problemler, geleneksel yöntemler ile çözümü mümkün olamayan yada çözüm süresi problemin büyüklü�ü ile üstel orant�l� olarak artanlard�r. Bugüne kadar evrimsel yöntem ile çözümüne çal��lan konulardan baz�lar� �unlard�r: Optimizasyon, Otomatik Programlama, Makine ö�renmesi, Ekonomi, Toplum geneti�i, Evrim ve ö�renme [5].

Algoritma ilk olarak toplum diye tabir edilen bir çözüm seti ile ba�lat�l�r. Bir toplumdan al�nan sonuçlar, bir öncekinden daha iyi olaca�� beklenen yeni bir toplum olu�turmak için kullan�l�r. Yeni toplum olu�turulmas� için seçilen çözümler uyumluluklar�na göre seçilir. Çünkü uyumlu olanlar�n daha iyi sonuçlar üretmesi olas�d�r. Bu istenen çözüm sa�lan�ncaya kadar devam ettirilir. Evrimsel yöntemin ak�� diyagram� �ekil 1’de görüldü�ü gibidir.


348

�ekil 1. Evrimsel algoritma ak�� emas�

3. EVR�MSEL YÖNTEM�N �NT�KAL PROBLEM�NE UYGULANMASI Evrimsel programlama kavramlar�na ba�l� olarak geli�tirilecek olan evrimsel yol planlama ve seyir kontrolü yakla��m�, genel, esnek ve adaptif bir yöntem olarak tasarlanabilir [6]. Evrimsel algoritmadaki planlama süreci entegre edilerek, farkl� optimizasyon kriterlerinin tan�mlanmas�na ve dinamik olarak de�i�mesine, probleme özgü alan bilgisinin çözüme dahil edilmesine ve yüksek planlama etkinli�i ile zamanla konumu de�i�en engellerin kontrol alt�nda tutulmas�na olanak sa�lanabilir. Evrimsel algoritmalar, geleneksel optimizasyon tekniklerine göre zor, süreksiz ve gürültü içeren fonksiyonlar�n çözümünde daha etkindirler [7].

Genetik algoritmalar problemlerin çözümü için evrimsel süreci bilgisayar ortam�nda taklit ederler. Di�er en iyileme yöntemlerinde oldu�u gibi çözüm için tek bir yap�n�n geli�tirilmesi yerine, böyle yap�lardan meydana gelen bir küme olu�tururlar. Problem için olas� pek çok çözümü temsil eden bu küme genetik algoritma terminolojisinde nüfus ad�n� al�r. Nüfuslar vektör, kromozom veya birey ad� verilen say� dizilerinden olu�ur. Birey içindeki her bir elemana gen ad� verilir. Dinamik yol planlama sistemlerinde genetik algoritman�n tüm arama uzay�n� taramas�na olanak sa�layabilmek için de�i�ken boyutlu kromozomlar kullan�lmaktad�r [8]. Evrimsel yöntemde nüfustaki bireyler evrimsel süreç içinde genetik algoritma i�lemcileri taraf�ndan belirlenir. Yol planlama tarz� permutasyon gösteriminin kullan�ld�� problemlerin çözümünde tasarlanan evrimsel operatörler, standart genetik algoritma operatörlerine göre farkl�l�k gösterir [9, 10]. Evrimsel algoritman�n en önemli üç parametresi çaprazlama oran�, mutasyon oran� ve toplumdaki birey say�s�d�r. Çaprazlama ve mutasyon oran�n�n belirlenmesi için farkl� de�erlerle denemeler yap�larak en uygun de�erler bulunmu�tur. Kromozom say�s� a�daki dü�üm say�s�na göre belirlenmektedir.

Geli�tirilen sezgisel yöntemde yollar�n temsili için de�i�ken uzunluklu kromozomlar kullan�lm��t�r. Kromozomlar permutasyon kodlama ile kodlan�rlar. Kromozomun her geni bir dü�üm noktas�n� gösterir ve gen dizisi de çizgedeki yolu belirler. Kromozomlar�n kalitesi ve sonuca yak�nl�� uygunluk


349

fonksiyonu ile belirlenir. Tüm objektifleri ba�lamak amac�yla genel bir uygunluk fonksiyonu tasarlanm��t�r. Kromozomlar uygunluk de�erlerine göre azalan s�ra ile s�ralan�rlar. Toplumun toplam kalitesini artt�rmak için uygunluk de�eri yüksek kromozomlar�n bir sonraki neslin gen havuzuna al�nma �ans�n� yükselten bir seçim operatörü kullan�l�r. Seçim operatörü sonucun ara�t�r�lmas�n�, çözüm uzay�n�n belirli bölgelerinde yo�unla�t�r�r. Önerilen algoritmada, sonraki nesil için, en iyi kromozomlar�n korunmas� ve örneklemeden kaynaklanacak istatistiksel hatalar�n önlenmesi amac�yla rulet tekeri isimli seçim tekni�i kullan�lm��t�r. Rulet tekeri tekni�ine göre topluluktaki tüm bireylerin uygunluk de�erleri toplan�r. Bir bireyin seçilme olas�l��, uygunluk de�erinin bu toplam de�ere oran� kadard�r. Çaprazlama a�amas�nda, çaprazlama bölgesinden sonraki genler, ebeveyn kromozomlar aras�nda takas edilir. Çaprazlama noktalar� iki kromozdaki genlerin ayn� oldu�u noktad�r. Geli�tirilen algoritmada iki kromozom ancak ortak gene sahipse çaprazlanabilir. E�er birden fazla ortak gen çifti mevcut ise çiftlerin biri rastgele seçilir. Çaprazlama i�lemi sonucu tekrarl� genler içeren çevrimler olu�abilir. Algoritma bir art-i�lem gerçekle�tirerek olu�an çevrimleri temizler ve kromozomu k�salt�r. Mutasyon toplumdaki genetik çe�itlili�i artt�r�r ve aday kromozomun genlerini de�i�tirerek bölgesel en iyi çözümlere tak�lma durumunu engeller. En k�sa yol probleminde bir kromozomun herhangi bir geni de�i�ti�inde kromozom geçerlili�ini yitirebilir. Bu nedenle tek bir gen de�i�imi için bir dizi gen de�i�tirilerek kromozomun uygunlu�u korunur. Seçilen iki nokta aras� alternatif bir rota ile kromozom genetik de�i�ime u�rat�l�r. Genetik algoritma, nesil üretim döngüsündeki i�lemleri sonlanma kriteri sa�lanana kadar devam ettirir. Bu problem için kullan�lmas� en uygun olan sonlanma kriteri birey benzerli�idir.

Simülasyon hava araçlar�n�n intikali üzerine yap�lm��t�r. �ekil 2’deki gibi bir �ehir haritas�nda hava araçlar�n�n, bir intikal ba�lang�ç noktas�ndan hedef noktas�na en güvenilir, en k�sa, en düz yoldan intikali geli�tirilen yöntemle planlanm��t�r. �ehir haritas�nda �ehirler aras� her ba�lant� uzunluk, güvenlik, yükseklik olmak üzere üç de�erden olu�an bir vektörle temsil edilmektedir. Uçu� planlamas� yap�ld�� için, �ehirler aras� yolun yüksekli�i de dikkate al�nmakta ve üç boyutlu çizge ile çözüm yap�lmaktad�r.

�ekil 2. �ntikal haritas�

Burada geli�tirilen evrimsel çözüm yöntemi ba�lang�ç ko�ullar� için intikali en k�sa, en güvenilir, en düz yoldan planlamaktad�r. Problem uzunluk, yükseklik ve güvenlik ko�ullar�n� k�s�t olarak de�erlendirildi�inden yüksek k�s�tl�


350

optimizasyon problemidir. Dinamik sistemin ba�lang�ç durumu için üretti�i intikal plan� �ekil 3’de gösterilmi�tir.

�ekil 3. Ba�lang�ç durumu intikal plan�

Sistem bu durumda çözüm üretirken dinamik olarak City 8 – City 9 ve City 8 – City 11 aras�ndaki ba�lant�lar koptu�unda algoritman�n önerdi�i yeni intikal plan� �ekil 4’de gösterilmi�tir. Algoritma hem güvenlik, hem uzunluk hem de uçu� yüksekli�i ko�ullar�n� dikkate almakta ve en güvenilir, en k�sa, en düz uçu�u planlamaktad�r.

�ekil 4. Dinamik intikal plan�na örnek

Sistem bu durumda çözüm üretirken dinamik olarak City 1 – City 3 aras�ndaki ba�lant� da koptu�unda algoritman�n önerdi�i yeni intikal plan� �ekil 5’de gösterilmi�tir. Algoritma City 8 üzerinden geçilerek, düz ve güvenilir bir yoldan intikal plan� önermektedir. City 4 – City 8 aras� ba�lant� güvenlik de�eri ve uzunluk aç�s�ndan uygun bir yol oldu�u için City 4 – City 6 – City 8 dola��m� yerine City 4 – City 8 ba�lant�s� rotada önerilmektedir. Sistem �artlar dinamik olarak de�i�ti�inde çözüme ba�tan ba�lamadan çözüme yak�nsamaktad�r, di�er analitik yakla��mlar �artlar�n de�i�iminde çözüm için kulland�klar� matris de�i�ti�inden tüm hesaplar� tekrarlamaktad�r. Bu özellik geli�tirilen algoritman�n önemli bir yenili�idir. Evrimsel yöntemler probleme özgü amaç fonksiyonu ve üretim döngüsü operatörlerini kullanarak dinamik ortamda sonuca yak�nsama özelli�ine sahiptir [11].


351

�ekil 5. Dinamik intikal plan�na ba�ka bir örnek

Evrimsel yöntemin bireylerin uygunlu�unu de�erlendirmek için kulland�� amaç fonksiyonu a�a��daki gibidir:

Fitness (Individual) = [� (1/distance + 1/(100-security)+1/height_difference)] / (number of segments) (1)

Bireye ait kromozomun uygunluk de�eri rotay� olu�uran her ba�lant�n�n uzunluk, güvenlik ve önceki ba�lant�ya göre yükseklik fark� de�erleri kullan�larak bulunur ve bu de�er rotay� olu�turan ba�lant� say�s�na bölünür. �lk ba�lant� için yükseklik fark� dikkate al�nmaz.

Klasik optimizasyon teknikleri ile güvenlik ve uzunluk gibi yolun maliyetini etkileyen k�s�tlar�n çözüme etkisi modellenebilir. Fakat sava� senaryosu gibi dinamik bir çevrede her de�i�imde çözüme yeniden ba�lanmas� i�lem karma��kl��n� artt�raca��ndan klasik teknikler uygun de�ildir. Ayr�ca çizgeye yeni dü�ümlerin ve ba�lant�lar�n eklenmesi veya ç�kar�lmas� durumunda bu algoritmalar çözüme ba�tan ba�layaca�� için kullan��s�z hale gelmektedir [12,13]. Geli�tirilen algoritma ba�lang�ç ve hedef dü�ümleri aras�nda parçal� intikal yapabilmekte, büyük bir intikali küçük alt parçalara ay�rarak planlayabilmektedir. Karma��k ve yo�un bir çizge yap�s� için, özellikle ba�lant� say�s� fazla ise ve üzerinden geçilmesi gereken baz� ara noktalar biliniyorsa tek bir intikal plan� yerine parçal� intikal yap�lmas� daha uygundur.

K�s�tlar de�i�ti�inde önceki çözümün bir parças�n�n aynen korunaca�� her zaman garanti edilemeyebilir. Sistemde e� zamanl� olarak birden fazla de�i�iklik ayn� anda gerçekle�ebilece�inden geli�tirilen algoritman�n as�l kazan�m� yeni duruma göre uygunlu�u yüksek ç�kan bireylerin topluma yay�lmas�n� sa�lamakt�r [14]. Evrimsel algoritmalar intikal probleminin dura�an senaryolar�nda i�lem say�s�n� azaltmaz, bu nedenle statik intikal senaryolar� için fazla tercih edilmezler. Fakat intikal senaryosu dinamik ve çizgedeki ba�lant�lar�n maliyetini belirleyen k�s�tlar de�i�ken oldu�u durumda evrimsel yöntemler çözüme ba�tan ba�lamadan en iyiye yak�nsama özelli�ine sahiptir. Askeri intikal, görev kritik bir problem oldu�u için gerçek zamanl� bir sistem olarak dü�ünülebilir, sava� senaryosu gibi k�s�tlar�n de�i�ti�i ortamlarda en iyi çözüme kabul edilebilir bir sürede yak�nsanmas� amaçlanm��t�r. Bu süre çizgenin boyutuna ve çizgedeki dü�üm kenar say�s�na göre de�i�mektedir. Algoritman�n hesap süresi performans� Dijkstra algoritmas� ile kar��la�t�rmal�


352

olarak ölçülmü�tür. Çizge yap�s�nda ba�lant� eklenmesi, ba�lant� kopmas� veya ba�lant� maliyetlerinin de�i�mesi durumlar�nda, evrimsel yöntem çözüme en ba�tan ba�lamad�� için Dijkstra algoritmas�na göre daha k�sa sürede çözüm üretebilmektedir. Çizgedeki dü�üm say�s� artt��nda aday çözüm ve birey say�s� artaca��ndan evrimsel algoritman�n çözüme yak�nsama süresi do�al olarak artmaktad�r.

�ekil 6. Algoritman�n i�lem zaman�

4. SONUÇ Yol planlama, iki nokta aras� çarp��maya yol açmayacak, güvenilir bir yolun hesab�n� gerektiren bir optimizasyon problemidir. Yol planlama probleminin çözümünde Floyd, Dijkstra gibi karma��kl�� belirli, analitik algoritmalar veya A-Star, Neural Network benzeri yakla��mlar kullan�labilir. Fakat yol üzerindeki her dü�üm noktas�n�n ayn� de�erde olmad�� durumlar olabilir. Belirli dü�üm noktalar�na trafik yo�unlu�undan dolay� ceza uygulanabilece�i gibi, belirli ba�lant�lar emniyet aç�s�ndan kullan�lmak istenmeyebilir. Ayr�ca yol üzerinde dinamik olarak baz� ba�lant�lar kopabilir. Bu durumda çizge ve ba�lant�lar de�i�ece�inden, problem verileri yenilenmi� haliyle tekrar çözülmek durumundad�r. Dinamik optimizasyon probleminin verileri ve girdileri zamanla de�i�ti�inden, her seferinde yeni bir matris ile çözüme ba�tan ba�lamak yerine, bu çal��mada oldu�u gibi, sezgisel algoritman�n üretim döngüsü ve amaç fonksiyonu kullan�larak bir önceki nesildeki çözüme yak�n bireylerin seçimiyle daha iyi çözümler üretilebilir.

Bu çal��mada, yukar�da anlat�lan sezgisel yakla��m, askeri senaryolar dahilindeki en güvenli en k�sa yol problemlerinin çözülmesinde kullan�lm��t�r. Bilgi tabanl� sezgisel çaprazlama, mutasyon, ar�tma ve silme operatörleri özel olarak tasarlanm��t�r. Statik ve dinamik ortamlar için simülasyon çal��malar� yap�lm��t�r. Simülasyon sonuçlar�, geli�tirilen genetik algoritman�n geli�mi� arama h�z�, kalitesi ve esneklik sa�lad��n� göstermi�tir.


353

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.


354


355

DA�ITIM S�STEM� MODELLEMES�NE FARKLI B�R YAKLA�IM

Hünkâr Toyo�lu (a,b), Oya Ekin Kara�an (b), Bahar Yeti� Kara (b)

(a) Kara Kuvvetleri Komutanl�� Karar Destek �ubesi, Ankara 06100, [email protected] (b) Bilkent Üniversitesi Endüstri Mühendisli�i Bölümü, Ankara 06800, {karasan,kara}@bilkent.edu.tr

ÖZET

Literatürde mevcut yer seçimi-yol atama (Location Routing Problem, LRP) problemlerinin tamam�na yak�n� kar��k tamsay�l� programlama ile modellenmi�tir. Bu modeller genellikle ayr�t tabanl� (arc-based) ürün ak�� yakla��m�na dayanmaktad�r. Di�er bir ifade ile ürün ak�� a�daki ayr�tlar�n üzerinde olmaktad�r. Bu çal��man�n esas amac�, söz konusu problemlerin modellenmesinde dü�üm tabanl� (node-based) ak�� yakla��m�n� göstermektir. Önerilen yeni yakla��mda ürün ak�� a�daki dü�ümlerin üzerinde gerçekle�mektedir. Literatürde henüz bu mant�kla geli�tirilen bir LRP matematiksel modeli bulunmamaktad�r. Dü�üm tabanl� ürün ak�� yakla��m�n� sunmak maksad�yla, daha önce yay�mlanan ve ayr�t tabanl� ürün ak�� esas al�narak haz�rlanan bir LRP modeli bu makalede sunulan yakla��mla tekrar modellenmi�tir. Ayn� girdi verilerine ihtiyaç duyan ve ayn� sonuçlar� veren her iki modelden yeni yakla��ma göre haz�rlanan modelin daha az de�i�kene sahip oldu�u ispat edilmi�tir. Bu makalede sunulan yakla��m�n ba�ka problem sahalar�nda da etkin olarak kullan�labilece�i dü�ünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: A� Tasar�m�, Lojistik, Da��t�m, Yer Seçimi-Yol Atama Problemi, Kar��k Tam Say�l� 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 node-based 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


356

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. G�R�� Yer seçimi-yol atama problemi (Location Routing Problem, LRP) birden fazla ihtiyaç noktas�na hizmet eden tesislerin en iyi miktar, kapasite ve yerle�imlerinin bulunmas� ve araçlar�n en iyi güzergâh seçiminin ve çizelgelemelerinin yap�lmas�d�r.

Daha önce yay�mlanan bir çal��mada [1] muharebe eden birliklere etkin ve esnek bir mühimmat ikmal sistemi sa�lamak üzere Mobil Mühimmat �kmal Sistemi (MM�S) önerilmi� ve bir LRP modeli geli�tirilmi�tir. Önerilen sistemde mühimmat yurt içindeki depolardan Sabit Transfer Nokta (STN)’lar�na, buralardan Mobil Transfer Nokta (MTN)’lar�na ta��nmakta ve buralardan da muharebe eden birliklere da��t�lmaktad�r. Mühimmat yurt içi depolardan STN`lar�na tren yolu ile, STN`lar�ndan MTN`lar�na kara yolu ile ve ticari araçlarla (t�r veya kamyon) ve MTN`lar�ndan birliklere ise arazi üzerinden mühimmat araçlar� ile götürülmektedir. MM�S tasar�m� probleminde aç�lmas� gereken STN ve MTN say�s� ile bunlar�n yerleri ve STN`lar�ndan birliklere kadar mühimmat ta��yacak araçlar�n güzergâhlar� belirlenmek zorundad�r.

2. DÜ�ÜM TABANLI MODELLEME YAKLA�IMI LRP literatürü yukar�da bahsedilen çal��mada [1] detayl� olarak gözden geçirilmi� ve 52 adet makale 17 kriterden olu�an bir s�n�fland�rmaya göre incelenmi�tir. �ncelenen makalelerde sunulan LRP formülasyonlar�n�n tamam� ayr�t tabanl� yakla��mla modellenmi�tir. Ayn� çal��mada sunulan MM�S tasar�m problemi de ayr�t tabanl� yakla��mla modellenmi� ve 4 indisli bir kar��k tamsay�l� matematiksel model sunulmu�tur. Bu çal��mada gerek ayr�t ve gerekse dü�üm tabanl� modelleme yakla��mlar�n� sunarken önceki çal��mada verilen MM�S tasar�m problemi modeli kullan�lacakt�r.

Anla��lma ve kar��la�t�rma kolayl�� sa�lamak maksad�yla önceki çal��mada kullan�lan notasyon kullan�lacakt�r. Muharebe sahas� üç çe�it dü�ümün (STN’/MTN’lar�n�n muhtemel yerleri ve birliklerin bilinen yerleri) bulundu�u bir a� olarak kabul edilmi�tir. MM�S yönlü (directed) ve ba�l� (connected) bir a�d�r ve G=(N,E) �eklinde temsil edilmektedir. N dü�ümleri ve E dü�ümler aras�ndaki ayr�tlar� temsil etmektedir. N ayr��k üç adet altkümeden olu�maktad�r. NF muhtemel STN’s�, NM muhtemel MTN’s� ve NC ise birliklerin bilinen yerlerini göstermektedir. Ayr�ca NFM=NF U NM ve NMC=NM U NC.

E iki ayr� ayr�t çe�idinden olu�maktad�r. E1, STN’lar� ve MTN’lar� aras�ndaki üzerinde ticari araçlar�n gidebilece�i çift yönlü karayollar�d�r. E2 ise MTN’lar�


357

ve birlikler aras�ndaki üzerinde mühimmat araçlar�n�n gidebilece�i arazideki yollard�r. V iki alt kümeden olu�an araç setidir. VF ticari araç alt kümesi ve VM mühimmat arac� alt kümesidir. P mühimmat çe�idi setidir. tij dü�üm i ve j aras�ndaki ula��m zaman�d�r.

MM�S tasar�m modeli olu�turulurken kullan�lan ayr�t tabanl� modelleme yakla��m�nda ürün ve araç ak��lar� ayr�tlar�n üzerindedir. Negatif olmayan karar de�i�keni fijvp, araç v ile ayr�t (ij) üzerinde ta��nan mühimmat p’nin miktar�n� temsil etmektedir. �kili karar de�i�keni olan xijv, e�er araç v ayr�t (ij) üzerinde giderse xijv=1 ve gitmezse xijv=0`d�r. Bu karar de�i�kenlerinin grafiksel gösterimi �ekil 1`dedir. Söz konusu yakla��mla MM�S tasar�m problemi önceki çal��mada 4 indisli olarak modellenmi�tir.

Bu çal��mada MM�S tasar�m problemi dü�üm tabanl� ürün ak�� yakla��m� ile modellenmi�tir. Bu yakla��mda da araç ak��lar�n�n ayr�tlar üzerinde oldu�u kabul edilmektedir. Ancak ürün ak�� ayr�tlar yerine dü�ümler üzerinde olmaktad�r. Bunu gerçekle�tirmek için ayr�t (ij) üzerindeki ürün ak�� ikiye bölünmektedir. Birinci bölüm dü�üm i’den v arac� ile ç�k�� yapan ürün miktar�d�r ve fivp

olarak temsil edilmektedir. �kinci bölüm ise dü�üm j`ye v arac� ile gelen miktard�r ve fjvp olarak gösterilmektedir. Di�er bir ifade ile fivp

i dü�ümü taraf�ndan v arac� ile gönderilen p mühimmat miktar�n�, fjvp ise j dü�ümü taraf�ndan v arac� ile al�nan p mühimmat miktar�n� temsil etmektedir. Bu karar de�i�kenlerinin grafiksel gösterimi �ekil 2`dedir.

i jxijv

Ayr�t üzerindeki araç ak��

i jfijvp

Ayr�t üzerindeki ürün ak��

�ekil 1 Ayr�t tabanl� yakla��ma göre a� üzerinde araç ve ürün ak��

i jxijv

Ayr�t üzerindeki araç ak��

Dü�üm üzerindeki ürün ak��

i jfivp fjvp

�ekil 2 Dü�üm tabanl� yakla��ma göre a� üzerinde araç ve ürün ak��


358

3. MM�S TASARIM MODEL� 3.1. Mühimmat Ak�� Dengesi K�s�tlar� Problemi yeni yakla��ma göre modellerken 4 adet negatif olmayan ürün ak�� karar de�i�keni kullan�lm��t�r ve bu de�i�kenler �ekil 3`de grafiksel olarak gösterilmi�tir. stnoutivp, i STN`s�ndan v ticari arac� ile gönderilen p mühimmat� miktar�n�; mtninivp, i MTN`s�na v ticari arac� ile getirilen p mühimmat� miktar�n�; mtnoutivp, i MTN`s�ndan v mühimmat arac� ile gönderilen p mühimmat� miktar�n�; birinivp, i birli�ine v mühimmat arac� ile getirilen p mühimmat� miktar�n� temsil etmektedir.

stnoutivp mtnoutivpmtninivp birinjvpMTN STN B�R

�ekil 3 MM�S tasar�m modelinde dü�üm üzerindeki ürün ak��

K�s�tlar (1) birliklerin her tür mühimmat ihtiyac�n�n mühimmat araçlar� taraf�ndan kar��lanmas�n� sa�lamaktad�r. K�s�tlar (2) her bir ticari (mühimmat) arac�n bir STN`s�ndan (MTN`s�ndan) ald�� tüm yükü MTN`lar�na (birliklere) b�rakmas�n� sa�lamaktad�r. K�s�tlar (3) bir MTN`s�na ticari araçlarla getirilen bir mühimmat türünün toplam miktar�n�n, ayn� mühimmat türünün yine ayn� MTN`s�ndan mühimmat araçlar� ile götürülen toplam miktar�na e�it olmas�n� sa�lamaktad�r.

PpNiQbirin CipVv

ivpM

BBC�/B

, (1)

PpVvmtninstnout FNi

ivpNi

ivpMF

BBC� //BB

, (2a)

PpVvbirinmtnout MNi

ivpNi

ivpCM

BBC� //BB

, (2b)

PpNimtnoutmtnin MVv

ivpVv

ivpMF

BBC� //BB

, (3)

3.2. Araç Ak�� Dengesi K�s�tlar� Modelde ikili karar de�i�keni olan xijv kullan�lm��t�r. E�er araç v dü�üm i’den j’ye giderse xijv=1 ve gitmezse xijv=0. K�s�tlar (3), araçlar�n birden fazla transfer noktas�nda bulunamayaca��n� belirtmektedir. K�s�tlar (5), araçlar�n güzergâhlar� sonunda ilk ç�k�� yapt�klar� transfer noktas�na dönmelerini


359

sa�lamaktad�r. K�s�tlar (6), her bir arac�n giri� yapt�� dü�ümden ç�k�� yapmas�n� sa�lamaktad�r.

FNi Nj

ijv VvxF M

BC%/ /B B

1 (4a)

MNi Nj

ijv VvxM C

BC%/ /B B

1 (4b)

FFNj

ijvNj

jiv VvNixxMM

BBC� //BB

, (5a)

MMNj

ijvNj

jiv VvNixxCC

BBC� //BB

, (5b)

FMijvjiv VvNixxMNj

ijFMNj

ij

BBC� //B8

B8

, (6a)

MCijvjiv VvNixxCNj

ijMCNj

ij

BBC� //B8

B8

, (6b)

3.3. Kapasite K�s�tlar� Modelde ikili karar de�i�keni olan yi kullan�lm��t�r. E�er transfer noktas� i kullan�l�yorsa yi=1 ve kullan�lm�yorsa yi=0. K�s�tlar (7), transfer noktalar�n�n kapasitelerinden fazla mühimmat göndermelerini engellemektedir. K�s�tlar (8), araç kapasitelerine uyulmas�n� sa�lamakta ve kullan�lmayan araçlar�n mühimmat ta��malar�na engel olmaktad�r. K�s�tlar (9), toplam araç kapasitelerine uyulmas�n� sa�lamaktad�r.

PpNiyCDstnout FiipVv

ivpF

BBC'%/B

, (7a)

PpNiyCDmtnout MiipVv

ivpM

BBC'%/B

, (7b)

PpVvxCVmtnin FNi Nj

ijvvpNi

ivpF MM

BBC'% / //B BB

, (8a)

PpVvxCVbirin MNi Nj

ijvvpNi

ivpM CC

BBC'% / //B BB

, (8b)

FNi Nj

ijvvpPp Ni

ivp VvxCTstnoutF MF

BC'% / ///B BB B

(9a)

MNi Nj

ijvvpPp Ni

ivp VvxCTmtnoutM CM

BC'% / // /B BB B

(9b)


360

3.4. �li�ki K�s�tlar� Modelde ikili karar de�i�keni olan kivp kullan�lm��t�r. Matematiksel olarak; kivp=1 e�er 0)ivpmtnin PpVvNi FM BBBC ,, de�ilse kivp=0; kivp=1 e�er

0)ivpmtnout PpVvNi MM BBBC ,, de�ilse kivp=0; kivp=1 e�er 0)ivpbirin

PpVvNi MC BBBC ,, de�ilse kivp=0. K�s�tlar (10), e�er bir dü�ümden (dü�üme) herhangi bir araç ile herhangi bir mühimmat ç�km��sa (girmi�se), o arac�n o dü�ümden (dü�üme) ç�kmas�n� (girmesini) sa�lamaktad�r. K�s�tlar (11), e�er bir dü�ümden (dü�üme) herhangi bir araç ile herhangi bir mühimmat ç�kmam��sa (girmemi�se), o arac�n o dü�ümden (dü�üme) ç�kmamas�n� (girmemesini) sa�lamaktad�r. K�s�tlar (12) ve (13), karar de�i�kenleri k ve mtnin, mtnout, birin aras�ndaki do�ru ili�kileri sa�lamaktad�r.

PpVvNixCVstnout FFNj

ijvvpivpM

BBBC'% /B

,, (10a)

PpVvNixCVmtnin FM

ijNj

jivvpivpFM

BBBC'% /8B

,, (10b)

PpVvNixCVmtnout MMNj

ijvvpivpC

BBBC'% /B

,, (10c)

PpVvNixCVbirin MC

ijNj

jivvpivpMC

BBBC'% /8B

,, (10d)

FFPp

ivpNj

ijv VvNistnoutxM

BBC% //BB

, (11a)

MMPp

ivpNj

ijv VvNimtnoutxC

BBC% //BB

, (11b)

FMPp

ivp

ijNj

jiv VvNimtninxFM

BBC% //B

8B

, (11c)

MCPp

ivp

ijNj

jiv VvNibirinxMC

BBC% //B

8B

, (11d)

PpVvNimtnink FMivpivp BBBC% ,, (12a)

PpVvNimtnoutk MMivpivp BBBC% ,, (12b)

PpVvNibirink MCivpivp BBBC% ,, (12c)

PpVvNikCVmtnin FMivpvpivp BBBC'% ,, (13a)


361

PpVvNikCVmtnout MMivpvpivp BBBC'% ,, (13b)

PpVvNikCVbirin MCivpvpivp BBBC'% ,, (13c)

3.5. Zamanla �li�kili K�s�tlar Modelde negatif olmayan karar de�i�keni olan ve mühimmat p’nin i dü�ümüne var�� zaman�n� temsil eden tip ve araç v`nin i dü�ümüne var�� zaman�n� temsil eden ttiv kullan�lm��t�r. K�s�tlar (14) ve (15), tüm mühimmat çe�itlerinin birliklerin zaman s�n�rlamalar�na uymalar�n� sa�lamaktad�r. K�s�tlar (16), araçlar�n dü�ümlere var�� zaman�n� hesaplamaktad�r. K�s�tlar (17), bir MTN`s�ndan herhangi bir mühimmat türü götüren bir arac�n, o MTN`s�na ayn� mühimmat türünün en son gelenini beklemeden ayr�lmas�na izin vermemektedir. K�s�tlar (18), mühimmat�n ve araçlar�n bir dü�üme geli� zamanlar� aras�ndaki do�ru ili�kileri ortaya koymaktad�r.

PpNiTEt Cipip BBC1 , (14)

PpNiTLt Cpiip BBC% , (15)

� �1 , , ; , , ,

, , ; , , ,iv ij ijv p ijv jv F M F M F

M C M C M

tt T x TM x tt i N j N v V i j N i j v V

i N j N v V i j N i j v V

� ' � � % C B B B C B 8 B

C B B B C B 8 B (16)

� � PpVvNittkTMt MMivivppip BBBC%�'� ,,1 (17)

� � PpVvNiPpVvNitkTMtt MCFMipivppiv BBBCBBBC%�'� ,,;,,1 (18)

3.6. Amaç Fonksiyonu

Amaç fonksiyonu üç de�i�ik maliyet biriminden olu�maktad�r. (19) araçlar�n toplam sürü� maliyeti, (20) araçlar�n toplam tedarik maliyeti ve (21) transfer noktalar�n�n tesis maliyetidir.

��

�''///

B B BNi Nj Vvijvpijv TDCxmin (19)

/ / // / /B B BB B B

'�'�M C MF M F Ni Nj Vv

vijvNi Nj Vv

vijv VCxVCx (20)

��

�'� /

B FMNiii FCy (21)


362

4. KAR�ILA�TIRMA Bu bölümde ayr�t ve dü�üm tabanl� ürün yakla��m�na göre geli�tirilen modellerin toplam karar de�i�keni say�lar� kar��la�t�r�lm��t�r. 4 indise sahip olan ayr�t tabanl� modelin karar de�i�kenlerinin say�lar� a�a��da gösterilmi�tir.

FMiijpijv

ivipijvp

NyPNNwVNNx

VNttPNtPVNNf

�''�''�

'�'�'''�

,,

,,,

Bu modelin toplam de�i�ken say�s�n�n “4ISay�“olarak ifade edildi�ini kabul edersek,

� � � �PPVNNNPVNVN

NNPNVNVNPNPVNISay�

MF

MF

�''��'�'�

��'�'�'�'�''�22

2224

3 indise sahip olan dü�üm tabanl� modelin karar de�i�kenlerinin say�lar� a�a��da gösterilmi�tir.

, , ,ivp F F ivp M F ivp M Mstnout N V P mtnin N V P mtnout N V P� ' ' � ' ' � ' '

, , ,ivp C M ip ivbirin N V P t N P tt N V� ' ' � ' � '

, ,ijv i FM ivp M C Mx N N V y N k N V P N V P� ' ' � � ' ' � ' '

Bu modelin toplam de�i�ken say�s�n�n “3ISay�“ olarak ifade edildi�ini kabul edersek,

� �� PVNPVNPVN

NNPVNVN

NNPVNPVNVNVN

PNPVNPVNPVNPVNISay�

MCMFF

MF

MFMCM

MCMMFMFF

'''�'''��'�

��'�'�

��''�''�'�'�

'�''�''�''�''�

22

3

2

2

Her iki toplamdan ortak terimler ç�kar�ld��nda,

� �PPVNISay� �''� 24

� � � � � ��

� �PVN

PVNNN

PVNPVNPVNISay�

CMF

MCMFF

'''�

'''��%

'''�'''��'�

2

2

223

Her iki say�da |N| ile bölündü�ünde (dikkat edilmelidir ki her zaman |N|>0), � �PPVNISay� �''�4

PVISay� ''% 23


363

Aç�kça görülmektedir ki 21N için her zaman a�a��daki ili�ki do�rudur.

� � ISay�PPVNPVISay� 423 ��''%''%

Yukar�daki ili�ki dü�üm tabanl� ürün ak��na göre geli�tirilen modelin ayr�t tabanl� modelden daha az karar de�i�kenine sahip oldu�unu kan�tlamaktad�r.

5. ÖZET VE SONUÇLAR Çal��mada, öncelikle dü�üm tabanl� ürün ak�� yakla��m� aç�klanm��t�r. Okuyucunun yeni yakla��m� daha kolay anlamas�n� sa�lamak ve literatürde ço�unlukla kullan�lan ayr�t tabanl� ürün ak�� yakla��m� ile somut bir kar��la�t�rma yapabilmek maksad�yla, daha önce yay�mlanan ve ayr�t tabanl� ürün ak��na göre geli�tirilen MM�S tasar�m modeli yeni yakla��mla tekrar modellenmi�tir. Daha önce 4 indise sahip olan model, yeni yakla��mla 3 indisli olarak modellenebilmi�tir. Son olarak 3 indisli modelin 4 indisli modelden daha az karar de�i�kenine sahip oldu�u kan�tlanm��t�r. Çal��mada aç�klanan dü�üm tabanl� ürün ak�� modelleme yakla��m�n�n ba�ka alanlarda da faydal� olarak kullan�labilece�i dü�ünülmektedir.

7. KAYNAKÇA [1] H. Toyo�lu, O.E. Kara�an, B.Y. Kara, “Muharebede Mühimmat Da��t�m

Sisteminin Modellenmesi ve Optimizasyonu”, �kinci Ulusal Savunma Uygulamalar� Modelleme ve Simülasyon (USMOS) Konferans� Bildiri Kitab�, 306-315, (2007).


364


365

HAVA KUVVETLER� �Ç�N ÇOK KADEMEL� TEDAR�K S�STEM� �NCELEMES�

Bahtiyar EREN (a), Serpil EROL (b)

(a) Hava Kuvvetleri Komutanl��, Lojistik B�k.l��, 06100, Ankara, [email protected]

(b) Prof. Dr. Gazi Üniversitesi, Endüstri Müh. Böl., 06100, Ankara, [email protected]

ÖZET Hv.K.K.l�� halen METRIC [1] (Tamirlik Malzemelerin Çok Kademeli Yap�larda Kontrolü Tekni�i) metodolojisi esas�na dayanan sadece ortalamalar� esas alan malzeme bazl� olarak �htiyaçlar Da��t�m Sistemi (�DS) ile ihtiyaçlar�n� hesaplamaktad�r. Bu makalede; gerçek veri seti ve de�erleri malzeme numaralar� de�i�tirilerek kullan�lm�� ve bir sonuç üretilmi�tir. Ayn� veri seti ve de�erleri bu kez sistem bazl� olarak çal��an ortalama ve varyans� da dikkate alan VARI-METRIC (Geli�tirilmi� METRIC) metodolojisini kullanan VMETRIC yaz�l�m�nda çal��t�r�lm�� ve bir sonuç elde edilmi�tir. Her iki metodolojinin üretti�i sonuçlar kar��la�t�r�lm�� ve sistem bazl� ihtiyaç hesaplamas�n�n kazan�mlar� ortaya konulmu�tur.

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. G�R�� Günümüzde silahl� kuvvetlerinin idame-i�letmeye ay�rd�klar� bütçesinin önemli bir k�sm�n� tamirlik malzemelere ay�rd�� dü�ünüldü�ünde tamirlik malzemelerin ayr� bir metodoloji ile ihtiyaçlar�n�n incelenmesi gere�i ortaya ç�kmaktad�r. Ba�ta ABD olmak üzere birçok di�er ülke silahl� kuvvetlerinin


366

tamirlik malzeme ihtiyaçlar� METRIC veya METRIC esaslar�ndan türetilmi� olan VARI-METRIC gibi daha etkin algoritmalar kullan�larak hesaplanmaktad�r. Bu çal��mada; Hv.K.K.l��n�n ihtiyaç hesaplamas�nda kullan�lan METRIC bazl� algoritmas� ile VARI-METRIC algoritmas� örnek bir veri seti kullan�larak kar��la�t�r�lm��, Hv.K.K.l��n�n ihtiyaç hesaplamas�nda VARI-METRIC algoritmas�na geçti�i durumlarda ne gibi kazan�mlar� olaca�� hususu ortaya konulmaya çal��lm��t�r.

2. HV.K.K.LI�I �HT�YAÇ HESAPLAMASI METODOLOJ�S� Hv.K.K.l�� ihtiyaçlar�n� hesaplamak için �htiyaçlar ve Da��t�m Sistemi (�DS), tamirlik malzemeler için geli�tirilmi� olan METRIC metodolojisini [1] esas alm��t�r. �DS, halen tamirlik malzemelere ilave olarak merkezi olarak yönetilen sarf ve teçhizat tipi malzemlerin hesaplanmas�nda da kullan�lmaktad�r.

�DS, Nato Stok numara esasl� çal��makta olup, ihtiyaç hesaplamalar�n� temelde malzemenin sarf olup olmamas�, tamir edilip edilmemesi ile kal edilebilmesi hususunu gösteren kod (ERRC) ile tedarik tavsiye kodu (AAC)’nu esas alarak hesaplamalar�n� yapmaktad�r. Ancak; bu çal��mada tamirlik malzemeler incelenmi� olup, sarf ve teçhizat tipi malzemelerin ihtiyaç hesaplamalar� bu çal��ma kapsam�nda de�erlendirilmemi�tir.

�DS, tamirlik malzemelerin hesaplanmas�nda söküm-tak�m say�lar�, sökülüp tamir edilen veya edilemeyip envanterden ç�kar�lan (kal edilen) say�lar�, birli�in elindeki faal ve gayri faal mevcut vb. dikkate alarak merkezi ve birlik seviyesinde olu�an kullan�m oranlar� ve seviyeleri hesaplamaktad�r.

Çizelge-1’de, bir sistem ait 4 ana tamirlik ünite (LRU) ve bu ana tamirlik üniteye ba�l� 4 alt tamirlik ünite (SRU)’lere ait bilgi sunulmu�tur. Bu kapsamda; örne�in LRU-1, Sistem-1 ile birlikte toplam 4 farkl� sistemde kullan�lmakta ve toplam 14 birlik için seviyesi hesaplanmaktad�r. Benzer �ekilde; SRU-2.1; 7 farkl� alt sistemde kullan�lmakta ve toplam 10 birlik için seviyesi hesaplanmaktad�r.

Çizelge 1. Malzemelerin Hiyerar�i Bilgisi ve Kullan�ld�klar� Sistemler [2]

S�ra No Malzeme Ad� Hiyerar�i Sistem

Say�s� Alt-Sistem

Say�s� Birlik

Say�s�

1 Sistem 1 Birinci düzey 1.1 LRU-1 (1019) �kinci düzey 4 14 1.1.1. SRU-1.1 (4298) Üçüncü düzey 2 9 1.2. LRU-2 (3525) �kinci düzey 3 14 1.3. LRU-3 (6380) �kinci düzey 8 15 1.3.1. SRU-3.1 (4756) Üçüncü düzey 1 1 6 1.4. LRU-4 (3662) �kinci düzey 1 9 1.4.1. SRU-4.1 (0548) Üçüncü düzey 1 7

DDR = Kullan�m Miktar� / Kullan�lan Gün Say�s� (1)


367

DDR; Günlük Sarf Oran� olup, kullan�m miktar�n�n kullan�lan gün say�s�na oran�na e�ittir. Tamirlik malzemelerde kullan�m miktar�; söküm/tak�m miktar� oldu�u, kullan�lan gün say�s� ise o malzemenin kaç günden beri �DS’de kullan�m�n�n takip edildi�i gün say�s�d�r. �DS, en çok 12 dönemlik (bir dönem 3 ay, 91 gün olarak toplam 1092 gün) geçmi� i�lemi 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 Oran�n�n (NRTS Rate) çarp�m�na e�ittir.

IRCL = IRCT x DDR (3)

IRCL; Birlik Tamir Devri Seviyesi olup, Birlik Tamir Devri Zaman� ile Günlük Sarf Oran� (DDR)’n�n çarp�m�na e�ittir.

SLh = OSL + IRCL (4)

SLh; Hesaplanan Emniyet Seviyesi olup, �stek Gönderme Seviyesi ile Birlik Tamir Devri Seviyesinin toplam�na e�ittir. Emniyet Sto�u Seviyesi; �DS’de %0, %80, %85, %90 ve %95 güvenilirlik derecesinde hesaplanmaktad�r.

Çizelge 2. Güvenilirlik Derecesine Göre Beklenilen Ar�za Miktarlar� [3]

Beklenen Ar�za Miktar� (� ) %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 gere�i Poisson Da��l�m� kullan�lmaktad�r. Söz konusu da��l�ma kar��l�k gelen güvenilirlik derecesinde; beklenen ortalama ar�za miktar� elde edilir. Beklenen ar�za miktar� ile emniyet sto�u hesaplamas�ndan elde edilen sonucun fark� kadar emniyet sto�u elde edilir.

SL = � ’ya kar��l�k gelen ar�za say�s� - SLh (5)

%85 güvenilirlik derecesinde (4) formülü kullan�larak SLh ‘�n üç olarak hesapland��n� farz edelim. Bu durumda; an�lan güvenilirlik derecesinde emniyet seviyesi Çizelge 2’ye göre be�’e denk gelmektedir. Formul (5) uyguland��nda sonuç (6)’da verilmi�tir.

SL = 5 – 3 = 2 (6)


368

Ancak; emniyet sto�u hesaplamas�nda e�er sonuç 20 ve yukar�s� ise Poisson da��l�m�n�n Normal da��l�ma yakla�t�� kabul edilmi� olup, emniyet sto�u hesaplamas�nda Z-de�eri kullan�lmaktad�r.

Çizelge 3. Normal Da��l�ma Göre Z De�erleri [3]

%80 %85 %90 %95

0,84162 1,03643 1,28155 1,64485

%85 güvenilirlik derecesinde (4) formülü kullan�larak SLh ‘�n yirmi üç (23) olarak hesapland��n� farz edelim.

SL = z hSL (7)

SL = �� 2303643,1hSLz 4,97 5 (8)

Bu durumda; an�lan güvenilirlik derecesinde emniyet seviyesi (7) kullan�larak be� bulunacakt�r. Birlik Destek Seviyesi = OSL + IRCL + SL (9)

ROL = Birlik Destek Seviyesi – 1 (10) ROL; Yeniden �stek Seviyesi olup, tamirlik malzemelerde kullan�lan genel politika gere�i Birlik Destek Seviyesinin bir eksi�idir.

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 sunulmu�tur.

TNRTSR = NRTS Miktar� / Kullan�lan Gün Say�s� (11)

TNRTSR; Toplam Birlikte Tamir Edilemez (NRTS) oran� olup, toplam NRTS miktar�n�n kullan�lan gün say�s�na bölümünden olu�maktad�r.

CRCL = CRCT x TNRTSR (12)

CRCL; Merkezi Tamir Devri Seviyesi olup, Merkezi Tamir Devri Zaman� ile Toplam Toplam Birlikte Tamir Edilemez Oran� (TNRTSR)’n�n çarp�m�na e�ittir.

PLTQ = PLT x TNRTSR x CCP (13)

PLTQ; Tedarik Temin Süresi Miktar� olup, Tedarik Temin Süresi (PLT), TNRTSR ve Merkezi Kal Yüzdesi (CCP)’nin çarp�m�ndan olu�maktad�r.

CSLh = PLTQ + CRCL (14)

CSLh; Hesaplanan Merkezi Emniyet Seviyesi olup, tedarik temin süresi miktar� ile merkezi tamir devri seviyelerinin toplam�ndan olu�maktad�r. Birlik seviyesinde oldu�u gibi (7) CSLh sonucu 20 ve daha dü�ük ise Poisson da��l�m�, büyük ise Normal da��l�m yakla��m� kullan�lacak olup, merkezi emniyet seviyesi formülü a�a��da sunulmu�tur.


369

CSL = (15)

�DS’de dönemlik net ihtiyaçlar; herbir dönem için geçerli olan brüt ihtiyaçlardan eldeki mevcutlar�n ç�kar�lmas� 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� sonuçlar�na göre tedarik edilecek ve/veya tamir ettirilecek malzeme say�s�n�n belirlenmesinde tedarik temin süresi dikkate al�narak net ihtiyaçlara bak�l�r. E�er net ihtiyaç miktar� eksi (-) de�er ise tedarik/tamir i�lemleri için planlamaya ba�lan�r.

Çizelge 4. Örnek Veri Setinin PLT, CRCT, ROP, CD(%) ve DDR de�erleri [2]

S�ra No Malzeme Ad� PLT CR

CTO

ST

C.D.

(%)

Tamir Yeri DDR

(Ort.)

1 Sistem-1 1.1 LRU-1 (1019)

450 90 30

95

H�BM

0,1552 1.1.1. SRU-1.1 (4298) 90 0,0159 1.2. LRU-2 (3525) 95 0,0954 1.2.1. SRU-2.1 (5727) 90 0,0370 1.3. LRU-3 (6380) 95 0,1575 1.3.1. SRU-3.1 (4756) 95 0,0082 1.4. LRU-4 (3662) 90 Ticari

(Yurtiçi) Ticari

0,1173 1.4.1. SRU-4.1 (0548) 95 0,0009

Çal��mada kullan�lan 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 Bak�m Merkezi, kullan�m süresi olan 1092 gün (12 dönem) boyunca günde ortalama (DDR) 0,1552 söküm-tak�m oran�na sahip oldu�u görülmektedir. Malzemelerin tedarik fiyatlar� çizelgede gösterilmemi�tir.

Bu veri seti �DS’ye girdi olmu� ve sonuçlar Çizelge-5’te sunulmu�tur. Bu kapsamda; 1019 numaral� malzeme için �DS; Merkezi Tamir Devri Seviyesini (CRCL) 14, Merkezi Emniyet Seviyesini (CSL) 7, malzemenin kullan�m� oldu�u birliklerdeki seviye toplam� 16 olmak üzere toplam seviye hesaplamas�n� 37 bulmu�tur. Eldeki mevcudun hesaplanan seviyeyinin üzerinde oldu�unu dikkate alarak tedarik önerisi üretmemi�tir. Dönem (91 gün) ba��na


370

gerçekle�en söküm-tak�m say�s� 14 olup, dönemlik tamir ihtiyac� planlamas�n� 15 olarak bulmu�tur. Geçmi� kullan�m oran�, hesaplanan seviye ve tedarik temin süresini dikkate alarak 6380 malzemesi için 2 adetlik tedarik önerisi, 3662 malzemesi için ise elden ç�karma önerisinde bulunmu�tur. Çizelge 5. Planlanan Tamir �htiyac�na ve Gerçekle�en Ar�zalar�n Kar��la�t�rmas� [2]

S�ra No

Mlz.

No. CR

CL

CS

L

Topl

am

Sev

iye

Eld

e M

evcu

t

Tam

ir #

(Pla

n)

Ar�z

a #

(Ger

çek)

Ö

neril

en

Teda

rik #

E

lden

Ç

�kar

ma

#

1.1 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 34

1.4.1. 0548 - - - 14 - - - 14

Çizelge-5’te sunulan �DS sonuçlar� incelendi�inde; geçmi� dönemlerde gerçekle�en ortalama ar�za miktar� ile gelecek dönemde olmas� beklenen tamir ihtiyac� miktar�n�n genelde e�it oldu�u, merkezi tamir devri seviyesinin genelde planlanan tamir ihtiyac� miktar�n� kar��layacak �ekilde kuruldu�u, �DS taraf�ndan üretilen seviyelerin gerçekle�en ar�za say�s�n�n üzerinde oldu�u, eldeki mevcutlar�n hesaplanan seviyelere uygun olarak tedarik edildi�i, planlanan tamir ihtiyac�n�n üzerinde çevrim yede�i tutuldu�u görülmektedir.

3. VARI-METRIC METEDOLOJ�S�N�N �DS �LE KAR�ILA�TIRILMASI Vari-metric [4] ihtiyaç hesaplamas�n� sistemin bütününü dikkate alarak konfigürasyon yap�s� içinde yaparken �DS malzeme bazl� ihtiyaç hesaplamas�n� yapmaktad�r. VMetric genelde savunma sisteminin istenilen faaliyet yüzdesini ne kadarl�k bütçe (kaynak) ile kar��layaca��n� veya istenilen faaliyet yüzdesini sa�lamak için gerekli olan bütçeyi hesaplamak için kullan�lmaktad�r. Ayr�ca VMetric; malzeme istenildi�inde elde bulundurulmas�n� (güvenilirlik derecesi) dikkate alarakta çal��t�r�lmaktad�r. Buna kar��l�k �DS; sadece istenilen güvenilirlik derecesinde malzemenin depoda bulunmas�na yönelik hesaplama yapt��ndan dolay�; bu çal��mada VMetric elde bulundurma oran� dikkate al�narak çal��t�r�lm��t�r. Vari-Metric metodolojisi; ar�za say�lar�n�n hesaplanmas�nda Metric metodolojisinde kullan�lan Poisson da��l�m� yerine Negatif Binomial da��l�m�n� kullanmakta,


371

böylece metric metodolojisinde kullan�lan ortalama de�ere ilave olarak varyans parametresine de hesaplamalara dahil etmektedir. Vari-metric metodolojisi; �DS metodolojisinden farkl� olarak; haftal�k planlanan uçu� saatlerini, geçmi� bir milyon saatte gerçekle�mi� ar�za miktar�n�, konfigürasyon yap�s�n�, malzemelerin birim fiyat�n�, malzemelerin ar�za miktarlar�n�n varyans-ortalama de�erini de hesaplamalara dahil etmektedir.

Çizelge-4’te sunulan örnek veri seti y�ll�k uçu� saati ve sistem-1’in birlik konu� yeri de dikkate al�narak %95 malzemeyi kar��lama oran�nda (Güvenilirlik Derecesi %95) tedarik fiyatlar� dikkate al�narak VMetric XL yaz�l�m�nda ko�turulmu� ve elde edilen sonuçlar Çizelge-6’da; sunulmu�tur.

4. ÖRNEK VER� SET� �LE METEDOLOJ�LER�N KAR�ILA�TIRILMASI Çizelge 6. �DS ile VARI-METRIC Sonuçlar�n�n Kar��la�t�r�lmas� [5]

S�ra No

Mlz. No �DS V-METRIC

Topl

am

Sev

iye

Tam

ir #

(Pla

n)

Ar�z

a #

(Ger

çek)

Sev

iye

Tam

ir #

(Pla

n)

1.1 1019 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 - - - - -

Çizelge-6’da 1019 malzemesi için �DS; dönem ba��na 14 ar�za gerçekle�ti�ini dikkate alarak gelecek dönemde 15 malzemenin tamiri için planlama yapm�� ve elde bulundurulmas� gereken miktar� 37 olarak belirlemi�tir. Buna kar��l�k VMetric yaz�l�m� elde bulundurulmas� gereken miktar� 37 olarak belirlemi� ve 10 tane tamir miktar� için planlama yapm��t�r. 4298 malzemesi için �DS gerçekle�en 2 ar�za için 5 seviye tutmay� önerirken VMetric yaz�l�m� planlad�� 1 ar�za için 3 seviye tutmay� önermi�tir. VMetric yaz�l�m� planlanan tamir ihtiyaçlar�n� genelde �DS’nin belirledi�i planlama ihtiyaçlar�n�na gore daha dü�ük miktarda belirlemi� olmas�na ra�men önerdi�i elde bulundurulmas� gereken miktar ile gerçekle�en ar�zalar� kar��layabilece�ini göstermi�tir.

Çizelge-7’de ayn� girdi verileri kullan�larak olu�turulan �DS ve VMetric sonuçlar� kar��la�t�r�lm��t�r. Gerçekle�en ar�za miktarlar� ile hesaplanan toplam seviye kar��la�t�r�ld��nda VMetric, �DS’ye gore e�it yada daha az miktarda elde bulundurulmas�n� (seviye) önermi�tir.


372

Çizelge 7. �DS ile VARI-METRIC Sonuçlar�n�n Kar��la�t�r�lmas� [5]

�DS VMetric Seviye Ar�za # (G) Seviye Tamir # (Pl.) Seviye Fark� 1019 37 14 37 10 0 4298 5 2 3 1 2 3525 26 9 16 3 10 6380 38 14 21 5 17 4756 4 1 1 1 3 3662 30 11 30 11 0 0548 - - - - -

5. SONUÇ Hv.K.K.l�� DS metodolojisini bugüne kadar ba�ar�yla kullanm�� ve savunma sistemlerinin faaliyetini hedeflenen standarda uygun olarak sa�lam��t�r. Bu çal��mada incelenen 8 kalem malzeme verileri dikkate al�nd��nda IDS; merkezi ve birlik seviyelerinin genelde gerçekle�en ar�za miktar� üzerinde kurulmas�n� önermi�tir.

ABD’nin halen uygulad�� VARI-METRIC metodolojisini esas alan yaz�l�m�n�n Hv.K.K.l��nda uygulan�p uygulanmamas�na yönelik olarak yap�lan incelemede VMetric kullan�lmas� durumunda seviyelerin daha dü�ük düzeyde hesaplanaca��, hesaplanan seviyelerin gerçekle�en ar�za miktarlar�n� kar��layaca��, ayn� faaliyet yüzdesi sa�lanaca�� ve daha az sipari� verme maliyetine katlan�laca�� sonucuna ula��lm��t�r.

Bu çal��mada kullan�lan 8 kalemden olu�an veri setinden elde edilen sonucun Hv.K.K.l��nda hayata geçirilmesi için veri setinin Sistem-1’e ait tüm tamirlik malzemeleri içerek �ekilde geni�letilmesinin ve VMetric yaz�l�ma özgü parametrelerin toplanarak tekrar çal��t�r�lmas�n�n daha uygun olaca�� de�erlendirilmektedir.

KAYNAKÇA [1]Sherbrooke C.C. (1968), “Metric: A Multi-Echelon Technique For Recoverable Item Control”, Operations Research, 16, 761-773. [2]Hv.K.K.l�� htiyaçlar ve Da��t�m Sistemi yaz�l�m�. [3]E.ÇEL�K, (2002), “Ikmal Astsubay Aday Temel E�itimi Malzeme Yönetimi”, Hv.�km.�d.Ok.K.l��, 4, 113. [4]Sherbrooke C.C. (1985), “Vari-Metric: Improved Approximations for Multi-Indentur, Multi-Echelon Availability Models”, Operations Research, 34,2,311-319. [5]Sherbrooke C.C. (1985). “VMetric-XL yaz�l�m�”


373

SAVUNMA HAREKATINDA M�N�MUM S�LAH SAYILARININ BEL�RLENMES�NDE HEDEF VE TAMSAYILI PROGRAMLAMA

UYGULAMASI

Yavuz GAZ�BEY (a), Cevriye GENCER (b), Hamdi KAYGUSUZ (c)

(a) Kara Harp Okulu, Dekanl�k Sis.Yön.Bil.Böl., 06600, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. Gazi Üniversitesi, Endüstri Mühendisli�i Bölümü, 06570, Ankara, [email protected] (c) Kara Kuvvetleri Komutanl��, Karar Destek �ube, 06100, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, taarruz eden birli�in silah cinsleri ve say�lar� belli oldu�u durumda savunan birli�in muharebeyi kazanmas� için ne kadar silaha ihtiyac� oldu�u belirlenmeye çal��lm��t�r. Gerekli silah say�s�n�n belirlenmesi için do�rusal bir model kurulmu�tur. Kurulan modelde, silah say�s�na karar verilmeye çal��ld��ndan tamsay�l� programlama; silah say�s�na karar verirken birden fazla amaç oldu�undan hedef programlama kullan�lm��t�r. Kurulan model LINDO paket program�yla çözülmü�tür. Elde edilen sonuçlar bir senaryo ba�lam�nda askeri aç�dan yorumlanm��t�r. Anahtar Kelimeler: Tamsay�l� 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. G�R��

Literatürde askeri kaynak planlamas�nda kar��la��labilecek; ihtiyaç miktar� temininin sa�lanmas�, askeri bütçenin en az �ekilde harcanmas� ve toplam etkinli�i art�rmak gibi birbiri ile çeli�en amaçlara sahip olan problemlerin [1] veya benzer �ekilde birden fazla amac� ayn� anda gerçekle�tirilmeye çal��an


374

askeri bütçe planlamas�n�n [2] çok amaçl� do�rusal programlama kullan�larak modellendi�ine rastlanmaktad�r. Di�er taraftan, bir deniz görev grubunun dü�man hava sald�r�s�na kar�� kendi hava savunma etkinli�ini art�rmak için hava savunma silah� görevlendirmesi probleminde tamsay�l� do�rusal programlama modelinin kullan�ld�� görülmektedir [3] . Bu çal��mada, tamsay�l� programlama ve hedef programlama yakla��mlar� askeri bir konuya uygulanm��t�r. Silah say�s�na karar verirken birden fazla amaç oldu�undan hedef programlama kullan�lmas�n�n uygun olaca�� dü�ünülmü�tür. Birbirine dü�man iki birli�in bulundu�u bir muharebe senaryosu olu�turulmu�tur. Amaç, taarruz eden dü�mana kar�� savunma yapan dost birli�in muharebeyi kazanabilmesi için minimum silah say�s�n�n tespitidir [4,5,6].

2. PROBLEM�N TANIMLANMASI 2.1. GENEL HUSUSLAR Bu çal��mada, taarruz eden bir karma piyade bölük kuvvetinde dü�man birli�ine kar�� savunma harekat� icra edecek yakla��k bir karma piyade tak�m kuvvetindeki dost birli�in muharebeyi kazanmak için ne kadar kuvvete ihtiyac� oldu�u belirlenmeye çal��lm��t�r.

Bölük ve tak�m terimleri askeri birlikleri ifade etmek için kullan�lmakta ve bölük personel ve silah bak�m�ndan tak�mdan daha üstün bir kuvveti temsil etmektedir. Muharebe denince akla hareketlilik, manevralar, kar��l�kl� ate�ler, ölümler, yaralanmalar, ba�ar�s�zl�klar ve zaferler gelir. Bu özellikleri ile muharebe dinamik ve karma��k bir yap�ya sahiptir. Uygulamada küçük birlik seviyesinde, taarruz ve savunma harekat�n�n belli kabuller dahilinde icra edildi�i bir muharebe alan� kesiti canland�r�lmaya çal��lm��t�r. Birliklerin muharebe etkinlikleri silahlar�n harekata etkileri nispetinde de�erlendirilmektedir. Birlik ve silah Harekat Etkinli�i (HE) statiktir. Muharebe �artlar�na göre çevresel de�i�kenler ve harekat de�i�kenleri etkilerine maruzdur. Bu de�i�kenler silahlar�n harekat etkinli�ine etki eder ve sonuç olarak dinamik bir de�er olarak kabul edilen kuvvet gücü ve kuvvet potansiyeline ula��l�r. Birlik kuvvet potansiyeli de birlikteki toplam silah kuvvet potansiyeline e�ittir. Kuvvet kar��la�t�r�lmalar�nda kullan�lan de�er kuvvet potansiyelidir. Her bir silah için Çevresel Faktörler (ÇF) ve Harekat Faktörleri (HF) göz önüne al�narak Kuvvet Gücü (KG) ve Kuvvet Potansiyeli (KP) a�a��daki �ekilde hesaplan�r [7]:

KG = HE x ÇF (1)


375

KP = KG x HF (2)

2.2. VARSAYIMLAR

1) Dü�man birlik ile ilgili varsay�mlar : a) Genel durum: Taarruz harekat� için haz�rl�klar�n� sürdürmektedir. b) Çevresel faktörler: Arazi dalgal� yer yer a�açl�kt�r. Hava kuru, kapal� ve

a��r� s�cakt�r. c) Harekat faktörleri: Komutanlar� iyi lider, e�itimleri iyi, moralleri orta,

lojistik destek kabiliyeti kendi ikmal noktalar�ndan uzakla�t�klar� için %51- %70 düzeyinde, mevsim yaz ve �l�man ortamd�r.

d) Silah ve mühimmat durumu: Modelleri ve özellikleri dost birlikten farkl� olmakla birlikte silah cinsleri ve say�lar� Tablo-1’de verilmi�tir. Birli�in mühimmat� yeterlidir.

2) Dost birlik varsay�mlar�: a) Genel durum: Savunma harekat� için haz�rl�klar�n� sürdürmektedir. b) Çevresel faktörler: Dü�man ile ayn� �artlardad�r. c) Harekat faktörleri : Komutanlar� iyi lider, e�itimleri iyi, moralleri dü�ük,

lojistik destek kabiliyeti kendi ikmal noktalar�na yak�n olduklar� için %81- %90 düzeyinde, mevsim �artlar� dü�man birlik ile ayn�d�r.

d) Silah ve mühimmat durumu: Modelleri ve özellikleri dü�man birlikten farkl� olmakla birlikte silah cinsleri ve say�lar� Tablo-1’de verilmi�tir. Birli�in mühimmat� yeterlidir.

3) Her iki taraf için de di�er silahlar�n (top,havan,vb.) ve hava gücünün muharebeyi etkileyemeyece�i kabul edilmi�tir.

4) Muharebe, harekat faktörlerinde yer alan personel ile ilgili özellikler hariç sadece silahlar ile canland�r�lacakt�r.

5) Muharebeye etki eden çevresel faktörler, harekat faktörleri ve silah harekat etkinli�i de�erleri [7]’ den yaralanarak ve baz� mevcut de�erler uygun bir teknikle bozularak kullan�lm��t�r.

6) Her iki birlik de kendi taktik harekat kurallar�n� uygulamaktad�r.

2.3. KISITLARIN VE AMAÇ FONKS�YONUNUN TANIMLANMASI 2.3.1. KISITLARIN TANIMLANMASI

Problemin tan�m�nda belirtilen genel hususlara ve varsay�mlara ilave olarak problemdeki k�s�tlar�n tan�m� ve di�er varsay�mlar a�a��dad�r:

1) Savunan dost birli�in muharebeyi kazanmas� için gerekli iki �art vard�r. Birincisi, dost birlik piyade silahlar�n�n (piyade tüfe�i, piyade tüfe�i (2nci tip), keskin ni�anc� silah� ve makinal� tüfek); ikincisi, tanksavar silahlar�n�n (z�rhl� muharebe arac�, tank, k�sa menzilli tanksavar silah� ve orta menzilli tanksavar silah�) “toplam kuvvet potansiyeli” dü�man birlik ilgili silahlar�n�n toplam kuvvet potansiyelinin en az 1,15 kat� olmas� gerekmektedir (1. grup k�s�t: muharebeyi kazanabilme). Ayr�nt�l� bilgiler Gazibey [8] EK-6’dad�r.

2) Farkl� karar de�i�kenleri ile tan�mlanm�� iki cins piyade tüfe�i kullanan personel vard�r. Birincisi, sadece piyade tüfe�i; di�eri hem piyade tüfe�i (2nci


376

tip) hem de k�sa menzilli tanksavar silah� kullan�r. Dolay�s�yla kullan�c�s� ayn� oldu�u için ikinci tip piyade tüfe�i ile k�sa menzilli tanksavar silah� say�s� e�it olmal�d�r (2. k�s�t: e�itlik).

3) Dü�man birli�in her cins silah�na, o silaha kar�� kullan�labilen (ate� edebilen) dost birlik silahlar� taraf�ndan üstünlük sa�lanmas� gerekmektedir. Dü�man birli�in her cins silah�n�n etkinli�i, ilgili silah�n kuvvet potansiyeliyle silah say�s�n�n çarp�m� ile elde edilen “Silah Toplam Kuvvet Potansiyeli (STKP)” olarak al�nm��t�r (Gazibey [8] EK-6). Dost birlik her cins silah�n�n etkinli�i, ilgili silah�n kuvvet potansiyeliyle kullan�lma olas�l�klar� çarp�m� sonucunda elde edilen “Olas�l�kl� Kuvvet Potansiyeli (OKP)” olarak al�nm��t�r (3. grup k�s�t: üstünlük sa�lama). Ayr�nt�l� bilgiler Gazibey [8] EK-7 ve EK-8’dedir. Dü�man birli�in k�sa menzilli tanksavar silah� bu k�s�t grubunda yer almamaktad�r. Çünkü 2nci tip piyade tüfe�ini kullanan personel ayn� zamanda k�sa menzilli tanksavar silah�n� da kullanmaktad�r. Dolay�s�yla bu personele kar�� üstünlük sa�lanmas� iki silah�n da saf d�� (muharebe d��) kalmas� anlam�na gelmektedir.

4) Muharebede silahlar�n ate� öncelikleri vard�r. Örne�in dost birlik piyade tüfe�i ni�anc�s�n�n, e� zamanda dü�man birli�in piyade tüfe�i ni�anc�s�n�, piyade tüfe�i ni�anc�s�n�(2nci tip), makinal� tüfek ni�anc�s�n� ve keskin ni�anc� silah� ni�anc�s�n� gördü�ü kabul edilsin. Bu dört hedeften keskin ni�anc� silah� ni�anc�s�na menzili d��nda kalaca�� için ate� edemez, di�er üç silah ni�anc�s�na piyade tüfe�i ni�anc�s�, piyade tüfe�i ni�anc�s�(2nci tip) ve makinal� tüfek ni�anc�s� önceli�i ile ate� eder. Dost birlik silah cinslerinin dü�man birlik silah cinslerine kar�� kullan�labilirli�i Gazibey [8] EK-7’de verilmi�tir. Silahlar�n kullan�labilirli�i bilinmekle birlikte hangi olas�l�klarla kullan�labilece�i bilinmemektedir. Yani muharebede dost birlik piyade tüfe�i ni�anc�s� dü�man birlik silah ni�anc�lar�na hangi olas�l�klarla ate� edecektir? Bu sorunun cevab� uzman personelin görü�lerinden yararlanarak belirlenmi�tir. Belirlenen olas�l�k de�erleri Gazibey [8] EK-8’dedir. Ancak bu olas�l�k de�erleri bir varsay�md�r. Dü�man birlik herhangi bir cins silah�na kar�� kullan�labilen dost birlik silah cinslerinin say�lar�yla kullan�lma olas�l�klar�n�n çarp�mlar�n�n toplanmas�yla elde edilen de�er, “toplam kullan�labilirlik de�eri” olarak tan�mlanm��t�r. Dü�man birlik her cins silah� için dost birlik ilgili “toplam kullan�labilirlik de�eri” en az dü�man birlik ilgili silah say�s�n�n yar�s� kadar olmal�d�r (4. grup k�s�t: toplam kullan�labilirlik de�eri). Toplam kullan�labilirlik de�eri k�s�tlar�n�n ayn� zamanda, her cins dü�man silaha üstünlük sa�lamak için öncelikle dost silahlardan ilgili dü�man silaha kar�� kullan�lma olas�l�� yüksek olan silahlar�n tercih edilmesini sa�layaca�� da dü�ünülmektedir.

5) Dost birlik Tablo-1’de verilen minimum silah say�s�n�n alt�na inememekte ve maksimum silah say�lar�n�n üstüne ç�kamamaktad�r (5. ve 6. grup k�s�t: minimum ve maksimum silah say�lar�).

6) Karar de�i�kenleri için pozitif ve tamsay� olma; sapma de�i�kenleri için pozitif olma �art� olacakt�r. (7. grup k�s�t: pozitif ve tamsay� olma)


377

Tablo -1. Dost ve Dü�man Birlik silah say�lar�

S�LAH C�NSLER�

Piyade tüfe�i

Piyade tüfe�i (2. tip)

K�sa menzilli tanksavar silah�

Keskin ni�anc� silah�

Makinal� tüfek

Z�rhl� muharebe arac�

Tank Orta menzilli tanksavar silah�

Dü�man Birlik

�ndis (i) 1 2 3 4 5 6 7 8 Silah Say�s� 15 8 8 7 10 7 5 7

Dost Birlik

Karar De�i�keni (j)

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8

Minimum Silah Say�s� 3 3 3 2 2 2 1 1

Maksimum Silah Say�s� 8 6 6 6 6 5 2 5

NOT: Piyade tüfe�i (2.tip) ta��yan personel ayn� zamanda k�sa menzilli tanksavar silah� ta��r. 2.3.2. AMAÇ FONKS�YONUNUN TANIMLANMASI Dost birlik komutan� k�s�tlarda istenen hususlar�n hepsinin sa�lanmas� durumunda silah say�s�n�n artaca�� ve hatta maksimum say�lara ula�abilece�ini de�erlendirmi�tir. Bunun da gere�inden fazla silah kullan�m�na ve üst birli�in elinde silah ihtiyat� kalmamas�na yol açaca��n� dü�ünmektedir. Sonuç olarak dost birlik komutan� muharebeyi kazanabilmek için ihtiyaç duyulan silah say�s�n� belirlemek için a�a��daki hedefleri ortaya koymu�tur:

a) Dü�man birli�in her cins silah�na, o silaha kar�� kullan�labilen (ate� edebilen) dost birlik silahlar� taraf�ndan üstünlük sa�lanmas� istenilmekte; ancak üstünlük sa�lamak için gere�inden fazla güç kullan�lmas� istenmemektedir (üstünlük sa�lama hedefi).

b) Dü�man birli�in her cins silah� için, ona kar�� kullan�labilen dost birlik silahlar�n�n toplam kullan�labilirlik de�eri en az dü�man birlik ilgili silah say�s�n�n yar�s� kadar olmal�d�r (toplam kullan�labilirlik de�eri hedefi). Silah say�s�n�n belirlenmesi için önceliksiz (a��rl�kl�) hedef programlama kullan�lacakt�r [5]. Hedeflerin a��rl�klar�n�n belirlenmesi gerekmektedir. Problemde, üstünlük sa�lama hedefinin di�er hedeften 2 kat fazla öneme sahip oldu�u dü�ünülmektedir. Bu nedenle, birinci hedefin a��rl�� 2; ikincisinin 1 oldu�u kabul edilmi�tir. Yukar�daki hedefler göz önünde bulundurularak muharebenin kazan�lmas� için ne kadar silaha ihtiyaç oldu�u belirlenecektir. 3. PROBLEM�N TAMSAYILI HEDEF PROGRAMLAMA YAKLA�IMIYLA MODELLENMES� Karar de�i�kenleri, dost birli�in muharebeyi kazanmak için ihtiyaç duydu�u silah cinslerinin miktar� olmak üzere; Birlik komutan�n�n belirledi�i hedeflerde meydana gelecek istenmeyen yöndeki sapmalar� minimize edecek olan


378

tamsay�l� hedef programlama modeli a�a��da verilmi�tir (Karar de�i�kenleri Tablo-1’de ve di�er de�i�kenler Tablo-2’de gösterilmektedir.):

Tablo -2. Modelde kullan�lan de�i�kenler DE��KEN AÇIKLAMA

Wi i nci hedefin a��rl�� ei i nci hedefin alt�nda kalan miktar veya hedeften negatif yönde sapma fi i nci hedefin üstüne ç�kan miktar veya hedeften pozitif yönde sapma aj dost birlik jnci silah�n�n kuvvet potansiyeli, bi dü�man birlik inci silah�n�n toplam kuvvet potansiyelinin 1,15 kat�

dij dost birlik jnci silah�n�n dü�man birlik inci silah�na kar�� olas�l�kl� kuvvet potansiyeli

ri dü�man birlik inci silah�n�n toplam kuvvet potansiyeli pij dost birlik jnci silah�n�n dü�man birlik inci silah�na kar�� kullan�lma olas�l�� si dü�man birlik inci silah�n�n 0,5 kat� gj dost birlik jnci silah�n�n minimum say�s� hj dost birlik jnci silah�n�n maksimum say�s�

NOT: De�i�kenlerle ilgili ayr�nt�l� bilgiler Gazibey [8]'de mevcuttur. Amaç fonksiyonu:

Min z = /�

2

1iWi Gi G1 = /

�

7

1i fi G2 = /

�

16

10k ek

K�s�tlar :

/�

8

1j aj xj 1 /

�

8

1i bi , i=j83,6,7,8 (1. grup k�s�t)

/�

8

1j aj xj 1 /

�

8

1i bi , i=j81,2,4,5 (1. grup k�s�t)

x2 – x3 = 0 (2. grup k�s�t)

/�

8

1j dij xj 1 ri , i=1,2,...,7 (3. grup k�s�t)

,j=dü�man birlik i nci silah�na kar�� kullan�labilen dost birlik silahlar�

/�

8

1j dij xj + ei - fi = ri (3. grup esnek k�s�t)

/�

8

1j pij xj 1 si , i=1,2,...,7 (4. grup k�s�t)

, j=dü�man birlik i nci silah�na kar�� kullan�labilen dost birlik silahlar�

/�

8

1j pij xj + ek - fk = si , k=10,11,....,16 (4. grup esnek k�s�t)

xj 1 gj , j=1,2,...,8 (5. grup k�s�t)


379

xj % hj , j=1,2,...,8 (6. grup k�s�t) xj 1 0 ve tamsay� , j=1,2,...,8 (7. grup k�s�t) ei , fi 1 0 , i=1,2,..,7 (7. grup k�s�t)

ek , fk 1 0 , k=10,11,..,16 (7. grup k�s�t)

Amaç fonksiyonu ve k�s�tlar�n hepsini içeren modelin aç�k yaz�l�m� ve problemin çözümünden elde edilen sonuçlar Gazibey [8]’de mevcuttur.

4. SONUÇ VE ÖNER�LER

Dost birlik silah say�lar�n� belirlemek için geli�tirilen model LINDO yaz�l�m� kullan�larak çözülmü�tür. Modelin çözümünden elde edilen sonuçlar incelendi�inde; dü�man birli�in 15 piyade tüfe�ine kar��l�k dost birli�e 8, 8 piyade tüfe�i ve k�sa menzilli tanksavar silah�na kar��l�k 3, 7 keskin ni�anc� silah�na kar��l�k 4, 10 makinal� tüfe�ine kar��l�k 4, 7 z�rhl� muharebe arac�na kar��l�k 5, 5 tank�na kar��l�k 2 ve 7 orta menzilli tanksavar silah�na kar��l�k 4 silah atamas� yap�ld�� görülmektedir.

Uygulaman�n, savunan birli�in muharebeyi kazanaca�� üzerine kuruldu�u dü�ünülürse, silah say�lar� mukayeseleri z�rhl� muharebe arac� say�s� hariç uygundur. Z�rhl� muharebe arac� say�s�n�n yüksek olmas� benzer görevleri icra eden tank�n, maksimum silah say�s�n�n iki olmas�ndan kaynaklanmaktad�r. Tank say�s�n�n üçe ç�kmas�na müsaade edilirse z�rhl� muharebe arac� say�s� dü�ecektir. LINDO ç�kt�s�nda, üstünlük sa�lama hedefinin sapma de�i�kenlerinin ald�� de�erler incelenirse, f3 = f4 = 0 de�erlerinden dü�man birli�in keskin ni�anc� silahlar�na ve makinal� tüfeklerine kar�� üstünlük sa�lamak için gere�inden fazla güç kullan�lmad�� görülmektedir. Yani hedeflere tam olarak ula��lm��t�r. Di�er taraftan f1 = 0.527, f2 = 1.283, f5 = 260.417, f6 = 87.701 ve f7 = 129.924 de�erlerinden anla��laca�� gibi dü�man birli�in di�er silahlar�n�n imhas� için istenenden daha fazla güç kullan�lmaktad�r. Bunun nedeni, muharebeyi kazanabilme (1inci grup) k�s�tlar�d�r. Ancak bu k�s�ta ra�men minimize edilmeye çal��lan pozitif yöndeki sapma de�erleri yüksek de�ildir. �kinci hedefin sapma de�i�kenlerinin ald�� de�erler incelenirse dü�man birli�in piyade tüfeklerine (2nci tip), makinal� tüfeklerine, z�rhl� muharebe araçlar�na ve tanklar�na kar�� toplam kullan�labilirlik de�eri hedefinin tam olarak sa�land�� görülmektedir (e11 = e13 = e14 = e15 = 0). Dü�man birli�in di�er silahlar�na kar�� ise hedeflenenden daha dü�ük bir üstünlük sa�lanm��t�r (e10 = 2.04, e12 = 1.06, e16 = 0.72). Model olu�turulurken hedef a��rl�klar� konunun uzman� olan karar verici taraf�ndan belirlenmi�tir. Ancak karar verici say�s� artt�r�l�r ve Lee [9]’nin sa�l�k kurumunda bilgi kayna�� planlama uygulamas�nda oldu�u gibi a��rl�klar Analitik Hiyerar�i Prosesi yöntemi kullan�larak belirlenirse daha iyi sonuçlar elde edilebilir.


380

Uygulama küçük birlik seviyesinde ve muharebede yer alan silahlar�n sadece 7 çe�idi al�narak yap�lm��t�r. Daha büyük birlik seviyesinde ve tüm silah sistemlerini bünyesinde bulunduran bir uygulama daha gerçekçi sonuçlar verecektir. Bu çal��ma için olu�turulan senaryoda, muharebe sahas�nda kar��la��labilecek muharebe bile�enlerinin bir k�sm� kabullerde bulunarak senaryoya dahil edilmemi�tir. Muharebe sahas�n�n dinamik yap�s�n� daha iyi canland�rmak ve senaryoya dahil edilmeyen muharebe bile�enlerini de modele dahil edebilmek için simülasyonla modelleme yap�labilir.

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, 1759-1770 [4] Taha, H.A., 2000, Yöneylem Ara�t�rmas�, Literatür yay�nc�l�k, �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 Bobbs-Merrill Co., New York. [8] Gazibey, Y., 2001, Savunma Harekat�nda Minimum Silah Say�lar�n�n Belirlenmesinde ve En �yi Mevzi Yerlerinin Seçiminde Hedef ve Tamsay�l� Programlama Uygulamas�, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Ankara. [9] Lee, C.W., Kwak, N.K., 1999, ‘Information resource planning for a health-care system using an AHP-based goal programming method, Journal of the Operational Research Society’, Vol.50, pp.1191-1198.


381

KONUMSAL B�LG� GÖRSEL SUNUMU ve ÖRNEK B�R UYGULAMA

Erdal YILMAZ (a), Mehmet ERBA� (b)

(a) Harita Genel Komutanl��, BSDD, 06531, Ankara, [email protected]

(b) Harita Genel Komutanl��, BSDD, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu makale konumsal bilgi görselle�tirmesi ile ilgili iki konuyu içermektedir. �lk bölüm, konumsal bilgi görselle�tirme konusunu görselle�tirme sistemleri ve görüntüleme çözünürlü�ü olmak üzere iki bak�� aç�s�ndan ele almaktad�r. Makalenin ikinci bölümünde, kendi geli�tirdi�imiz bir co�rafi bilgi sistemi i� istasyonunun görüntüleme bile�eninin mimari yap�s� ve tasar�m öngörülerinden bahsedilmektedir. Amac�m�z, savunma teknolojilerinin temel konumsal bilgi ihtiyaçlar�n� göz önünde bulundurarak, yüksek teknoloji uygulamas�ndan ziyade yüksek çözünürlüklü ve pratik bir görüntüleme sistemini tan�mlamakt�r.

Anahtar Kelimeler: Çoklu Ekran, Konumsal Bilgi Görselle�tirme, Yüksek Çözünürlüklü Görselle�tirme.

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 hi-tech implementation.

Keywords: Multi-monitor, Geospatial Information Visualization, High-resolution Visualization.

1. G�R�� Bu makalede, ilk olarak konumsal bilginin (geospatial information) görsel sunumunda kullan�lan yakla��mlar ve görüntü çözünürlü�ünü artt�rmaya


382

yönelik çal��malar incelenecektir. Daha sonra geli�tirdi�imiz bir Co�rafi Bilgi Sistemi (CBS) i� istasyonu, özellikle görsel sunum aç�s�ndan de�erlendirilip, olu�turulan prototip tasar�m�n arkas�nda yatan gerekçeler aç�klanacakt�r.

Konumsal bilgi giderek gündelik hayat�n bir parças� olmaya ba�lamaktad�r. Bu alandaki yayg�nla�man�n en büyük etkeni, konumsal verinin say�sal ortamda haz�rlanmas� veya toplanmas� ve süratle kullan�c�lara ula�t�r�lmas�d�r. Özellikle Google EarthD ve benzeri sanal küre yaz�l�mlar�n yaratt�� etki ile konumla ilgili her türlü olay, etkinlik veya bilgi uydu görüntülerinin üzerinde sunulmaya ba�lam��t�r. Sunum ortam� genellikle bilgisayar ekran� veya benzeri görüntüleme cihazlar�d�r. Bu makalede konumsal bilginin sunumu ile ilgili ana ölçüt olarak piksel (resim eleman�) kullan�lacakt�r. Makalede incelenecek hususlara altl�k te�kil etmesi ve k�yaslama yap�labilmesi bak�m�ndan, günümüzde en yayg�n kullan�lan standart ekran çözünürlüklerinin yakla��k 0.8-1.3 milyon piksel bilgiyi sunabildi�ini söyleyebiliriz. Etkile�imli karar verme sürecinde etkin kullan�lamamas� ve çözünürlük olarak ilgi alan�m�z d��nda kalmas� nedeniyle HMD (Head Mounted Display) cihazlar�na de�inmeyece�iz.

2. KONUMSAL VER� SUNUMUNDA ÖNE ÇIKAN S�STEMLER Bir harita veya ortofoto görüntünün masa üzerine serilerek incelenmesi geçmi�ten gelen bir al��kanl�kt�r. Konumsal bilginin bilgisayar ekranlar�nda sunulmaya ba�lamas�ndan sonra, harita masas� al��kanl�� ile görselle�tirme teknolojilerini birle�tirmeye yönelik say�sal görüntüleme masas� olarak tan�mlanan çe�itli çözümler geli�tirilmi�tir. En basit say�sal görüntüleme masas�, yukar�da ba� a�a�� konumland�r�lan bir projeksiyon cihaz�ndan al�nan görüntünün masa yüzeyine yans�t�lmas� ile olu�turulur. Böylece masa kenar�nda duran kullan�c�lar konumsal veriyi klasik harita masas�nda oldu�u gibi inceleyebilir. Etkile�im s�ras�nda masa ile görüntü kayna�� aras�na girme sonucu olu�an görüntü kayb�n� engellemek amac�yla ters projeksiyon sistemleri veya aynal� sistemler de kullan�lmaktad�r. Aynal� sistem ile yans�tma yapabilmek için projeksiyon cihaz�n�n�n uygun mesafede konumland�r�lmas� gerekmektedir. Projeksiyon cihaz�n� yan veya alt odaya yerle�tirip duvar veya tavanda delik açarak görüntü transferini sa�lamak �eklindeki ütopik çözümlerde gerçek hayatta uygulanmaktad�r. Günümüzde LCD veya plazma ekranlar da görüntüleme masas� yap�m�nda projeksiyon cihazlar�n�n alternatifi olarak kullan�lmaya ba�lanm��t�r. Özellikle “Full HD” tan�m�yla ula��lan 1920x1080 çözünürlük ve artan ekran büyüklü�ü bu sistemlerin görüntüleme masas� yap�m�nda yayg�nla�mas�n� sa�lam��t�r.

Harita masas� �eklindeki uygulamalarda sunumun yan� s�ra de�i�ik etkile�im teknikleri de uygulanmaktad�r. Örne�in Dragon isimli harp sahas� görselle�tirme uygulamas�nda, hareketi alg�lamak için eldiven �eklinde bir sistem, kontrol çubu�u ve ba��ms�z kullan�labilen 3B bir fare kullan�lm��t�r [1] [2]. Görüntü masalar� ile etkile�im için çok çe�itli araçlar geli�tirilmi� olmakla beraber standart fare d��ndaki en yayg�n çözüm dokunmatik paneller


383

olmu�tur. Do�rudan fare yerine geçen ve ba��ms�z olarak farkl� boyutlarda sat�lan bu paneller kolay entegrasyon ve sorunsuz çal��ma aç�s�ndan en tercih edilen yöntem olarak kar��m�za ç�kmaktad�r.

Say�sal harita masalar�nda sunulan görüntülerin çözünürlü�ünün artt�r�lmas� konusunda çe�itli çal��malar yap�lmaktad�r. Bu kapsamda Panoram TechnologiesE taraf�ndan üretilen DIT-2™ (Digital Imaging Table) isimli sistem 2 m2 büyüklü�ünde bir görüntüleme alan�nda 4096x2160 piksel çözünürlü�ünde görüntüleri (yakla��k 8.5 milyon piksel) gösterebilmektedir [3]. Bu ürünün en önemli bile�eni SonyE taraf�ndan geli�tirilen SRX-S105/110 serisi projeksiyon cihazlar�d�r. Yakla��k 100.000 $ fiyat ile sat��ta olan bu cihazlar ile 5000-10000 Ansi lümen ve 4K çözünürlük sa�lanabilmektedir [4].

Deneysel bir çal��ma olan “LambdaTable”da 15 LCD ekran 5x3 düzeninde s�ralanarak 8000x3600 çözünürlükte bir görüntüleme masas� olu�turulmu�tur [5]. Ancak ekran kenarlar� nedeniyle bu masada kesintisiz bir görüntü olu�turulamamaktad�r. Bu sorun daha sonra ele al�nacakt�r.

Etkile�imli harita masalar� konusunda önemli bir yenilik NORTHROP GRUMMAN taraf�ndan geli�tirilen Terrain TableD isimli üründür. Terrain TableD içerisinde düzenli ve oldukça s�k ara ile konumland�r�lm��, dü�ey eksende hareket edebilen yuvarlak ba�l� metal çubuklar vard�r. Bir konumsal bilgi görüntülenmek istendi�inde, ayn� bölgeye ait say�sal arazi modeli kullan�larak çubuklar dü�ey eksende hareket ettirilir ve böylece, masa yüzeyindeki esnek silikon malzeme görüntülenecek arazinin �eklini al�r. Daha sonra görüntü projeksiyon cihaz� ile yukar�dan yans�t�l�r. Bu i�lemin sonucunda insanlar�n araziye gerçekten elini de�ebilece�i bir sanal model olu�turulur. Model olu�turulma süresi 15 saniyeden k�sad�r [6].

Masa yakla��m�n�n biraz de�i�tirilmi� bir �ekli de e�imli bir tezgah �eklindeki sunum sistemleridir. Masa veya tezgah �eklindeki sistemler, yüksek çözünürlük söz konusu oldu�unda geni� bir alana ihtiyaç duyulmas�, uzun süreli kullan�mlara uygun olmamalar� ve özellikle kullan�labilirlik ile ilgili ba�ka sorunlar�n�n da olmas� nedeniyle s�n�rl� kullan�m alan� bulmaktad�r. Bu nedenle ekran/ekranlar genellikle dü�ey olarak konumland�r�lmaktad�r.

2. KONUMSAL VER�N�N YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ SUNUMU Konumsal veri kullanan uygulamalar büyük bir ço�unlukla standart ki�isel bilgisayar konfigürasyonunda kullan�lmaktad�r. Bu durumda do�alar� itibar�yla oldukça farkl� olan bir ofis uygulamas� doküman� ile konumsal bilgi ayn� kefeye konulmaktad�r. Kapsam olarak pek çok say�sal içerikten farkl� olan konumsal bilgi sunumunda, zaman içerisinde farkl� arayüzler tasarlanm��t�r [7]. Konumsal bilgi sunumu konusunda belki de en önemli husus, sunulan verilerin boyutudur. Asl�nda oldukça büyük say�labilecek bir görüntünün tek ekrandan sunulmas� durumunda istenmiyen bir durum ortaya ç�kmakta ve resmin ancak s�n�rl� bir bölümü gösterilebilmektedir. Ball doktora çal��mas�nda, ortaça�


384

sava�lar�n� genelde sava� alan�n� daha iyi görebilen genarallerin kazand�� belirtmi�tir [8]. Asl�nda büyük resmin görülmesinin ba�ar�da önemli bir faktör oldu�u üzerinde tart��lmayacak bir konudur. Görsel sistemlerde yüksek çözünürlük ihtiyac�n� kar��lamak üzere full hd çözünürlüklü ve daha büyük boyutlu ekranlar ortaya ç�km��t�r. Ancak çözünürlükteki bu önemli art�� bile konumsal bilgi sunumunda yeterli olmamaktad�r. Bu durumda bir ba�ka alternatif olarak birden fazla ekran kullan�m� de�erlendirilebilir. Günümüzde basit say�labilecek grafik kartlar� bile iki ekran�n ba�lanmas�na izin verecek uçlara sahiptir. Çok ekran kullan�m�, daha büyük görüntüleri görebilmenin yan� s�ra farkl� uygulamalara ait pencerelere de yer aç�lmas�n� sa�lamaktad�r. Colvin, Tobler ve Anderson taraf�ndan 108 kat�l�mc� ile yap�lan deneyler sonucunda çok ekranl� sistemlerde bir ekranl� sistemlere göre i�lem h�z�nda önemli derecede art�� oldu�u ve yap�lan hatalar�n da azald�� sonucu ortaya ç�km��t�r [9]. Bili�im dünyas�ndaki en önemli insanlardan Bill Gates, fortune dergisinde yay�nlanan “How I Work?” isimli röpörtajda, ofisinde üç ekranl� bir sistem kulland��n� ve bunun üretkenlik üzerinde çok önemli etkisi oldu�unu belirtmi�tir. Çok ekranl� sistemler üzerinde Sabri taraf�ndan yap�lan bir çal��ma belki de askeri aç�dan bu sistemlerin ne kadar faydal� oldu�unu göstermektedir [10]. Teste kat�lanlar harp oyunu benzeri bir bilgisayar oyununu farkl� ekran konfigürasyonlar� ile oynam��lard�r. Oyun alan�n�n biraz daha fazla görüldü�ü çok ekranl� konfügürasyonlarda oyunu kazanma oran�nda çok ciddi art��lar ya�anm��t�r. Literatür taramas�nda çok say�da çoklu ekran çal��mas� inceleme �ans� bulduk. Bu çal��malar�, sistem performanslar�, sunulan konumsal veri içeri�i, sistem karma��kl�� gibi hususlar� göz önünde tutarak 9 ekranl� veya daha az konfügürasyonlar�n pratikte kullan�labilir oldu�unu, di�er çal��malar�n günümüz �artlar�nda sadece laboratuvarlarda veya gösteri amaçl� kullan�labilece�ini de�erlendiriyoruz. Örne�in LamdaVision, The Varrier gibi uç örnek say�labilecek sistemler 50 veya daha fazla ekran� bir araya getirmektedir [11]. Böylesi sistemleri olu�turabilmek için arka planda onlarca ki�isel bilgisayardan olu�an bir grid çal��t�r�lmaktad�r. Olas� ar�zalar, ta��nabilirlik ve benzeri hususlar� dikkate al�nca böylesi sistemlerin savunma teknolojilerinde kullan�m�n�n kolay olmayaca�� söylenebilir.

3. ÖRNEK ÇALI�MA Konumsal bilgi alan�ndaki tecrübemizi kullanarak savunma teknolojilerinde konuyla ilgili olarak ortaya ç�kan darbo�azlar�n a��lmas�n� amaçlayan bir i� istasyonu tasarlad�k. Veri içeri�i, güncel veriye eri�im, sistem güvenli�i, konumsal analiz yetene�i, analiz çe�itlili�i ve i�lem h�z� gibi pek çok konuya çözüm getirmeye çal��an bu i� istasyonunun özellikle görsel sunum konusundaki yakla��m�n� ele alaca��z. Sistemin görsel bile�eninin tasar�m�nda; dü�ük maliyet, kullan�m kolayl�� ve ta��nabilirlik benzeri konular� göz önüne alarak optimum bir çözüm geli�tirmeye çal��t�k.


385

Tasar�m a�amas�nda, i� istasyonunun üzerinde yüklü yaz�l�mlar�n telif ücreti dahil olmak üzere en fazla 7000 YTL olmas�n� öngördük. Asl�nda pek çok CBS yaz�l�m�n�n tek kopya ücretinden bile az bir rakam� üst limit olarak tan�mlamam�z�n nedeni bu sistemin bir laboratuvar ürünü olmas�n�n önüne geçmekti. Daha önce yap�lan bir helikopter simülatörü çal��mas�nda üç ekran� helikopter penceresi, bir ekran� göstergeler ve bir ekran� da yönetim paneli olmak üzere be� ekranl� bir sistem üzerinde çal��lm��t�. Bu çal��mada be� adet ki�isel bilgisayar ile bir a� olu�turulmu� ve haz�rlanan özel bir yaz�l�mla farkl� görüntü alanlar� e� zamanl� olarak sunulmu�tu [12]. Bu çal��madan da esinlenerek ilk ba�ta üç ekranl� bir sistem üzerine yo�unla�t�k. Yapt��m�z ara�t�rma sonucunda; dü�ük maliyet, tasar�m sadeli�i ve sorunsuz entegrasyon gibi kriterleri göz önüne alarak harici bir donan�m arac�l�� ile standart bir grafik kart� ç�k��na üç ekran� ba�lamaya karar verdik. Böylece daha az bilgisayar kullan�p sistem mimarisini basit tutabilecek ve ayn� zamanda maliyeti de önemli oranda dü�ürmü� olacakt�k. Bu konudaki tercihimiz Matrox® taraf�ndan yak�n zamanda üretilen dü�ük maliyetli ve kolay temin edilebilir TripleHead2Go™ isimli harici donan�m oldu. �lk olarak 19” büyüklük ve 1280x1024 do�al çözünürlükte üç adet monitörü ba�layarak 3840x1024 çözünürlükte görüntü sunduk. Daha sonra ayn� anda çal��t�rd��m�z ba�ka yaz�l�mlar ve kontrol araçlar�n�n küçük de olsa görüntü üzerinde yer kaplamas� ve özellikle 3B perspektif arazi görüntülemede yakalanan bütünle�ik sunumu k�smen engellemesi nedeniyle orta ekran�n üzerine bir yeni ekran eklemeye karar verdik. Bu sayede alt bölümde yer alan üç ekran ana görüntünün sunuldu�u bölüm di�er ekran ise di�er bütün yükü üstlenen bir bölüm oldu. Bu kapsamda ortaya ç�kan bu do�al bölümlemenin (�ekil-1) amac�na tam olarak hizmet etti�ini de�erlendiriyoruz. Sonuç olarak konumsal bilgi ve ilgili kontrol araçlar�n� beraber gösterebildi�imiz 5.2 milyon piksel bilgi sunabilen bir görsel sistem olu�turuldu. Asl�nda iki adet Full HD ekran ile de 4.1 milyon piksel bilgi sunulabilir. Ancak maliyeti daha yüksek olan bu seçene�in tematik bir �ekilde bölünmü� ve dairesel �ekilde düzenlenmi� dört ekranda sa�lanan ortam� kar��lam�yaca��n� de�erlendirdik. Ekranlar� dairesel yap�da konumland�rma i�lemi, daha önceki simülatör çal��mas�nda benzer sistemler örnek al�narak yap�lm��t� [12]. Ancak bu makaleyi haz�rlarken yapt��m�z literatür taramas�nda konumsal bilgi sunumunda dairesel konumland�r�lan çoklu ekranlar üzerine yak�n tarihli çal��malara rastlad�k. Ball, doktora çal��mas�nda deneklere konumsal veri üzerinde yol takibi, detay arama gibi görevleri vermi�tir [8]. Çal��ma neticesinde dairesel yap� kullan�ld��nda düz ekranlara göre görevlerin %30 daha h�zl� tamamland�� tespit edilmi�tir. Ball bu art�� uçtaki piksellerin daha rahat görülebilmesi ve görüntüleri incelemek için fiziksel hareketteki azalmaya ba�lam��t�r. Benzer bir çal��ma farkl� say�da ekran konfigürasyonu kullan�larak Shup taraf�ndan gerçekle�tirilmi�tir [13]. Bu çal��ma neticesinde de denekler hedef bulma benzeri görevleri dairesel yap�da daha k�sa sürede tamamlam��t�r.


386

�ekil-1: Çok Ekranl� Sistem ile Konumsal Veri Sunumu

Yurtd��nda çoklu ekran kullan�m� ülkemize göre oldukça yayg�n oldu�undan çoklu ekranlar� farkl� �ekillerde monte etmek için kullan�lan çe�itli aparatlar sat�lmaktad�r. Ancak bu haz�r sistemlerin fiyatlar�n�n yüksek olmas� ve ülkemizde böylesi bir ürün bulamad��m�z için ekranlar�n monte edilece�i ayak sistemi burada haz�rland�. Ah�ap bir taban, dü�ey bir metal boru ve ta��y�c� alimünyum çubuktan olu�an konsol, dairesel yap�y� sa�layacak �ekilde tasarland�. Konsol dü�ey eksen etraf�nda dönüklük ve yükseklik ayar�na olanak vermektedir. Dairesel yap�y� sa�layan dönüklükler sabit tutulmu�tur.

Di�er donan�m bile�eni olarak INTELE Quad CoreF i�lemcili bir ki�isel bilgisayar kulland�k. Olu�turdu�umuz i� istasyonunda öncelikle 3B grafik sunum yaz�l�mlar� olmak üzere çok say�da görüntü i�leme ve sunum yaz�l�m� beraber kullan�lmaktad�r. Bu a��r yükü kald�rmak için iki adet NVidiaE GeForceE 8800 GT grafik kart� kulland�k.

Olu�turdu�umuz i� istasyonu hakk�nda bahsedece�imiz son konu LCD ekran çerçevelerinin kesintisiz yap�y� engellemesidir. Arada çerçeve olmadan birle�tirilmi� üç ekranl� sistemler sat�lmakta olup fiyat� oldukça yüksektir. Ayr�ca ar�za an�nda bir ekran� yenilemek kolay de�ildir. Bu çerçevelerin olumlu yanlar� da vard�r. Robertson çerçevelerin büyük görüntü alan�n� düzenleme de kullan�c�lara yard�mc� oldu�unu belirtmi�tir [14]. Ball yapt�� testlerde, çerçeveler sayesinde deneklerin “böl ve yönet” prensibinde oldu�u gibi görüntüyü bölerek alg�lad�klar�n� ve konumsal veri üzerinde daha iyi hedef taray�p ara�t�rma yapabildikleri sonucuna varm��t�r [8]. Bizim çal��mam�zda özellikle üst ortadaki ekran bu aç�dan iyi bir tematik bölümleme yaratmaktad�r

Çok ekranl� sistemlerde, genellikle kullan�labilirlikle ilgili baz� sorunlar da vard�r. Bu sorunlara ait detayl� bir ara�t�rma Robertson taraf�ndan yap�lm��t�r


387

[14]. Örne�in büyük alanda farenin kaybedilmesi ve izini sürmedeki zorluk veya dialog penceresi gibi aç�l�r pencerelerin beklenilen yerde aç�lmamas� birer sorundur. Ayr�ca görüntüleme alan�n�n büyümesi ve çok say�da uygulaman�n paralel çal��t�r�lmas� bilgisayar yeteri kadar güçlü de�ilse sorun yaratabilen ba�ka bir konudur. Baz� i�lemler için ekran�n üzerinde farenin hareket mesafesinin artmas� da ba�ka bir sorun olarak kar��m�za ç�kmaktad�r. Ço�u önemsiz say�labilecek bu sorunlar�n baz�lar�n� sistem ayar� ile çözmek mümkündür. Ayr�ca TripleHead2Go kart� ile gelen bir yaz�l�m ile pencere yönetimi ve donan�m�n kurulum sorunlar� en aza indirgenebilmektedir.

5. SONUÇ Giderek yayg�nla�an konumsal veri kullan�m�nda, özellikle askeri aç�dan yap�lan analiz ve planlamalarda, çözünürlü�ü artt�rmak suretiyle resmin daha büyük gösterilmesinin; karar verme sürecini h�zland�rd��, kararlar�n do�rulu�unu artt�rd��, hedeflerin kolay bulunabildi�i ve pek çok i�lemde olumlu yönde geli�me sa�lad�� çal��malarla kan�tlanm��t�r [8] [9] [10] [13] [14]. Bu yakla��mdan yola ç�karak, sistem birle�tirme mant�� ile, dü�ük maliyetli, uyu�um sorunu olmayan, standart CBS yaz�l�mlar�n�n h�zl� çal��abilece�i, yüksek çözünürlüklü bir CBS i� istasyonu geli�tirdik. Bu sistemin profesyonel CBS kullan�c�lar� taraf�ndan rahatl�kla kullan�labilece�ine ve basit tutulmaya çal��lan mimarinin, savunma teknolojileri kapsam�nda geli�tirilen farkl� sistemler üzerindeki CBS bile�enlerinin olu�turulmas�nda bir fikir verebilece�ini de�erlendiriyoruz. Gelecekte yap�lacak çal��malar kapsam�nda ilk olarak, kazand��m�z bilgi birikimi ile harita masas� tasarlamay� hedefliyoruz. Ayr�ca çok say�da projeksiyon cihaz� kullanarak, büyük boyutlu ekranlarda yüksek çözünürlüklü konumsal veri sunabilece�imizi de de�erlendiriyoruz.

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 bro�ürü http://www.panoramtech.com/products/DIT2_brochure.pdf

[4] Sony SXRDF ürün bro�ürü http://bssc.sel.sony.com/BroadcastandBusiness/docs/brochures/sxrd_large-venue_high-resolution_brochure.pdf


388

[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 bro�ürü 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) “High-resolution 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-High-Definition Wide-Area Visualization Collaboratory”, International Journal of Future Generation Computer Systems, Elsevier, 22.8 , 964-971. [12] C. Karaahmeto�lu, E. Y�lmaz, Y.Y. Çetin ve G. Köksal, (2006), “Out-the-window 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.


389

ULUSAL SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� YÖNET�M S�STEM� ÇERÇEVE MODEL�

Elif BAKTIR

Tekim - Teknolojik ve Kurumsal ��birli�i Merkezi,

Armada �� Merkezi, Eski�ehir Yolu No:6 Kat:12, Sö�ütözü, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride ülke çap�nda savunma teknolojilerinin yönetimi amac�yla kullan�lmas� önerilen Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli anlat�lmaktad�r. Çerçeve modelinin hayata geçirilmesi, ülke çap�nda savunma bilim ve teknolojileri ile ilgili mevcut durumunun belirlenmesi, k�sa vadede tan�ml� platform / sistem ihtiyaçlar�n�n, ulusal ArGe alt yap�s� kullan�larak yap�labilirli�inin analizi, orta/uzun vadede ara�t�rma ve teknoloji geli�tirme hedeflerinin belirlenmesi ve milli/ kritik ArGe projelerinin tan�mlanmas�, hedeflerine ula��lmas�n� sa�layacakt�r

Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli kapsam�nda i)yukar�da s�ralanan konularda karar verilmesine temel te�kil edecek bilgilerin olu�turulmas�nda kullan�lacak Teknoloji Tarama (Gözleme ve �zleme) Modeli, ii)Ülke çap�nda mevcut durumun saptanmas�nda kullan�lacak Ölçüm ve De�erlendirme Modeli; iii)Bilgilerin toplanmas�, olas� seçeneklerin simülasyonlar�n�n yap�lmas� ve etkilerinin de�erlendirilmesinde kullan�lacak Bilgi Yönetim Sistemi yer almaktad�r. Bildiride, çerçeve modelinin farkl� payda�lar taraf�ndan kullan�m� da de�erlendirilecektir.

Anahtar Kelimeler: Teknoloji Yönetimi, Teknoloji Olgunluk Seviyesi, Teknoloji Haz�rl�k De�erlemesi.

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.


390

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 Level, Technology Readiness Assessment.

1. G�R�� Savunma hiçbir zaman durmayan, sürekli ve hep, daha iyi olmak zorunda olunan bir yar��t�r. Bu yar��ta ba�ar�l� olmak, her zaman en yetenekli savunma ürünlerini kullanmay� gerektirir. Bu nedenle savunma sanayii ürünleri hem ileri teknolojili hem de oldukça karma��k ürünlerdir ve de�i�ik disiplinlerdeki son ara�t�rma sonuçlar�n�n bir araya getirilmesini gerektirir.

Herhangi bir savunma ürünü ile ilgili teknoloji geli�tirme çal��malar�, o ürüne ili�kin �ekil 1’de verilen savunma tedari�i ya�am döngüsünün ilk üç a�amas�na yay�l�r [1].

�ekil 1. Savunma Tedari�i Ya�am Döngüsü ve Teknoloji Geli�tirme

Kavram geli�tirme a�amas�nda, farkl� kavram seçeneklerinin de�erlendirmesi yap�l�rken ilgili teknolojilerin durumu da göz önüne al�n�r. Bu a�amada ayr�ca teknoloji geli�tirme stratejisi belirlenir, çal��malar planlan�r. Teknoloji Geli�tirme a�amas�nda ürüne ili�kin kritik teknolojilerin yeterli olgunlu�a gelmesi sa�lan�r. Sistem geli�tirme a�amas�nda ise ilgili kritik teknolojilerin ürünlerin çal��aca�� ortamda testleri yap�l�r. Ayr�ca üretim teknolojilerinin de yeterli olgunlu�a eri�mesi bu a�amada gerçekle�tirilir.

Savunma ihtiyac� ve teknoloji geli�tirme ili�kisi ülke çap�nda özel olarak bu amaçla olu�turulan de�i�ik mekanizmalarla ile sa�l�kl� olarak düzenlenir [2]. Bu bildiride, ülke çap�nda savunma teknolojilerinin yönetimi amac�yla kullan�lmas� önerilen Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi Çerçeve Modeli de bu mekanizmalardan bir tanesidir.

2. SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� YÖNET�M S�STEM� (STYS) Savunma ürünleri, savunma tedarik ya�am döngüsü ile etkile�en tüm payda�lar�n ortak üretimlerinin bir ç�kt�s�d�r. STYS’nin amac�, bu üretim


391

ç�kt�s�n�n en etkili bir biçimde olu�mas�n� sa�lamakt�r. STYS altyap�s� üzerinde olu�an bilgilerin analizi �u hedeflerin gerçekle�tirilmesinde kullan�lacakt�r: a)Ülkemizin savunma alan�nda kullan�lacak bilimsel ve teknolojik birikimin olgunluk düzeyinin tespit edilmesi; b)Milli olmas� zorunlu/kritik sistem ve teknolojilerdeki olgunluk düzeyinin tespit edilmesi;c)Tan�ml� platform/sistem ihtiyaçlar�n�n, ulusal kaynaklardan kar��lanmas�; d)Orta/uzun vadeli stratejik ara�t�rma ve teknoloji geli�tirme hedeflerinin belirlenmesi ve milli/ kritik ArGe projelerinin tan�mlanmas�; e)Strateji belirleme ve konsept geli�tirme a�amalar�ndan itibaren, ülkemizdeki özgün ArGe yeteneklerin de�erlendirilmesi.

Sistem s�ralanan alanlarda karar verilmesine temel te�kil edecek �ekilde, mevcut durumun analizine ve çözüm seçeneklerinin incelenmesine yönelik bilgileri olu�turacakt�r. Mevcut durumun analizi toplanan verilerin belirlenen hedefler ��nda incelenmesi ile gerçekle�tirilecektir. Çözüm seçeneklerinin analizi ise olas� seçeneklerin simülasyonlar�n�n yap�lmas� ve etkilerinin de�erlendirilmesi ile gerçekle�tirilecektir. S�ralanan hedeflerin gerçekle�tirilmesi için STYS’nin karar destek süreçlerine entegre edilmesi büyük önem ta��maktad�r.

Savunma tedarik ya�am döngüsünün payda�lar� ayn� zamanda savunma teknolojileri yönetim sisteminin de payda�lar�d�r. Bilimsel ve teknolojik yetene�e sahip kurum ve kurulu�lar, birikimlerini teknoloji taksonomisi ile ili�kilendirerek sisteme bilgi giri�i yapacaklard�r. �htiyaç makam�, tedarik makam�, kamu temsilcileri ve sektörel temsilciler ise karar destek süreçlerinde burada olu�turulan bilgileri analiz ederek kullanacaklard�r.

�ekil 2: Payda� Etkile�imi

�lk etapta durum tespiti amac�yla toplanacak veriler, STYS sisteminin etkin olarak i�letilmesiyle, sürekli olarak güncel tutulacakt�r. Böylece ülkenin bilimsel ve teknolojik birikimi ve savunma ihtiyac� aras�ndaki ili�ki �ekil 2’de gösterildi�i gibi sürekli olarak takip edilecek ve hedeflere uygun �ekilde yönetilecektir.

3. SAVUNMA TEKNOLOJ�LER� YÖNET�M S�STEM� ÇERÇEVE MODEL� Sistem yakla��m� kullan�larak geli�tirilen çerçeve modelde STYS’nin kapsam� ve çal��ma prensipleri tan�mlanmaktad�r. Çerçeve modeli üç ana sistemden olu�ur. Bunlar Teknoloji Tarama Modeli, Ölçüm ve De�erlendirme Modeli ve Bilgi Yönetimi Sistemi'dir.


392

Teknoloji tarama (gözlem - izleme) modelinde ülke çap�nda ilgili teknolojilerin izlenmesine ili�kin yap� tan�mlanmaktad�r. Ölçüm ve de�erlendirme modelinde tüm ülkeye yay�lm�� kurum ve kurulu�lar�n, teknoloji tarama modelinde tan�mlanan yöntemlere göre taranarak teknolojik olgunluk seviyelerinin belirlenmesinde kullan�lacak yap� tan�mlanmaktad�r. Bilgi yönetimi sisteminde ise teknoloji tarama ve ölçüm & de�erlendirme modellerinin üzerinde çal��aca�� bilgi ve ileti�im teknolojileri (BIT) altyap�s� tan�mlanmaktad�r.

Teknoloji Tarama (Gözlem-�zleme) Modeli �ekil 3’de verilen modelde, tüm faaliyet alan�n� kapsayan, payda�lar taraf�ndan ortak olarak kullan�lan teknoloji taksonomisi, ürün geli�tirmede kullan�lan ArGe yetenekleri, bu alanlarda gelinen düzeyi gösteren teknoloji olgunluk seviyeleri, teknolojinin millik/kritik aç�lardan önemini anlatan teknoloji sahiplili�i s�n�f� ve bütün hepsinin birbirleriyle amaca uygun bir biçimde ili�kilendirmesi yer almaktad�r.

�ekil 3: Teknoloji Tarama (Gözlem �zleme) Modeli

Teknoloji Taksonomisi Olu�turma: Teknoloji taksonomisi, faaliyet alan�nda gerçekle�tirilecek sistemleri olu�turacak teknolojilerin kategorize edilmi� bir yap� içerisinde, sistem/platform, altsistem ve temel teknolojiler seklinde tan�mlanmas�yla olu�turulur [3]. Teknoloji taksonomisi teknolojik geli�melerin yans�t�lmas� için belirli aral�klarla güncellenmelidir. Teknoloji taksonomisinin güncellenmesinde bilimsel ve teknolojik geli�melere ili�kin yay�nlar, teknoloji öngörüsü çal��malar�, askeri teknolojilerin takibi için olu�turulan di�er taksonomiler kullan�l�r. Teknoloji taksonomisi olu�turulduktan (güncellendikten) sonra ara�t�rma kurum ve kurulu�lar�n görü�leri de al�narak son haline getirilir.

ArGe Yetenek Yap�s� Olu�turma: Ürünlerin ortaya ç�kar�lmas�nda, sadece teknolojik yetenekler de�il, bu teknolojileri bir araya getirerek ürün ve hizmete dönü�türme yetene�i de çok önemli bir rol oynamaktad�r [1], [4]. Ürün ve hizmet gerçekle�tirilmesine yönelik teknolojiler ArGe Yetenek yap�s� ba�l�� alt�nda dört kategoride incelenmektedir. Bunlar tasar�m yetenekleri, üretim yetenekleri, entegrasyon/test yetenekleri ve yönetim yetenekleridir.


393

Teknoloji Olgunluk Seviyesi: �htiyaç duyulan bir ürün kavram�n�n gerçek hayata geçirilebilmesi için o ürün ile ili�kili teknolojilere hakimiyet çok büyük önem ta��r [5]. Bu nedenle sahip olunan teknolojik olgunluk seviyesinin belirlenmesi gerekmektedir. Ülke çap�nda ortak teknolojik olgunluk düzeyi tan�mlar�n�n kullan�lmas� ve hangi seviyede bulunuldu�unun saptanmas� için kontrol listelerinin olu�turulmas�na ihtiyaç vard�r [6]. Teknoloji taksonomisi alanlar�nda olgunluk seviyesinin belirlenmesi için kontrol listeleri doldurulur ve verilen cevaplar hesaplay�c� yard�m�yla de�erlendirilerek sonuca ula��l�r [7]. Hesaplay�c� ilgili teknolojik düzey tek ba��na ele al�nd��ndaki durumu gösterdi�i gibi bir ürünün gerçekle�tirilebilmesi için ilgili tüm teknolojilerin durumuyla ilgili bilgi verebilir.

Teknoloji Sahiplik S�n�f�: Ürün gerçekle�tirilebilirli�inin belirlenmesinde ikinci önemli konu o teknolojinin kritikli�inin ve milli olmas� gereklili�inin de�erlendirilmesidir. E�er bir teknolojinin milli olmas� gereklili�i var ise veya kritik olarak belirlenmi�se o teknolojiye sahip olunmas� olmazsa olmaz bir ko�uldur. Bu olgu teknoloji sahiplili�i kapsam�nda tan�mlan�r ve takip edilir. Teknoloji sahiplili�inin belirlenmesi için s�n�flar�n�n tan�mlanmas� ve ilgili teknolojinin hangi teknoloji sahiplilik s�n�f�nda oldu�unun bulunmas� için kontrol listeleri kullan�l�r. Buradaki sonuçlar�n de�erlendirilmesinde filtre kullan�l�r.

�li�kilendirme:Teknoloji taksonomisinde yer alan elemanlar aras�ndaki ba�lant�lar ili�kilendirme matrisleri içerisinde tutulur. �li�kilendirmede sadece ili�kili oldu�unu gösteren bir i�aret konulabilece�i gibi de�i�ik kodlamalarla (ili�kinin büyüklü�ü, örnekler v.b. gibi) ekstra bilgilere de yer verilebilir. �li�kilendirme simülasyonlarda kullan�lacak biçimde dinamik olarak de�i�tirilebilir.

Ölçüm ve De�erlendirme Modeli Modelde, �ekil 4’de gösterildi�i gibi, kurulu�lar�n belirlenmesinde kullan�lacak yöntemler, kurulu�lar�n özde�erlendirmesi, uzmanlar taraf�ndan yap�lacak kurulu� seviye de�erlendirmeleri ve uzman havuzu yönetimi yer almaktad�r.

Kurulu�lar�n Belirlenmesi: Ülkemizde teknolojik yetene�i askeri alanda kullan�lacak kurulu�lar�n seçim kriterlerini ve yöntemlerini içerir.

Kurulu� Özde�erlendirmesi: Kurulu�lar�n teknoloji taksonomisindeki olgunluk seviyelerini belirlemelerine yönelik özde�erlendirme yöntemlerini içerir.

Kurulu� Seviye De�erlendirme: Özde�erlendirme sonuçlar�na göre kurulu�lar�n teknolojik olgunluklar�n�n yerinde görülmesi için saha ziyaretleri ile do�rulama yap�lmas� gerekebilir. Bu çal��malara yönelik yöntemleri içerir.

Uzman Havuzu Yönetimi: Saha ziyaretini gerçekle�tirerek, durum saptamas� yapacak ilgili teknolojilerde tecrübeli, hem süreci, hem de amac�n� ve yöntemlerini bilen bir uzman havuzu olu�turularak yönetilir.


394

�ekil 4: Ölçüm ve De�erlendirme Modeli

Bilgi Yönetimi Sistemi �ekil 5’de verilen bilgi yönetim sisteminde bilgi i�lem faaliyetlerini kapsayan BIT altyap� yönetimi, verilerin uygun bir �ekilde toplanmas�n� ve güncellemesini içeren veri i�lemleri, verilerin analiz edilerek sonuçlar�n gösteren gösterim/analiz bölümü, olas� seçeneklerin incelenmesine yarayan simülasyon bölümü ve sonuçlar�n raporlanmas�n� sa�layan raporlama bölümü yer almaktad�r.

�ekil 5: Bilgi Yönetim Sistemi

Yönetim: Bilgi Yönetimi Sistemi’nin yönetilmesi kapsam�nda, eri�im kontrolleri, yard�m masas�, bak�m ve güncelleme çal��malar� yer al�r.

Veri ��lemleri: Veri yönetimi i�lemleri bu kapsamda gerçekle�tirilir.

Gösterim /Analiz: Verilerin karar destek amac�yla incelenmesi yer al�r.

Simülasyon: Belirli bir amaca yönelik olarak, hem mevcut durumun de�erlendirilmesinde hem de yap�lacaklar�n belirlenmesinde karar destek amac�yla çe�itli simülasyonlar yap�l�r. Bu kapsamda i)görev ve harekat ihtiyaçlar�n�n ulusal teknoloji altyap�s� ile uyumlu olarak tan�mlanmas�na


395

yönelik senaryolar�n, ii)istenilen teknik özelliklerin ulusal teknoloji altyap�s� ile uyumlu olarak belirlenmesine yönelik senaryolar�n, iii)milli/kritik olmas� zorunlu teknoloji geli�tirme projelerinin, platform/sistem - alt sistem bütünlü�ü içerisinde tan�mlanmas�na yönelik senaryolar�n; iv)savunma ara�t�rma ve deneysel geli�tirme projelerinin yol haritalar�n�n tan�mlanmas�na yönelik senaryolar�n simülasyonlar� gerçekle�tirilir.

Raporlama: Ç�kt� al�nabilecek halde haz�r raporlar tan�mlan�r.

4. UYGULAMAYA �L��K�N ÖNER�LER Sistem Geli�tirme: Böylesine önemli ve oldukça büyük faydalar sa�layacak bir altyap�n�n tasarlanarak geli�tirilmesinde, tedarik projelerinde kullan�lan ve savunma sanayiinin oldukça al��k oldu�u sistem mühendisli�i ve proje yönetimi yakla��mlar�n�n kullan�lmas� ba�ar�y� garantileyecektir.

�ekil 6: STYS Çerçeve Modeli

�lk a�amada bir fizibilite projesi kapsam�nda �ekil 6’da çerçeve modeli verilen STYS’nin kavram tasar�m� ilgili payda�lar�n kat�l�m�yla yap�lmal�d�r. Tasar�m s�ras�nda mevcut sistemler ve uygulamalar ile arayüzler mutlaka göz önüne al�nmal�d�r. Yap�lacak fizibilite çal��malar�yla sistem özellikleri son haline getirilmelidir. �kinci a�amada yer alacak sistem geli�tirme ve pilot uygulama projesi kapsam�nda, özellikleri belirlenen sistem geli�tirilerek pilot uygulama gerçekle�tirilmelidir. Pilot uygulama, özel bir faaliyet alan�n�n bütününü kapsayacak �ekilde tan�mlanabilir. Üçüncü a�amada tariflenecek bir proje ile ülke çap�nda ve tüm faaliyet alanlar�na yayg�nla�t�rma gerçekle�tirilmelidir.

��letme: STYS tam zamanl� olarak görevlendirilen bir ekip taraf�ndan i�letilmelidir. Bu ekip içerisinde teknoloji tarama ve izleme modeli sorumlular�, ölçüm ve de�erlendirme modeli sorumlular� ve bilgi yönetimi sistemi sorumlular� yer almal�d�r. Teknoloji tarama ve izleme modeli için üniversitelerden ve sanayiden kat�l�mlarla bir dan��ma kurulu olu�turulmal�d�r. Dan��ma kurulunun görevi bu modelde yer alan taksonomi, ArGe yetenek ve teknolojik olgunluk seviyelerine ili�kin güncelleme gereksinimlerinin izlenmesi ve gerekli yönlendirmelerin yap�lmas�d�r. Ölçüm ve de�erlendirme modeli için de ara�t�rma kurumu temsilcileri, sektör temsilcileri ve meslek organizasyonlar� ile ili�kilerin yönetiminde, yönlendirmeyi sa�layacak bir ekip olu�turulmal�d�r. Ayr�ca BIT i�letimi için 24saat destek verecek bir ekip olu�turulmal�d�r.


396

5. SONUÇ Ça��m�zda oldukça h�zl� geli�meler olmaktad�r. Teknolojik aç�dan bak�ld��nda önümüzde neredeyse sonsuz say�da çal��ma alan� seçene�i mevcuttur.

Teknolojik güçlerini, amaçlar�n� gerçekle�tirecek �ekilde yönlendirmeyi ba�aran ülkeler, kalk�nmada her aç�dan (teknolojik, ekonomik, toplumsal refah…) inan�lmaz bir h�z yakalamaktad�r. Taraflar�n teknolojik güçlerinin (birikimlerinin) bir araya getirilerek birle�tirilmesi ve uygulamaya dönü�türülmesi bu h�zda ivmeyi art�r�c� bir etki sa�lamaktad�r. Bu gerçek, hem askeri uygulamalarda hem de sivil uygulamalarda kar��l�� görülen a� merkezli sava� (network centric warfare), komuta kontrol sistemleri, veri füzyonu (data fusion), bilgi yönetim sistemleri, ulusal yenile�im sistemi (national innovation system), say�sal i� ekosistemi (digital business ecosystem), aç�k yenile�im (open innovation) gibi pek çok kavram�n ve uygulaman�n ç�k�� noktas�nda yatmaktad�r.

Bu bildiride anlat�lan çerçeve modeli ile tan�mlanan Savunma Teknolojileri Yönetim Sistemi’nin kullan�lmas�, yap�lan bilimsel ve teknolojik çal��malarla savunma ihtiyac�n�n kar��lanmas� aras�ndaki ili�kinin sürekli ve etkin bir biçimde yönetilmesini sa�layacakt�r. Ayr�ca sistemin kullan�m�n�n ülke çap�nda yayg�nla�t�r�lmas�n�n avantajlar�: i)Jenerik savunma ürünleri ve teknoloji ili�kisi kurularak, teknoloji yönetimi sistemati�i için tüm payda�lar taraf�ndan kullan�lan sa�lam bir temel olu�turulmas�; ii) Payda�lar aras�nda etkile�im sa�lanmas�, olu�turulan ortak dil ve altyap� ile sinerji yarat�lmas�, iii)Teknoloji yönetimi konusunda kullan�lan yakla��m�n, tüm payda�lar�n stratejik planlama ve yönetim süreçlerine entegre olmas� olarak s�ralanabilir.

Gerçekle�tirdi�i sistemlerle varl��n� kan�tlayan bir savunma sanayiine sahip olan ülkemizde, STYS gibi bir sistemin tasarlanarak geli�tirilmesi ve etkin bir biçimde i�letilmesi için gereken tüm yetenekler mevcuttur.

KAYNAKÇA [1] Technology Readiness Assessment (TRA) Deskbook, Amerika Birle�ik Devletleri Savunma Bakanl��, 2005.

[2] Defense Acquisition Guidebook, Amerika Birle�ik 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


397

[7] Technology Readiness Level Calculator, William L. Nolte, 6th Annual System Engineering Conference, 2003.


398


399

SAVUNMA S�STEM� GEL��T�RME PROJELER�NDE PLANLAMA VE �ZLEME YÖNTEMLER�N�N "MAL�YET ARTI" MODEL� AÇISINDAN

DE�ERLEND�R�LMES�

Mehmet ZA�M (a)

(a) TEK�M, Tekolojik ve Kurumsal ��birli�i Merkezi

Armada �� Merkezi Eski�ehir Yolu No:6 Kat:12 06520, Ankara [email protected]

ÖZET Savunma sistemleri geli�tirme projelerinde yayg�n olarak uygulanan “Maliyet Art�” tedarik modeli, gerek tedarik öncesi dönem, gerekse tedarik dönemi proje planlama ve izleme çal��malar� için baz� k�staslar�n ve yöntemlerin tan�mlanmas�n� zorunlu k�lmaktad�r. Tedarik öncesi dönemde teknik ve idari kapsam belirleme, risk de�erlendirme, maliyet tahmini ve tedarik planlama süreçleri, bu modelin uygulanmas�nda en önemli süreçlerin ba��nda gelmektedir. Bu modelin uygulanmas�, tedarik döneminde de projelerin ayr�nt�l� planlama, teknik performans ve maliyet/program takibi süreçlerinde baz� k�stas ve yöntemlerin kullan�lmas�n� tercih konusu olmaktan ç�kar�p, zorunlu hale getirmektedir. Model, i�letmelerde özellikle proje yönetimi ve i�letme yönetimi ile ili�kili süreçlerin, proje maliyet/program takibi ve i�letme mali yönetim süreçleri boyutunda gözden geçirilmesini gerektirmektedir. Bu bildiride, savunma sistemleri geli�tirme projelerinde tedarik öncesi ve tedarik sonras� dönemde bu kapsamda üzerinde durulmas� gereken teknik, idari ve mali hususlar, dikkate al�nmas� gereken k�staslar ile uygulanmas� gereken yöntemler, uluslararas� genel kabul görmü� yakla��mlar ve standartlar çerçevesinde ele al�nmakta; uygulamaya yönelik çözümler tart��lmaktad�r.

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 pre-acquisition (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


400

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. G�R�� “Maliyet Art�” tedarik modeli, yükleniciye, maliyete ilaveten sabit ya da de�i�ken miktarda (oran ya da mutlak de�er olabilir) ödeme yap�lmas� esas�na dayal� bir sözle�me modelidir. Model, proje ç�kt�s�n�n maliyetinden çok ç�kt� kalitesinin ön planda oldu�u projelerde uygulanmaktad�r.

Bu modelde yap�lacak ödemenin “maliyet” unsuru, belirli kurallar çerçevesinde kabul edilebilir tüm maliyetleri içerir. Kabul edilebilir maliyetler kanun, yönetmelik, tebli� ve standartlarla belirlenmi� olan maliyet s�n�flar� alt�nda toplanabilen maliyetlerdir. “Art�” unsuru ise, sözle�meye ba�lanm�� ko�ul ve hesaplama yöntemine göre belirlenecek sabit kar, ba�ar�ya ba�l� prim ya da ödül ödemesi �eklinde olabilir.

Bu modelin uyguland�� tedarik projelerinin en önemli özellikleri, proje ç�kt�lar�ndaki (üründeki) ve maliyetlerdeki belirsizliktir. Bu projelerde tedarik makam�, amac�na ula�abilmek için belirsizliklerin yol açaca�� sapmalar�n maliyetini kar��lamay� kabul ederken, tedarikçi de serbest fiyat ve kar oran� belirleme hakk�ndan feragat ve en iyiyi yapma gayretini ispat eder. Aç�kça anla��laca�� üzere bu model bir risk payla��m modelidir.

Özellikle ABD’de savunma sistemleri tedarik programlar�n�n seri üretim öncesi tüm a�amalar�nda “Maliyet Art�” modeli yayg�n olarak kullan�lmaktad�r. Modelin kullan�ld�� projeler nitelik itibariyle ArGe, ileri geli�tirme, mühendislik ya da sistem geli�tirme projeleridir. [1]

Savunma Sanayii Müste�arl��’n�n 2007-2011 Stratejik Plan�’nda da, “Maliyet Art�” tedarik modelinin 2008 y�l�ndan itibaren, belirlenecek ArGe ve yurt içi geli�tirme projelerinde uygulanaca��, plan�n Hedef-1.3 paragraf�nda ifade edilmektedir. [2] 2. MAL�YET ARTI MODEL�NDE R�SK Giri� bölümünde de ifade edildi�i üzere “Maliyet Art�” modeli bir “risk payla��m” modelidir. Bu nedenle modelin uygulama ilkeleri ve süreçleri tan�mlan�rken ön planda olmas� gereken etmen “risk”tir.

Özellikle ArGe ve yurt içi geli�tirme projelerinde “Maliyet Art�” modelinin uygulanmas� hedefi aç�s�ndan bakt��m�zda, uygulamada dikkat edilmesi gereken dört temel risk alan� �u �ekilde listelenebilir:

- Kapsam riskleri

- Teknolojik riskler


401

- Maliyet riskleri

- Yönetim riskleri

Bu liste -hemen anla��laca�� üzere- herhangi bir tedarik projesi için, risk yönetimi aç�s�ndan olu�turulabilecek jenerik bir kapsam listesidir. Risk yönetimi kapsam�nda yap�lacak çal��malar aç�s�ndan bak�ld��nda da, tan�mlama, analiz, azaltma planlama/uygulama ve izleme �eklinde özetlenebilecek jenerik bir alt süreç gruplamas� geçerlidir. Dolay�s�yla “Maliyet Art�” modelinin uygulanaca�� projelerdeki planlama ve izleme çal��malar� için farkl� bir yönetim çerçevesine ihtiyaç yoktur. Ancak, “Maliyet Art�” modelinin içerdi�i yüksek belirsizlik, gerek tedarik öncesi dönem, gerekse tedarik dönemi proje planlama ve izleme çal��malar� için, sabit fiyatl� modellerde uygulananlardan daha kapsaml� k�staslar�n ve yöntemlerin uygulanmas�n� zorunlu k�lmaktad�r. Bu k�stas ve yöntemlerin, bir geli�tirme projesinin tedarik öncesi ve tedarik a�amalar� için ayr� ayr� incelenmesi yararl� olacakt�r.

3. TEDAR�K ÖNCES� DÖNEM Tedarik öncesi dönemde teknik ve idari kapsam belirleme, teknolojik risk de�erlendirme, maliyet tahmini ve tedarik planlama süreçleri, bu modelin sa�l�kl� bir biçimde uygulanmas� aç�s�ndan kritik süreçler olarak s�ralanabilir.

Teknik kapsam, projeden istenen ç�kt�d�r. “Maliyet Art�” modelinin uyguland�� ArGe ve sistem geli�tirme projelerinde ç�kt� genellikle elde edilecek üründen beklenen özellikler, i�levler ve performans özellikleri cinsinden tan�mlan�r. Örne�in yeni geli�tirilecek ileri teknolojili bir silah sistemi için bu i�lev ve performans listesi, sistemin, yerine getirmesi gereken görevleri ve bu görevleri hangi ko�ullarda yerine getirmesi gerekti�ini gösteren bir “hedefler” listesi olabilir. Bu hedefleri kar��layan sistemin bile�enleri için de�erlendirmeye al�nacak alternatif çözümler ve bu çözümlerin etkinli�i konusu teknik kapsamdaki belirsizli�i art�ran unsurlard�r. Çünkü –büyük bir olas�l�kla- alternatifler aras�nda karar verme süreci, tedarik projesinin bir parças� olacakt�r. Bu nedenle teknik kapsam�n tan�mlanmas�nda “gerek ve yeter” dengesi çok iyi sa�lanmal�d�r. Ülkemizdeki uygulama aç�s�ndan bakt��m�zda; bu amaçla tedarik öncesi sistem mühendisli�i sürecinin hayata geçirilmesi ve “sistem performans özellikleri” tan�mlama yetene�inin geli�tirilmesinin gerekli oldu�u de�erlendirilmektedir.

�dari kapsam, istenen teknik hedefe ula�mak için yap�lacak çal��malar�n nas�l yönetilece�ini belirler. “Maliyet Art�” modelin uyguland�� ArGe ve sistem geli�tirme projelerinin yönetiminde, gerçekle�ecek risk ve olu�acak problemlere tepki zamanlamas� kritiktir. Bu nedenle, bu tip projelerde geleneksel proje planlama ve izleme yöntemlerine ilaveten, tedarik makam� ve tedarikçiler aras�nda daha s�k� i�birli�ine, entegre ekip anlay��na, gerek ve yeterli yetkilendirme esas�na dayal� yöntemlerin ön plana ç�kar�lmas� gereklidir. Ülkemizdeki uygulama aç�s�ndan bakt��m�zda; Savunma Sanayii Müste�arl��’n�n “Entegre Proje Gruplar�” yakla��m�n�n bu amaçla


402

kullan�labilecek �ekilde, kurumsal bir sürece dönü�türülmesinin yararl� olaca�� de�erlendirilmektedir. [2]

“Maliyet Art�” modelin uyguland�� ArGe ve geli�tirme projelerinin en önemli özelli�i, hiç ku�kusuz bar�nd�rd�klar� teknolojik risktir. �leri teknolojili sistem geli�tirme hedefi olan projelerde, genel olarak ülkenin, özelde ise projenin potansiyel tedarikçilerinin sistemi ve bile�enlerini olu�turan teknolojilere ve temel teknolojilere hakimiyet düzeyleri bu risklerinin en önemli kayna��d�r. Tedarik öncesi a�amada bu risklerin tan�mlanabilmesi ve analiz edilebilmesi, teknolojinin yetersiz oldu�u noktada destekleyici projelerin (örn: ba��ms�z ArGe) ba�lat�labilmesi için her �eyden önce ülkenin ve potansiyel tedarikçilerin teknoloji envanterinin, kar��la�t�rma yapmaya olanak sa�layan ortak bir olgunluk düzeyi kriteri çerçevesinde bilinmesi gerekir. �kici gereksinim ise, proje özelinde yap�lacak analizle, kritik teknoloji alanlar�ndaki haz�rl�k düzeylerinin belirlenmesi, teknik risklerin ölçülebilir/izlenebilir �ekilde tan�mlanmas�d�r. Bu çal��ma yap�lmadan ba�lat�lacak “Maliyet Art�” projelerinde, bütçe �i�mesi, bütçe s�n�rlamas�, kapsam daralmas�, teknik performanstan feragat, v.b. problemlerle kar��la�mas� olas�l�� yüksek olacakt�r. Ülkemizdeki uygulama aç�s�ndan bakt��m�zda; “Maliyet Art�” uygulamas�na geçi� sürecinin paralelinde, yukar�da verilen niteliklere sahip bir teknoloji envanteri belirleme, izleme, yönetme altyap�s� kurulum çal��malar�n�n da tamamlanmas�n�n yararl� olaca�� de�erlendirilmektedir. [3]

ArGe ve sistem geli�tirme projelerinde, teknik ve idari kapsam ile teknik risk de�erlendirmelerinin yap�lm�� olmas�, maliyet hedefinin belirlenmesi aç�s�ndan gereklidir. Ancak bu çal��malar�n yap�l�� ekli ve niteli�i, belirlenen maliyet hedeflerinin ne kadar gerçekçi oldu�unu gösterir. Geli�tirilecek sistemin karma��kl��na, maliyet tahmininde kullan�lan verilerin ve yöntemlerin olgunlu�una ba�l� olarak maliyet riski ve sapma potansiyeli olu�ur. Örne�in NASA’n�n kulland�� maliyet haz�rl�k düzeyi yönteminde sapma beklentisi, maliyet tahmini çok yeterli mühendislik kararlar�na ve çok yeterli bütçe taahhütlerine dayan�yorsa +/-%5, maliyet tahmini ba�lang�ç öncesi mühendislik ve bütçe kararlar�na dayan�yorsa. +/- %45 olabilmektedir. [4] Ülkemizdeki uygulama aç�s�ndan bakt��m�zda; “Maliyet Art�” projelerde, tavan maliyetlerin tüm taraflar�n kat�l�m� ile belirlenmesi sa�layacak, kriterleri belirli kurumsal bir sürecin hayata geçirilmesinin yararl� olaca�� de�erlendirilmektedir.

“Maliyet Art�” uygulamas� aç�s�ndan, tedarik öncesi dönemle ilgili olarak üzerinde durulmas� gereken en önemli noktalardan biri de tedarik planlama sürecidir. Burada tedarik planlama ifadesi, program ya da proje planlaman�n üstünde, öncelikle “tedarik stratejisi” belirleme çal��malar�n� da kapsayan bir süreci tan�mlamak için kullan�lmaktad�r. Bu ba�lamda, tedarik planlama sürecinin yurtiçi kaynaklar�n bilgi, yetkinlik ve altyap�lar�n�n en iyi kullan�m�n� garanti alt�na alan bir süreç olmas� gerekir. Di�er yandan “Maliyet Art�” modelinin uygulanaca�� ArGe ve sistem geli�tirme projeleri, girdi ve ç�kt�lar� itibariyle 1:N ili�kisine sahip projelerdir. Bu projelerde yap�lacak çal��malar�n


403

sonuçlar�, büyük olas�l�kla, birden fazla projeye girdi olacak nitelikte olacakt�r. Dolay�s� ile bu çal��malar�n ve ç�kt�lar�n�n, yeniden kullan�labilirlik, iç teknoloji transferi, yayg�nla�ma, v.b. yollarla program, sektör ya da ülke çap�nda olacak ekonomik etkilerinin yönetilmesi gerekir. Bu bak�� aç�s�, özellikle yüksek riskli, yüksek maliyetli ArGe ve sistem geli�tirme projelerinin maliyet etkinlik aç�s�ndan daha olumlu ve gerçekçi bir �ekilde de�erlendirilmesini sa�layacakt�r. Ülkemizdeki uygulama aç�s�ndan bakt��m�zda; ba�ta “Maliyet Art�” modeli olmak üzere, tüm tedarik süreçlerimizin, tedarik stratejisi ve “de�er mühendisli�i” kavramlar� dikkate al�narak gözden geçirilmesinin yararl� olaca�� de�erlendirilmektedir.

4. TEDAR�K DÖNEM� “Maliyet Art�” modelinin uygulanmas�, tedarik döneminde de projelerin ayr�nt�l� planlama, teknik performans ve maliyet/program takibi süreçlerinde baz� k�stas ve yöntemlerin kullan�lmas�n� tercih konusu olmaktan ç�kar�p, zorunlu hale getirmektedir.

Her �eyden önce, “Maliyet Art�” modelde sözle�me yap�labilecek tedarikçilerin ba�ta proje, mühendislik ve mali yönetim olmak üzere, ArGe ve yeni ürün geli�tirme süreçlerinin yönetiminde kurumsal bir yap�ya ve belirli bir olgunluk düzeyine sahip olmalar� gerekmektedir. Organizasyon, i� tan�mlama, ürün tan�mlama, planlama, programlama ve bütçeleme, mali yönetim, analiz ve raporlama, de�i�iklik ve veri yönetimi süreçlerinde genel kabul görmü� uygulamalar�n ve standartlar�n benimsenmi� olmas� beklenir. Bu süreçlerde, özellikle teknik performans ve maliyet/program izleme konusunda �effafl�k vazgeçilmez bir gereksinimdir.

Yukar�daki ifadelerden de anla��laca�� üzere, bir tedarikçi ile “Maliyet Art�” modelde sözle�me yap�labilmesi için, o tedarikçinin genel muhasebe ve maliyet muhasebesi sisteminin olgunlu�u ile, bu sistem içindeki maliyet toplama ve raporlama uygulamalar�n�n �effafl��, gerekli ancak tek ba��na yeterli olmayan bir ko�uldur. Bunun nedenleri a�a��da k�saca aç�klanmaktad�r:

i) “Maliyet Art�” modeli, giri�te aç�klanan tan�m� gere�i, tam serbestli�i olan bir rekabet modeli de�ildir. Bu modelde yüksek maliyet kadar önemli di�er bir tehlike de yetersiz bütçelendirmedir. Bu nedenle tedarikçinin planlama, programlama ve bütçeleme yetkinli�i ve bu süreçlerdeki �effafl�� önemlidir.

ii) Benzer nedenle, birden fazla potansiyel tedarikçinin oldu�u “Maliyet Art�” modeldeki bir proje için verilen tekliflerin sa�l�kl� bir biçimde de�erlendirilebilmesi ve kar��la�t�r�labilmesi için, teklif verenlerin teklif haz�rlama süreçlerinin belirli bir olgunluk düzeyinin olmas� gerekir. Çünkü bu tip bir proje, do�as� gere�i, yaln�z maliyet boyutu ile de�il, maliyet belirlenirken kullan�lan varsay�mlar, ya�anan süreç, yap�lan risk, fayda, etkinlik, teknoloji, v.b. analizlerinin niteli�i gibi, en ucuz de�il, en iyi teklif kriterleri ile de�erlendirilecektir.


404

iii) Günümüzde i�letmelerin muhasebe kay�tlar�n�n tek düzen hesap plan�na uygunlu�u kanuni bir zorunluluktur. ��letmeler genel kabul görmü� muhasebe standartlar� ve bilgi teknolojileri uygulamalar� ile proje bazl� maliyet izlenebilirli�ini rahatl�kla sa�layabilmektedirler. Dolay�s� ile “Maliyet Art�” modeli aç�s�ndan kritik husus salt maliyetlerin izlenebilirli�i de�il, maliyetlerle ili�kili program performans�n�n ve teknik performans�n izlenebilirli�idir. Örne�in iki y�ll�k bir projede bütçenin yar�s�na ula��lm�� ve maliyetlerin do�ru bir biçimde muhasebele�tirilmi� olmas�, tek ba��na projenin sonunda istenen ç�kt�lara ula��l�p ula��lamayaca��n� göstermemektedir.

Bu nedenlerle “Maliyet Art�” modelinin sa�l�kl� uygulanmas� için, i�letmelerde özellikle proje yönetimi ve i�letme yönetimi ile ili�kili süreçlerin, proje maliyet/program takibi ve i�letme mali yönetim süreçleri boyutunda gözden geçirilmesi gerekir. Bu ba�lamda EIA-748B Kazan�lm�� De�er Yönetim Sistemi Standard� ile tan�mlanan ilke ve gereksinimler, “Maliyet Art�” modelinde sözle�me yapacak i�letmeler için örnek olabilir. [5] Bu standart ile belirlenen temel ilkeler a�a��da verilmi�tir:

- Proje sonuna kadar tüm i� kapsam�n�n planlanmas�.

- �� kapsam�n�n, teknik, zaman ve maliyet hedefleri aç�s�ndan takip edilmesi amac�yla bir ki�i veya kuruma atanabilmesini sa�layacak sonlu parçalara bölünmesi.

- �� kapsam�, zaman ve maliyet hedeflerinin, gerçekle�melerin takip edilebilece�i bir performans ölçüm taban� çerçevesinde tümle�tirilmi� olmas�. De�i�ikliklerin bu ölçüm taban�na göre denetlenmesi.

- Yap�lan i�in tamamlanma de�erlendirmesinde gerçekle�en maliyetlerin kullan�lmas�.

- �� tamamlanma de�erlendirmesinin objektif kriterlere göre yap�lmas�.

- Planda meydana gelen önemli sapmalar�n analiz edilmesi, etkilerinin tahmin edilmesi ve ölçüm gününe kadar gerçekle�en performans ile kalan i�e bak�larak, “Tahmini Toplam Maliyet”in belirlenmesi.

- Bu sistem içinde üretilen bilginin i�letmenin yönetim süreçlerinde girdi olarak kullan�lmas�.

5. SONUÇ “Maliyet Art�” yöntemi tedarik makam� ve tedarikçilerin birlikte çal��malar�n�n çok önemli oldu�u, yarar ve zarar�n yönetim kalitesi ile belirlendi�i bir tedarik yakla��m�d�r. Ülkemizde bugüne kadar gerçekle�tirilen savunma ArGe ve geli�tirmeye dayal� sistem tedarik projelerinin say�s� dikkate al�nd��nda, “Maliyet Art�” yöntemi uygulamas�na geçebilecek a�amaya gelindi�i söylenebilir. Ancak bu modelin yayg�n uygulama öncesinde tedarik makam� ve tedarikçi yönetim süreçlerinin gözden geçirilerek eksikliklerin tamamlanmas�,


405

gereken bilgi yönetim altyap�lar�n�n kurulmas�, e�itime, bilgi ve tecrübe payla��m�na önem verilmesi gerekmektedir.

Bu ba�lamda “Maliyet Art�” modeli için yap�lacak haz�rl�k çal��malar� için a�a��daki öneriler, minimum gereksinim seti olarak dikkate al�nabilir:

- Genel olarak tedarik, mali yönetim, proje yönetim, sistem mühendisli�i ve teknoloji yönetim süreçlerinin –tercihan bir modele göre k�yaslama yap�larak- gözden geçirilmesi.

- Tedarik öncesi dönemdeki sistem mühendisli�i çal��malar�na önem verilmesi; “sistem performans özellikleri” tan�mlama prati�inin iyile�tirilmesi.

- Ortak ekip ve i�birli�ine dayal� planlama ve izleme yöntemlerinin tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

- Teknoloji haz�rl�k/olgunluk düzeyi yakla��m�n�n tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

- Maliyet haz�rl�k/olgunluk düzeyi yakla��m�n�n tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

- Tedarik stratejisi ve de�er mühendisli�i kavramlar�n�n tedarik süreçlerine entegre edilmesi.

- Tedarik, program, proje ve di�er yeni ürün geli�tirme yönetimi alanlar�nda, genel kabul görmü�, modele ve standartlara dayal� süreçlerin benimsenmesi ve hayata geçirilmesi.

- Teknik performans izleme süreci ile entegre bir kazan�lm�� de�er yönetim sisteminin hayata geçirilmesi.

- Proje yönetimi ve ba�ta mali yönetim olmak üzere i�letme yönetimi çal��malar�n�n entegre ve �effaf bir biçimde planlanmas� ve izlenmesini sa�layacak bilgi teknolojileri altyap�lar�n�n hayata geçirilmesi.

KAYNAKÇA

[1] ABD DoD-USDATL, (2006), “Selecting Contract Types”, DFARS Subpart 216-1, http://www.acq.osd.mil/dpap/dars/pgi/pgi_htm/PGI216_1.htm

[2] Savunma Sanayii Müste�arl��, (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


406


407

SAVUNMA SANAY��N�N YÖNLEND�R�LMES�NDE K�� BA�I YILLIK SATI� DE�ER�N�N B�R PERFORMANS ÖLÇÜTÜ OLARAK KULLANIMI

Doç.Dr. Celal Zaim Çil

Çankaya Üniversitesi, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, dünyada Savunma ve Havac�l�k sektöründe ba�ar�l� olmu� ve ba�ar�da süreklili�i sa�lam�� firmalar�n bir k�s�m ay�rt edici özellikleri incelenmi�tir. Savunma Sanayiinde faaliyet gösteren milli ana entegratör firmalar�m�z�n ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri bu firmalar�n ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri ile kar��la�t�r�lm��t�r. Savunma sanayinin ülke sanayini geli�tirmede bir araç olarak kullan�lmas�nda, milli ana entegratör firmalar�n daha sa�l�kl� bir yap�ya kavu�malar�, daha yüksek katma de�erli ürünler ve hizmetler üretmeleri ve ayn� zamanda i�lerinin bir k�sm�n� KOB�’lere rasyonel bir �ekilde ta�ere etmeleri sonucunda tedarik zincirindeki sanayinin geli�tirilmesi için, ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erinin bir performans ölçütü olarak kullan�labilece�i gösterilmi�tir. Anahtar kelimeler : Ki�i ba�� y�ll�k 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. G�R�� : TÜRK�YE’DE SAVUNMA SANAY��N�N GEL��T�R�LMES� VE SSM’N�N STRATEJ�K PLANI SSM’nin geçen y�l içinde yay�mlad�� stratejik plana göre, SSM’nin misyonu: “Ülkemizin savunma ve güvenli�ine yönelik Türk Silahl� Kuvvetleri ve kamu kurumlar�n�n sistem ihtiyaçlar�n� kar��lamak, savunma sanayiinin


408

geli�tirilmesine yönelik strateji ve yöntemleri belirlemek ve uygulamak” olarak belirlenmi�tir. Vizyonu ise : “Savunma Sanayiine yön veren uzman tedarik kurumu; ülkemizin stratejik savunma ve güvenlik ihtiyaçlar�na teknolojik geli�meler do�rultusunda özgün yurt içi çözümler sunan, uluslar aras� pazara entegre ve rekabetçi bir savunma sanayiine yön veren uzman tedarik kurumu olmak” �eklinde tan�mlanm��t�r (www.ssm.gov.tr) [1]. Bu Plan çerçevesinde, TSK ihtiyaçlar�na yönelik tedari�in yakla��k %70’ini gerçekle�tirmekte olan SSM, konumuz bak�m�ndan önemli olan a�a��daki hususlarda,

� savunma ve güvenlik ihtiyac�n� kar��larken, tedari�i ülke sanayiinin geli�iminde bir araç olarak kullanaca��n�,

� sanayide tekrarlanan yat�r�mlardan kaç�n�laca��n�, projeler kapsam�nda KOB�’lere i� pay� verilmesini sözle�me kapsam�nda taahhüt alt�na alaca��n�,

� fizibilite etüdleri yoluyla da teknoloji yönetimini yönlendirece�ini, � uluslar aras� rekabet yapabilecek yetenekte güçlü �irket yap�lar�n�n ve

özgün tasar�m yeteneklerinin olu�turulmas� amac�yla kamu sermayeli �irketlerimizden ba�layarak, bu �irketlerde bir yeniden yap�land�rma ve konsolidasyona gidece�ini ve sonuçta bir Türk Savunma Sanayii Holdingi kurulmas�n� gerçekle�tirece�ini belirtmektedir. Stratejilere ula�ma yönünde SSM taraf�ndan kullan�lan araçlar içinde ise Savunma Sanayi Destekleme Fonu, proje kaynaklar�, yerli katk� ve ofset uygulamalar� say�labilir. SSM’nin belirledi�i öncelikli alanlarda Savunma Holding yap�s�na uygun olarak, önce milli ana entegratör firmalar belirlenerek, bu alanlarda yurt içinde geli�tirilebilecek sistemler tespit edilmektedir. Daha sonra, platform ve sistem, kimi zaman da alt sistem seviyesinde i�lerde, alan�na göre tek kaynak olarak belirlenen bu ana entegratör firmalar ile sözle�meler imzalanmaktad�r. Alt sistem, bile�en ve teknoloji seviyesinde ise, yine alanlar�na ve uzmanl�klar�na göre, belirlenen KOB� firmalar�na ve ara�t�rma kurulu�lar�na- zorunluluk kar��s�nda kimi zaman da ana entegratör seviyesindeki firmalara-ya yine tek kaynak olarak bu i�ler verilmekte ya da ana entegratör firmalar�n bu i�leri KOB�’lere yapt�rmas� (outsourcing) sözle�me hükümleri ile sa�lanmakta, kimi zaman da bu konuda ana entegratör firmalara tavsiyeler yap�lmakta, veya Ar-Ge projesi olarak tek kaynak yöntemi veya davet usulü ihale yöntemi ile firmalara ve TUB�TAK enstitülerine bu i�ler verilmektedir. SSM, Ar-Ge projelerinin ise, di�er tedarik projelerini tamamlayan ve destekleyen projeler oldu�unu dü�ünmektedir. 2. KAYNAKLARIN SAVUNMA SANAY��N� YÖNLEND�RMEDE KULLANIMI Ulusal savunma sanayi yeteneklerinin, özellikle alt sistem, bile�en ve teknolojilerin yurt içindeki KOB� firmalar� ve ara�t�rma kurulu�lar�nda geli�tirilmesi, bile�en ve teknoloji seviyesinde yetenek merkezlerinin olu�turulmas�, firma, ara�t�rma kurumu, üniversite aras�ndaki i�birli�inin geli�tirilmesinde zorluklar ya�anmaktad�r.


409

Ana entegratör firma, KOB�, üniversite aras�nda istenen i�birli�i seviyesine ula��lamamas�n�n en önemli sebeplerinden birisi olarak, savunma sanayimizin yapt�� i�lerin ço�unda gerçek bilginin geli�tirilmesini, bulu� ve inovasyonu gerektirecek teknolojikte i�lerin yap�lmamas�n�n en büyük neden oldu�unu dü�ünüyorum. Teknolojiyle derinden ilgilenilen ve yeni teknolojilerin geli�tirildi�i bu uzmanl�k i�leri, bilindi�i gibi Teknoloji Haz�rl�k Seviyesi (Technology Readiness level-TRL) cetvelinde 0-3 seviyelerinde yer alan faaliyetlerdir. Bizim Ana Entegratör ve büyük KOB� firmalar�m�z henüz ço�unlukla bu seviyedeki i�lerle u�ra�m�yor (Mankins) [2]. Ancak TRL 6-7 seviyesindeki i�lerle u�ra��yorlar. Üniversitelerdeki ö�retim görevlileri ve ara�t�rmac�lar ise, yay�n yapma bask�s� bilimsel ve teknolojik ara�t�rma-geli�tirme seviyesinde, uluslar aras� bilim ve ara�t�rma camias�n�n ilgilendi�i konularla u�ra��p, akademik kariyerlerinin hiç olmazsa geriye gitmesini önlemeye çal��maktad�r. Bu nedenle ana entegratör firma-KOB�-üniversitenin do�al yakla��m içinde bir araya gelmesi ve ortak ara�t�rmalar yapmas� henüz istenen seviyede gerçekle�memektedir. (Bu konuda daha etrafl�ca inceleme için bak�n�z : Mente ve Koç) [3]. Bu zorlu�a ra�men, üretim zincirinde dü�ey olarak önemli bir i�birli�i potansiyeli mevcuttur. Ancak, platform ve sistem seviyesindeki i�leri üstlenecek olan ana entegratör firmalar taraf�ndan, alt sistem, bile�en ve teknoloji seviyesindeki i� paketlerinin mümkün oldu�unca KOB�’lere verilmesi (outsourcing), kendilerine proje kapsam�nda SSM taraf�ndan ödenen tedarik fonlar�n�n KOB�’lerde de istenen yetene�in olu�turulmas�nda kullan�lmas� nas�l sa�lanacakt�r? Soruyu tersten soracak olursak, dü�ey ve yatay olarak savunma sanayi yeteneklerini geli�tirmek isteyen SSM’nin, KOB�’lerden direkt sözle�me yaparak teknoloji, bile�en, alt sistem almas�, Ar-Ge Projeleri hariç, çok zor oldu�una göre; SSM, ana entegratöre ödedi�i kaynaklar�n, bu firmalar taraf�ndan uygun yetene�e sahip KOB�’lere ak�lc� ve hakkaniyetli bir �ekilde yönlendirilmesini, ana entegratörün proje performans�na ve süreçlerine müdahale de etmeden nas�l gerçekle�tirecektir? 3. DÜNYANIN L�DER SAVUNMA VE HAVACILIK F�RMALARINDA K�� BA�I YILLIK SATI� Dünyada y�lda ortalama 1 trilyon ABD dolar� civar�nda savunma harcamas� yap�lmaktad�r. Bunun yakla��k 300 Milyar ABD dolar� ülkeler taraf�ndan savunma sistem al�mlar� için harcanmaktad�r. Dünya savunma ihracat pazar� ise y�ll�k ortalama 40 Milyar ABD dolar� seviyesindedir. Bu sat��lar�n toplam�n�n %80’ini gerçekle�tiren ABD ve AB firmalar�n�n incelenmesi ve bunun sonucunda al�nacak tedbirlerle, savunma sanayimizin, elbette kendi ulusal yap�m�za uygun ve kültürel de�erlerimiz ve hedeflerimize göre adapte edilmi� olan, benzeri bir savunma sanayi altyap�s�na ula�mas�n� sa�lamaya çal��mak herhalde ak�lc� bir yol olacakt�r. Dünya savunma ve güvenlik pazar�ndaki sat��lar�n %80’ini gerçekle�tiren bu firmalar havac�l�k ve savunma sektöründe y�llard�r çal��yorsa, dünyan�n


410

de�i�ik yerlerinde bu i�i yap�yorlarsa, ba�ar�l� ve kal�c� olmu�larsa, bunlar�n ortak bir özelli�i olarak yapt��n�, bizim de�erlerimize ve �artlar�m�za uyumlu bir hale getirerek yapmak, bu sektörde bizim firmalar�m�z� da ba�ar�ya götürebilir. Bu teoremden hareketle �u sonuçlara ula�abiliriz :

� Bu firmalara bakt��m�zda sat��lar�n�n yakla��k yar�s�n�n sivil sektörlere yönelik oldu�unu görmekteyiz. O halde bizim savunma firmalar�m�z da sadece savunma sektörüne de�il, ayn� zamanda sivil sektörlere de sat�� yapacak �ekilde yap�lanmal�, ürün ve hizmet geli�tirmelidir.

� Bu firmalar�n ihracatlar� toplam sat��lar�n�n %30’lar�na ula�maktad�r. Dünyada en çok sat�� yapan ilk 500 firma içine giren 11 savunma ve havac�l�k firmas�n�n 2006 toplam sat��lar� (cirolar�) toplam� 360 Milyar dolar oldu�una, bu sat��lar�n�n yakla��k yar�s� ihracata yönelik oldu�una (yakla��k 180 Milyar dolar), savunma ihracat pazar� toplam� ise 40 Milyar dolar oldu�una göre, ihracatlar�n�n ço�unlu�unu ticari ürünlerin (sivil sektör) te�kil etti�i aç�kça görülmektedir. O halde bizim firmalar�m�z da ihracat yapmak istiyorsa, yine mutlaka sivil sektöre, yani ticari ürünlere de yo�unla�mal�d�r. SSM de savunma firmalar�m�z� bu yönlerde te�vik etmektedir. Dünyadaki ilk 11 havac�l�k ve savunma firmas�n�n ba�ka ortak özelli�i ne olabilir diye bakt��m�zda, kan�mca uygulanabilecek di�er bir ortak yön, karakteristik özellik olarak göze ilk çarpan “ki�i ba�� y�ll�k sat��” de�erleridir. Tablo-1’de dünyada en çok sat�� yapan ilk 500 firma içinde yer alan savunma ve havac�l�k firmalar�n�n 2006 y�l� toplam sat��lar�, personel say�lar� ve ki�i ba�� y�ll�k sat��lar� görülmektedir. Ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erlerinde bir uyum oldu�u, da��l�m�n yakla��k 200.000-400.000 ABD dolar� içinde kald��, ortalaman�n ise 280.000 ABD dolar� seviyesinde oldu�u görülür. Tablo 1 : 2006 y�l� dünyada en çok sat�� yapan ilk 500 firma içinde yer alan savunma ve havac�l�k firmalar� sat��, personel, ki�i ba�� y�ll�k sat�� bilgileri (Fortune Dergisi, Haziran 2007 say�s�) [4]

HAVACILIK VE SAVUNMA

F�RMA 2006 SATI�LARI

PERSONEL SAYISI K�� BA�I 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

10 FINMECCANICA $16.348.000.000 58059 281.576 Avrupa Birli�i Havac�l�k ve Savunma Sanayicileri Derne�i verileri ise �ekil-1’de görülmektedir. Avrupal� firmalar�n ki�i ba�� y�ll�k sat��lar� 2003 y�l�nda 180.000


411

Avro (yakla��k 250.000 ABD dolar�) seviyesine ula�m��t�r. Birçok firmay� kapsayan bu de�er, yukar�da elde etti�imiz ilk 11 firman�n ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�eri ile oldukça uyumludur.

�ekil 1 : Avrupa Birli�i Havac�l�k ve Savunma Sanayicileri Derne�i üyesi olan firmalar�n y�ll�k toplam sat��lar� ve çal��an say�lar� toplam�n�n y�llara göre de�i�imi (EU Aerospace and Defence Association verileri-2004) [5] Perakende, bankac�l�k gibi pazarlar� ve dinamikleri farkl�, oldukça uzak sektörlerde ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri savunma ve havac�l�k sektöründen oldukça farkl�d�r. Yak�n oldu�unu tahmin edilen Elektronik ve Bilgi Teknolojileri (BT) sektörlerine ait benzeri veriler ise Tablo-2’de sunulmu�tur. Savunma ve Havac�l�k sektörüne ve bu sektöre en yak�n olan söz konusu iki sektöre ait yukar�daki tablolardan ç�kar�lan de�erler Tablo-3’te k�yaslanmaktad�r (firmalar�n tamam� gösterilmemi�tir). Tablo-3 incelendi�inde Savunma ve Havac�l�k sektörüne ait de�erlerin, bu sektöre oldukça yak�n oldu�unu dü�ündü�ümüz di�er iki sektörden bile farkl�l�klar gösterdi�i, aç�kças� her sektöre ait verilerin farkl� özelli�e sahip olduklar� görülür. O halde sonuç olarak sektör dinamikleri ve özellikleri ile ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri aras�nda bir ili�ki oldu�unu; ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri ortalamalar�n�n ilgili sektörü temsil etti�ini söyleyebiliriz. Tablo 2 : 2006 y�l� dünyada en çok sat�� yapan ilk 500 firma içinde yer alan Bilgi Teknolojileri (BT) ve Elektronik firmalar� sat��, personel, ki�i ba�� y�ll�k sat�� bilgileri (Fortune Dergisi, Temmuz 2007 say�s�) [4]


412

B�LG�SAYAR (DONANIM, H�ZMET VE YAZILIM) F�RMA 2006 SATI�LARI PERSONEL SAYISI K�� BA�I 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

10 ACCENTURE $18.228.000.000 140000 130.200

ELEKTRON�K, ELEKTR�K C�HAZLARI

F�RMA 2006 SATI�LARI

PERSONEL SAYISI K�� BA�I 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

10 ROYAL PHILIPS $38.707.000.000 121732 317.969 Tablo 3 : Savunma ve Havac�l�k, Bilgi Teknolojileri (BT) ve Elektronik sektörlerine ait verilerin k�yaslanmas� (veriler Fortune Dergisi, Temmuz 2007 say�s�ndan al�nm��t�r)

Bu firmalara ait özellikler ve verileri, benzeri i�leri daha küçük boyutta yapmakta olan bizim milli ana entegratör savunma ve havac�l�k firmalar�m�z� de�erlendirmede, kendi ulusal dinamik ve özelliklerimize, de�erlerimize göre bir uyarlamadan geçirdikten sonra, kullanabilece�imizi dü�ünüyorum. Bu firmalar�n ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erleri, Türkiye’ye uyumlu hale getirildikten sonra, ana entegratör firmalar�m�z�n performans�n� de�erlendirmede bir k�yaslama (benchmarking) ölçütü olarak kullan�labilir. Bu geçmi�e yönelik kullan�m�d�r. Veya tam tersi bir yakla��mla, bu ölçütü firmalar�m�z� istenilen


413

noktalara getirmek için bir hedef de�er olarak da kullanmak mümkündür. Bu da ki�i ba�� y�ll�k sat�� ölçütünün gelece�e yönelik kullan�m�d�r. 4. M�LL� ANA ENTEGRATÖR F�RMALARIMIZDA DURUM Bizim ana entegratör firmalar�m�z�n (Aselsan, TAI, Havelsan, Roketsan, FNSS gibi) en büyü�ünün y�ll�k sat��lar� toplam� 350 Milyon ABD dolar� seviyesindedir (2006 verileri). Yani bizim firmalar�m�z�n en büyü�ünün, söz konusu yabanc� firmalardan en küçü�ünün y�ll�k sat��n�n k�rkta biri kadar toplam y�ll�k sat�� vard�r. Türkiye’nin en büyü�ünün personel say�s�, bu firmalar�n en küçü�ünün personel say�s�n�n yakla��k on sekizde biridir. Bu firmalar�n toplam sat��lar�n�n yar�s� sivil-ticari sektöre olmas�na ra�men bizim ana entegratör firmalar�m�zda sivil sektöre olan sat��lar�n toplam sat��lar�na oran� çok daha dü�ük kalacakt�r. Bizim firmalar�m�z�n ihracatlar�n�n toplam sat��a oranlar�n�n da bu firmalara göre dü�ük oldu�u SSM verilerinden ortaya ç�kmaktad�r (2006 y�l�nda 1.720 Milyar ABD dolar� toplam sat��a kar��l�k, 352 Milyon ABD dolar� ihracat yap�lm��t�r. �hracat/sat�� = 0.20.) [www.ssm.gov.tr, 2006 Faaliyet Raporu]. Bu ölçek ve ürün çe�itlili�i farklar�n� hiçbir zaman dikkatten uzak tutmamam�z gerekmektedir. Ayr�ca nakit ak�m� ile gelir aras�ndaki dalgalanmalar� önlemek için ki�i ba�� y�ll�k sat��lar en az birbirini takip eden 3 y�ll�k ortalama al�narak hesaplanmal� ve bu de�erler yukar�da belirtilen yabanc� firmalar�n ki�i ba�� y�ll�k de�erleri ile k�yaslanmal�d�r. Savunma ve Havac�l�k Sanayimizin y�ll�k toplam sat�� ve çal��an say�lar�ndan elde edilen ki�i ba�� sat�� de�erleri Tablo-4’te verilmektedir. Tablo 4 : Ana entegratör firmalar�m�z�n toplam sat��lar� ve çal��an say�lar� Y�l Firma Y�ll�k Sat�� Çal��an

Say�s� Ki�i Ba�� Y�ll�k Sat��

Aç�klama/Kaynak

2006 ASELSAN 341.000.000$ 3000 113.667 $ Çal��an say�s� yakla��k olarak (www.aselsan.com.tr)[6]

2004 Türk Savunma Sanayii (TSKGV �irketleri toplam�)

403.984.000$ 7075 57.100 $ www.ssm.gov.tr, (Beyo�lu) [7]

2004 Türk Savunma Sanayii (Askeri fabrikalar hariç)

1.713.445.000 $ 21140 81.052 $ www.ssm.gov.tr, (Beyo�lu) [7] (Askeri Fabrikalardaki yakla��k 19000 çal��an bu say�n�n d��ndad�r.)


1.337.320.000 $ 9629 139.000 $ Savunma Sanayicileri Derne�i (SASAD)


1.300.000.000 $ Veri yok Veri yok SSM, 2006 Faaliyet Raporu


1.591.163.000 $ 9629 (2004 y�l�)

165.246 $ Savunma Sanayicileri Derne�i (SASAD)

Tablo-4’te görüldü�ü gibi Türk Savunma Sanayi sektörü için bulunabilen verilerde çeli�kiler oldu�u; anlaml� bir veri toplulu�u bulunmamakla beraber,


414

ortalama 100.000 ABD dolar� civar�nda bir ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erinin elde edilebilece�i tahmin edilebilir. Ancak, SSM’nin bu firmalar�m�zdan gerekli verileri temin edip son 3 y�ll�k ki�i ba�� y�ll�k gelir de�erlerinin ortalamas�n� çok daha do�ru olarak hesaplamas� mümkündür. Yakla��k olarak tahmin etti�imiz, ana entegratör firmalar�m�z�n ortalama 100.000 ABD dolarl�k ki�i ba�� y�ll�k sat�� seviyesi, inceledi�imiz ABD ve Avrupa firmalar�n�n ortalama ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�eri olan 250.000 ABD dolar�na nazaran dü�ük kalmaktad�r (1’e kar�� 2.5). Burada ki�i ba�� y�ll�k sat�� ölçütünün bir etkinlik (efficiency) ölçütü oldu�unu hat�rlamam�z gerekmektedir. Firmalar�m�z�n do�ru i�lerle u�ra�t��, yani i�tigal alanlar�n� etkili (effective) bir �ekilde seçtikleri ve bunlar� etkin olarak yapmaya çal��t�klar�n� varsayd�k. ABD ve AB firmalar� yüzy�ldan uzun bir sanayile�me ve geli�me sürecinin, uygulanan sürekli ve kararl� politikalar�n, uzun y�llar kendilerine sa�lanan koruma duvarlar�n�n, büyük pazar ve maddi imkânlar�n, sa�lanan büyük Ar-Ge kaynaklar�n�n ve di�er avantajlar�n sayesinde bu duruma gelmi�lerdir. Bu anlamda bizim firmalar�m�za haks�zl�k edilmemelidir. Sa�lanan bu ki�i ba�� sat�� ve ihracat seviyeleri bile ulusal sanayimiz için önemli bir ba�ar�d�r. Ancak mevcut yetenekleri ile, bu firmalar�m�z, sadece daha fazla ta�eron kulland�klar�nda bile, ki�i ba�� y�ll�k sat�� performanslar�n� art�rabilir. Bu yap�l�rsa, ülkemizdeki teknoloji ve yetenek firma taban�n�n dü�ey ve yatay olarak geli�mesi de sa�lanabilir (Çil) [8]. Ana entegratör firmalar�m�za ki�i ba�� y�ll�k sat�� hedefleri verilmesi durumunda, bu firmalar�m�za i�birli�i yapaca�� firma i�aret edilmemektedir. Performans sorumlulu�u üstlendi�i i�lerde, en uygun firmalar� bulup kendisine ta�eron olarak seçmeyi en iyi yine bu firmalar�m�z bilecektir. Bu özellikte bir ta�eron firma yoksa, KOB�’lerde yetenek olu�turmay� sa�layacak bilgi birikimine de ana entegratör firmalar�m�z ula�m��t�r diye dü�ünüyoruz. Ana entegratör firmalar�m�z için, ki�i ba�� y�ll�k sat�� performans de�erlerine ula��lmas� zorunlulu�unun SSM taraf�ndan y�llara sari tavizsiz ve kararl� uygulanmas� halinde hem ana entegratör firmalar�m�z�n daha sa�l�kl� bir yap�ya ula�mas�na önemli katk�s� olaca��n�, hem de ülkemizdeki KOBi firmalar�ndaki yetenekleri geli�tirece�ini ve ana entegratör firma- KOB�-üniversite aras�ndaki i�birli�ini de art�raca��n� de�erlendiriyoruz. 5. SONUÇ Savunma Sanayi, devletin tedarik makamlar� taraf�ndan, ülke sanayisinin geli�tirilmesini ve yönlendirilmesini sa�lamak üzere bir araç olarak kullan�labilir. SSM, TSK’n�n ihtiyaçlar�n� kar��larken savunma sanayiinin uygun bir �ekilde geli�tirilmesini de sa�layaca��n� ve bunu ülke sanayisinin geli�tirilmesinde bir araç olarak kullanmay� planlad��n� belirtmi�tir.


415

Bu çal��mada dünyada Savunma ve Havac�l�k sektöründe lider firmalar�n bir k�s�m ay�rt edici özellikleri incelenmi�tir. Söz konusu firmalar�n ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erlerinin, sektöre özgü oldu�u, di�er sektörlerin ki�i ba�� y�ll�k sat�� de�erlerinden farkl�l�klar gösterdi�i, sektör özelliklerini yans�tt��, karakteristik ve ay�rt edici oldu�u gösterilmi�tir. O halde ba�ar�l� yabanc� firmalar�n y�ll�k sat�� de�erlerine yakla�man�n da bizim firmalar�m�z�n daha s�hhatli bir yap�ya kavu�mas�n� sa�layaca�� de�erlendirilmi�tir. Halihaz�rda milli ana entegratör firmalar�m�z�n ortalama ki�i ba�� y�l�k sat�� de�erlerinin dünya firmalar�n�n de�erlerinden yakla��k en az 2.5 kat dü�ük oldu�u gözlenmi�tir. SSM taraf�ndan belirlenecek uygun ki�i ba�� y�ll�k gelir de�erleri ana entegratör firmalar�m�za hedef olarak verilip, firmalar bunlara ula�maya çal��rsa, sonuçta bu de�eri yükseltmek için alt yüklenici KOB� firmalar�na daha çok ve anlaml� olacak i� paketlerini ta�ere etmeleri ve ayn� zamanda katma de�eri daha yüksek bilgi tabanl� ürünler ve hizmetler geli�tirmeleri daha etkin bir �ekilde sa�lanacakt�r. Bu da SSM’nin savunma sanayiini geli�tirme ve düzenleme amac�na, firmalar�n performans sorumlulu�una müdahale etmeden, hakkaniyetli ve �effaf bir �ekilde ula�mas�n� kolayla�t�racakt�r. KAYNAKÇA [1] MSB Savunma Sanayi Müste�arl��n�n (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 ��birli�i Çerçevesinde TSK Tedarik Sisteminin Temel Sorunlar�”, SAVTEK, (2004). [4] Dünyan�n En Çok Sat�� Yapan 500 Firmas� Çal��mas�, 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. Beyo�lu, “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 Geli�meler”, Türk Teknolojisinin Dünya Teknolojisi �çindeki Yeri Sempozyumu, TOBB-ETU Ankara, (9-10 Kas�m 2006).


416


417

TÜRK SAVUNMA S�STEMLER�NDE DI�A BA�IMLILI�IN ANAL�Z�

Tuba AKINCILAR TAN (a), Haluk KORKMAZYÜREK (b)

(a) Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, Ankara, [email protected]

(b) Yrd. Doç.Dr. Ça� Üniversitesi, �ktisadi ve �dari Bilimler Fakültesi, Mersin, [email protected]

ÖZET Bir ülkenin ba��ms�zl�� teknolojiye hâkim olmaktan geçmektedir. Teknolojiye hâkim olan ülkeler siyasi anlamda da karar verici ve di�er ülkeleri yönlendirici rol oynamaktad�rlar. Türkiye gibi co�rafi ve siyasi olarak stratejik bir konumda olan bir ülke için, özellikle savunma alan�nda, yerli sanayinin geli�imi ile birlikte, d��a ba��ml�l��n azalt�lmas� birinci öncelikli milli bir hedef olmal�d�r. ABD'nin K�br�s Bar�� Harekât� sonras� Türkiye'ye uygulad�� silah ambargosu savunma ihtiyaçlar�n�n kar��lanmas�nda d��a ba��ml�l��n sak�ncalar�na önemli bir örnektir. Türk savunma sanayinde d��a ba��ml�l�� azaltma yönündeki çabalara ra�men yerli katk� pay�m�z�n yüzde 25 oldu�u, önümüzdeki y�llarda bu katk�n�n yüzde 50’lere ç�kar�lmas�n�n hedeflendi�i belirtilmektedir. Bu çal��mada, Türk Savunma Sistemleri kara, deniz ve hava sistemleri temelinde ele al�narak, her ana sistem için d��a ba��ml�l�k oranlar� ortaya konulmaya çal��lm��t�r. Çal��man�n sonunda elde edilen bulgularla Türk Savunma Sistemleri’nin d��a ba��ml�l��n� azaltmak için olas� çözümler ve al�nmas� gereken tedbirler belirtilmi�tir. Anahtar Kelimeler: D��a ba��ml�l�k, 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.


418

Keywords: Defense Independency, defense systems

1. G�R�� Mustafa Kemal ATATÜRK, 1 Kas�m 1937 Türkiye Büyük Millet Meclisi

aç�l�� konu�mas�nda �unlar� söylemi�tir; “...Harp sanayi tesisat�m�z� daha ziyade inki�af ve tevsii için al�nan

tedbirlere devam edilmeli ve endüstrile�me mesaimizde de ordu ihtiyac� ayr�ca göz önünde tutulmal�d�r...”

Bu politika do�rultusunda, Türkiye’nin ekonomik ilerlemesi hedef al�n�rken, ulusal endüstri de savunma gereksinimleri do�rultusunda geli�tirilmelidir.

Savunma sanayindeki d��a ba��ml�l��m�z� azaltmaya yönelik yo�un çabalara ra�men, halen yüzde 25’lerde olan yerli katk�y� yüzde 50’lere ç�karma hedefi [1], d��a ba��ml�l��n hala ciddi düzeyde oldu�unun ifadesidir.

Bu çal��mada, Türkiye’nin savunma sektöründeki ekonomik veriler de�erlendirilmi�tir. Sistemler, ana savunma sistemleri aç�s�ndan ele al�nm��, sistemlerin kaynak ülkelerine göre toplam sistem say�s� içindeki paylar�na dayal� olarak d��a ba��ml�l�k yüzdeleri ortaya konulmaya çal��lm��t�r.

Bu çal��mada savunma sistemlerinin say�s� ve men�ei hakk�nda bilgiler, yabanc� bir internet sitesinden ve Tel-Aviv Üniversitesi’ndeki bir çal��madan elde edilmi�tir. Ülkemizde, kendi savunma kaynaklar�na ait verilere ula��lmakta s�k�nt� ya�ad�� de�erlendirilmektedir. Bu bilgiler gizli oldu�u gerekçesiyle herhangi bir resmi ya da özel kaynakta yer almamakla birlikte, yabanc� internet sitelerinde benzer rakamlar�n yer ald�� görülmektedir. Bu nedenlerden ötürü bu çal��man�n do�rulu�u, yabanc� internet kaynaklar�n�n do�rulu�u ile s�n�rl�d�r.

Çal��mada ayr�ca “Savunma Sanayi nereye gitmeli?” sorusuna cevap olarak da, yeni stratejik hedefler ve geli�meler incelenmi�, Türk Savunma Sistemleri’nin d��a ba��ml�l��n� azaltmak için gereken tedbirler de�erlendirilmi�tir.

2. MEVCUT DURUM D��a ba��ml�l�k;

� Sistemi sa�layan ülke, � Sistemi kullanmada d��a ba��ml�l�k (izin, i�letme, e�itim), � Sistemin bak�m, onar�m ve idamesinde d��a ba��ml�l�k, � Sistemde kullan�lan mühimmatta d��a ba��ml�l�k, � Sistemi geli�tirmede/yenilemede d��a ba��ml�l�k,

gibi boyutlar�n bir fonksiyonudur. Bu çal��mada d��a ba��ml�l�k analizi sistemin men�eine göre yap�lm��t�r. Bir askeri yetenek alan�ndaki d��a ba��ml�l�k düzeyi sadece ilgili ülkeden tedarik edilen sistem say�s�n�n o alandaki toplam sistem say�s�na bölünerek bulunmu�tur. Di�er boyutlar bu çal��man�n kapsam� d��ndad�r. Savunma Sistemleri için genel d��a ba��ml�l�k oran� hesaplan�rken de, her bir ülkenin


419

sistemler baz�nda yüzdeleri toplanarak toplam yüzdeye bölünmü�tür. Ayn� hesaplama yöntemi Türk Savunma Tedariki genelinde yap�lan de�erlendirmede de kullan�lm��t�r.

2.1 Ekonomik Veriler Türkiye’de savunma harcamalar�n�n devlet harcamalar�n�n yüzde 10’u

civar�nda oldu�u görülmektedir. Savunma harcamalar�n�n GSMH’ye oran�n�n ise yüzde 3–4 gibi dü�ük bir seviyede kald�� görülmektedir.

Çizelge 1. Türkiye 2002–2006 y�llar� aras� ekonomik veriler [2]

EKONOM�K VER�LERDevlet Harcamalar� 2002 2003 2004 2005 2006

Toplam Harcama (Milyar $) 76.7 93.6 98.6 107.9 121.9 Savunma Harcamalar� (Milyar $) 9.05 9.5 10.0 11.0 - Savunma Harcamalar�ndaki Reel De�i�im (%) 25.5 4.9 5.3 10 - Savunma Harcamalar�/Gayri Safi Milli Hâs�la (%) 4.9 4.0 3.3 3.0 -

2.2 Kara Savunma Sistemleri Kara Savunma Sistemleri 14 ana grupta toplanm�� ve bu gruplar alt�nda yer alan sistemlerin say�s�, men�eine göre toplam say�ya oranlanarak, ülkeler baz�nda d��a ba��ml�l�k düzeyi ç�kar�lmaya çal��lm��t�r. Sonuçlar Çizelge 2’de görülmektedir.

Çizelge 2. Kara Savunma Sistemleri ve Men�eileri

Kara Savunma Sistemleri [3][4] Sistem Say�s� Men�ei

Toplam Sistem Say�s�na Oran�

(Ba��ml�l�k Düzeyi) 1. Ana Muharebe Tanklar� 3.602 a. Leopard 727 ALMANYA %20 b. M60 975 ABD %80 c. M48 1.900 ABD 2. Z�rhl� Personel Ta��y�c�lar 10.148 a. ZMA 2.031 TÜRK�YE

%62

b. ZPT 1.375 TÜRK�YE c. ZTA 48 TÜRK�YE d. FMC ACV-300 1.698 TÜRK�YE e. Otokar Akrep 665 TÜRK�YE f. Otokar Cobra 458 TÜRK�YE g. Otokar Yavuz 5 TÜRK�YE h. M113 3.312 ABD

%36 i. M125 156 ABD j. M106 175 ABD k. BTR-80 225 RUSYA %2 3. �nsans�z Hava Araçlar� 54 a. Cutlass/Harop 48 �SRA�L %89 b. I-GNAT UAV 6 ABD %11 4. Helikopterler 388 a. Sikorsky S-70 Blackhawk 73 ABD

%79 b. Bell AB206 28 ABD


420



(Ba��ml�l�k Düzeyi) c. Bell AB205 50 ABD d. Bell UH-1 114 ABD e. Bell AH-1 Cobra 42 ABD

f. Eurocopter Cougar 30 ALMANYA/ FRANSA %8

g. T129 Agusta 51 �TALYA %13 5. Helikopterlerde Kullan�lan Füzeler (Havadan Karaya) 580

a. Hellfire II 215 ABD %100 b. TOW II 365 ABD 6. Karadan Havaya Füze Sistemleri 1.902

a. At�lgan KMS 34 TÜRK�YE %3 b. Z�pk�n KMS 28 TÜRK�YE c. FIM 92B/C Stinger RPM 800 ABD %95 d. FIM-43A Redeye 1.000 ABD e. 9M39 Igla 40 RUSYA %2 7. Tanksavar Roketler 46.560 a. MILAN MIRA 390 FRANSA %2 b. ERYX 550 FRANSA c. BGM-71 TOW 365 ABD %87 d. M72 A2 40.000 ABD e. RPG-7 5.000 RUSYA %11 f. 9M113M 70 RUSYA g. Cobra 185 TÜRK�YE ~%0 8. Hava Savunma Silahlar� 2.870 a. L/70 300 �SVEÇ %31 b. L/60 600 �SVEÇ c. Oerlikon 660 �SV�ÇRE %23 d. Rheinmetall Mk.20 300 ALMANYA %10 e. M42 110 ABD %4 f. M55 900 RUSYA %31 9. Karadan Karaya Füze Sistemleri 272

a. TR-300 Kas�rga 30 TÜRK�YE %69 b. MLRS (T-122, TR-107, RA 7040) 122 TÜRK�YE

c. YILDIRIM B-611 36 TÜRK�YE d. ATACMS 72 ABD %31 e. M-270 12 ABD 10. Kunda�� Motorlu Topçu Sistemleri 3.439

a. T-155 F�rt�na 300 TÜRK�YE %21 b. T-155 Panter 400 TÜRK�YE

c. 105R 10 TÜRK�YE d. M110 215 ABD

%76 e. M107 35 ABD f. M55 9 ABD g. M44T 150 ABD h. M52T 350 ABD


421



(Ba��ml�l�k Düzeyi) i. M108T 25 ABD j. M101 825 ABD k. M114 535 ABD l. M115 150 ABD m. M116 175 ABD n. M59 150 ABD o. Skoda 110 ÇEKOSLOVAKYA %3 11. Geri Tepmesiz Toplar 3.985 a. M40A 2.135 ABD

%100 b. M20 1.000 ABD c. M18 850 ABD 12. Havan Toplar� 5.340 a. HY-12Di 575 TÜRK�YE %17 b. UT1 325 TÜRK�YE c. M1/M29 3.175 ABD %83 d. M-30 1.265 ABD 13. Otomatik Bomba At�c�lar� 1.500 a. Roketsan MK 19 1.500 TÜRK�YE %100 14. Kara Gözetleme Sistemleri 14.1. Topçu Havan Tespit Radarlar� 29 a. AN/TPQ-37 4 ABD %38 b. AN/TPQ-36 7 ABD c. Stentor 5 FRANSA %17 d. Blindfire 13 �NG�LTERE %45 14.2. Gözetleme ve At�� Tanzim Radarlar� +

a. ARS-2000 + TÜRK�YE %100 14.3. Optik Gözetleme 150 a. BAA 150 ALMANYA %100

Kara Savunma Sistemlerinde d��a ba��ml�l��n�n ülkelere göre da��l�m� ise, Çizelge 2’deki ülkelerin paylar�n�n toplama oranlanmas� yoluyla, �ekil 1’de görülmektedir. Buna göre Kara Savunma Sistemlerinde yüzde 51 oran�nda ABD’ye yüzde 23 oran�nda ise yerli savunma sistemlerine ba��ml� durumdad�r.

KARA SAVUNMA S�STEMLER�NDE DI�A BA�IMLILIK DÜZEY�

ABD 51%

Türkiye 23%

Almanya 8%

�srail 6%

Di�er 6%�ngiltere 3%Rusya 3%

�ekil 1. Kara Savunma Sistemlerinde D��a Ba��ml�l�k Düzeyi


422

2.3 Deniz Savunma Sistemleri Benzer yakla��mla, Deniz Savunma Sistemlerinde d��a ba��ml�l�k düzeyi,

13 yetenek grubunda, Çizelge 3’de verilmektedir.

Çizelge 3. Deniz Savunma Sistemleri ve Men�eileri

Deniz Savunma Sistemleri [3][4][5] Sistem Say�s� Men�ei


(Ba��ml�l�k Düzeyi) 1. Denizalt� 13 a. Gür S�n�f� (Tip 1400) 3 ALMANYA

%100 b. Preveze S�n�f� (Tip 1400) 4 ALMANYA c. Ay S�n�f� (Tip 1200) 6 ALMANYA 2. Denizalt�larda Kullan�lan Silahlar + a. 533 mm torpido + + b. Harpoon + ABD %100 3. F�rkateyn 18 a. Barbaros S�n�f� 4 ALMANYA %44 b. Yavuz S�n�f� 4 ALMANYA c. Gabya S�n�f� 8 ABD %56 d. Tepe S�n�f� 2 ABD 4. F�rkateynlerde Kullan�lan Silahlar + a. Harpoon SSM + ABD

%100 b. Seasparrow SAM + ABD c. Standard SAM + ABD d. 324 mm Torpido + + 5. Korvetler 6 a. Burak S�n�f� 6 FRANSA %100 6. Korvetlerde Kullan�lan Silahlar + a. 38 mm Exocet SSM + FRANSA

%100 b. Mistral SSM + FRANSA c. ECAN L5 Torpido + FRANSA 7. Hücumbotlar 24

a. Do�an S�n�f� 4 ALMANYA/ TÜRK�YE

%67 b. Rüzgar S�n�f� 4 ALMANYA/

TÜRK�YE

c. Y�ld�z S�n�f� 2 ALMANYA/ TÜRK�YE

d. K�l�ç S�n�f� (I, II) 6 ALMANYA/ TÜRK�YE

e. Kartal S�n�f� 8 ALMANYA %33 8. Hücumbotlarda Kullan�lan Silahlar +

a. Harpoon SSM + ABD %100 b. Penguin SSM + ABD c. 533 mm Torpido + + 9. May�n Tarama (T)/Avlama (A)Gemileri 17

a. Engin S�n�f� (A) 5 FRANSA %29 b. Ayd�n S�n�f� (A) 3 ALMANYA %18 c. “S” S�n�f� (T) 5 ABD %53


423

Deniz Savunma Sistemleri [3][4][5] Sistem Say�s� Men�ei


(Ba��ml�l�k Düzeyi) d. “F” S�n�f� (T) 4 ABD 10. Tank ve Mekanize Ç�karma Gemileri 50

a. Sarucabey S�n�f� 2 ALMANYA %6 b. Osmangazi S�n�f� 1 ALMANYA c. Ertu�rul S�n�f� 2 ABD

%94 d. Mekanize Vas�ta Ç�karma (Ç-117/Ç-302) 45 ABD

11. Karakol Gemileri 8 a. Hisar S�n�f� 2 ABD

%100 b. “T” S�n�f� 1 ABD c. “K” S�n�f� 5 ABD 12. Avc� Botlar� 10 a. PGM-71 S�n�f� 4 ABD %100 b. Türk Tipi 6 ABD 13. Helikopterler&Uçaklar 34 a. SeaHawk 7 ABD %62 b. AB-212 Agusta Bell 14 ABD

c. CASA CN-235 6 �SPANYA/ ENDONEZYA %18

d. TB-20 7 ALMANYA / FRANSA/�SPANYA %21

Deniz Savunma Sistemlerinde d��a ba��ml�l��n�n ülkelere göre da��l�m�

ise, Çizelge 3’deki ülkelerin paylar�n�n 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 oran�nda d��a ba��ml� durumdad�r.

DEN�Z SAVUNMA S�STEMLER�NDE DI�A BA�IMLILIK DÜZEY�

ABD 58%Almanya 19%

Fransa 18%

Di�er 2%

Türkiye 3%

�ekil 2. Deniz Savunma Sistemlerinde D��a Ba��ml�l�k Düzeyi


424

2.4 Hava Savunma Sistemleri Hava Savunma Sistemlerinde 10 yetenek alan�nda d��a ba��ml�l�k

yüzdeleri Çizelge 4’ dedir.

Çizelge 4. Hava Savunma Sistemleri ve Men�eileri Hava Savunma Sistemleri [3][4] Sistem

Say�s� Men�ei Toplam Sistem Say�s�na Oran� (Ba��ml�l�k Düzeyi)

1. Sava� Uçaklar� 427 d. F-16 224 ABD

%100 e. F-4 155 ABD f. F-5 2000 48 ABD 2. Sava� Uçaklar�nda Kullan�lan Mühimmatlar (Havadan-Havaya ve Havadan-Yere Güdümlü Füzeler ve Bombalar)

5.292

a. AIM-120A 314 ABD

%88

b. AIM-7E Sparrow 367 ABD c. AIM-9 Sidewinder 1.670 ABD d. AGM-88 HARM 95 ABD e. AGM-65 MAVERICK 824 ABD f. GBU 8 HOBOS 200 ABD g. GBU 10/12 Paveway 1.200 ABD h. AGM-142 POPEYE 99 �SRA�L %2 i. BLU 107 Durandal 523 FRANSA %10 3. Sava� Uçaklar� Sistemleri 226 a. AN/AAQ 14 LANTIRN 40 ABD

%35 b. AN/AAQ 13 LANTIRN 40 ABD c. AN/AVQ 23 Pave Spike + ABD d. ALQ-178 146 TÜRK�YE %65 4. Hava Savunma Sistemleri 246 a. Nike Hercules 24 ABD

%61 b. I-Hawk 18 ABD c. FIM-92C Stinger 108 ABD d. Rapier 86 �NG�LTERE %35 e. Z�pk�n/At�lgan KMS 10 TÜRK�YE %4 5. Hava Savunma Füzeleri 1.260 a. Nike Hercules 72 ABD

%33 b. I-Hawk 240 ABD c. FIM-92C Stinger 108 ABD d. MK2B (Rapier) 840 �NG�LTERE %67 6. Taktik Ula��m 82 a. C-130 13 ABD %16 b. C-160 19 ALMANYA/FRANSA %23 c. CN-235 50 �NG�LTERE %61 7. Tanker Uça�� 7 a. KC-135 7 ABD %100 8. E�itim Uçaklar� 193 a. T-38A 69 ABD

%80 b. Cessna T-37 58 ABD c. T-41D 28 ABD


425

Hava Savunma Sistemleri [3][4] Sistem Say�s� Men�ei Toplam Sistem Say�s�na

Oran� (Ba��ml�l�k Düzeyi) d. SF-260D 38 �TALYA %20 9. �nsans�z Hava Araçlar� 100 a. Harpy UAV 100 �SRA�L %100 10. Helikopterler 39 a. AS 532UL Cougar 20 ALMANYA/FRANSA %51 b. Bell UH-1H 19 ABD %49

Çizelge 4’den hareketle, Hava Savunma Sistemlerinde d��a ba��ml�l��n�n

ülkelere göre da��l�m� ise �ekil 3’de gösterilmi�tir. Buna göre bu sistemlerimiz sava� platformu olarak tamamen, genelde de yüzde 59 oran�nda ABD’ye olmak üzere d��a ba��ml�d�r.

HAVA SAVUNMA S�STEMLER�NDE DI�A BA�IMLILIK DÜZEY�

ABD 59%

�ngiltere 11%

�srail 11%

�spanya / Endonezya 7%

Fransa 5%Almanya 4% Di�er 3%

�ekil 3. Hava Savunma Sistemlerinde D��a Ba��ml�l�k Düzeyi

3. SONUÇLAR Kara, Deniz ve Hava Savunma Sistemlerinin d��a ba��ml�l�k

oranlar�ndan hareketle Türk Savunma Tedarikinin %56 oran�nda ABD’ye olmak üzere yakla��k yüzde 90 oran�nda d��a ba��ml� oldu�u görülmektedir (�ekil 4).

TÜRK SAVUNMA TEDAR�K�NDE DI�A BA�IMLILIK DÜZEY�

ABD 56%

Almanya 10%

Türkiye 9%

Fransa 8%

Di�er 6%

�srail 6%�ngiltere 5%

�ekil 4. Türk Savunma Tedarikinde D��a Ba��ml�l�k Düzeyi


426

Bu sonuçlara göre, sadece savunma sistemlerinde d��a ba��ml�l�k de�il tek kayna�a ba��ml�l�k da önemli bir sorun olarak dikkat çekmektedir. Savunma sistemlerinde hem Kara, Deniz ve Hava Savunma Sistemleri baz�nda ayr� ayr� hem de toplamda bak�ld��nda büyük bir oranda ABD’ye daha sonra da Almanya ve Fransa gibi ülkelere ba��ml� oldu�umuz görülmektedir. Yerli katk� pay�m�z ise toplamda sadece %9 gibi bir de�erde kalmaktad�r. ABD’nin birçok sistemde tek kaynak durumunda olmas�n�n harekât etkinli�i ve lojistik gibi katk�lar�n�n yan� s�ra baz� sak�ncalara da neden olabilece�i de�erlendirilmektedir.

Uluslararas� alanda bir ülkenin bilimsel ve teknolojik geli�mi�li�i bilim adam� ve mühendis say�s�, bilgisayar kullan�m oran� ve bilimsel, teknolojik ara�t�rma ve geli�tirme alan�nda yapt�� harcamalarla ölçülür. Bugün dünya nüfusunun dörtte üçünü (4,8 milyar) olu�turan geli�mekte 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). Geli�mekte olan ülkelerin bilimsel ara�t�rma ve geli�tirmeye harcad�� kaynak 3 milyar dolar gibi önemsiz bir miktarda kalmaktad�r.[6]

Buna kar��l�k toplam dünya nüfusunun ancak dörtte birini olu�turan (1 milyar) önde gelen ülkeler ise toplam mühendis ve bilim adam�n�n %90’�na sahiptir. Bunlar�n da yüzde 90’� ABD, Avrupa Birli�i ve Japonya’dad�r. Bu ülkeler ayr�ca toplam bilgisayar�n yüzde 97’sine sahip olup her y�l bilimsel ara�t�rmalara ve geli�tirmeye 220 milyar dolardan fazla para aktarmaktad�r. Bu durum ulusal düzeyde teknolojiyi üretecek entelektüel insan kayna��, birikim ve donan�m için uzun vadeli bir çal��ma gere�i yan�nda k�sa vadede de teknolojiye ula�man�n pratik yollar�n� bulmam�z gerekti�ini göstermektedir. Yurtiçinde üretilen silah sistemlerinin gerektirdi�i parçalar�n da önemli bölümü yurtd��ndan ithal edilmektedir. Türkiye, bulundu�u co�rafyada güçlü ve cayd�r�c� konumunu sürdürmek, bunun için de güçlü bir silahl� kuvvetlere ve onu destekleyen güçlü bir savunma sanayine sahip olmak zorundad�r. Ulusal savunma endüstrisine sahip olmayan hiçbir ülkenin dünya bar��na yeterli ölçüde katk�da bulunamayaca�� bilinmelidir.

Stratejik rekabet sektörü olan ve yüksek teknolojiye ihtiyaç duyan savunma sanayinde, teknolojik yetene�in yükseltilmesi için teknolojinin “özgün Ar-Ge faaliyetleri” ile edinilmesi zorunludur. Teknolojinin özgün Ar-Ge faaliyetleri ile geli�tirilmesi, k�sa vadede kârl�l�� olmayan ancak 7-8 y�ldan sonra kârl�l�� h�zla artan bir yöntemdir. Türkiye, özellikle ana sistemlerde kendine yeterli bir ulusal savunma endüstrisini hedeflemeli, elektronik harp sistemlerinin yaz�l�m ve donan�mlar�n� kendisi üretmelidir. Türkiye’nin öncelikli teknoloji ihtiyaçlar� belirlenmeli, devlet, ara�t�rma kurumlar� ve sanayi üçgeni olu�turulmal� ve sab�rla ancak sonuç al�c� projeler geli�tirilmelidir. Genetik, bilgi ileti�im sistemleri ve bunlar�n elektronik kontrolü, bilgi sava��, nano teknoloji, uzay ara�t�rmalar�, nükleer füzyon alan�ndaki geli�meleri Türkiye’nin yakalayabilme stratejisi olmal�d�r. [6]

Türkiye’nin bilimsel ve teknolojik altyap�s�n�n henüz arzulanan düzeye ula�amad��, ancak bu alanda önemli gayretlerin oldu�u söylenebilir. Savunma teçhizat� pazar�nda büyük bir rekabet vard�r. Sadece alan de�il ayn�


427

zamanda satan bir ülke olabilmek için hem milli savunma sanayinde yerli entegrasyon, hem de uluslararas� savunma sanayileri ile entegrasyon te�vik edilmelidir. [7]

4. KAYNAKÇA [1] Savunma Sanayii Müste�arl��, 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. Y�lmaz, “21. Yüzy�lda Güvenlik ve �stihbarat”, Alfa Yay�nlar�, 709–710, (2006). [7] M.O. Aln�ak, “Savunma Sanayii ve Tedarik Hakk�nda Dü�ünceler”, Ankara Genelkurmay Bas�mevi, 31–32, (2001).


428


429

SAVUNMA PLANLAMASINDA ESNEK DÜ�ÜNME KÜLTÜRÜ VE DESTEKLEYECEK YAKLA�IMLAR

Akif DEM�REL(a), Köksal HAZIR(b), Akif TABAK(c)

(a) 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 Dekanl��, 06654 Ankara, [email protected]

ÖZET So�uk Sava� döneminin sona ermesiyle birlikte klasik anlamdaki askerî tehdit büyük ölçüde ortadan kalkm��, ancak, bunun yerini belirsizli�in egemen oldu�u “asimetrik tehditler” alm��t�r. So�uk sava� sonras� dönem, tam bir belirsizlik ile karakterize edilmeye ba�lanm��t�r. Türkiye de co�rafi yönden Orta Do�u, Balkanlar ve Kafkaslar gibi belirsizli�in yo�un olarak ya�and�� ve güvensiz bir bölgede bulunmaktad�r. Savunma planlamas�nda çal��anlar ise i�lerini yapabilmek için “tehdit” tan�mlamas�n� yapmak durumundad�rlar ve bu sebeple, savunma planlamas�nda yeni yakla��mlar ve metodolojiler üretmeye yönlenmi�lerdir. Uluslararas� güvenlik ortam�nda görülen h�zl� de�i�imler ve tehditteki bu belirsizlik, savunma planlama faaliyetlerinde de belirsizli�in ve de�i�imin kar��lanabilece�i, h�zl� uyum yetenekli esnek yap�lara kavu�may� gerekli k�lmaktad�r. Bu nedenle çal��mada; esnek dü�ünmenin savunma planlamas�nda ne anlama geldi�i, esnek dü�ünme kültürünün temel yakla��m olarak benimsenmesi gereklili�i, belirsizlik alt�nda h�zl� ve yüksek uyum yetene�ine sahip bir savunma planlama sisteminin olu�turulmas�na yönelik, uygulama yönlü öneriler üzerinde durulacakt�r. 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.


430

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. G�R�� Belirsizli�in her alanda yo�un biçimde hissedildi�i günümüzde güvenlik ve savunma planlama çal��malar�, özellikle 11 Eylül sonras� güvenlik alg�lamalar�nda ve tehdit de�erlendirilmelerindeki önemli de�i�ikliklerle birlikte [1], bu belirsizlikten hiç olmad�� kadar fazla etkilenmektedir.

Tehdit kavram�nda da belirsizlik ön plana ç�km�� ve savunma planlamas�nda çal��anlar�n ve stratejistlerin i�lerini yapmalar�n� zorla�t�rm��t�r. Bu kapsamda, belirsiz tehdide kar�� planlama yakla��m ve stratejileri geli�tirilmeye çal��lm��t�r.

So�uk Sava� döneminin sona ermesiyle birlikte klasik anlamdaki askerî tehdit çok büyük ölçüde ortadan kalkm��, ancak, bunun yerini terörizm, mikro milliyetçilik, kitle imha silahlar�n�n kontrolsüz olarak yay�lmas�, çevre sorunlar�, radikal dinî ak�mlar, organize suçlar, yasa d�� göç sorunu ve uyu�turucu kaçakç�l�� gibi çok yönlü riskler ve en önemli özelli�i “farkl�l�k” ve “üstünlük” olan “asimetrik tehditler” alm��t�r [2].

Türkiye co�rafi aç�dan Orta Do�u, Balkanlar ve Kafkaslar gibi belirsizli�in hat safhada oldu�u ve güvensiz bir bölgede bulunmaktad�r. Bu belirsizlik, do�ru stratejiler üretebilmeyi ve belirsizli�in beraberinde getirdi�i de�i�ime uyum sa�lamay� ayakta kalmak için zorunlu k�lmaktad�r.

2. ESNEKL�K KAVRAMI, TANIMI VE NEDENLER� 2.1. Esneklik Kavram� ve Tan�m� Gelece�in önceden tümüyle kestirilemeyece�i, önemli olan�n ve ihtiyaç duyulan�n de�i�en ko�ullara esnek bir �ekilde cevap verme kapasitesi oldu�u gerçe�i, esneklik kavram�n�n temelini olu�turmaktad�r. Esnek planlama ise kestirilemeyen geli�melere olanak sa�larken, kar��m�za ç�kan de�i�imlere kar�� da h�zl� ve zaman�nda tepki vermeyi sa�lamaktad�r. Böylece, gelece�in baz� belirsizlikleri ve riskleri ta��nan planlamada büyük bir esneklik sa�lanm�� olacakt�r.

Kat� bir planlama beraberinde birtak�m tehlikeleri ve göze al�namayacak maliyetleri de getirir. Esnek planlama yakla��m�, daha önce yap�lm�� program veya planlar�n mutlaka yürütülmesi gerekti�i görü�ünü reddetmektedir. Bu yüzden esnek planlama yapmak, çevresel de�i�imleri ve bu konudaki trendi


431

önceden hissederek, planlar üzerinde devaml� bir de�erlendirme ve izlemeyle kontrolü sa�layarak, gerekti�inde de�i�ikliklere yönelmek suretiyle gelece�i kar��laman�n gereklerini kar��lamaktad�r.

Belirsizli�in yüksek oldu�u durumlarda esnek planlama yakla��m�na ba�vurulur. Esnek planlama geçici planlamad�r. Gelen bilgilere dayal� olarak her zaman geli�tirilebilir veya de�i�tirilebilir niteliktedir. Titiz ve a��r� ölçüde planl� hareket etmek isteyen planlamac�lar, bu tür planlardan rahats�z olurlar, fakat hayat�n gerçe�i oldu�undan s�k s�k geçici plan yapma i�leminden kurtulamazlar. 2.2. Neden Esneklik? So�uk Sava� sonras� dönemde, daha güvenli bir dünya için umutlar belirirken, bölgesel silahl� çat��malar ve kitle imha silahlar�n�n dengesizlik yaratacak bir biçimde yay�lmas� bu umutlar� bo�a ç�kartm��t�r. Kitle �mha Silahlar�n�n yay�lmas� ve bunlar�n da��t�m yöntemleri, küresel ve bölgesel güvenlik için somut bir tehdit haline gelmi�tir. Di�er bir ifade ile So�uk Sava��n sona ermesi, dünyada silahl� çat��malara, risk ve tehditlere son vermemi�, aksine uluslararas� toplumun küçük çapl� iç kar��kl�klardan, bölgesel sava�lara kadar bir dizi uyu�mazl�kla kar�� kar��ya kalmas�na sebep olmu�tur.

Savunma planlamas�nda çal��anlar i�lerini yapabilmek için “tehdit” tan�mlamas�n� yapmak durumundad�rlar. So�uk sava� sonras� dönem ise, tam bir belirsizlik ile karakterize edilmektedir. Eski tehdit bazl� planlaman�n yerini belirsiz tehditle birlikte, belirsizlik bazl� planlamaya b�rakt��n� ifade eden Gray [3], böyle bir ortamda do�ru sorunun “Bilinenin haftal�k bazda belirsizli�e dönü�tü�ü bir ortamda neye kar�� plan yapmal�y�z?” oldu�unu belirtmektedir.

F�rsatlar�n yan�nda sorunlar�n da yo�unla�t�� e�siz bir jeopolitik konumda bulunan Türkiye; bekas�n� ve ulusal menfaatlerini temin için; etkin d�� ve güvenlik politikalar� üretmek, kararl� ve duyarl� davranmak, gelece�in güvenlik ortam�n� do�ru belirleyerek, muhtemel risk ve tehditleri zaman�nda alg�lay�p gerekli önlemleri zaman�nda almak, maruz bulundu�u risk ve tehditler ile orant�l�, cayd�r�c� ve d�� politikas�n� desteklemeye yeterli silahl� bir gücü elde bulundurmak zorundad�r [2].

3. SAVUNMA PLANLAMASI VE ESNEKL�K 3.1. Belirsizlik ve Tehdit Alg�lamalar� Askerlerin üzerinde en fazla dü�ündükleri kavramlar olan “dü�man” ve “tehdit” de�erlendirmeleri; bilinemeyen ve öngörülemeyen bir gelece�in bask�s� alt�na girmi�tir. Bu geli�meler, sivil ve askeri planlamalarda yeni yakla��m aray��lar�na yol açm�� ve bu arada esnekli�in (adaptiveness) önemi de artm��t�r [4].

So�uk Sava�’�n sona ermesi ve iki kutuplu yap�n�n da��lmas� ile birlikte, güvenlik literatürüne “al��lmad�k” tehdit ve riskler girmeye ba�lam��t�r [5]. Bu tehdit ve riskler, uluslararas� güvenli�i etkileyen çok boyutlu, çok yönlü, öngörülmesi güç ve s�n�r tan�mayan, ba�ta terörizm olmak üzere; kökten


432

dincilik, mikro milliyetçilik, yasa d�� göç, organize suçlar, uyu�turucu ve silah kaçakç�l��, kitle imha silahlar�n�n kontrolsüz olarak yay�lmas� gibi sava� d�� araçlar kullan�larak yap�lan sald�r� �eklinde tan�mlanabilir. Türkiye ise bu al��lmad�k tehdit ve risklerin olu�turdu�u istikrars�zl�klar�n merkezinde kalm��t�r [2].

�stikrars�zl�k ve belirsizlik ortam�nda günümüzün tehdit alg�lamalar�na göre durumlar (senaryolar) yeterli haz�rl��n yap�lmas�na imkân vermeyecek ölçüde çabuk ortaya ç�kmaktad�r. Bu nedenle esnek planlama önem kazanm��t�r.

Pek çok ülke bu belirsizlik ve tehdit alg�lamalar�na göre Ulusal Güvenlik Politikalar�n� tekrar gözden geçirmi� ve ordular�n� bu çerçevede yeniden yap�land�rm�� ve yap�land�rmaya devam etmektedirler [2] [6].

Uluslararas� güvenlik ortam�nda görülen de�i�imler ve belirsizlik, Türk Silahl� Kuvvetlerinin de de�i�ik harekât türleri ve görevleri ifa etmeye haz�r olmas�n� gerektirmi�tir. Bu kapsamda, Beyaz Kitap’a [2] göre, savunma politikam�z Türkiye’nin milli askeri stratejisinin içerdi�i a�a��daki alt� husus ile desteklenmektedir:

� Cayd�r�c�l�k,

� Güvenlik Ortam�n�n �ekillendirilmesi,

� Sava� D�� Harekât,

� Kriz Yönetimi,

� S�n�rl� Güç Kullan�m�,

� Kesin Sonuçlu Konvansiyonel Harp.

3.2. Savunma Planlamas�nda Esneklik Savunma planlamas�, bir devletin savunma politikas�n�n belirlenmesi, uluslararas� veya ulusal çaptaki askeri mevcudiyet vas�tas�yla, belirlenen hedeflere ula��lmas�, savunma kaynaklar�n�n da��t�m� ve ulusal kurumlar aras�ndaki i�birli�i sisteminin geli�tirilmesi sürecidir [5].

So�uk Sava�’�n sona ermesi ile birlikte savunma planlama faaliyetleri, ba�ta tehdidin nereden, ne zaman ve ne �ekilde gelece�i olmak üzere temel nitelikteki pek çok belirsizlikle mücadele etmek durumunda kalm��t�r [5].

Savunma planlamas�nda, hem üst düzey planlama araçlar�n�n hem de kuvvetlerin yap�lar�; de�i�en tehdit unsurlar�n� kar��layabilecek ve yeni görevlerin üstesinden gelebilecek esneklik ve çevikli�i sa�lamal�d�r.

Davis ve di�erlerine [7] göre savunma planlamas�nda seviyelerine göre esneklik;

� Harekât esnekli�i,

� Güvenlik ortam�n� �ekillendirmek,


433

� Stratejik esneklik olarak s�ralanmaktad�r.

Harekât esnekli�i, geni� bir yelpazedeki senaryolar için her zaman yeterli olacak güçlü bir kuvvet yap�s�n� ifade etmektedir. Bu kuvvet yap�s� ise ancak senaryolar�n gerektirdi�i kabiliyetlere sahip olmakla gerçekle�tirilebilir. Harekât esnekli�i daha ziyade k�sa vadedeki esnekli�i ifade etmektedir.

Harekât esnekli�inde, tüm risklere kar�� haz�r olmay� sa�layan tüm yeteneklere sahip olmak, yani “s�n�rs�z esnekli�in” imkâns�zl�� göz önüne al�nd��nda, yetenek tabanl� savunma planlama yakla��m� uygun yetenek karmas�n�n olu�turulmas� ile tüm risklere kar�� optimum güvenli�in sa�lanmas�n� sa�layarak harekât esnekli�ine en iyi hizmet eden savunma planlama yakla��m� olarak kar��m�za ç�kmaktad�r.

Güvenlik ortam�n�n �ekillendirilmesinde esas; muhtemel bir kriz/çat��ma öncesinde siyasi ve askeri durum üstünlü�ünü sa�lamakt�r. Güvenlik ortam�n�n �ekillendirilmesindeki amaç:

� Cayd�r�c�l�k sa�lamak,

� �stikrars�zl�ktan kaynaklanan tehditleri bertaraf etmek,

� �stikrarl� bir bölge olu�turmak,

� Olas� bir sava� için muharebe ortam�n� haz�rlamakt�r.

Güvenlik ortam�n�n �ekillendirilmesi için uygulanabilecek hareket tarzlar� ise;

� Çok uluslu koalisyon güçlerine i�tirak etmek,

� Psikolojik harekât yapmak,

� Güvenlik ve i�birli�i için hareket tarzlar� geli�tirmek,

� �lgili bölgelerde askeri güç bulundurmakt�r.

Stratejik esneklik ise; güvenlik ortam�ndaki trendlerin ve olaylar�n dikte ettirdi�i gibi zamana ba�l� olarak kuvvet yap�s�n� de�i�tirebilme kapasitesidir. Stratejik esneklik uzun dönemli esnekli�i ifade etmektedir. De�i�ebilecek tehdit alg�lamalar�na göre kuvvet yap�s�n�n almas� gereken durumlar� ifade etmektedir. Stratejik esneklik bu de�i�imi gerçekle�tirebilme kapasitesidir. Savunma planlama faaliyetlerinin ba�lang�c� olan stratejik yönlendirme safhas�n�n en önemli belgesi olan Millî Güvenlik Siyaseti Belgesi, iç güvenlik ortam� ile uluslararas� güvenlik ortam�nda meydana gelen önemli geli�melere göre gerekli görüldü�ünde; Cumhurba�kan� veya Ba�bakan taraf�ndan verilecek direktiflere göre haz�rlanmas�nda takip edilen sistem içerisinde güncelle�tirilmek suretiyle stratejik esnekli�e hizmet eder.

�� dünyas�ndaki yöneticiler, hedeflerde veya d��sal çevrede ya�anan de�i�imlerin yat�r�m araçlar�ndaki etkilerini de�erlendirmek üzere, portföyünü sürekli olarak kontrol etmektedirler. Benzer �ekilde, k�sa vadeden uzun vadeye de�erlendirilen tehdit alg�lamalar�ndaki de�i�imler, savunma planlama faaliyetlerindeki önceli�i de etkileyecektir. Örne�in k�sa vadede büyük bir


434

tehdit beklenmiyor olmas�, planlamac�lar�, stratejik esneklik (strategic adaptiveness) ya da güvenlik ortam�n� �ekillendirme (environment shaping) gibi görevlere odaklanmaya itebilir [7].

Gray [3], planlamada her zaman önemli olan sorunun “Do�ru olan ne?” oldu�unu belirterek, savunma planlamas�nda belirsizlikten kaynaklanan endi�e yükünü azaltmada planlamac�lara yard�mc� olaca��n� savundu�u yedi ilkeden söz etmektedir:

a. Gelece�in tüm detay� ile bilinemeyece�i gerçe�i, bu nedenle, gelece�in detayl� biçimde bilinmiyor olmas�n�n, planlama için bir problem ya da zay�fl�k te�kil etmedi�i, önemli olan�n, yo�un belirsizlikler kar��s�nda ak�ll� ve gerçekçi bir biçimde planlama yapabilmenin oldu�u, güvenlik konusunda bilinmeyenlerin de bilinenler kadar önemli oldu�u, planlama öncesinde “bilinenler” ve “bilinmeyenler” olarak iki liste yapman�n yararl� olaca��,

b. Jeostratejik önceliklerin belirlenmesinin bir tercih meselesi olmad��, bu nedenle ulusal co�rafya ve modern teknolojideki geli�meler göz önünde bulundurularak jeostratejik önceliklerin belirlenmesi gerekti�i,

c. Uzun dönemin, birbiri ard�nca gelen k�sa dönemlerden olu�tu�u gerçe�i ile “bugün ve gelecek dengesi”nin do�ru �ekilde kurulmas� gereklili�i, bu konunun planlamac�lar� bekleyen en büyük engellerden biri oldu�u, Dünya’n�n giderek daha tehlikeli bir hal ald�� bu nedenle gelece�i �ekillendirme zaman�n�n geldi�i,

d. De�i�en ko�ullara uyum sa�layabilecek ölçüde esnekli�in kazan�lmas� ve korunmas�, esnekli�in; aç�k görü�lülük, doktrinel üstünlük, yap�sal elastikiyet, zaman ve maliyet gibi pek çok bile�eni bulundu�u,

e. Geçmi�ten ders al�nmas�, ya�an�lan benzer nitelikteki problemler ve f�rsatlar�n yeniden ortaya ç�kabilece�i, benzer durumlarda geçmi�te yap�lan hatalar�n tekrarlanmamas�, tarihin, her zaman, almas�n� bilenler için büyük dersler içerdi�i, toplumlar�n, ancak ve ancak geçmi�in izlerini sürerek bugünü anlayabilecekleri ve bu sayede gelece�i de tahayyül edebilecekleri,

f. Her ülkenin silahl� kuvvetlerinin hizmet etti�i toplum ve politik sistemin aynas� oldu�u gerçe�i ile ülkenin güçlü ve zay�f yönlerinin bilinmesinin ve güçlü taraflar� ön plana ç�kart�lmas�n�n fayda sa�layaca��,

g. Halihaz�rda geçerli olan savunma yap�s�n�n nitelikleri, 30–40 y�ll�k bir geçmi�e sahip inanç ve varsay�mlar�n ürünü oldu�undan, de�i�en ve geli�en ko�ullar ��nda varsay�mlar yeniden gözden geçirilmelidir. Çünkü Savunma Politikas� günlük olaylara dayal� anl�k yarg�larla yap�lamayacak kadar önemli oldu�u ifade edilmektedir.

Sonuç olarak; iki kutuplu dünya düzeninin y�k�lmas�ndan sonra meydana gelen belirsizlikler ve tehdit alg�lamalar�na ba�l� olarak ülkelerin ordular�n� yeniden yap�land�rma çal��malar� �� alt�nda, savunma planlamas� konusunda da köklü de�i�imler meydana gelmi� ve “neye kar�� haz�r olunmas�” gerekti�i


435

sorusunun belirsizli�ine ba�l� olarak savunma planlamas�n�n daha esnek bir yap�da olmas� gerekti�i ortaya ç�km��t�r.

Günümüzün geni� bir yelpazede yer alan tehditlerine kar��, k�s�tl� bütçe imkânlar� içinde kalarak uygun yetenekleri sa�layacak bir planlama anlay�� ve bunun esnek bütçelerle desteklenmesi, bütçe anlam�nda yeterli ihtiyat ayr�lmas�, esnek planlaman�n odak noktalar�ndan birini olu�turabilecektir.

Bulundu�umuz jeopolitik ortam�n gerekleri ��nda, nokta senaryolardan daha ziyade, gelecekle ilgili kabul edilebilir kapsaml� bir senaryo uzay� olu�turmak, bu senaryo uzay� içerisinde kar��la��labilecek durumlarla ili�kili olarak, a��rl�klar belirlenerek, bütçe imkânlar�yla uyumlu, a��rl�kl� de�erlendirmeler do�rultusunda öncelikle kazan�lmas� gereken yeteneklerin kazan�m�n�n ilk dönemlere planlanmas�, müteakiben gerekli di�er yeteneklerin teminine yönelinmesi ikinci olarak odaklan�lmas� gereken konular olacakt�r.

Esnek planlama yakla��mlar�n� destekleyecek bir di�er odak noktas� ise, ihtiyaç duyulacak yetenekleri her �artta destekleyecek ve kar��layabilecek, Milli savunma sanayisinin gerekli bilgi ve teknoloji düzeyine yükseltilmesi, ARGE’ye dayal� esnek üretim alt yap�s�n�n olu�turulmas� olacakt�r.

Savunma planlamas�nda esneklik ve bu esnekli�i sa�layacak araçlar olarak yeni planlama yakla��m� aray��lar� önümüzdeki belirsizliklerle dolu dönemde de ilgi oda�� olmaya devam edecektir.

KAYNAKÇA [1] F. Tuncel, (2005) “Tarihsel Süreç �çerisinde Güvenlik, Askeri Yönetim ve Sava� Kavramlar�n�n De�i�en Yüzü”, Uluslararas� Yönetim ve Askerlik Sempozyumu, 26–27 May�s, 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. Bas�m, (2006) “Belirsizlik-Yo�un Güvenlik Ortam�nda Savunma Planlamas�na Yönelik Yeni Yakla��mlar ve Bir Metodoloji Önerisi Olarak Senaryo Uzay�”, 3. Savunma Teknolojileri Kongresi, Cilt-1 Bildiriler, 29-30 Haziran, Ankara.

[5] Y. Öztürk, (2005) “Savunma Planlamas�nda Yeni Yakla��mlar ve Türk Silahl� Kuvvetleri’nde Bir Senaryo Uzay� Çal��mas�”, Bas�lmam�� Yüksek Lisans Tezi.

[6] J. Lindley (2002) “European Defence: New Threats, New Missions, New Actors”, Military Tehnology 6/2002.

[7] P.Davis, ve di�erleri. (1996) “Adaptiveness in National Defense: The Basis of a New Framework”, RAND Issue Paper, August.


436


437

AR-GE PROJELER�N�N PERFORMANSININ DE�ERLEND�R�LMES� �Ç�N ÇOK KR�TERL� KARAR VERME YAKLA�IMI

Zeynep Tohumcu(a), Esra Karasakal(b)

(a) TÜB�TAK-SAGE, 06261, Ankara, [email protected] (b) Doç. Dr. ODTÜ, Endüstri Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, Savunma Sanayii’de Ar-Ge faaliyetleri yürüten bir

kurumda sözle�meli olarak yürütülen Ar-Ge projelerinin performanslar�n�n de�erlendirmesi için Analitik A� Süreci (AAS) ve Veri Zarflama Analizi (VZA) tabanl� bir yakla��m geli�tirilmi�tir. Geli�tirilen model ile, projeler performanslar�na göre s�ralanmaktad�r.

Performans de�erlendirmede kullan�lmak üzere kriter ve alt-kriterler belirlenmi�, kriter/alt-kriterlerin birbirlerine ba��ml� oldu�u görülmü�tür. Bu ba��ml�l�klar hiyerar�ik ve a� �emas� yap�lar�n�n özelliklerini ta��yan hibrid bir AAS modeli geli�tirilerek ele al�nm��t�r. AAS modelinde, kriter/alt-kriterlerin önem ve etkilerini belirlemekte kullan�lan ikili kar��la�t�rma matrisleri, Kurum içerisinde bir anket yap�larak, grup karar verme yakla��m� ile, aral�kl� yarg�lar �eklinde olu�turulmu�tur. Bu aral�kl� yarg�lardan alt-kriter a��rl�klar� için birer aral�k elde edilmi�, ve bu aral�klar projeleri s�ralamak için kullan�lacak olan süper verimli VZA modeline k�s�t olarak eklenmi�tir. Olu�turulan VZA modeli, eksik verileri de ele alabilecek �ekilde geli�tirilmi�tir.

Kurumda yürütülmekte olan sözle�meli projelerin performanslar� bu model ile de�erlendirilerek, model gerçek bir uygulamada kullan�lm��t�r.

Anahtar Kelimeler: Ar-Ge Projelerinde Performans De�erlendirme, 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


438

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 super-efficiency 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. G�R�� Projelerde ba�ar� elde etmenin temel faktörü etkin proje yönetimidir. Bir

çok kurumda ayn� anda birden çok proje yürütülmekte olup tüm bu projelerin e�güdümlü bir �ekilde yürütülmesi proje yönetimine daha da önem kazand�rmaktad�r. Karma��k bir yap�ya 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 �artt�r.

Bu çal��mada, Savunma Sanayi sektöründe yer almakta olan bir kurumda sözle�meli olarak yürütülen Ar-Ge projelerinin performanslar�n�n de�erlendirmesi için Analitik A� Süreci (AAS) ve Veri Zarflama Analizi (VZA) tabanl� bir yakla��m geli�tirilmi�tir. Geli�tirilen model ile projeler performanslar�na göre s�ralanmaktad�r.

Kurumda yürütülen projeler, savunma sistem veya alt-sistemlerinin kavramsal tasar�m a�amas�ndan prototip üretimi a�amalar�na kadar yap�lan mühendislik ve Ar-Ge faaliyetlerinden olu�ur. Kurumda yürütülmekte olan her bir proje için proje yönetimi uygulanmakta, projeler zaman ve bütçe k�s�tlar�na göre izlenmektedir.

Son y�llarda, Kurumda yürütülmekte olan proje say�s�nda büyük bir art�� olmu�, daha kapsaml� ve karma��k projeler yürütülmeye ba�lanm��t�r. Bu art�� ile birlikte, projelerin izlenmesi daha da önem kazanm�� olup daha sofistike bir performans de�erlendirme sistemi ihtiyac� do�mu�tur.

Performans de�erlendirme sistemi; projelerin performanslar�na göre s�ralamas�n� vermeli, tüm projeler için uygulanabilir olmal�, projeleri tüm yönleriyle de�erlendirecek �ekilde kriterlerler içermelidir. Bu gereksinimler do�rultusunda çok kriterli karar verme yakla��m� uygulanm��t�r. 2. PERFORMANS DE�ERLEND�RME KR�TERLER�

Ar-Ge projelerinin performans de�erlendirmesi üzerine kapsaml� bir literatür taramas� yap�lm��, ancak literatürde az say�da kaynak bulunmu�tur. [1-7]. Literatürde patent say�s�, yay�n ve at�f say�s�, Ar-Ge’ye ayr�lan kaynak miktar� vb kriterler bulunmu� olup bu kriterler Kurumda yürütülen projelerin performans de�erlendirmesi için geçerli kriterler de�ildir.


439

2.1 Proje Performans De�erlendirme Kriterlerinin Belirlenmesi

Performans de�erlendirme kriterleri, Kurum personelinin kat�l�m� ile yürütülen kapsaml� bir çal��ma ile belirlenmi�tir. Bu çal��mada, literatür taramas� sonuçlar�, mevcut kriterler, Kurumun gereksinimleri, deneyimler ve uzman görü�lerinden faydalan�lm��t�r.

Çal��ma sonucunda 11 kriter ve 30 alt-kriter belirlenmi�, her bir alt-kriterin ölçüm yöntemleri tan�mlanm�� ve formulize edilmi�tir. Alt-kriterler 0-100 aras�nda de�er alacak �ekilde ölçeklendirilmi�tir. Kriter/alt-kriterler aras�ndaki ba��ml�l�klar tan�mlanm��t�r. Kriterler, alt-kriterler ve ba��ml�l�klar Tablo 1’de listelenmi�tir. Kriter ve alt-kriterlere, ölçüm yöntemlerine, ölçeklendirmelerine ve ba��ml�l�klara yönelik detayl� bilgi için bak�n�z [8].

Tablo 1 Proje Performans� De�erlendirme Kriterleri/Alt-Kriterleri

3. GEL��T�R�LEN MODEL Kurulan model dört seviyeden olu�an hiyerar�ik bir yap�dad�r (hedef:

proje performans�, kriter ve alt-kriterler ve alternatifler:projeler). Kriter/alt-kriterler aras�ndaki ba��ml�l�klar AAS ile ele al�nm��t�r. AAS, tüm proje s�ralama sürecinde de�il, alt-kriter a��rl�klar� için üst ve alt s�n�rlar�n belirlenmesinde kullan�lm��t�r. AAS’den gelen bu a��rl�k s�n�rlar� kullan�larak VZA ile projeler performanslar�na göre de�erlendirilmi� ve s�ralanm��t�r.


440

3.1 Analitik A� Süreci (AAS) Saaty [9] taraf�ndan olu�turulmu� bir yöntem olan AAS, kriterler ve

alternatifler aras�ndaki ba��ml�l�klar� da ele alabilen bir yöntem olup karma��k ve ba��ml�l�k içeren problemlerde kullan�labilmektedir. Ba��ml�l�klar� ele almas�ndan dolay� problemlere daha gerçekçi bir yakla��m sa�lar. Tan�t�ld��ndan bu yana birçok farkl� alanda uygulanm�� olup çok say�da alanda giderek yayg�nla�arak uygulanmaktad�r.

Bir a� �emas� yap�s�nda olan AAS yönteminde ba��ml�l�klar elemanlar aras�nda ba�lant�lar kurularak ele al�n�r. A� �emas� elemanlar� aras�nda ikili kar��la�t�rmalar yap�l�r. Bu ikili kar��la�t�rma matrislerinden özvektör yakla��m� ile göreli öncelik vektörleri belirlenir, göreli öncelik vektörleri kullan�larak süpermatrisler olu�turulur ve buradan elemanlar�n a��rl�klar� belirlenir.

AAS’nin temel girdisi ikili kar��la�t�rma matrisleridir. Klasik bir ikili kar��la�t�rma matrisi kesin yarg�lardan olu�ur ve bu kesin yarg�lardan kesin de�erlerden olu�an göreli öncelik vektörleri elde edilir. Ancak, gerçekte kesin bir de�er üzerinde karar vermek oldukça zordur. �kili kar��la�t�rma matrislerinde aral�kl� yarg�lar kullanmak, özellikle grup karar verme problemlerinde daha gerçekçi yakla��m sa�lar. Geli�tirdi�imiz modelde ikili kar��la�t�rma matrisleri bir grup karar verme yakla��m� ile olu�turulan aral�kl� yarg�lardan kurulmaktad�r. Model �ekil 1’de verilmi�tir.

�ekil 1 AAS Modeli

Aral�kl� yarg�lar Kurumda proje yönetimi alan�nda deneyim sahibi alt� personelin görü�leri ile olu�turulmu�tur. Bu personele, a�a��daki �ekilde be� a�amadan olu�an, ikili kar��la�t�rma sorular� içeren bir anket yap�lm��t�r. �kili kar��la�t�rmalarda Saaty’nin 1-9 önem skalas� [10] kullan�lm��t�r.

1. Kriterlerin proje performans�na göre önemi: Örne�in, proje performans� üzerindeki etkileri aç�s�ndan hangi kriter (C1 veya C2) daha önemlidir ve kaç kat daha önemlidir?


441

2. Kriterler aras�ndaki ba��ml�l�klar: Örne�in, hangi kriter (C2 veya C6) C1 kriterini daha çok etkiler ve kaç kat daha çok etkiler?

3. Alt-kriterlerin kriterlerlere göre önemi: Örne�in, C1 üzerindeki etkileri aç�s�ndan hangi alt-kriter (S1 veya S2) daha önemlidir ve kaç kat daha önemlidir?

4. Alt-kriterler aras�ndaki ba��ml�l�klar: Örne�in, hangi alt-kriter (S5 veya S7) S1 altkriterini daha çok etkiler ve kaç kat daha çok etkiler?

5. Alt-kriterlerden kriterlerlere geri beslemeler: Örne�in, hangi kriter (C1 veya C2) S7 alt-kriterinden daha çok etkilenir ve kaç kat daha çok etkilenir?

Bu sorulara grup taraf�ndan verilen en dü�ük ve en yüksek de�erler kullan�larak aral�kl� yarg�lardan olu�an ikili kar��la�t�rma matrisleri olu�turulmu�tur.

Bu ikili kar��la�t�rma matrislerinden, �ki A�amal� Do�rusal Programlama Yakla��m� [11], aral�kl� yarg�lar�n alt s�n�rlar� kullan�larak ve aral�kl� yarg�lar�n üst s�n�rlar� kullan�larak üç ayr� kesin a��rl�k de�erleri bulunmu� ve bu de�erler ile üç ayr� süpermatris olu�turulmu�tur. Bu üç süpermatristen elde edilen en dü�ük ve en yüksek de�erler ile alt-kriter a��rl�k aral�klar� belirlenmi�tir.

3.2 Veri Zarflama Analizi VZA [12] birden çok girdi ve ç�kt� içeren Karar Verme Birimlerinin

göreceli verimlili�inin ölçülmesi için kullan�lan bir do�rusal programlama yakla��m�d�r. VZA ile her bir Karar Verme Birimi en iyi yönleri ortaya ç�kacak �ekilde de�erlendirilir. VZA çok kriterli karar verme alan�nda s�ralamada s�kl�kla kullan�lan bir araçt�r. Çok kriterli karar verme yakla��m�nda girdiler minimize edilecek kriterler, ç�kt�lar maksimize edilecek kriterler, Karar Verme Birimleri alternatifler ile e�le�tirilir.

Projelerde baz� durumlarda eksik veriler olabilece�i gözönüne al�nm��t�r. VZA yakla��m�nda eksik verilerin ele al�nmas�na yönelik literatür taramas� yap�lm�� ve literatürde rastlan�lan yöntemlerden biri olan, eksik verilere di�er projelerin o alt-kriterde ald�� de�erlerin ortalamas� atanmas� yöntemine karar verilmi�tir. Çal��mada ayr�ca, bu eksik olan verilerin Kurumda düzenli olarak tutulmas� için yöntemler önerilmi�tir.

Özet olarak, geli�tirilen yöntem �ekil 2’de sunulmu�tur.


442

�ekil 2 Geli�tirilen Yöntem

4. MODEL�N UYGULANMASI 4.1 AAS Modeli Sonuçlar�

AAS’den elde edilen a��rl�k aral�klar� Tablo 2’de verilmi�tir. Bu tablodan görüldü�ü üzere S16, S17, S24 ve S26 alt-kriterleri en yüksek öneme, S4, S10, S21, S22 and S28 alt-kriterleri ise en dü�ük öneme sahiptir. Alt-kriterlerde ve/veya kar��la�t�rma yarg�lar�nda herhangi bir de�i�iklik yap�lmad�kça bu a��rl�k k�s�tlar� de�i�meyecektir.

2006 sonu itibar�yla Kurumda yürütülmekte olan 15 projenin performans de�erlendirmesi yap�lm��t�r. 12 alt-kritere dair hiçbir kay�t olmad��ndan, performans de�erlendirmede 18 alt-kriter kullan�lm��t�r. Bu alt-kriterlerden 16 tanesi minimize edilmeli, 2 tanesi maksimize edilmelidir. Baz� projelerde, baz� alt-kriterlerde eksik veriler olmu�tur. eksik verilere di�er projelerin o alt-kriterde ald�� de�erlerin ortalamas� atanm��t�r. Projelere ili�kin alt-kriter de�erleri Tablo 3’de, VZA modeli sonuçlar� Tablo 4’de sunulmu�tur.


443

Tablo 2 AAS Modelinden Elde Edilen Alt-Kriter A��rl�k Aral�klar� Alt-

KriterA��rl�k için

Alt S�n�rA��rl�k için Üst S�n�r A��rl�k

S16 0,0864 0,1636 0.1-....S26 0,0684 0,1774 0.05-0.1S24 0,0647 0,0810 0.01-0.05S17 0,0524 0,1089 0-0.01S7 0,0290 0,0583S20 0,0273 0,0404S15 0,0245 0,0439S19 0,0220 0,0281S18 0,0210 0,0996S8 0,0164 0,0290S25 0,0150 0,0343S3 0,0097 0,0150S27 0,0076 0,1149S5 0,0073 0,0134S12 0,0071 0,0900S28 0,0070 0,0080S4 0,0052 0,0078S21 0,0046 0,0077S14 0,0045 0,0355S1 0,0041 0,0374S6 0,0039 0,0933S2 0,0032 0,0460S29 0,0029 0,0438S10 0,0028 0,0074S11 0,0027 0,0130S9 0,0027 0,0274S13 0,0025 0,0208S23 0,0020 0,0309S22 0,0012 0,0038S30 0,0007 0,0392

Tablo 3 Projelere �li�kin Alt-Kriter De�erleri P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15

S21 3,82 34,41 100,00 82,79 34,02 65,06 100,00 0,00 20,95 73,28 0,00 100,00 0,00 0,00 0,00S23 21,83 100,00 100,00 0,00 100,00 0,00 0,00 - - - - 16,59 - - -S1 32,50 20,83 16,67 0,00 50,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00S2 100,00 5,95 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 0,00 0,00 0,00 90,30 - 73,33 0,00S6 18,00 9,00 5,00 41,41 19,05 15,00 32,89 8,00 3,23 14,74 5,88 30,00 10,53 71,43 2,00S7 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 0,00 100,00 7,78 84,44 0,00 60,00 - - 0,00S8 59,93 47,75 75,34 57,81 55,07 50,05 58,09 17,71 60,91 63,56 100,00 66,69 90,25 100,00 100,00S9 0,00 0,44 53,24 0,00 0,00 40,89 6,48 - - 0,00 - 0,00 - - 0,00

S10 53,69 41,63 39,50 8,69 21,36 23,50 7,04 31,44 36,39 10,26 31,43 18,04 32,04 12,64 33,81S11 21,77 15,63 88,89 16,79 0,00 33,33 75,00 22,50 23,33 44,00 21,43 22,22 12,50 0,00 0,00S16 8,96 51,47 45,43 19,90 2,26 0,00 0,30 8,35 17,31 30,63 0,00 0,00 1,39 0,00 0,00S17 75,37 63,70 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00S19 95,00 100,00 - 96,91 - - - - - 100,00 - - - - -S20 87,50 100,00 100,00 25,00 0,00 50,00 0,00 0,00 50,00 50,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00S22 25,78 17,96 12,93 20,33 4,53 39,83 6,73 8,65 2,44 9,70 1,35 8,17 4,17 0,56 17,00S24 20,00 10,00 - 14,29 - - - - - - - - - - -S25 9,33 44,67 - - - - - - - 100,00 - - - - -S27 55,67 46,87 61,11 - 33,33 - - - - - - - - - -

Mak

s.A. K.

Min

imiz

e E

dile

cek

Alt-

Krit

erle

r


444

Tablo 4 VZA Modeli’nden Elde Edilen S�ralama

S�ralama Proje Verimlilik

1 P5 0,3812 P3 0,2403 P15 0,2174 P11 0,2155 P2 0,1826 P9 0,1727 P12 0,1688 P13 0,1609 P14 0,156

10 P8 0,15011 P10 0,14412 P7 0,12913 P4 0,05814 P6 0,05015 P1 0,045

Tablo 4’den de görüldü�ü üzere P5 bariz bir farkla ilk s�radad�r. P3, P15

ve P11 s�ralamada P5’i takip etmektedir. Son s�ralarda ise P1, P6 ve P4 yer almaktad�r. Projeler için dü�ük ve birbirine yak�n verimlilik de�erleri elde edilmi�tir. Dü�ük de�erlere yol açan iki ana sebep vard�r: Tüm projeler birtak�m alt-kriterlerde kötü de�erlere sahiptir, ve bir kriterde projeler kötü de�erlere sahip oldu�unda, eksik verilere sahip projeler de, ortalama atand��ndan, kötü de�erler almaktad�r.

5. SONUÇ Bu çal��ma ile Ar-Ge projelerinin performans�n�n de�erlendirilmesi için

kriterler belirlenmi� ve bir performans de�erlendirme modeli geli�tirilmi�tir. Klasik AAS yöntemi, aral�kl� yarg�lar� ele alacak ve, grup karar verme problemi için uygulanacak �ekilde geli�tirililerek daha gerçekçi bir yakla��m sa�lanm��t�r. AAS ve VZA birle�imi bir yakla��m kullan�larak; ba��ml�l�klar ele al�nm��, AAS’deki ikili kar��la�t�rma say�s� azalt�lm��, her bir projenin en iyi yönleri ortaya ç�kacak �ekilde de�erlendirilmesi sa�lanm��, alt-kriterlere verilen öncelikler dikkate al�nm��, kullan�m� kolay ve etkin zamanl� bir yöntem sa�lanm��t�r.

Geli�tirilen bu model, sadece Kurumda de�il, ba�ka herhangi bir kurumdaki projelerin performans de�erlendirilmesinde de kullan�labilecek 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).


445

[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, 429-444, (1978).


446


447

KAVRAMSAL TASARIM SÜREC�NDE KULLANICI ODAKLI KARAR DESTEK YÖNTEMLER�N�N UYGULANMASIÖRNEK ÇALI�MA: FÜZE

TASARIM PROJES�

Güne� AYDIN(a) , Yavuz ÖZTÜRK(b)

(a) Roketsan A.�. , 06780, Ankara, [email protected] (b) Roketsan A.�. , 06780, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride; kavramsal tasar�m a�amas�nda kavram seçimine yard�mc� olmas� amac�yla Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD), Analitik Hiyerar�i Yöntemi (AHP), Teknoloji Haz�rl�k Seviyesi (TRL) gibi çe�itli güçlü/yayg�n analiz yöntemleri tümle�tirilerek olu�turulan karar analiz süreci, bir füze sistemi tasar�m projesine uygulanarak anlat�lm��t�r. Bu analiz sürecinin temel amac�; ihtiyaç sahibinin tercihleri ve teknolojik yap�labilirlik unsurlar�n� tasar�m sürecine katarak mümkün olan en do�ru kavram�n tan�mlanmas�n� sa�lamakt�r. Anahtar Kelimeler : Kavramsal tasar�m, 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

G�R�� Günümüzde sistemlerin; zorlay�c� operasyonel ko�ullarda çoklu görev senaryolar�n� gerçekle�tirebilecek kabiliyette olmalar� ihtiyac�, karma��k sistemlerin, görevin gerektirdi�i tüm ko�ullardan etkilenmeyecek gürbüzlükte ve geli�en ihtiyaçlara cevap verecek bir süre içinde tasarlanmas� zorunlulu�unu ortaya ç�karm��t�r. Bu nedenle kavram tan�mlama ve ön tasar�m süreçlerinin, maliyet etkin sistem çözümleri sunabilmek için, daha etkin kullan�lmas� zorunludur. Bu durum sistem tasar�m döngüsünde iki kritik nokta olan; sistemin do�ru tasarlanmas�


448

ve do�ru sistemin tasarlanmas� kavramlar�na daha büyük önem kazand�rm��t�r. Do�ru sistemin tasar�m�, sistem tasar�m döngüsünün ilk basama�� olan kavram tan�mlanmas� a�amas�ndan itibaren devreye girmektedir. �htiyac�n do�ru analiz edilmesi, sistem gereksinimlerinin eksiksiz ve gerçekçi belirlenmesi ve sistem gereksinimleri ile performans özelliklerinin dengeli e�le�tirilmesi, do�ru sistem tasar�m�n�n temel ta�lar�n� olu�turmaktad�r. Sistem mühendisli�i ve geleneksel tasar�m literatürü incelendi�inde, ihtiyac�n ve sistem gereksinimlerinin analizi amac�yla bir çok yöntemin mevcut oldu�u görülmektedir. Bu makalede Analitik Hiyerar�i Yöntemi (AHP), Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD) ve Teknoloji Haz�rl�k Seviyesi (TRL) analiz araçlar� incelenerek örnek bir füze sisteminin kavram seçim sürecinde uygulanacakt�r.

ANAL�T�K H�YERAR�� YÖNTEM� (AHP) ve KARAR VERME SÜREC� 1970’lerin ba�lar�ndan itibaren karma��k problemlerin çözümü ve karar verme süreçlerinin birço�unda çoklu kriter karar verme yöntemleri kullan�lmaktad�r. Analitik Hiyerar�i Yöntemi (AHP) 1977-1980 y�llar� aras�nda Pittsburg üniversitesinden Saaty T. L. taraf�ndan geli�tirildikten sonra çok yayg�n kullan�m alan�na sahip olmu� bir çoklu kriter karar verme yöntemidir. [1] [2] AHP analiz sürecinde insana özgü öznel kararlar, matematik bilimi ile birle�tirilerek kararlar�n sistematik bir �ekilde belirlenmesi sa�lan�r. [3] Karar verme sürecinde AHP; karma��k problemi hiyerar�ik bir düzene koyarak karar veren ki�iye kriterler aras�nda ikili kar��la�t�rma �ans� tan�r. Kar��la�t�rmalar “1” ile “9” aras�ndaki skala kullan�larak yap�l�r. Burada “1” iki kriterin e�it oldu�unu belirtirken, “9“ bir kriterin di�erine oranla çok daha önemli oldu�unu ifade eder. AHP genellikle 4 ana ad�m ile özetlenebilir. 1. Problemin hiyerar�ik yap�s�n� kurmak

2. Her seviyedeki kriterleri birbirleriyle kar��la�t�rmak

3. Kar��la�t�rmalar�n tutarl�l�k analizlerini gerçekle�tirmek

4. Kriterler aras�ndaki öncelik s�ralar�n� belirlemek

AHP analiz sürecinin ilk basama�� olan hiyerar�ik yap� kurulurken öncelikle problemin üst seviye kriterleri olu�turulur. Daha sonra her üst seviye kriterin alt seviye kriterleri olu�turulur. Kaç seviye kriter tan�mlanaca�� tamamiyle problemin karma��kl�� ve karar vericiye ba�l�d�r. Ayn� seviyedeki kriterlerden matrisler olu�turularak AHP sürecinin ilk ad�m� tamamlan�r. nKKK ,..., 21 parametrelerinin ayn�


449

seviyede kriterler oldu�u bir örnekte,. her iki kriterin birbirleri aras�ndaki kar��la�t�rma oran� ija de�eri ald��nda; AHP kar��la�t�rma matrisi “ A ” a�a��daki gibi olmaktad�r. Kar��la�t�rma oran� ija ’nin de�erleri Çizelge 1’de verilmi�tir.

)( ijaA � 0)ija 1�ija ji �

ijij aa /1� )(,...,2,1, jinji 8�

Çizelge 1. AHP Kar��la�t�rma Skalas�

E�it 1Biraz Önemli 3Önemli 5Çok Önemli 7Son Derece Önemli 9

vs de�eriiK jK ija

Kar��la�t�rma matrisleri olu�turulduktan sonra matrisin karakteristik kökleri (� ) ve vektörleri (W ) hesaplan�r ( 0)( �� WIA � ). Karakteristik kökler bize kriterler aras�ndaki öncelik s�ralamas�n� verirler. Bulunan bu öncelik s�ras�n� kullanmadan önce olu�turulan matrislerin içerisinde yap�lan kar��la�t�rmalar�n tutarl� olup olmad�klar�n�n kontrol edilmesi gerekmektedir. Saaty, tutarl� matriste en büyük kararteristik kökün ( max� ) matrisin boyuna ( n ) e�it oldu�unu göstermi�tir. [1] [2] AHP analiz sürecinde matrislerin tutarl�l�� tutarl�l�k oran� (CR ) hesaplanarak bulunur. Tutarl� bir matrisin tutarl�l�k kabul oran� % 10’dur ( 1.0%CR ).[1] [2] Tutarl�l�k oran� tutarl�l�k indeksinin (CI ), rastlant�sal indekse ( RI ) bölünmesi ile bulunur. ( RICICR /� ). Tutarl�l�k indeksi (CI ); matrisin en büyük karakteristik kökü ve matris boyutlar� kullan�larak hesaplan�r ( )1/()( max �� nnCI � ). Rastlant�sal indeks ( RI ) ise rastgele olu�turulmu� matrislerin tutarl�l�k indekslerinin ortalamas� al�narak bulunur. (Çizelge 2) Matrisin tutars�z oldu�u durumlarda, matristeki tutars�z kararlar�n belirlenmesi ve karar vericinin ilgili kararlar�n� tekrar gözden geçirmesi gerekmektedir. Çizelge 2. Matris Boyutlar�na Göre Rastlant�sal �ndeks ( RI )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 0 0.52 0.89 1.11 1.25 1.35 1.4 1.45 1.49

nRI

KAL�TE FONKS�YON GÖÇER�M� (QFD) Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD); 1960’lar�n sonlar�na do�ru Japonya’da ortaya ç�kt�ktan sonra otomotiv ve savunma sanayii �irketlerinde s�kça kullan�lan bir mü�teri gereksinimleri analiz arac� olmu�tur. QFD analizinin temel amac�; mü�teri isteklerini (M�), sistemin tasar�m�n� yönlendirecek önemli teknik parametreler (TP) ile


450

ili�kilendirmek ve böylece sistem tasar�m�n�n mü�teri istekleri yönünde yap�lmas�n� sa�lamakt�r.[4] �li�kilendirmeler “Kalite Evi” (�ekil-1) denilen matris yap�s� ile kurulur. Kendi aralar�nda mü�teri taraf�ndan önceliklendirilen istekler teknik parametreler ile a�a��daki gibi bir k�yaslama skalas� (Çizelge-3) kullan�larak ili�kilendirilir. Analiz sonucunda teknik parametreler aras�nda bir öncelik s�ras� olu�ur ve bu durum tasar�mc�ya sisteminin hangi teknik parametrelerinin öne ç�kar�lmas� konusunda önemli bir girdi sa�lar.

�ekil 1. Kalite Evi

Çizelge 3. Kalite Evi Skalas� M� vs TPBiraz �lgili 1Orta Dere �lgili 3Son Derece �lgili 9

TEKNOLOJ�K HAZIRLIK SEV�YELER� (THS) NASA taraf�ndan geli�tirilen Teknolojik Haz�rl�k Seviyeleri (THS); teknolojilerin olgunluk seviyesini sistematik bir �ekilde belirleyen bir skalad�r.[5] THS teknolojilerin olgunluk seviyelerini 1’den 9’a kadar s�ralar. THS – 1 seviyesi söz konusu teknoloji için literatür taramas� ve temel prensiplerin ara�t�r�l�p raporland��n� belirtirken, THS – 9 seviyesi ise teknolojinin uçu�lu görevlerde ba�ar�yla kullan�ld��n� temsil eder. NASA taraf�ndan haz�rlanan teknoloji haz�rl�k seviyeleri a�a��daki gibidir. Çizelge 4. Teknolojik Haz�rl�k Seviyeleri

1 Söz konusu teknoloji ile ilgili bilgi seviyesi yaln�zca temel ara�t�rma düzeyinde ( Temel prensipler ara�t�r�lm�� ve raporlanm��)

2 Söz konusu teknoloji ile ilgili bilgi seviyesi teorik çal��malar düzeyinde ( Ara�t�r�lan temel prensiplerin pratik uygulamalar� ara�t�r�lm��t�r. Bu seviyede uygulamalar� destekleyecek hiçbir deney veya analiz yap�lmam��t�r)

3 Söz konusu teknoloji ile ilgili teorik ve deneysel çal��malar yap�lm��( Bu seviyede ara�t�r�lan teknolojiler için analitik çal��malar yap�lm�� ve bu çal��malar laboratuar ortam�nda deneylerle do�rulanm��)

4 Söz konusu teknolojiyi içeren bir masaüstü prototip geli�tirme çal��mas� tamamlanm�� ve komponentlerin bir arada çal��abilirli�i laboratuar ortam�nda do�rulanm��

5 Geli�tirilen masaüstü prototipin çal��abilirli�i/gereksinimleri sa�layabilirli�i gerçek veya simüle edilmi� ortamlarda testlerle do�rulanm��

6 Söz konusu teknolojiyi içeren bir model veya prototip geli�tirme çal��mas� tamamlanm�� ve bu prototipin çal��abilirli�i/gereksinimleri sa�layabilirli�i gerçek veya simüle edilmi� ortamlarda testlerle do�rulanm��

7 Söz konusu teknolojiyi içeren bir kalifikasyon prototip geli�tirme çal��mas� tamamlanm�� ve bu prototipin çal��abilirli�i/gereksinimleri sa�layabilirli�i gerçek ortam�nda do�rulanm��

8 Nihai ürün tamamlanm�� ve yer ve uçu� testleri yap�lm��.9 Nihai ürün kullan�lm�� ve ba�ar�l� oldu�u kan�tlanm��

ÖRNEK ÇALI�MA : FÜZE TASARIM PROJES� Bu çal��mada portatif bir tanksavar füze sisteminin kavramsal tasar�m sürecinde baz al�nacak konfigürasyonlar� tan�mlamak için yap�lan bir çal��madan örnekler verimi�tir. Bu çal��mada önceki bölümlerde aç�klanan yöntemler karar destek arac� olarak kullan�lmaktad�r. Portatif tanksavar füze sistemleri temel olarak piyadenin hareket ve araziden

TP(1) TP(2) ... TP(n)M�1M�2…

M�(n)

Teknik Parametreler

Mü�

teri

�ste

kler

i


451

faydalanabilme avantajlar�n� tanklara kar�� kullanmay� hedefleyen taaruz silahlar�d�r. Bu nedenle tek ya da iki er taraf�ndan kullan�labilecek basitlikte ve hafiflikte tasarlan�rlar. Kavramsal tasar�m sürecinin ilk ad�m� olarak gereksinim analizi yap�lm��t�r. Gereksinimler ortaya ç�kt�ktan sonra ihtiyaç sahibi/kullan�c�n�n gereksinimler aras�ndaki e�ilimini belirlemek için bir önceliklendirme çal��mas� yap�lm��, bu çal��man�n sistematik ve tutarl�l��n�n kontrolü amac�yla AHP yöntemi kullan�lm��t�r. AHP yöntemine göre gereksinimler aras�nda hiyerar�ik bir yap� olu�turulmu�, öncelikle ayn� kriter grubu alt�nda ele al�nabilecek gereksinimler grupland�r�lm��t�r. (Çizelge 5) Daha sonra kullan�c�dan her seviyedeki kriterleri (kriter gruplar� ve gruplar içindeki kriterleri ayr� ayr�) ikili olarak birbirleri ile kar��la�t�rmalar� istenmi�tir. Kullan�c�dan gelen matrisler AHP yöntemi ile analiz edilmi�, tutars�z matrisler elenerek, kullan�c�n istekler aras�ndaki önceli�i belirlenmi�tir. Çizelge 5. Hiyerar�ik Sistem Gereksinimleri ve Öncelik S�ras� K1 Görev Etkinli�i % 32 K1.1 Yüksek Azami Menzil 2 K1.2 Dü�ük Asgari Menzil 1 K1.3 K�sa Uçu� Süresi 1 K1.4 Yüksek Vuru� Oran� 4 K1.6 Yüksek Z�rh Etkinli�i 5 K2 Kullan�m Kavram� % 25 K2.1 At-Unut Kabiliyeti 3 K2.2 At-Güncelle Kabiliyeti 1 K3 Kullan�labilirlik % 18 K3.1 Kolay Kullan�m 1 K3.2 Portatif Ta��nabilme 2 K4 Lojistik Etkinli�i % 25 K4.1 Yüksek Güvenilirlik 2 K4.2 Bak�m Yap�labilirlik 2

Kullan�c� önceliklerini inceledi�imizde görev etkinli�i ve lojistik kriter gruplar�n�n daha ön plana ç�kt�� görülmektedir. Ayr�ca kullan�c�; “Yüksek Z�rh Etkinli�i” ve “Yüksek Vuru� Oran�” kriterlerini di�er kriterlere göre daha öncelikli konuma yerle�tirmi�tir. Kullan�c� isteklerini füze sistemi teknik parametreleri ile ili�kilendirmek ve böylece kullan�c� isteklerinin tasar�m dilindeki kar��l�klar�n�n saptanabilmesi için QFD çal��mas� yap�lm��t�r. Bu çal��ma için füze sistemi teknik parametreleri belirlenmi� [6] ve tasar�m ekibi, bu teknik parametreleri, kullan�c� istekleri ile e�le�tirmi�tir. (Çizelge 6) Bu çal��ma sonucunda tasar�m�n öncelikli teknik parametreleri ortaya ç�km��t�r. Çizelge 6. QFD, Kalite Evi


452

Yak

�t K

ütle

si (k

g)

Har

p B

a�l��

� Kim

yasa

l Tip

i

Füz

e Ç

ap� m

m)

Uçu

� H

�z� (

Mac

h)

Man

evra

Kab

iliye

ti (g

)

Top

lam

Gör

ü� A

ç�s�

(deg

)

Tes

pit M

esaf

esi (

km)

Sen

sör H

assa

siye

ti

MTB

F (H

ata/

Gör

ev)

MTT

R (S

aat)

Yüksek azami menzil 2 9 3 9 Dü�ük asgari menzil 1 9 3 1 K�sa uçu� süresi 1 9 Yüksek vuru� oran� 4 3 9 3 3 3 Yüksek z�rh etkinli�i 5 9 9 1 1 Yüksek at-unut kabiliyeti 3 9 Yüksek at-güncelle kabiliyeti 1 3 Kolay kullan�m 1 1 3 3 Portatif ta��nabilme 2 9 9 Yüksek Güvenilirlik 2 9 Yüksek bak�m yap�labilirlik 2 3 9 Toplam Puan 36 45 69 14 26 40 42 34 36 21 Yüzde Puan 10 12 19 4 7 11 12 9 10 6

QFD analizi sonucunda harp ba�l�� performans�n� do�rudan etkileyen “Füze Çap�” ve özellikle At-Unut kullan�m kavram�n� yak�ndan ilgilendiren aray�c� performans parametreleri; “Toplam Görü� Aç�s�” ve “Tespit Mesafesi”nin öne ç�kt�� görülmektedir. Bu noktadan sonra tasar�mc�n�n görevi bu teknik parametrelerin yüksek oldu�u sistem çözümlerine yönelmektir. Günümüzdeki teknoloji alternatiflerinin çe�itlili�i göz önüne al�nd��nda, elimizdeki füze problemi için yüzlerce de�i�ik çözüm konfigürasyonu türetmek mümkündür. Ancak bu bildirinin de nihai amac� olan konfigürasyon uzay�n� daraltmak THS seviyelerini ve QFD sonuçlar�n� kullanarak mümkün olabilir. Problemin konfigürasyon uzay�n� tan�mlayabilmek için öncelikle bir morfolojik matris olu�turulmu�tur. (Çizelge 7) Bu morfolojik matriste sadece teknoloji alternatifleri de�il, ayn� zamanda kullan�m kavram� alternatifleri de de�erlendirmeye al�nm��t�r. THS tan�mlar�na göre, olgunluk seviyesi 5 ve üstü olan teknolojilerin, tasar�m projelerinde do�rudan kullan�labilir teknolojiler olduklar� de�erlendirilmektedir. Olgunluk seviyesi 5’den dü�ük teknojilerin do�udan kullan�m�, projelere teknik risk getirecektir. Bu gerekçe ile, olu�turulan morfoloji matrisinde ilk olarak olgunluk seviyesi 5’in alt�nda olan teknolojiler elenmi�tir. Örne�in yandan lüleli motor


453

teknolojisi ile ilgili deneyim az oldu�undan, bu teknoloji THS-2 olgunluk seviyesinde bir teknoloji olarak de�erlendirilmi�tir. AHP ve QFD analizi sonuçlar� da morfoloji matrisinin �ekillendirilmesi ve seçeneklerin olu�turulmas� amac�yla kullan�lm��t�r. Bu sayede kullan�c�n�n ihtiyaçlar�na cevap vermeyen teknoloji ve kullan�m kavramlar� ay�klanabilmektedir. Örne�in QFD sonuçlar�na göre füze çap�, kullan�c�n�n yüksek z�rh etkinli�i ihtiyac�na birinci derecede cevap verdi�inden, sistemin çap�n�n olabildi�ince yüksek tutulmas� �artt�r. Bu yüzden dü�ük çapl� konfigürasyonlar tasar�m uzay�ndan ç�kar�lm��t�r . Çizelge 7. Teknoloji ve Kullan�m Kavramlar� Morfoloji Matrisi

1 2 3 4

Kullan�m Kavramlar�

Çap (mm) 130 140 150 Ortalama H�z (Mach) <0.9 1.3-1.5 >1.5 At�� Kavram� At-Unut At-Güncelle Güncelleme Yöntemi Fiberoptik RF

Güdüm Ataletsel Ölçüm Birimi MEMS FOG

Aray�c� Tip IIR IIR/TV mmW Laser Gimbal Var Yok Mod Aktif Yar�-Aktif Pasif

Harp Ba�l��

Tip JET (HEAT) EFP Tapa Çarpma Yakla�ma

Kontrol

Tip Aerodinamik �tki Vektör Hibrit Sidejet Kontrol Tahrik Sistemi Pnömatik Elektromekanik Hidrolik Kontrol Yüzeyi Kanard Kuyruk Yok Manevra Tipi BTT STT

Motor Sistem Boost Boost-Sustain Boost-Cruise Pintle Lüle Yanal Lüle Arka Lüle Yak�t Tipi Kat� Jel

Teknolojik Haz�rl�k Seviyesi 5’in alt�nda olan teknoloji QFD ve Kullan�c� �steklerine göre elenen teknoloji veya kullan�m kavram�

Bu a�amadan sonra alternatif konfigürasyonlar, seçim uzay� daralt�lm�� morfoloji matrisinden (Çizelge 7) türetilebilir. Türetilen konfigürasyonlar simülasyon / analiz, QFD ve AHP sonuçlar� kullan�larak derecelendirilebilir ve bu sayede en iyi alternatif konfigürasyonun seçimi sa�lanabilir.

SONUÇ Bu bildiride; kavramsal tasar�m a�amas�nda kavram seçimine yard�mc� olmas� amac�yla Kalite Fonksiyon Göçerimi (QFD), Analitik Hiyerar�i Yöntemi (AHP), Teknoloji Haz�rl�k Seviyesi (THS) gibi çe�itli güçlü/yayg�n analiz yöntemleri tümle�tirilerek olu�turulan karar analiz süreci, bir füze sistemi tasar�m projesine uygulanarak anlat�lm��t�r. Yap�lan analizlerin tasar�mc� aç�s�ndan 2 ana sonucu olmu�tur. Birincisi


454

ihtiyac�n veya problemin tan�mlanmas�, ikincisi ise ihtiyac� kar��layacak sistem çözümünü için kullan�labilecek teknoloji alternatiflerinin belirlenmesidir. Bu sayede problemin tasar�m uzay� nicel olarak daralt�lm��t�r. Ayr�ca bilindi�i gibi söz konusu analiz araçlar� insana ait nitel kararlar�, nicel kararlara çeviren araçlard�r. Bu da bu analiz araçlar�n�n sonuçlar�n� insan ba��ml� yapmaktad�r. �nsan kararlar�n�n getirdi�i belirsizlikleri de hesaba katabilecek “Fuzzy Logic” uygulamalar�n�n bu analizlere kat�lmas�n�n, süreci ve sonuçlar� daha sa�l�kl� hale getirece�i de�erlendirilmektedir. 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


455

MÜH�MMAT VE ROKET/FÜZE S�STEMLER� ÜRET�M�NDE ÜRÜN VE ÜRET�M HATTI KAL�F�KASYONU

Nevzat KILINÇ (a), Serkan YAVUZ (b)

(a) Dr.Y.Müh.Alb., MSB Teknik Hizmetler Dairesi Ba�kanl��, 06100,Ankara, [email protected] (b) �km.Yzb., MSB Teknik Hizmetler Dairesi Ba�kanl��, 06100, Ankara, [email protected]

ÖZET

�leri teknoloji içeren ürünler olan ve TSK ihtiyaçlar�n�n kar��lanmas� maksad�yla yurtiçi ve yurtd�� kaynaklardan tedarik edilen mühimmat ve roket/füze sistemlerinin üretiminde en önemli hususlardan birisi; mühimmat veya roket/füzenin geli�tirme ve üretim safhalar�nda, taktik ve teknik ihtiyaçlar� kar��layacak, ürünün kullan�m ve depolama esnas�nda kar��la��laca�� riskleri en aza indirecek, performans ve emniyet gereksinimlerini sa�layacak ürün ve üretim hatt� kalifikasyon programlar�n�n olu�turulmas�d�r. Ürün ve üretim hatt� kalifikasyonunun savunma sanayi geli�mekte olan ülkemizde yeterince bilinmemesi nedeniyle, ürünün ömür devri boyunca çe�itli problemlerle kar��la��lmaktad�r.

Bu çal��man�n amac� planlamac�, proje yöneticisi, üretici ve kullan�c� gibi çe�itli savunma sanayi aktörlerinin, ürün ve üretim hatt� kalifikasyonu programlar� konusunda bilgilendirilmesini sa�lamakt�r. Çal��man�n Türkiye’de üretilen mühimmat ve roket/füze sistemleri kapsam�nda, hem teorik bilgi birikimine hem de uygulamadan al�nan dersler nedeniyle yeni üretilecek sistem projelerine katk� sa�layaca�� de�erlendirilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Sistem Mühendisli�i, 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


456

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. G�R�� “Belli bir amac� gerçekle�tirmek için biraraya getirilmi� ve aralar�nda etkile�im olan çe�itli bile�enlerden olu�an bütüne” veya “Belirlenmi� bir ihtiyac� kar��layabilecek veya bir hedefi gerçekle�tirebilecek insanlar, ürünler veya süreçler bütününe [1]” sistem ad� verilmektedir.

Günümüzde sistemler, özellikle de savunma sistemleri, teknolojinin geli�mesine de paralel olarak, çok yüksek maliyet gerektirmekte, ço�u zaman planlanan bütçe ve zamanda tamamlanamamakta, kendilerinden beklenen fonksiyonlar� ve performans� gerçekle�tirememektedir. Alt sistemler ve bile�enlerin bir bütün olu�turacak �ekilde entegre edilmesinde ve sistemlerin de�i�en teknoloji ve çevresel �artlar ile kullan�c� ihtiyaçlar� yönünde modifikasyonunda sorunlarla kar��la��lmaktad�r. Kullan�c�lar�n ihtiyaçlar� tam olarak tespit edilememekte, bu nedenle tasarlanan sistemler ço�u zaman kullan�c�lar� memnun etmemekte, hatta kullan�m esnas�nda beklenmeyen tehlikelere sebep olmaktad�r.

Yukar�da aç�klanan sebepler ve modern savunma sistemlerinin karma��kl��; günümüzde görev ihtiyaçlar�n� kar��layacak, üretilebilir, çal��abilir, desteklenebilir ve envanter d��na ç�kar�labilir sistemlerin geli�tirilebilmesi için “sistem mühendisli�inin” uygulanmas�n� gerekli k�lmaktad�r.

“Sistem mühendisli�i, mü�teri ihtiyaçlar�n� kar��layabilecek sistemlerin geli�tirilmesini sa�lamak ve sistemin ömür devri a�amalar� boyunca yürütülen çal��malarda teknolojik geli�melerden yararlanmak amac�yla, çe�itli bilim ve mühendislik dallar�ndan elde edilen bilgilerin kullan�lmas�n� sa�layan disiplinleraras� bir mühendislik yönetim sürecidir [2]”.

Sistem Mühendisli�inin Teknik Bilgi Boyutu ve Sistem Mühendisli�i Yönetimi boyutu olmak üzere temel iki disiplini bulunmaktad�r [2].

Sistem Mühendisli�i Yönetimi, sistemlerin tedarikinde gerçekle�tirilmesi gereken, sistem geli�tirme çabalar�n�n uygun bir �ekilde yönetilebilmesi için zorunlu olan 3 ana faaliyetin entegrasyonu ile ba�ar�labilir. Bunlar;

� Tasar�m sürecini kontrol eden ve tasar�m çal��malar�n�n koordinasyonunu sa�layan geli�tirme safhas�,

� Tasar�m problemlerini çözümlemek için yap� sa�layan ve gereksinimlerin tasar�ma dönü�türülmesi ak��n� izlemeye yarayan sistem mühendisli�i süreci,


457

� Tasar�m sürecine mü�terinin dahil olmas�n� sa�layan ve geli�tirilen sistemin ömür devri boyunca güvenilir bir �ekilde görev yapmas�n� garanti eden ömür devri entegrasyonudur.

Geli�tirme safhas�n�n; tasar�m faaliyetlerinin kontrolü ve sistemin teknik boyutlar�n�n yönetimi, genel tedarik yönetimi ile ba�lant�n�n kurulmas� olmak üzere, iki temel amac� bulunmaktad�r. Geli�tirmede, her safhay� yönetecek tasar�m ana çizgileri olu�turularak tasar�m kontrol edilir. Geli�tirme sürecindeki tasar�m�n do�rulu�unun ve geçerlili�inin de�erlendirilebilece�i kritik faaliyetler ortaya konarak, tedarik süreci ile geli�tirme aras�ndaki arayüz olu�turulur. Geli�tirilmi� ana çizgilerin do�ruluk ve geçerlili�i tedarik yönetimi karar noktalar� için temel bir girdidir.

Sistem Mühendisli�i Süreci, Sistem Mühendisli�i Yönetiminin temelidir. Amac�, gereksinimleri �artnamelere, mimarilere ve konfigürasyon ana çizgilerine dönü�türecek yap�sal ve esnek bir sürecin sa�lanmas�d�r [2]. Süreç, mü�teri ihtiyaçlar�n� kar��layacak çözümlerin geli�tirilebilmesi için kontrol ve izlenebilirlik sa�lar. Sistem Mühendisli�i Süreci, yukar�da bahsedilen ve literatürde genel olarak konfigürasyon ana çizgileri olarak adland�r�lan tan�mlamalar� olu�turabilmek amac�yla, sistem geli�tirmenin her seviyesine uygulan�r. Bu �ekilde, her seviyede daha ayr�nt�l� hale gelen konfigürasyon ana çizgileri serisi olu�ur. Konfigürasyon ana çizgileri, sistem seviyesinde fonksiyonel ana çizgi, altsistem/komponent performans tan�m� seviyesinde tahsis edilmi� ana çizgi, altsistem/komponent ayr�nt�l� tan�m� seviyesinde ürün ana çizgisi ad�n� al�r.

Sistem Mühendisli�i Süreci, ihtiyaç ve gereksinimleri her safhada biraz daha fazla de�er katarak ve ayr�nt�land�rarak, ürün ve süreç tan�mlar�na çevirebilmek, karar vericilere bilgi sa�lamak, ömür devri süreçlerinin bir sonraki safhas� için girdi sa�lamak maksatlar�yla, ömür devrinin bütün safhalar�na uygulanan bir problem çözme tekni�idir. Süreç, de�i�ik tekniklerin kullan�ld�� karma��k 3 temel faaliyetten olu�maktad�r; Gereksinim Analizi, Fonksiyonel Analiz ve Tahsis, Tasar�m Sentezi. Bu üç temel faaliyetin sonucu da, çe�itli tekniklerin kullan�ld�� Sistem Analizi ve Kontrol olarak adland�r�lan dördüncü bir faaliyetle do�rulanmakta ve dengelenmektedir [3].

Ömür devri entegrasyonu ise, geli�tirilen tasar�m çözümünün sistemin ömür devri boyunca geçerli olabilmesini sa�layabilmek için gereklidir. Entegrasyon, ürün ve süreç geli�tirme ile ilgili planlamay� ve çokyönlü fonksiyonel kayg�lar�n tasar�m ve mühendislik sürecine entegre edilmesini içerir.

Uygulama prensipleri ve ayr�nt�lar� çe�itli dokümanlarda verilen sistem mühendisli�i süreci, sistem mühendisli�i yönetimi ve sistem ömür devri a�ama ve süreçleri kapsam�nda, tasar�m ve geli�tirme safhas�n�n üretime dönü�türülmesinde önemli bir yeri olan ürün ve üretim hatt� kalifikasyonu kavramlar� ve uygulamalar�, bu çal��man�n ana ilgi alan�n� olu�turmaktad�r.


458

2. SAVUNMA S�STEMLER� ÜRET�M YÖNET�M� VE ÜRÜN/ÜRET�M HATTI KAL�F�KASYONU a. Savunma Sistemleri Üretim Yönetimi Çal��mada, bir sistemin geli�tirilmesi ve üretimi safhalar�nda geli�mi� ülkeler taraf�ndan uygulanan, [4] ve [5] numaral� kaynaklarda ayr�nt�lar� verilen sistem ömür devri yönetimi ile uyumlu olarak geli�tirilerek �ekil-1’de basitle�tirilmi� olarak verilen, Üretim Yönetimi Modeli kullan�lacakt�r.

Error! Objects cannot be created from editing field codes. �ekil 1. Savunma Sistemi Üretim Yönetimi Modeli

Sistem tasar�m�n�n ba�ar�l� bir �ekilde tamamlanmas�, ancak yo�un olarak Sistem Mühendisli�inin uygulanmas� ile mümkündür. Bir sonraki a�amada, belirlenen taktik ve teknik istekler do�rultusunda tasar�m do�rulama a�amas�ndaki testlerden (alt sistem testleri, prototip testleri, döngüde yaz�l�m ve donan�m simülasyon testleri) olumlu sonuç al�nmas�n� müteakip, ürün kalifikasyonu/sertifikasyon safhas�nda ürüne yönelik olarak, fonksiyonel testler, güvenilirlik testleri, emniyet testleri, çevresel testler ve ömür belirleme testleri yap�l�r. Bu testlerde mü�teri taraf�ndan talep edilen isteklerin yan�nda uluslararas� standartlarda belirtilen kriterlerin de sa�lanmas� amaçlan�r. Bu kapsamda, sistemden beklenen performans�n ölçülmesi amac�yla fonksiyonel testler icra edilir. Sistemin her türlü muharebe ko�ulunda göreve haz�r olma durumunun bir ölçütü olan Sistem Güvenilirlik Testleri her alt komple baz�nda detayl� olarak planlan�r. Özellikle sistemin kullan�m, ta��ma ve depolama faaliyetlerinde personel ve malzemeye hasar vermeden emniyetli bir biçimde üretiminin temin edilmesi için Emniyet Testlerine ilaveten, so�uk, s�cak, nemli ortam, tuzlu ortam, radyasyon, titre�im vb. taktik ortamdaki muhtemel ko�ullar�n simule edildi�i çevresel testler, kalibrasyona uygun �ekilde yap�lm�� test merkezleri ve laboratuarlarda yap�l�r. Hâlen ülkemizde MIL-STD-810F çevre ko�ullar� için a��rl�kl� olarak kullan�lan standartt�r. Sistemin raf ömrü boyunca performans�n�n korunmas�, emniyet kriterlerini sürdürmesinin ölçümünü sa�lamak için, ya�land�rma ömür belirleme testleri icra edilir. Her sistemin teknolojik yap�s�na ba�l� olarak özel bir test program� yap�l�r ve uygulan�r. Örne�in, kompozit veya çift bazl� yak�t teknolojisi kullan�larak üretilen bir roket sisteminde, yak�t belirlenmi� �s� de�erlerinde, belirli sürelerde (aylar mertebesinde) muhafaza edilerek, periyodik olarak kimyasal, fiziksel testler uygulan�r. Öngörülen performans kriterlerinin sa�lanmamas� durumunda tasar�m gözden geçirilir.


459

Ürün kalifikasyon a�amas�n�n olumlu sonuçland�r�lmas� konusunda, ihtiyaç makam� ile mutab�k kal�nmas�n� müteakip, sisteme yönelik teknik resimler, malzeme/hammadde listeleri uygulanan standartlar dahil olmak üzere ilgili tüm dokümantasyonun yer ald�� Teknik Bilgi Paketi (Technical Data Package-TDP) nihai hale getirilir. MIL-STD-31000C, dünyada TDP’nin olu�turulmas� ve format� konusunda uygulanmakta olan önemli bir standartt�r. Sistemi tan�mlayan en önemli referans doküman olan TDP’nin olu�turulmas�n� müteakip, üretimin gerçekle�tirilmesi ve kazan�m� hedeflenen öncelikli teknolojiler göz önüne al�narak, projede görev alacak sanayi kurulu�lar� üretim alt yap�lar� ve teknolojik düzeyleri de�erlendirmek suretiyle Proje Yönetim Makam� (PYM) olarak görevlendiren hükümet birimi taraf�ndan icra edilen proje sanayile�me faaliyetleri çerçevesinde, her üretim hatt�na özgü bir Üretim Bilgi Paketi (Manufacturing Data Package-MDP) sonuçland�r�l�r. Üretimde uygulanan prosesler, üretimi yapacak personelin e�itimleri, özel maksat test/ekipman tasar�m�, operasyon planlar� vb. Üretim Bilgi Paketinde yer al�r. TDP ve MDP’nin haz�rlanmas� bir süreç olup, bu dokümanlar�n haz�rl�� kavramsal tasar�m ile ba�lamakta ve her a�amada gerek duyuldukça revize edilerek olgunla�t�r�lmaktad�r. Di�er bir ifade ile, Sistem Mühendisli�i Sürecinin de�i�ik a�amalar�nda ilgili konfigürasyonel ana çizgide konfigürasyon yönetimi ilkeleri do�rultusunda de�i�iklikler yap�larak, söz konusu bilgi paketleri güncellenebilmektedir. Kalifikasyonun olumlu sonuçlanmas� ile, kavramsal tasar�mdan beri olu�turulagelmekte olan TDP ve MDP üzerinde, konfigürasyonel ana çizgi seri üretime baz bir hal almaktad�r. Temel olan TDP, MDP ve sözle�meler kapsam�nda üretimi gerçekle�tirecek sanayi kurulu�unca olu�turulan ilgili dokümantasyon çerçevesinde kalifiye edilmi� ürünün söz konusu üretim hatt�nda üretilebilirli�inin ispat� ve kontrollü üretim ko�ullar�n�n olu�turulmas�na yönelik olarak, PYM koordinatörlü�ünde Üretim Hatt� Kalifikasyonu (ÜHK) icra edilir. ÜHK kapsam�nda �u kontroller yap�l�r:

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/Tasar�m Limit Kontrol g. Pilot Kafile Testleri.

Genel olarak, ÜHK’n�n icras�na yönelik yeterli say�da ürünün yer ald�� bir pilot kafile üretilir ve sistemle ilgili taktik, teknik istekler/standartlar gözönüne al�narak detayl� olarak haz�rlanm�� ÜHK test planlar� kapsam�nda, Pilot Kafile Testleri icra edilir. ÜHK’n�n ba�ar�l� sonuçlanmas� ile, gerek ürün


460

konfigürasyonu, gerekse üretim hatt�ndaki ilgili tüm ürünlerin (ekipman, proses vb.) statüsü tespit edilerek kontrol alt�na al�n�r. Ürüne yönelik Konfigürasyon Statü Listesi olu�turulur. Kalite Kontrol ve Konfigürasyon Yönetimi alt disiplinleri ile desteklenen kontrollü seri üretimi müteakip, ürün muayeneleri yap�larak envantere teslim edilmektedir. Üretim esnas�nda olu�turulan Mühimmat Bilgi Paketi, kullan�c�ya ürünün kullan�m� safhas�nda gerekli bak�m, depolama vb. bilgileri içermektedir. �htiyaç duyuldu�unda, ürüne teknolojik geli�melerin uygulanmas� ve sistemin geli�tirilmesi için, tekrar tasar�m safhas�na geri dönülmesi gerekmektedir. b. Ürün/Üretim Hatt� Kalifikasyonu �ngilizce ve Frans�zcadaki qualification, Almancadaki qualifikation kelimelerinden Türkçeye uyarlanm�� olan kalifikasyon kelimesi, bir �eyin veya kimsenin niteliklerine uygunlu�unun ortaya konmas�, yeterlili�in kan�tlanmas� anlam�na gelmektedir. Savunma Sistemleri üretiminde ise kalifikasyon, bir süreç veya sistemin istenilen spesifikasyonlara uygun olarak çal��arak kendisinden beklenen görevi emniyetli bir �ekilde gerçekle�tirece�inin dökümante edilerek kan�tlanmas�d�r. Ürün Kalifikasyonu/Sertifikasyon: Al�c� taraf�ndan, ürünün belirlenmi� standartlara (MIL-STD, STANAG, DIN, Teknik �artname vb) uygunlu�unun belgelenmesi faaliyetidir. Ürün kalifikasyonu/sertifikasyon safhas�nda ürüne yönelik olarak 2.a. maddesinde anlat�lan çe�itli testler yap�lmaktad�r. Üretim Hatt� Kalifikasyonu: Proje kapsam�nda üretimi öngörülen ürünün fonksiyon, kalite ve konfigürasyonunun ilgili sözle�me ko�ullar�na ve tasar�m kriterleri do�rultusunda sistemden beklenen performans ve uluslararas� standartlara uygunlu�unun tespit edilmesi, belirlenen bir üretim hatt�nda üretilebildi�inin kan�tlanmas� ve kontrollü üretim ko�ullar�n�n sa�lanarak, üretim hatt�n�n tam ölçekli seri üretime haz�rlanmas�d�r. Üretim hatt�n�n kalifiye edilmesi sonras� TBP’ye uygun biçimde muayene ve testler yap�lmas�na devam edilmekle birlikte, kontrollü bir üretimin gerçekle�tirilmesi halinde, ürünün ömrü boyunca kar��la�mas� muhtemel en a��r �artlar� temsil eden testlerin bir daha yap�lmas�na gerek yoktur. ÜHK kapsam�nda yukar�da 2.a. maddesinde anlat�lan kontroller yap�lmaktad�r. c. Örnek Uygulama MSB l��n�n Proje Yönetim Makam� olarak görevlendirildi�i bir roket sisteminin MKEK ana yüklenicili�inde yerli üretimi kapsam�nda, ürün/üretim hatt� kalifikasyonu program� olu�turularak ba�ar�l� bir �ekilde tamamlanm��t�r. Böylece MKEK’de ilk kez tamamen yerli olarak üretilen bir roketin kalifikasyonu gerçekle�tirilmi�, kalifikasyon sonucu nihai hale getirilen Teknik Bilgi Paketi ile ihraç imkan� elde edilmi�tir. Roketin kalifikasyonunda ilk üretim kafilesi pilot kafile olarak belirlenmi� ve alt komponent-alt sistem-ana sistem s�ras�yla yukar�dan a�a��ya bir kalifikasyon program� çerçevesinde kalifikasyon tamamlanm��t�r. Kalifikasyon program�nda; kullan�c�n�n teknik ve taktik ihtiyaçlar� do�rultusunda mühimmat,


461

roket/füze kalifikasyonlar�nda kullan�lan 50’ye yak�n ulusal ve uluslararas� standart incelenmi�, buna göre alt sistem (roket alt kompleleri) ve ana sistem (nihai ürün) baz�nda test kategorileri olu�turulmu�tur. Pilot kafilenin üretiminde kullan�lan tapa, harp ba�l��, motor borusu, ate�leyici komplesi, yak�t komplesi gibi ana alt komplelere yönelik olarak, May�s-Temmuz 2005 döneminde MSB koordinatörlü�ünde Teknik Bilgi Paketine göre testler icra edilmi�tir. Alt komple testlerinin tamamlanmas�n� müteakiben, roket seviyesinde testler icra edilerek, roketlerin at��l� testlerinin yap�lmas� ile kalifikasyon ba�ar� ile tamamlanm��t�r. 3. SONUÇ �leri teknoloji içeren ürünler olan ve TSK ihtiyaçlar�n�n kar��lanmas� maksad�yla yurtiçi ve yurtd�� kaynaklardan tedarik edilen mühimmat ve roket/füze sistemlerinin üretiminde en önemli hususlardan birisi; mühimmat veya roket/füzenin geli�tirme ve üretim safhalar�nda, taktik ihtiyaçlar� kar��layacak, ürünün kullan�m ve depolama esnas�nda kar��la��laca�� riskleri en aza indirecek, performans ve emniyet gereksinimlerini sa�layacak ürün ve üretim hatt� kalifikasyon programlar�n�n olu�turulmas�d�r. Ürün ve üretim hatt� kalifikasyonunun savunma sanayi geli�mekte olan ülkemizde yeterince bilinmemesi nedeniyle, ürünün ömür devri boyunca çe�itli problemlerle kar��la��lmaktad�r. Bu çal��mada özet olarak örnek bir uygulama üzerinden aç�klanan ürün ve üretim hatt� kalifikasyonun, üretime dayal� tüm savunma sistemleri tedariklerinde uygulanmas�n�n faydal� olaca�� de�erlendirilmektedir.

KAYNAKÇA [1] IEEE P1220, Standart for Application and Management of the System Engineering Process,( 1998).

[2] Systems Engineering Fundamentals (2001), Supplementary Text 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.


462


463

SAYISAL BUZLANMA ANAL�ZLER� VE BUZLANMA SERT�F�KASYONU

Serkan ÖZGEN (a,b), Murat CAN�BEK (c), Erhan TARHAN (d), Özlem CEYHAN (e)

(a) Doç. Dr.ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (b) TUSA�, Türk Uçak Sanayi A.�., Uçu� Bilimleri �efli�i, ODTÜ Teknokent, 06531, Ankara

(c) TUSA�, Türk Uçak Sanayi A.�., Uçu� Bilimleri �efli�i, 06531, Ankara, [email protected] (d) TUSA�, Türk Uçak Sanayi A.�., Uçu� Bilimleri �efli�i, 06531, Ankara, [email protected] (e) TUSA�, Türk Uçak Sanayi A.�., Uçu� Bilimleri �efli�i, 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Uçu� s�ras�nda buzlanma, havac�l��n en temel sorunlardan biri olarak kabul edilmektedir. Kanatlar, gövde, kuyruk yüzeyleri, motor al�klar� ve pitot tüpleri üzerinde olu�an buz ciddi performans kay�plar�na yol açmakta ve uçu� emniyetini tehdit etmektedir. Örne�in, buzlanmadan dolay� kanad�n �eklinin de�i�mesi ta��ma kuvvetinin ve perdövites aç�s�n�n azalmas�na, sürükleme kuvvetinin ve perdövites süratinin artmas�na sebep olmaktad�r. Kumanda yüzeyleri ve dengeleyiciler üzerinde olu�an buzlanma ise uça��n kumanda özellikleri üzerinde ciddi ve ço�unlukla öngörülemeyen bozulmalara yol açmaktad�r. Bu nedenlerle, tüm uçaklar�n tan�mlanm�� buzlanma �artlar�nda uçurulabilir ve kumanda edilebilir olduklar�n�n kan�tlanmas� gereklidir.

Anahtar Kelimeler: buzlanma, kaba buz, �effaf buz, perdövites h�z�, say�sal 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.


464

1. G�R�� Dünyada buzlanma sertifikasyonu FAR 25 - Ek C’de tan�mlanan meteorolojik �artlara göre yap�lmaktad�r. Sertifikasyon süreci, uçu� ve laboratuar testleri ile simülasyonlardan olu�maktad�r. Son 20 y�lda bilgisayarlar�n kapasite ve h�zlar�n�n artmas�, say�sal buzlanma analizlerinin kanat, kanat profili, motor al�klar� gibi gerçekçi geometriler ve uçu� �artlar� için yap�labilmesine olanak tan�m��t�r. Bunun sonucunda say�sal buzlanma analizleri, uçu� ve laboratuvar testlerinin -tamamen olmasa da- belli ölçüde yerini alm��t�r.

Messinger’�n çal��mas� [1] ve geli�tirmi� oldu�u yöntem say�sal buzlanma analizleri aç�s�ndan öncü konumundad�r. Bu çal��mada da bu yöntemden geli�tirilmi� bir yakla��m izlenmektedir.

�nceleme makalesinde Gent [2], buzlanma analizlerinin geçmi�ini ve güncel durumunu sunmaktad�r. Damlac�k güzergahlar�, buzlanma tahminleri ve aerodinamik performansta buzlanmaya ba�l� bozulmalar i�lenmektedir.

Myers [3], buzlanma tahmini için özgün Messinger Modeli’nin geli�tirilmi� �ekli olan bir boyutlu bir matematiksel model önermektedir. Modelin iki ya da üç boyutlu geometriler için de geli�tirilebilece�i gösterilmektedir.

Mingione, Brandi ve Saporiti ise makalelerinde [4] üç boyutlu geoemtriler için geli�tirdikleri buzlanma program�ndan söz etmektedirler. Makalede NASA MS-317 30o aç�l� kanat ve Agusta A109 helikopteri hava al�� için elde edilen buzlanma sonuçlar� sunulmaktad�r.

Bu bildiride, TUSA� Uçu� Bilimleri �efli�inde say�sal buzlanma analizleri için geli�tirilen üç boyutlu analiz program� tan�t�lmakta ve elde edilen sonuçlar�n sertifikasyon sürecinde nas�l kullan�ld�klar� anlat�lmaktad�r. Ayr�ca, geli�tirilen programdan elde edilen buz �ekilleri ile literatürde bulunan deneysel ve say�sal çal��malardan elde edilen buz �ekilleri kar��la�t�r�lmaktad�r.

2. TEOR�, MATEMAT�K MODEL VE ÇÖZÜM YÖNTEM� Buzlanma hesaplamalar� ak�� alan�n�n çözümü, damlac�k güzergahlar� ve birikme etkinliklerinin hesaplanmas�, konvektif �s� transferi katsay�lar�n�n belirlenmesi ve son olarak buzlanma h�zlar� ile buz �ekillerinin çözümü a�amalar�ndan olu�maktad�r. A�a��da k�saca özetlenen hesaplama yönteminin detaylar� Referans [5]’te verilmektedir. Problem girdileri, harici hava s�cakl�� Ta, hava sürati V, havadaki s�v� su miktar� �a, damlac�k çap� dp, toplam buzlanma süresi texp, hücum aç�s� � ve kanat �eklidir.

2.1 Ak�� Alan�n�n Çözümü Kanat etraf�ndaki bas�nç da��l�m� ile damlac�k güzergahlar�n�n hesaplanmas� için gereken ak�� alan� h�zlar�n�n belirlenmesi için Hess-Smith panel metodu kullan�lmaktad�r. Elde edilen h�zlar, konveksiyon �s� transferi katsay�lar�n�n hesaplanmas� amac�yla s�n�r tabaka çözümlerinde de kullan�lmaktad�r.


465

2.2 Damlac�k Güzergahlar� ve Damlac�k Birikme Etkinlikleri Damlac�k güzergahlar�n�n hesaplanmas� için a�a��daki kabuller yap�lmaktad�r:

� Damlac�klar küçük ve küreseldirler, � Ak�� alan� damlac�klar�n varl��ndan etkilenmemektedir, � Damlac�klara aerodinamik ve yerçekimi kuvvetleri etki etmektedir.

Bu kabuller damlac�k çap�n�n 500 ;m’den küçük oldu�u durumlarda geçerlidir. Damlac�klar için üç boyutlu hareket denklemleri a�a��daki gibi yaz�lmaktad�r:

,cosDxm p 1�� (1) ,cosDym p 2�� (2)

� �,mgcosDzm p �� 3�� (3)

,V

Vztan,

VVy

tan,V

Vxtan

rel

zp

rel

yp

rel

xp ��

��

��

�� 13

12

11 (4)

� � � � � � ,VzVyVxV zpypxprel222 �� (5)

.ACV/D pDrel221 *� (6)

Burada Vx, Vy ve Vz damlac��n bulundu�u konumdaki ak�� alan� h�z bile�enleri, ppppp y,x,z,y,x �� ve pz�� ise damlac��n h�z ve ivme vektörü bile�enleridir. Damlac�klar�n kesit alan� Ap, göreli h�zlar� ise Vrel ile gösterilmi�tir. Damlac�klar�n sürükleme katsay�s� CD, literatürde verilen ampirik ifadeler ile hesaplanmaktad�r [2]. Damlac�klar�n güzergahlar�, Denklem (1), (2) ve (3)’ün zamana göre integrallerinin al�nmas� ile hesaplanmaktad�r.

Damlac�klar�n kanat yüzeyinde �slatt�klar� bölge, buzlanmaya maruz kalan bölgeyi belirlemektedir. Damlac�k birikme etkinli�i, damlac�klar�n ç�k�� yüzeyinde olu�turduklar� alan�n, ayn� damlac�klar�n yüzeyde �slatt�klar� alana oran� �eklinde tan�mlanmaktad�r ve � = A/Ao �eklinde ifade edilmektedir. �ekil 1’de damlac�k güzergahlar�na bir örnek ve damlac�k birikme etkinliklerinin hesaplanmas� grafiksel olarak betimlenmektedir.

2.3 Konvektif Is� Transferi Katsay�lar� Ak�� alan� ve damlac�k güzergahlar�n�n hesaplanmas�ndan sonra kanat �eritlere bölünmektedir. S�n�r tabaka ve buzlanma hesaplamalar� her �erit için iki boyutlu yakla��mlar kullanarak gerçekle�tirilmektedir. Bu çal��mada, s�n�r tabaka hesaplar� için iki boyutlu Integral S�n�r Tabaka Denklemi çözülmekte ve gerekti�inde ampirik ba��nt�lardan faydalan�lmaktad�r. Hesaplamalarda laminer-türbülansl� ak�� geçi�i dikkate al�nmakta ve ak��n laminer ve türbülansl� k�s�mlar� için farkl� e�itlikler kullan�lmaktad�r. Bunun yan� s�ra buzlanmadan kaynaklanan pürüzlülük de s�n�r tabaka hesaplar�nda dikkate al�nmaktad�r. K�saca özetlenen bu yakla��m�n üç boyutlu ak�� etkilerinin çok güçlü olmad�� durumlar için uygun oldu�u dü�ünülmektedir.


466

�ekil 1. Damlac�k güzergahlar� ve birikme etkinli�inin hesaplanmas�.

2.4 Geli�tirilmi� Messinger Yöntemi Buzlanma problemi temelinde bir faz de�i�imi problemidir. Faz de�i�imi, buz ve su için enerji denklemleri, kütle korunumu denklemi ve su/buz s�n�r�nda faz de�i�imi denklemi kullan�larak modellenir. Bu yöntem kullan�ld��nda buzlanman�n önce kaba buzlanma olarak ba�lad��, meteorolojik �artlar uygun oldu�unda �effaf buz olarak devam etti�i sonucu ortaya ç�kmaktad�r [3, 5]. Kaba buz, s�cakl��n ve havadaki su miktar�n�n dü�ük oldu�u durumlarda görülmekte ve kanada çarpan suyun tamam� donmaktad�r. Kaba buz kal�nl�� B sembolü ile gösterilmekte ve cebirsel bir denklemle ifade edilebilmektedir:

.V

dtdB

r

a* *

� � (7)

Yukar�daki ifadede r* sembolü kaba buz yo�unlu�unu ifade etmektedir. �effaf buz ile s�cakl��n ve havadaki su miktar�n�n yüksek oldu�u durumlarda kar��la��lmaktad�r. Bu durumda kanada çarpan suyun bir k�sm� donmakta, bir k�sm� ise s�v� halde kalmaktad�r. Buz kal�nl��, enerji ve kütle korunumu denklemlerinin bile�imi olan birinci dereceden bir adi diferansiyel denklemin zamana ba�l� çözümü ile elde edilmektedir [3, 5].

3. BUZLANMA ANAL�Z� SONUÇLARI Bu bölümde, özgün olarak geli�tirilen üç boyutlu buzlanma analizi program�ndan elde edilen sonuçlar sunulmakta ve tart��lmaktad�r.

�ekil 2’de NASA MS-317 kesitine sahip 30o aç�l� kanat için elde edilen buz �ekilleri ve kanad�n orta kesitindeki buz �eklinin litearatürde bulunan �ekillerle kar��la�t�r�lmas� görülmektedir. Elde edilen buz �eklinin tipik kaba buz görünümünde yani girintisiz ç�k�nt�s�z oldu�u, kal�nl��n�n ve �eklinin kanat boyunca de�i�medi�i göze çarpmaktad�r. Literatürdeki sonuçlarla kar��la�t�r�ld��nda, elde edilen sonuçlar�n say�sal ve özellikle de deneysel sonuçlarla büyük uyum içinde oldu�u görülmektedir.


467

a) Buz �ekilleri

b) Literatür kar��la�t�r�lmas�

�ekil 2. NASA MS-317 30o aç�l� kanat üzerinde buz olu�umu. (V=74 m/s, Ta=-18oC, dp=20�m, �a=1 g/m3, texp=390 s)

�ekil 3’te ise uca do�ru incelen (�=0.5), NACA 0012 kesitli, 10o ok aç�l�, 4o dihedral ve 4o burulma aç�l� bir kanatta =4o’de olu�an buz �ekilleri görülmektedir. Buz �ekli bu defa kanat boyunca farkl�l�k göstermektedir. Kanat ucuna do�ru gidildikçe, buz kal�nl��/lokal veter boyu oran�n�n artt�� ve buzlanmaya maruz kalan bölgenin darald�� gözlenmektedir.

4. FAR 25-EK C GRAF�KLER�N�N BUZLANMA ��DDET� GRAF�KLER�NE DÖNÜ�TÜRÜLMES� Jeck [6], buzlanma �iddetini temiz, �s�t�lmam�� bir kanat yüzeyi üzerindeki buzlanma h�z� ile ili�kilendirmektedir. Bu ili�ki Çizelge 1’de özetlenmektedir. FAR 25 – Ek C’de verilen ve azami sürekli �artlarda havadaki s�v� su miktar�n� yatay uçu� mesafesi ile ili�kilendiren meteorolojik tablolar buzlanma �iddeti grafiklerine kolayca dönü�türülebilir. Örnek olarak, FAR 25 – Ek C’de 15 ;m damlac�k çap�na kar��l�k gelen tablo �ekil 4’de sunulmaktad�r.

Çizelge 1. Buzlanma �iddeti ve buzlanma h�z�n�n ili�kisi.

Buzlanma �iddeti 0.25 inç buz olu�umu için geçen süre Kal�nt� 1 saatten fazla Hafif 15-60 dakika aras� Orta 5-15 dakika aras� �iddetli 5 dakikadan daha az

Bu tablodaki veriler kullan�larak, buzlanma h�z� ve dolay�s�yla buzlanma �iddeti, �a, �, V cinsinden Denklem (7) den hesaplanabilir. Denklemde �r, kaba buz yo�unlu�udur ve 917 kg/m3’e e�ittir. �ekil 4’teki verilerin Denklem (7)’de kullan�lmas� ile elde edilen buzlanma h�zlar� ise �ekil 5’te verilmi�tir. Bu hesaplamalarda damlac�k birikme etkinli�inin � = 0.25, uçu� h�z�n�n ise V = 77 m/s oldu�u varsay�lm��t�r.


468

a) Buz �ekilleri

b) Kanat kökünde buz �ekli

c) kanad�n orta kesitinde buz �ekli

d) Kanad�n uç kesitinde buz �ekli

�ekil 3. 10o aç�l� bir NACA 0012 kanad� üzerinde buz �ekilleri. (V=129 m/s, Ta=-13oC, dp=20�m, �a=1 g/m3, texp=120 s)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 50 100 150 200 250 300 350

mesafe (nm)

LWC

(g/m

3 ) 0oC

-10oC

-20oC

-30oC

�ekil 4. Yatay mesafeye göre havadaki s�v� su miktar�n�n de�i�imi (dp=15 ;m).


469

�ekil 5’te dikkat çeken en önemli nokta, yüksek s�cakl�klarda buzlanma �iddetinin daha fazla oldu�udur. Örne�in, �iddetli buzlanma bu durum için sadece -10oC’den yüksek s�cakl�klarda, o da çok k�sa mesafeler için gerçekle�ebilmektedir. Di�er taraftan 200 nm’den uzun mesafelerde buzlanma ancak hafif kategoride kar��m�za ç�kabilmektedir.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200 250 300 350

mesafe (nm)

0.25

inç

buz

olu�

mas

� içi

n ge

çen

süre

(dak

ika)

0oC

-10oC

-20oC

-30oC

kal�nt�

hafif

orta�iddetli

�ekil 5. Yatay mesafeye göre buzlanma �iddetinin de�i�imi (dp=15 ;m).

5. SONUÇ Üç boyutlu kanat geometrileri için buzlanma analizleri yap�lm��t�r. Sonuçlar, üç boyutlu buzlanma analizlerinin -s�n�r tabaka ve termodinamik analizlerin iki boyutlu yakla��mlarla ele al�nm�� olmas�na ra�men- buz �ekillerinin tahmininde çok ba�ar�l� oldu�unu göstermektedir.

FAR 25 – EK C’de yer alan tablolar kullan�larak buzlanma h�z� ve buzlanma �iddeti ili�kilendirilmi�tir. Sonuçlar, �iddetli buzlanman�n sadece yüksek s�cakl�klarda olu�tu�unu göstermektedir. Ayr�ca, uzun mesafeli uçu�larda �iddetli ya da orta �iddette buzlanma olas�l�� çok azalmaktad�r ve ancak hafif �iddette buzlanma olas� görünmektedir.

Geli�tirilen yöntem ve bilgisayar program�, ön tasar�m a�amas�nda buzlanmay� önleyici ya da giderici sistemlerin seçimi ve sertifikasyon amaçl� olarak kullan�labilir. Ancak, s�n�r tabaka ve termodinamik verilerin hesaplanmas� için de üç boyutlu yakla��mlar kullan�lmas�n�n sonuçlar�n do�rulu�unu ve güvenilirli�ini artt�raca�� dü�ünülmektedir. Bu sayede sadece kanat geometrileri de�il, gövde, motor giri�leri ve hatta tüm uçak geometrilerinin de incelenmesi mümkün olabilecektir.


470

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.


471

AVRUPA B�RL�� ASKER� YETENEKLER�NE TÜRK�YE’N�N KATKISI

�lker MET (a), Haluk KORKMAZYÜREK (b)

(a) Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, Ankara, [email protected]

(b) Yrd.Doç.Dr, Ça� Üniversitesi, �ktisadi ve �dari Bilimler Fakültesi, Mersin, [email protected]

ÖZET Askeri, ekonomik ve siyasi stratejiler uyum içerisinde gerçekle�tirildi�i zaman kal�c� sonuçlar vermektedir. II. Dünya Sava��'nda Alman tanklar� ile Japon donanmas�n�n ula�t�� bölgede bugün Alman ya da Japon ekonomik modelinin görülmesi bir tesadüf de�ildir. Bu durumun tersi bir �ekilde ekonomik ve siyasi stratejileri öncelikli olarak uygulayan AB, önümüzdeki dönemde küresel bir güç olmak istiyorsa ortak bir ordu kurmak ba�ta olmak üzere çe�itli yöntemlerle �u ana kadar ikinci planda tuttu�u askeri stratejileri, uygulad�� siyasi ve ekonomik stratejilerine ba�layacakt�r. Bu a�amada NATO’nun en önemli askeri gücü olan Türk Silahl� Kuvvetleri’nin (TSK) AB için öneminin somut bir �ekilde ortaya konulmas� Türkiye’nin AB üyeli�inin de�erlendirilmesi aç�s�ndan üzerinde durulmas� gereken önemli bir parametredir. Bu nedenle bu çal��mada AB’nin sahip olabilece�i olas� askeri güç potansiyeli TSK dâhil edilerek ve edilmeden di�er önemli ülkelerle mukayese edilecek, böylece AB’nin küresel bir güç olma yönünde uygulayaca�� askeri stratejilerde Türkiye’nin rolü ve önemi belirlenmeye çal��lacakt�r. Anahtar Kelimeler: Türk Silahl� Kuvvetleri, Avrupa Birli�i, 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


472

1. AVRUPA B�RL��’N�N DO�U�U VE GEL��M� Avrupa k�tas�nda bulunan ülkelerin s�k s�k birbirleriyle sava�mas� nedeniyle bu ülkelerin birle�erek k�ta Avrupa’s�nda refah bölgesi olu�turma fikri oldukça eskidir ve orta ça�a kadar uzan�r. �ngiliz William Penn 1693’teki bir çal��mas�nda [1] ba��ms�z devletlerden olu�an bir Avrupa Birli�i fikrinden bahsederek bu konudaki çal��malara ilham kayna�� olmu�tur. AB fikrinin gerçekle�mesi ise, ancak II. Dünya Sava�� sonras� birle�me ve ekonomik bütünle�me isteklerinin sonucu olarak ortaya ç�kabildi. Fransa’n�n, II. Dünya Sava��’ndan sonra yeniden sanayile�ebilmek için kömür ve çeli�e ihtiyaç duymas� ve zengin kömür / çelik kaynaklar�n�n Almanya’n�n kontrolü alt�ndaki Ruhr bölgesinde bulunmas� bu iki devlet için Sava� sonras� tekrar bir gerginlik kayna�� olu�turmaya ba�lad� [2]. O dönemlerde Frans�z ekonomisinin yeniden yap�land�r�lmas�nda görev alan Jean Monnet, bu gerginli�in yeni bir sava�a neden olabilece�ini dü�ünerek bir plan haz�rlamaya karar verdi. Plana göre Frans�z-Alman kömür ve çelik kaynaklar�n�n yetkili bir üst otorite taraf�ndan kontrolünün sa�lanmas� öngörülüyordu. Bu fikir do�rultusunda 1951 tarihinde Paris Antla�mas� ile 6 Avrupa ülkesinde (Fransa, Almanya, �talya, Belçika, Hollanda ile Lüksemburg) kömür ve çelik ürünlerinin serbest dola��m� sa�lanarak, bu dola��m� kontrol eden bir otorite olu�turuldu. Avrupa Kömür ve Çelik Toplulu�u (AKÇT) olarak bilinen bu otorite Avrupa Birli�i’nin resmi temeli say�lmaktad�r. ��lerin yolunda gitmesiyle, üye 6 devlet 1957 y�l�nda Roma Antla�mas�yla Avrupa Atom Enerjisi Toplulu�u (AAET) ve Avrupa Ekonomik Toplulu�u’nu (AET) kurdular [3]. AET, Avrupa’y� önce ekonomik sonra siyasal alanda birle�tirme çabalar�n�n bir göstergesi olmas� aç�s�ndan oldukça önemlidir. 1967 y�l�nda, AKÇT, AAET ve AET’nin kurumlar� Avrupa Toplulu�u (AT) çat�s� alt�nda birle�tirildi. Avrupa Parlamentosu'nun (AP) yan� s�ra, tek bir komisyon ve bakanlar konseyi de olu�turularak ortak siyasi stratejiler uygulanmaya ba�lad� [4].

Roma Antla�mas�'nda nihai hedef sadece ekonomik de�il, tar�m, ula�t�rma, rekabet gibi di�er birçok alanda ortak politikalar olu�turulmas�, ekonomik politikalar�n yak�nla�t�r�lmas�, parasal birlik kurulmas�, ortak d�� ve güvenlik politikas� olu�turulmas�yd�. Belirtilen bu amaçlara, süreç içerisinde daha sonra imzalanacak olan di�er anla�malarla a�amal� olarak ula��lmaya çal��lm��t�r. Maastricht Antla�mas� (1992) üye ülke hükümetleri aras�nda yeni i�birli�i imkânlar�n�n ba�lang�c� olmu�, var olan topluluk sistemine hükümetler aras� i�birli�i mekanizmas�n�n eklenmesiyle AB olu�turulmu�tur. 1999 ve 2003 y�llar�nda imzalanan Amsterdam ve Nice Antla�malar� sonras�nda AB, baz� üyeler hariç parasal birli�i (Avro) sa�lad�, Ortak D�� Politika ve Güvenlik Politikas�n� (ODPGP) benimsedi, Adalet, �çi�leri ve suça ili�kin konularda Polis ve Hukuk alanlar�nda i�birli�ine karar verdi. Böylece uygulanan ekonomik stratejilere siyasi stratejileri de eklemi� oldu.

2. AVRUPA’NIN GÜVENL�K �HT�YACI VE ASKER� STRATEJ�LER AB’nin geli�im süreci incelendi�inde eskiden beri bir güvenlik ihtiyac�n�n söz konusu oldu�u görülmektedir. Bu yöndeki ilk ad�mlar 1954 y�l�nda Avrupa


473

Savunma Toplulu�u (AST) için yap�lan planlar ile at�ld�ysa da, planlar�n ba�ar�s�z olmas� ortak savunma politikalar�n�n So�uk Sava�’�n sonuna kadar gündeminin d��nda kalmas�na neden olmu�tur. Avrupa’n�n güvenli�inden bahsederken Avrupa Güvenlik ve ��birli�i Te�kilat� (AG�T) üzerinde k�saca durmak gerekir. 1975’den 1990’a kadar AG�T, yeni yükümlülüklerin ele al�nd�� ve uygulamalar�n gözden geçirildi�i bir dizi konferans ve toplant�lar ile faaliyetlerine devam etmekten öteye gidemedi. Ancak Sovyet Blo�unun da��lmas�yla Avrupa’daki jeopolitik ortam tamamen de�i�ti ve AG�T sonras� savunma ile ilgili tart��malar�n tekrar ba�lat�lmas� yolunu açt�. Maastricht Antla�mas�yla ODGP’nin olu�turulmas� gündeme geldiyse de, o dönemlerde Yugoslavya’n�n da��lmas�yla sonuçlanan iç sava�lar Avrupa’daki zay�fl�klar� ve bölünmeleri tekrar su yüzüne ç�kart�. 1991 y�l�nda imzalanan Maastricht Anla�mas� ile Avrupa ODGP’nin i�birli�i alanlar�na dâhil edilmesinden sonra Fransa ve �ngiltere’nin te�vikiyle AB bir çevik müdahale gücü olu�turmaya ve Kosova krizi s�ras�nda görülen yetenek aç�klar�n� kapatmaya karar verdi. 1996’da NATO üyesi devletlerin ba�bakanlar�n�n kat�ld�� bir toplant�da NATO bünyesi içinde Avrupa Güvenlik ve Savunma Birli�i’nin kurulmas� karar� al�nd� [5]. Helsinki zirvesinde AB’nin 2003 y�l�na kadar kazanmas� gereken askeri yetenekleri belirlemesiyle Avrupa’n�n ekonomik ve siyasi stratejilerden sonra askeri stratejileri de yava� yava� hayata geçirdi�ini söylemek mümkündür [6].

2003 y�l�nda ula��lmas� gereken hedeflerin ba�ar�yla sa�lanmas�n�n ard�ndan AB, yeni hedefleri gündeme getirdi. 17 Haziran 2004’te saptanan Headline Goal 2010 [7] olarak an�lan bu yeni program ve 2000 y�l�nda 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 geli�mesini ve ihtiyaçlar�n�n kar��lanmas�n� temin etmektedir. Ayr�ca AB’nin askeri amaçl� uzay ara�t�rmalar�n� 1,6 milyar avroluk bütçe ile halen sürdürmesi bu konuda ya�anan di�er önemli geli�melerdir.

Görüldü�ü gibi AB, ekonomik ve siyasi stratejileri geli�tirmesinden sonra askeri stratejileri uygulama yönünde önemli ad�mlar atmaktad�r. AB taraf�ndan olu�turulan askeri gücün NATO’nun yerini almamas� yönünde tart��malar devam etse de [8], AB’nin önümüzdeki dönemlerde küresel bir güç olmak istiyorsa ortak bir ordu kuraca��n� beklemek yanl�� bir tahmin de�ildir. Bu a�amada 1959 y�l�nda ortakl�k ba�vurusu yapan Türkiye’nin AB için öneminin bir de Türk Silahl� Kuvvetleri (TSK) aç�s�ndan incelenmesi, Türkiye’nin AB üyeli�i aç�s�ndan baz� somut tahlillerde bulunmam�za yard�mc� olabilecek bir olgudur. Çünkü AB’nin, Türkiye’nin üyeli�i ile hem stratejik olarak, hem de güvenlik politikas� aç�s�ndan güç kazanaca��n� savunan görü�ler bulunmaktad�r [9]. Bu görü�ten yola ç�karak AB’nin askeri yetene�i ve Türkiye’nin bu yetene�e olan katk�s� sonraki bölümlerde incelenerek bir sonuca var�lacakt�r.


474

3. AB ÜYELER�N�N ASKER� YETENEKLER� VE POTANS�YEL ANAL�Z� AB Üye ülkelerinin sahip oldu�u askeri yetenekler aktif asker, tank, z�rhl� araç, a��r silah, sava� gemisi, sava� uça�� ve toplam uçak say�lar� olarak Çizelge 1’de özetlenmektedir. AB ülkelerinin askeri yeteneklerini bulurken üye ülkelerin sahip olduklar� yeteneklerin kümülatif toplam� ile genel bir sonuca ula��lm��t�r.

Çizelge 1’den de görüldü�ü gibi AB’nin kara deniz ve hava gücü bak�m�ndan dünyan�n en büyük askeri gücü olma potansiyeli bulunmaktad�r. Çizelge 1. Dünyadaki önemli ülkelerin kara, deniz ve hava güçleri bak�m�ndan

askeri yeteneklerinin mukayesesi [10] - [11].

Aktif asker say�s� (bin)

Savunma bütçesi

(milyar Dolar)

Tank say�s�

Z�rhl� araç say�s�

A��r silah say�s�

Sava� gemisi say�s�

Sava� uça�� say�s�

Toplam uçak say�s�

Çin* 2.255 65,00 8.390 13.459 29.060 177 1.670 2.872ABD* 1.426 553,10 6.467 24.106 5.192 186 2.767 5.761Rusya * 1.200 32,40 7.058 37.200 15.755 171 1.206 2.669�ran 545 6,30 1.710 2.005 4.302 25 260 536Japonya 239 49,10 980 830 2.660 68 312 754TÜRK�YE 514 15,17 4.132 10.238 7.960 38 415 729AB* 2.134 306,36 10.627 47.662 23.018 282 2.541 6.134AB+Türkiye 2.648 321,53 14.759 57.900 30.978 320 2.956 6.863

Katk� (%) 24% 5% 39% 21% 35% 13% 16% 12%

ÜLKE

KARA GÜCÜ (Jane's Defence 2007 [10] ve SIPRI 2007 [11])

DEN�Z VE HAVA GÜCÜ (Jane's Defence 2007) [10]

* Nükleer güç. Olu�an askeri gücün kendini idame ettirme ve geli�tirme yetene�i ise

enerjiye olan ba��ml�l�k ve savunma sanayi baz�nda incelenmi�tir (Çizelge 2). AB’nin en önemli zafiyeti Çizelge 2’de görüldü�ü gibi petrole olan ba��ml�l��d�r. AB’nin Dünyadaki di�er tüm önemli güçlerden daha fazla petrole ba��ml� olmas�, AB’nin enerji merkezlerine yak�n olmas� gerekti�ini net bir �ekilde ortaya koymaktad�r. Çizelge 2. Dünyadaki önemli ülkelerin petrole olan ba��ml�l�klar� ve savunma

sanayilerinin durumu [12] - [13].

Petrol üretimi

(günlük bin varil)

Petrol tüketimi

(günlük bin varil)

Petrol reservi

(milyon varil)

Silah ihracat�

(milyon dolar)

Silah ithalat� (milyon dolar)

Savunma sanayinde

çal��an say�s�

Çin* 3.504 6.534 18.260 564 3.261 2.500.000ABD* 7.610 20.730 22.450 7.929 419 2.320.000Rusya * 9.150 2.500 69.000 6.623 835.000�ran 3.979 1.510 133.300 9 891 40.000Japonya 125 5.578 29 392 85.000TÜRK�YE 50 715 288 45 486 45.000AB* 3.222 14.758 7.987 10.479 5.338 638.000AB+Türkiye 3.272 15.474 8.275 10.524 5.824 683.000

Katk� (%) 2% 5% 4% 0% 9% 7%

ÜLKE

ENERJ� BA�IMLILI�I (CIA WFB 2007) [12]

SAVUNMA SANAY�(SIPRI 2007 [11] ve BICC 2007 [13])

* Nükleer güç.


475

AB’nin sahip oldu�u askeri yetene�in gelecekte sürdürülebilir olup olmad��n� anlamak için ise AB üyelerinin savunma sanayileri de incelenmi�tir. Çizelge 2’de özetlenen verilere göre AB a��rl�kl� olarak silah ihracatç�s� konumundad�r. Bu durum AB’nin sürdürülebilir silahlanma aç�s�ndan önemli bir avantaj� oldu�unu göstermektedir. Ancak AB içinde savunma sanayinde çal��an ki�i say�s�n�n Çin, ABD ve Rusya’dan sonra 4ncü konumda olmas�, AB için gelecekte zafiyet yaratabilecek bir olgudur. Zira di�er küresel güçlerin savunma sanayinde sahip olduklar� çal��an say�s� ile önümüzdeki dönemde silah ihracat�/ithalat� dengesini kendi lehlerine çevirme potansiyeli bulunmaktad�r.

Çizelge 1 ve 2’de özetlenen veriler konvansiyonel aç�dan önemli bir güce sahip olan AB’nin, enerjiye olan ba��ml�l�� ile savunma sanayindeki dü�ük çal��an say�s� yüzünden zafiyetleri bulundu�unu göstermektedir. Peki, böyle bir olu�um Türkiye’yi bünyesine ald�� zaman küresel güç olma potansiyelini sürdürebilir mi, yoksa Türkiyesiz de yoluna devam edebilir mi? Bu önemli soruyu sonraki bölümde cevaplanmaya çal��lacakt�r.

4.TÜRK�YE’N�N AB’YE OLAN ASKER� KATKISI Türkiye’nin AB’ye olan askeri katk�s�n� belirtmeden önce AB’nin 1nci bölümde detaylar� verilen kurulu� amac�na odaklanmakta tekrar fayda bulunmaktad�r. AB küresel bir güç olma potansiyeline ra�men k�ta Avrupa’s�nda gerilim ve çat��malar�n sona erdirilmesi için kurulan bir olu�umdur. Bu nedenle AB’nin öncelikli amac�n�n kendi güvenli�ini sa�lamak oldu�unu göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Zira bar�� hiçbir zaman kesin de�ildir ve bütün hükümetlerin ilk görevi güvenliktir [14]. Dolay�s�yla Türkiye’nin AB’ye olas� katk�s�n�n AB’nin içinde bulundu�u önemli gerilim ve çat��ma kaynaklar�yla birlikte de�erlendirilmesi gerekmektedir. AB’nin en önemli sorunu hâlâ co�rafi sorunlara dayanan etnik gerilimler ve çat��malard�r (Yugoslavya’n�n da��lmas�yla vb). Öte yandan Rusya’n�n bölgede bir güç olarak tekrar varl��n� hissettirmesi AB için potansiyel bir tehdittir. Rus D��i�leri Bakan� Lavrov’a göre, NATO ülkeleri Avrupa'n�n kuzeyinden güneyine antla�mayla dayat�lan s�n�r� 50.500 silah birimi kadar a�m��ken, bu kanatta tek bir Rus birli�ine kar�� NATO'nun 11,6 tank 8,3 topçu birli�i bulunmaktad�r ve bu durum Rusya için kabul edilemez bir geli�medir [15]. ABD’nin Irak’�n ard�ndan �ran’a olas� müdahalesi enerji kaynaklar�n�n tekrar �ekillenmesi aç�s�ndan enerji kaynaklar�na ba��ml� AB’yi tehdit eden di�er bir olgudur.

“Bu önemli geli�meler kar��s�nda AB nas�l tav�r alacak?” sorusu elbette AB karar vericilerinin tav�rlar�na göre cevaplanabilecektir. Ancak baz� öngörüler yapabilmek için “e�er Türkiye AB üyesi olsayd� AB’nin askeri yetenekleri nas�l de�i�tirdi?” sorusunu cevaplamak, gelecek tahmini aç�s�ndan faydal� bir egzersiz olacakt�r. Bu aç�dan Çizelge 1 ve 2’nin tekrar incelenmesi gerekmektedir, çünkü söz konusu Çizelgeler Türkiye’nin askeri olanaklar�n�n AB ülkelerine olan katk�s�n� da göstermektedir. Çizelge 1 ve 2’den de görüldü�ü gibi Türkiye’nin aktif asker say�s�n�n AB üye ülkelerine dâhil edilmesiyle, AB’nin dünyada aktif asker say�s� bak�m�ndan 1nci s�raya ç�kt�� görülmektedir. Tank say�s� ile Türkiye’nin AB’ye %39’luk bir katk� sa�lad��


476

görülmektedir. Benzer �ekilde z�rhl� araç say�s�nda %21, a��r silahlarda ise yine %35’lik bir katk� söz konusudur. Bu art�� özellikle Avrupa k�tas�na yönelebilecek Rus tehdidine kar�� çok önemlidir. Çünkü AB’yi konvansiyonel kara gücü bak�m�ndan bölgede tehdit edebilecek tek güç Rusya Federasyonudur ve AB’nin bu güçle ba� edebilmek için Türkiye ihtiyac� olaca�� dü�ünülmelidir.

Deniz ve hava gücü bak�m�ndan da durum çok farkl� de�ildir. Sava� gemisi bak�m�ndan Dünya’n�n en büyük gücü olma konumunu sürdüren AB’nin Türkiye’nin kat�l�m�yla bu gücünü daha da peki�tirece�i görülmektedir. Sava� uça�� say�s� bak�m�ndan Türkiye’nin katk�s�yla AB, dünyan�n en fazla sava� uça��na sahip olan gücü konumuna ula�acakt�r. TSK’n�n Kuzey Irak’taki terörist hedeflere kar�� düzenledi�i nokta hava operasyonlarda gösterdi�i ba�ar�, bu konuda Türkiye’nin AB’ye önemli bir katk� sa�layaca��n� gösteren önemli bir örnektir. Tüm bu yeteneklere ek olarak AB’nin insani yard�m, bar�� koruma ve sürdürme amaçl� askeri harekâtlar�na Türkiye’nin az�msanmayacak derecede önemli bir katk� yapma potansiyelinin de bulundu�u de�erlendirilmelidir. Dünya bar��n�n korunmas�na yönelik Birle�mi� Milletler (BM) bar�� koruma faaliyetlerine Türkiye'nin katk�s�, 1950 y�l�nda Kore Sava�� ile ba�lam�� ve Avrupa’da UNPROFOR, Deny Flight, SHARPGUAR, ALBA ve Essential Harvest harekâtlar�na verilen destekle günümüzde halen aktif olarak devam etmektedir.

Türkiye’nin sahip oldu�u tüm bu askeri yetenekler AB’nin çevresinde yer alan çat��ma ve gerilimlerin önlenmesi aç�s�ndan önem kazanmaktad�r. Bunun yan� s�ra Türkiye’nin enerji kaynaklar�na yak�n olmas� nedeniyle sahip oldu�u jeopolitik avantaj göz önünde bulundurulmas� gereken önemli bir faktördür. Bakü-Ceyhan ve NABUCCO projesi gibi enerji koridor projeleri Türkiye’nin bu alanda sahip oldu�u önemli avantajlard�r. Bununla birlikte, Balt�k Denizi'nin alt�ndan Almanya'ya ula�acak olan ve 2010 y�l�nda devreye girecek Kuzey Ak�m hatt�yla Ukrayna'y� saf d�� b�rakmaya haz�rlanan Rusya’n�n, Karadeniz'den geçecek Güney Ak�m adl� boru hatt�yla Avrupa’ya do�al gaz sa�lamas� Türkiye’nin enerji koridoru olma iddialar�n� zay�flatan bir geli�medir. Ancak, AB’nin zaten askeri aç�dan kendisine tehdit olan Rusya’ya enerji konusunda ba��ml� kalmak isteyece�i dü�ünmek zay�f bir olas�l�kt�r. Bu nedenle Türkiye’den geçecek hatt�n cazibesini koruyaca�� göz ard� edilmemelidir.

Türkiye’nin savunma bütçesi AB’nin toplam savunma bütçesinin %5’ine e�ittir. Silah ihracat� dü�ük olan Türkiye’nin bu alanda da Avrupa’ya önemli bir katk�s� bulunmamaktad�r. Bu aç�lardan Türkiye’nin AB’nin savunma sanayi yeteneklerine olan katk�s�n�n çok az oldu�u sonucuna varmak mümkündür.

5. DE�ERLEND�RMELER VE SONUÇ Küresel bir güç olabilmek ekonomik, siyasi ve askeri stratejilerin bir arada uyumlu bir �ekilde koordine edilmesiyle sa�lanabilir. AB �u an için ekonomik stratejileri ba�ar�yla yerine getirmek üzere, siyasi stratejilerde önemli bir mesafe kaydetmi�, askeri stratejilerde ise henüz ba�lang�ç a�amas�ndad�r.


477

Avrupal�lar�n A400M ve Tiger sald�r� helikopterleri gibi ortak silahlanma proje üretimi yönünde ilerlemeye ba�lamas� ve ortak bir hava ula�t�rma projesi üzerinde çal��mas� önemli askeri yeteneklerdir. Askeri stratejilerde �u an için Avrupa’n�n varl�klar�nda bilhassa da stratejik hava ula�t�rma ve subay e�itiminin bir araya getirilmesi konusunda mesafe kaydetti�i görülmektedir.

Bu geli�meler ��nda Türkiye’nin AB’ye askeri yetenekler aç�s�ndan AB’ye katk�s� önemli oldu�u sonucuna var�labilir. Nitekim Türkiye'nin AB'nin kara gücüne olan katk�s� ortalama yüzde 25, deniz ve hava gücüne katk�s� ise yakla��k yüzde 15'dir. AB üyesi 27 devlet oldu�u göz önüne al�nd��nda, bir tek ülkenin bu düzeydeki katk�s�n�n az�msanmayacak bir katk� oldu�u de�erlendirilebilir. Di�er taraftan, Türkiye'nin ç�kar bölgelerine yak�nl��, jeopolitik konumu ve silahl� kuvvetlerinin özellikle terör konusundaki deneyimi, Türkiye'nin AB'ye askeri katk� derecesini art�rabilecek di�er faktörlerdir. Türkiye stratejik olarak önemli bir bölgede yer alan bölgesel bir güç olmas� nedeniyle, Avrupa Birli�i’nin Türkiye’nin üyeli�i ile Yak�n ve Ortado�u'da stratejik olarak önemli bir mevzi kazanma potansiyeli bulunmaktad�r. Bu durum AB’nin çat��malarla kaynayan Yak�n ve Ortado�u'da nüfuzunu artt�racak, AB küresel etkili bir aktör olacak, görece büyük TSK ile Avrupa Güvenlik ve Savunma Politikas�’na güç kazand�racakt�r.

Ancak AB d�� politika ve güvenlik politikalar� düzleminde hareket kabiliyeti olan bir olu�um olursa bu dü�üncelerin makul kabul edilebilece�i unutulmamal�d�r. Güvenlik politikas� aç�s�ndan AB'nin as�l önemi, birlik üyesi ülkelerin ç�kar çat��malar�n�, birli�in kendi içinde bar��ç�l bir �ekilde gidererek, Bat� ve Orta Avrupa'y� bar��a kavu�mu� istikrarl� bir bölge haline getirmesinde yatmaktad�r. Nitekim AB’nin do�u� felsefesi de budur.

Bugün, AB küresel bir güç olup olmama konusunda karars�z durumdad�r. Söylenen bütün güzel sözlere ve di�er devletlerin de az çok dâhil oldu�u bir istikrar bölgesi olu�turulmas�na kar��n, AB küresel anlamda etkili bir aktör olmaktan henüz çok uzakt�r. Son Balkan krizi birçok üyenin kendi ulusal ç�karlar� u�runa, ortak Avrupa ç�karlar�n� geri plana atabilece�ini ve AB’nin ortak d�� politikalar�n�n nas�l etkisiz kald��n� göstermi�tir. Co�rafi konumundan ötürü Türkiye, Yak�n ve Ortado�u'da gerçekten de önemli bir jeopolitik ve jeostratejik role sahiptir. Türkiye'nin AB'ye üye olmas�yla, birli�in d�� s�n�rlar� da, Kafkas Cumhuriyetleri Gürcistan, Ermenistan ve Nahç�van Özerk Cumhuriyeti'yle birlikte Azerbaycan'a, ayr�ca �ran, Irak ve Suriye'ye dayanacakt�r. Bu durum, AB'yi Yak�n ve Ortado�u'nun sorunlar� içine daha da fazla çekecek ve AB çat��ma yönetiminde en az�ndan henüz sahip olmad�� bir yeterlili�e ihtiyaç duyacakt�r. Bu yeterlili�i sa�lamak konusunda Türkiye’nin askeri katk�s� önemlidir. Ancak AB Ortado�u'dakilerle k�yasland��nda, s�radan çat��malarla kaynayan Balkanlar'daki kriz yönetimiyle bugün bile zor ba�a ç�karken, dünyan�n en tehlikeli bölgesinde ortak bir d�� politika ve güvenlik politikas�n� nas�l uygulayacakt�r? Bu durum, küresel güç olmak isteyen bir olu�umun üstünden gelmesi gereken önemli bir sorundur.

AB daha Yugoslavya örne�inde oldu�u gibi yan� ba��nda geli�en olaylara müdahil olmamay� seçerse, bu durumda Türkiye’nin askeri gücü AB için vazgeçilebilir bir kaynakt�r. Nitekim AB'nin Headline 2010 için önerilen


478

Türk tugay�n� "faal kuvvetler" yerine "yedek kuvvetlere" koyma karar� AB’nin küresel bir güç olmak için çok da istekli olmad��n� göstermektedir [16]. Bunun yan�s�ra Yunanistan’�n askeri yetenekleri aç�s�ndan AB üye ülkeleri içinde 4üncü önemli ülke konumuna ula�mas� AB’nin Ortado�u’dan gelecek bir tehdide set çekmesine imkân vermektedir.

AB yan� ba��nda geli�en olaylara duyars�z kalabilir mi? ABD’nin 2nci Dünya Sava�� s�ras�nda etraf�nda olup bitenlere seyirci kalamay�p, olu�an gerilim ve çat��malara müdahil oldu�unu ve böylece küresel bir güç olmay� ba�ard��n� unutmamak gerekir. Dolay�s�yla küresel güç olma yönünde bir strateji uygulayacak olan AB için Türkiye’nin askeri yeteneklerin katk�s� hiç de az�msanmayacak düzeyde oldu�u sonucuna var�labilir. Bu sonuç üyelik müzakereleri esnas�nda karar vericiler taraf�ndan 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 Birli�i NATO’nun her yapt��n� yapabilmeli mi?”, Nato Dergisi [9] R. Erich, (2007) “Sicherheitspolitik und der EU-Beitritt der Türkei”, Qantara – �slam dünyas�yla 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-military-employment-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. �im�ek, (2007), “K�br�s, AB-NATO i�birli�inde anla�mazl�k noktas�”, Southeast European Times

479

M 60A3 TANK KULE MÜRETTEBAT E��T�M S�MÜLATÖRÜNÜN MAL�YET ETK�NL�K ANAL�Z�

Mehmet AKÇAY, Taner ALTINOK, Davut BAL�BA�A

KHO Savunma Bilimleri Enstitüsü, 06100 ANKARA

ÖZET Bu çal��mada 1996 y�l�ndan itibaren kullan�lmakta olan M 60 A3 Tank Kule Mürettebat At�� E�itim Simülatörünün tank s�n�f�n�n e�itim sistemine olan katk�s� incelenmi�tir. Bu katk�n�n incelenmesi, tank üstü e�itim ile simülatör e�itim yöntemlerinin bir haftal�k maliyetleri ile etkinliklerinin deneysel ve teorik olarak ortaya konma a�amalar�n� içermektedir. Maliyetlerin bulunmas�nda ömür devri maliyet modeli, etkinli�in ölçülmesinde ise Kirkpatrick’�n e�itim de�erlendirme yönteminden ö�renmeyi ve performans� ölçme a�amalar� kullan�lm��t�r.

Anahtar Kelimeler: Maliyet etkinlik analizi, simülatör e�itimi, tank üstü e�itim.

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.G�R�� Günümüzde, tank ni�anc�s�n�n e�itimi bizzat tank�n üzerinde veya simülatörde yap�labilmektedir. E�itimde simülatörlerin kullan�lmas� h�zla artmaktad�r. Simülatörün, e�itim gören personele arzu edilen hedeflere ula�t�rmada ve e�itimin ö�renme hedefleri ile bilgi ve yetenek kazand�rmada yerinin bilinmesine ihtiyaç vard�r. Ancak, günümüzde simülatörler de etkin bir e�itimin verilip verilmedi�i sorunundan ziyade simülatörlerin daha çok kullan�lmas�na yo�unla��ld�� görülmektedir. Bu yanl�� yarg� ise, çe�itli alanlarda kullan�lan e�itim simülatörlerin etkinliklerini de�erlendirme çal��malar�n�n literatürde çok


480

yetersiz durumda olmas�n�n ana sebebini olu�turmaktad�r [1]. Örnek olarak t�p alan�nda yay�mlanm�� olan toplam 72 makalenin sadece 3 adedi simülatörlerin etkinli�ini uygulamal� olarak ölçmek üzerinedir. Benzer �ekilde ticari havac�l�k sektöründe pilot e�itiminde yay�mlanm�� hiçbir çal��ma mevcut de�ildir. Amerikan hava kuvvetlerinde ise simülatörlerle ilgili olarak yay�nlanm�� olan 67 makalenin sadece 13 tanesinde etkinli�i ölçme konusu i�lenmi�tir. Tank simülatörlerinin etkinli�inin ölçülmesi konusunda yay�nlanm�� makale bulunmamaktad�r.

Bu çal��man�n amac�, muharebe ortam�nda aktif olarak görev alacak olan tank ni�anc�s�n�n yeti�tirilmesinde, tank kule mürettebat e�itim simülatörünün ne derece etkin oldu�unu belirlemek, at�� etkinli�ini art�rmak için uygulanan iki farkl� e�itim sisteminin maliyet ve etkinlik aç�s�ndan k�yaslamas�n� yapmak ve ileri e�itim programlar�na karar vericiler aç�s�ndan yön veren bir bilimsel girdi olu�turmakt�r.

2. Materyal ve Metot Ara�t�rman�n kapsam�n�, e�itim gören personele e�itim öncesi ve sonras� yap�lan uygulamal� s�nav ve ba�lang�ç seviye at��lar� olu�turmaktad�r. Ara�t�rma, Tank taburunda askerli�ini yapmakta olan ve daha önce simülatör e�itimine kat�lmam�� olan tank ni�anc�s� ve tank komutan� görevlerini yapacak olan 40 ki�ilik bir erba� ve er gurubunu kapsamaktad�r.

M 60 A3 tank simülatörü, tank�n komuta kontrol göstergeleri, görsel ve i�itsel verileri ile h�z, bas�nç, co�rafi konum gibi çevresel faktörleri yans�tmas� nedeni ile interaktif olma özelli�ini ta��maktad�r [2].

2.1 Maliyet Etkinlik Analizi Maliyet etkinlik analizi, alternatiflerin maliyetlerinin de�erlendirme imkan�n oldu�u, ç�kt�lar�n�n ise maddi olarak de�erlendirme imkan�n bulunmad�� durumlarda uygulan�r [3,4].

2.1.1 Maliyet Hesaplama Modeli Pratikte maliyet etkinlik analizinin en önemli yönü, sistemin toplam maliyetlerinin hesaplanmas�d�r. Bu çal��mada kullan�lan model ömür devri maliyet modelidir.Tank üstü e�itimin ve simülatörde e�itimin, ömür devri maliyet modeli ��nda yat�r�m, i�letme ve bak�m maliyetleri Ref.5’te detayl� olarak incelenmi�tir. Bu çal��mada bir haftal�k tank üstü e�itimin birim maliyeti 2721 Dolar, bir haftal�k simülatör e�itiminin birim maliyeti ise 4429 Dolar olarak hesaplanm��t�r.

2.1.2 Etkinlik De�erlerinin Bulunmas� Etkinlik de�erlerinin bulunmas� Ref.6‘da detaylar� verilen Kirkpatrick modeline uygun olarak yap�lm��t�r. Bu modelde yer alan ö�renmenin ölçülmesi safhas�nda deney grubuna uygulanan tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminin hemen öncesinde ve sonras�nda uygulamal� s�nav yap�lm��, sonuçlar kaydedilmi� ve kar��la�t�r�lm��t�r. �kinci safha olan performans�n ölçülmesinde


481

ise e�itimin has�las�n�n al�nd�� ve ölçüldü�ü “at��” icra edilmi� ve sonuçlar puan ve zaman aç�s�ndan e�itim öncesi ve sonras� olmak üzere de�erlendirilmi�tir.

2.1.2.1 Ö�renmenin Ölçülmesi Safhas� Bu safhada 40 personelden olu�an deney grubuna 30 alt konudan olu�an ve takat ve stabilizasyon sistemi, lazer mesafe ölçücüsü, ni�anc� periskopu, tank termal sistemi, balistik hesaplay�c�, teleskop, cephane seçme, görmeyerek ni�an aletlerinin kullan�lmas�, topun ve kule makinal� tüfe�inin ate�lenmesi �eklinde toplam 10 temel ayr� konuda uygulamal� s�nav icra edilmi�tir. Personel, 100 tam puan üzerinden de�erlendirmeye tabi tutulmu�tur. S�navda 60 puan ve üzeri not alan personel s�nav� ba�arm�� kabul edilmektedir.

Deneye kat�lan toplam 40 ni�anc�n�n tank üstü e�itimden önce ve sonra ald�klar� notlar incelendi�inde, tank üstü e�itim öncesi yap�lan s�navda personelin hiçbirisinin geçerli not olan 60 seviyesini geçemedi�i görülmü�tür.

Personelin tank üstü e�itimden önceki ba�ar� ortalamas� 43,1 iken, e�itim sonras� ba�ar� ortalamas� 53,47’e yükselmi�tir. Ba�ar� ortalamas�n�n %25 artt�� görülmü�tür.

Bir haftal�k tank üstü e�itim sonunda personel hemen simülatör e�itimine al�nm�� ve e�itim sonucunda uygulamal� s�nav tekrar yap�lm��t�r. Sonuçlar incelendi�inde, e�itim öncesi ba�ar� oran� %25 iken, simülatör e�itim sonras� ba�ar� oran�n�n % 77,5 seviyesine ç�kt�� görülmü�tür. Tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminin ba�ar� oranlar� grafi�i �ekil-1’de verilmi�tir.

2.1.2.2 Performans�n Ölçülmesi Safhas� Bu safhada da bir önceki a�amada oldu�u gibi, e�itim sonucundaki de�i�iklikleri ortaya koymak amac�yla e�itim öncesi ve sonras� performans ölçümü yap�lm��t�r. Ancak bir önceki a�amayla aras�ndaki temel fark, bu safhada sadece e�itim program�ndan beklenen ve hedeflenen sonuçlar�n ölçülmesidir. Yap�lan çal��mada 40 personele simülatör e�itiminin öncesinde ve sonras�nda görev no 3 ve görev no 6 at��lar� yapt�r�lm��t�r.

Bu at��larda, personel ald�klar� at�� puan�na ek olarak at�� zaman� kriterleri üzerinden de de�erlendirmeye tabi tutulmu�tur.

3 Numaral� At�� Görev Sonuçlar� Hareket eden hedeflere at�� olarak adland�r�lan görev no 3, tank ni�anc�s�n�n hareket eden hedeflere ni�an alma, önleme verme, hedefi takip etme, hareket eden hedefe at�� tanzim tekniklerini uygulama yeteneklerini kontrol etme ve de�erlendirme amac�n� gütmektedir.

At�� Puan� Sonuçlar� Deneye kat�lan toplam 40 ni�anc�n�n, tank üstü e�itimden önce ve sonraki at�� sonuçlar� incelendi�inde; tank üstü e�itim öncesi personelden sadece 5 tanesinin 60 puan seviyesini geçti�i ve ba�ar� oran�n�n %12.5’te kald��


482

görülmektedir. Bir hafta süren tank üstü e�itim sonras� ise ba�ar� oran� %20 seviyesine ç�km��t�r.

0

25 25

77, 5

01020304050607080

Ba�

ar� Y

üzde

s

tank simülatör

E�itim Yöntemleri

e�itim öncesi

e�itim sonras�

�ekil–1 Uygulamal� S�nav Ba�ar� Yüzdeleri

Bir haftal�k tank üstü e�itim sonunda personel hemen simülatör e�itimine al�nm�� ve e�itim sonucunda 3 numaral� at�� tekrar yap�lm��t�r. Sonuçlar incelendi�inde, e�itim öncesi ba�ar� oran� %20 iken, simülatör e�itimi sonras� ba�ar� oran�n�n %60 seviyesine ç�kt�� görülmektedir. Simülatör e�itimi öncesinde ba�ar�l� personel say�s� 8 iken bu say� 24 olarak gözlenmi�tir. �ekil–2’de tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminin 3 numaral� at�� görevinin ba�ar� oranlar� grafi�i verilmi�tir.

12, 520 20

60

0102030

4050

60

Ba�

ar� Y

üzde

s

tank simülatör


e�itim öncesie�itim sonras�

�ekil–2 3 Numaral� At�� Görevinin Ba�ar� Yüzdeleri

At�� sonuçlar�na göre personelin ba�ar� durumu incelendi�inde, e�itim seviyesi dü�ük olan personelin geli�iminin, seviyesi yüksek olan personele göre daha fazla oldu�u görülmü�tür.

Zaman Sonuçlar� Muharebe ortam�nda at�lan her merminin isabet sa�lamas� ba�ar�l� olmak için ne kadar gerekliyse, dü�mandan daha h�zl� hareket etmekte o oranda zaruret te�kil etmektedir. Çok iyi e�itilmi� bir tank mürettebat�n�n, muharebe


483

sahas�nda hedefi tespit ettikten sonra ate� alt�na alabilmesi 5 saniye içerisinde olabilmektedir. Bu da tank muharebesinde birkaç saniyenin bile ne kadar önemli oldu�unu ortaya koymaktad�r.

56, 7752, 65 52, 6546, 25

0102030405060

Zam

an O

rtal

amas

�

tank simülatör



�ekil–3 3 Numaral� At�� Görevinin Zaman Ortalamalar�

Tank üstü e�itimden önceki süre ortalamas� 56,77 saniye iken e�itim sonras� süre ortalamas� 52,65 saniyeye dü�mü�tür. Bunun anlam�, görevi tamamlama zaman�nda ortalama 4,2 saniyelik bir azalma sa�land��d�r. At�� sonuçlar� incelendi�inde, e�itim sonucunda at�� ba�ar�s�n� ortalama 15,6 puan yükselten toplam 25 ki�inin, at�� sürelerini de ortalama olarak 5,24 saniye k�saltt�klar� görülmü�tür.

Simülatör e�itiminden önceki süre ortalamas� 52,65 saniye iken, e�itim sonras� süre ortalamas� 46,25 saniyeye dü�mü�tür. �ekil–3’de tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminin 3 numaral� at�� görevinin zaman ortalamalar� verilmi�tir.

Simülatör e�itimi sonucunda; görevi tamamlama zaman�nda ortalama 6,4 saniyelik bir azalma sa�lanm��, at�� ba�ar�s�n� ortalama 22,29 puan yükselten toplam 35 ki�inin de at�� sürelerini ortalama olarak 6,6 saniye k�saltt�klar� görülmü�tür.

6 Numaral� At�� Görev Sonuçlar� Tek tank�n taarruzda at�� olarak adland�r�lan görev no 6, tank ni�anc�s�n�n tankla gündüz mevzide veya hareket halinde iken, duran veya hareket eden hedeflere kar�� at�� yapabilme yetene�ini de�erlendirmek amac�n� gütmektedir.

At�� Puan� Sonuçlar� Ara�t�rmaya kat�lan tüm ni�anc�lar�n tank üstü e�itimden önce ve sonra 6 numaral� at�� görevinden alm�� olduklar� puanlar incelendi�inde; tank üstü e�itim öncesi personelden sadece 6 tanesinin 60 puan seviyesini geçerek ba�ar� oran�n�n %15’te kald�� görülmektedir. Bir hafta süren tank üstü e�itim sonras� ise ba�ar� oran� %25 seviyesine ç�km��t�r. Tank üstü e�itimden önceki puan ortalamas� 36,75 iken e�itim sonras� puan ortalamas� 41,5 puana yükselmi�tir.


484

Tank at�� e�itim alan�nda icra edilen görev no 6, simülatör e�itimini müteakip tekrar yapt�r�lm��t�r. Sonuçlar incelendi�inde, e�itim öncesi ba�ar� oran� %25 iken simülatör e�itimi sonras� ba�ar� oran�n�n % 72 seviyesine ç�kt�� görülmü�tür. E�itim öncesinde ba�ar�l� personel say�s� 10 iken bu say� 29 olarak gözlenmi�tir. �ekil–4’te tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminin 6 numaral� at�� görevinin ba�ar� oranlar� grafi�i verilmi�tir.

Zaman Sonuçlar� Tank üstü e�itimin verilmesi sonucunda, görev no 6’n�n toplam olarak görevi tamamlama zaman�nda ortalama 3,77 saniyelik bir azalma sa�lanm��t�r. At��a kat�lan personelin simülatör e�itiminden önceki süre ortalamas� 77,55 saniye iken e�itim sonras� süre ortalamas� 71,75 saniyeye dü�mü�tür. Yani at�� süresinde 5.8 saniyelik azalma olmu�tur. �ekil–5’de tank üstü e�itim ve simülatör e�itiminden sonra yap�lan 6 numaral� at�� görevinin zaman ortalamalar� verilmi�tir. E�itim sonucunda at�� ba�ar�s�n� ortalama 23,71 puan yükselten toplam 35 ki�i, at�� sürelerini de ortalama olarak 5,8 saniye k�saltm��t�r.

3. SONUÇLARIN ANAL�Z� Sonuçlar�n analizi safhas� de�erlendirmenin son a�amas�d�r. Bu safhada ikinci ve üçüncü a�ama sonucunda elde edilen verilerin güvenilirlikleri incelenmi� e�itim yöntemlerinin etkinlik puanlar� hesaplanm�� ve bu etkinli�e kar��l�k tasarruf edilen maliyet bulunmu�tur.

3.1 S�navlar ve At�� Testleri Sonucunda Elde Edilen Verilerin Güvenilirli�i Tank üstü e�itimden önce ve sonra, simülatör e�iminden önce ve sonra yap�lan s�navlarda al�nan notlar�n ve at�� testleri sonucunda al�nan puanlar�n istatistiki aç�dan anlam ifade edip etmediklerinin belirlenmesi amac�yla t-test’i uygulanm��t�r. Test sonuçlar�, not ve puanlar�n tesadüfi olmad��n�, güvenilirli�in %99 eviyesinde oldu�unu göstermektedir. Ayr�ca, uygulanan korelasyon testi sonucunda da, e�itimler öncesi ve sonras�nda yap�lan s�navlar�n ve at�� testlerinin sonuçlar� aras�nda do�rusal bir ili�ki oldu�u görülmü�tür. Bunun anlam� e�itimler öncesinde dü�ük puan alan personelin, e�itimler sonras�nda da dü�ük puan ald�klar�, yüksek puan alan personelin ise yüksek puan alma e�iliminde olduklar�d�r [7].

3.2 Etkinlik Puanlar�n�n Hesaplanmas� Tank üstü e�itim ile simülatör e�itiminin etkinliklerini de�erlendirme sürecinde birden fazla kriterden yararlan�ld�� için, her bir kriterin önemine uygun biçimde göreceli olarak belirlenen a��rl�k faktörleri ile deney sonucunda elde edilen puanlar Ref.5’de verilen ba��nt�lar kullan�larak hesaplanm��t�r. Bu hesaplamalarda kullan�lan de�i�kenlerin de�erleri Tablo–1’de sunulmu�tur.

Hesaplamada kullan�lan de�i�kenler, e�itim yöntemleri için farkl� olarak belirlenmi�tir. Simülatör e�itimi için; Su uygulamal� s�nav�n ortalama notunun art�� de�erini, SP3 3 numaral� at��n ortalama puan�n�n art�� de�erini, St3 3 numaral� at��ta puan geli�imini sa�layan personelin ortalama zaman�n�n azal��


485

de�erini, SP6 6 numaral� at��n ortalama puan�n�n art�� de�erini, St6 6 numaral� at��ta puan geli�imini sa�layan personelin ortalama zaman�n�n azal�� de�erini temsil etmektedir.

1525 25

72

01020304050607080

Ba�a

r� Yü

zdes

i

tank simülatör



�ekil–4: 6 Numaral� At�� Görevinin Ba�ar� Yüzdeleri

81, 32

77, 55 77, 55

71, 75

666870727476788082

Zam

an O

rtal

ama

tank simülatör



�ekil–5 6 Numaral� At�� Görevinin Zaman Ortalamalar�

Tablo–1 Etkinlik Puanlar�n� Hesaplamada Kullan�lan De�erler

Puan Art��

Gel

i�im

fark

� Süre Azal�m�

Gel

i�im

fark

�

Sim

ülas

yon

Tank

üs

tü

Sim

ülas

yon

Tank

üs

tü

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� s�nav 14, 7 10, 4 4, 3 - - -


486

4,13)30%*7,14]70%*)2

2,66,19([( ��Se

2,7)30%*4,10]70%*)2

9,48,6([( ��Te

30%*]70%*)2

[( utopo

e SSSS ��

�

30%*]70%*)2

[( utopo

e TTT

T ��

�

Tank üstü e�itim için ise; Tu uygulamal� s�nav�n ortalama notunun art�� de�erini, TP3 3 numaral� at��n ortalama puan�n�n art�� de�erini, Tt3 3 numaral� at��ta puan geli�imini sa�layan personelin ortalama zaman�n�n azal�� de�erini, TP6 6 numaral� at��n ortalama puan�n�n art�� de�erini ve Tt6 6 numaral� at��ta puan geli�imini sa�layan personelin ortalama zaman�n�n azal�� de�erini temsil etmektedir.

0pS , 0t

S ve 0pT ,

0tT s�ras�yla simülatör e�itimi ve tank üstü e�itim

sonras�nda 3 ve 6 numaral� görevlerin at�� puanlar�n�n ortalamalar�n�, uS ve uT ise 3 ve 6 numaral� görevlerin at�� zamanlar�ndaki azal�� ortalamas�n�

göstermektedir.

Yukar�da verilen de�erler etkinlik hesaplama formülünde kullan�larak her iki yönteme ait olan etkinlik puanlar� hesaplanm�� ve a�a��da gösterilmi�tir:

Simülatörün etkinlik puan�;

Tank üstü e�itimin etkinlik puan�;

3.3 Maliyet/Etkinlik Oranlar�n�n Hesaplanmas� Maliyet etkinlik analizinde, mevcut alternatif yöntemlerin maliyet etkinlik oranlar�n�n kar��la�t�r�lmas� sonucu bir karara var�lmakta ve maliyet/etkinlik oran� en dü�ük olan seçenek en maliyet etkin olarak kabul edilmektedir.

Yap�lan bu çal��mada iki ayr� e�itim sistemi olan M 60 A3 Tank Kule Mürettebat At�� E�itim Simülatörü ile tank üstü e�itim sisteminin maliyet ve etkinlik puanlar� s�ras�yla Sm= 4429.4, Se=13.4, Tm= 2780.6, Te=7.2 olarak bulunmu�tur.

Her iki e�itim yöntemi için maliyet/etkinlik oranlar�n� hesaplad��m�zda Smaliyet/etkinlik= 4429,4/13,4=330,6 ve Tmaliyet/etkinlik = 2780,6/7,2= 386,2 orant�lar� bulunmaktad�r. Bu �artlar alt�nda (338,5<386,2) bir haftal�k simülatör e�itimi bir haftal�k tank üstü e�itime göre daha maliyet etkin bir yöntem olmaktad�r.


487

4. Sonuç ve Öneriler Askeri e�itim alan�nda simülasyon sistemleri, gerçek sistemin ayn� özelliklerine sahip benzerleri ile araç ve silahlar� kullan�c�ya daha tasarruflu ve emniyetli �ekilde ö�retmek için kullan�lmaktad�r.

At�� sonuçlar� incelendi�inde, uygulamal� s�nav sonuçlar�na göre simülatör e�itiminin daha etkin sonuç verdi�i görülmektedir.

E�itim yöntemlerinin süre aç�s�ndan at�� üzerindeki etkinli�i incelendi�inde ise, ortalama olarak 6,2 saniye gibi bir k�salman�n oldu�u gözlenmektedir. Bu sonuç muharebede dü�mandan önce bir mermi atabilmek demektir.

Simülatörün e�itimde kullan�lmas�n�n en önemli katk�s�, sonuçlar�n gözlemlenebilirli�i sayesinde çok tekrar yapmay� sa�lamas� ve zay�f personelin daha at�� alan�na gitmeden tespit edilerek eksikliklerini gidermesine imkan tan�mas�d�r.

Harp silah ve araçlar�n�n gere�inden fazla y�pranmas�n� önlemek, zaman ve kaynak tasarrufu sa�lamak aç�s�ndan simülatör ve simülasyon sistemlerinden azami derecede istifade edilmesi önemlidir. Ancak, bu tür e�itimlerin personeli gerçek muharebe �artlar�ndan uzakla�t�rabilece�i hususu hiçbir zaman göz ard� edilmemeli ve bu tür e�itimler ile gerçek hava ve arazi �artlar�ndaki e�itimler aras�nda optimum denge sa�lanmal�d�r

KAYNAKÇA [1] THURMAN, R. And DUNLAP, R. Assessing the Effectiveness of SimulatorBased Training, Air Force Researche Laboratory, Orlando Florida, 1999.

[2] L�ERMAN, Bruce. How to Develop a Training Simulation, Training&Development, Bennington, 1994, 50. [3] BA�ARAN, Mustafa. Maliyet-Etkinlik De�erlendirmeleri, Ankara Üniversitesi, Kara Harp Okulu Bas�mevi, 1988.

[4] GOLDMAN, Thomas. Cost-Effectiveness Analysis, Frederick A. Preager Inc, New York, 1967, 18.

[5] AKÇAY Mehmet, BAL�BA�A Davut M 60A3 Tank Kule Mürettebat E�itim 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.


488


489

SUALTI ve SUÜSTÜ GEM�LER�N�N AKUST�K �Z ÇIKARTIMI

Erkul BA�ARAN(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 çal��mada, hareket etmeyen ve derin sularda oldu�u varsay�lan sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin ç�kart�lmas� konusunda elde edilen sonuçlar verilmi�tir. Motor ve pervane gürültü kayna�� modeli olarak tek frekansl�, birim genlikli ve noktasal (e�yönlü) akustik kaynaklar kullan�lm�� olup, ak��kanl�k gürültüsü ile mekanik titre�imler hesaba kat�lmam��t�r. Sualt� ve suüstü gemilerinin su içinde bulunan k�s�mlar� çelikten ve geçirgen olarak modellenmi�tir. Teorik bak�mdan iki boyutlu dalga denklemi Zaman Uzay�nda Sonlu Farklar (Finite Difference Time Domain) yöntemi ile zamanda yinelemeli olarak çözülmü�, So�urucu S�n�r Ko�ulu olarak Mur türü ko�ul kullan�lm��t�r.

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. G�R�S Sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izleri ticari ve askeri gemiler bak�m�ndan önemlidir. Gemi izlerinin ç�kart�lmas� için akustik benzetim ve ölçüm


490

çal��malar� yap�lmaktad�r. Akustik ölçümlerin zaman ve ekonomik bak�mdan maliyetli olmas� nedeni ile benzetim çal��malar� önem kazanmaktad�r. Benzetimlerin ölçümlerin do�rulanmas� bak�m�ndan da önemi büyüktür. Sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin hesaplanmas� askeri bak�mdan gemilerin dost - dü�man olarak tan�nmas� ve s�n�fland�r�lmas� kapsam�nda ulusal güvenlik gereksinimler aç�s�ndan da son derece büyük önem ta��maktad�r. En genel manada akustik iz motor, pervane ve ak��kanl�k gürültüleri ile mekanik titre�im etkilerinin de hesaba kat�lmas� ile hesaplan�r. Özel olarak bu çal��mada ak��kanl�k gürültüleri ve mekanik titre�im etkileri hesaba kat�lmaks�z�n, akustik izler ç�kar�lm��t�r. Bu nedenle mekanik titre�imlerle ilgili literatüre yer verilmemi�tir.

Akustik iz hesab�nda gerçekte sualt� ve/veya suüstü gemisinden yay�lan akustik dalgalar�n genli�inin sualt� ve/veya suüstü gemisine göre hangi pozisyonda ölçüldü�ü önemlidir. Gerçekte akustik iz, sualt� ve suüstü gemisinden tüm frekanslarda ve her yöne do�ru zamana göre izlenmesi gereken bir büyüklüktür [1]. Böylece sessiz gemilerin tasar�m� ve sonar�n kendi gürültüsünün (self-noise) azalt�lmas� mümkündür.

Sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izleri temelde makine, pervane ve ak��kan gürültüsü olarak üç farkl� kaynaktan olu�ur. Tüm bu gürültü kaynaklar�n�n kendi ba�lar�na ürettikleri (deniz ortam� ile etkile�meksizin) gürültülerin alan da��l�m� ve zaman ba��ml�l�� bak�m�ndan modellenmesi bile oldukça zor bir problem olarak ortaya ç�kmaktad�r. Gerçekte bu gürültü kaynaklar� gemi gövdesi ve geminin bulundu�u deniz ortam� ile de etkile�ti�inden, akustik iz hesab� zor bir problem ortaya ç�kmaktad�r. Böyle bir problemin çözümünün belli kanonik yap�lar haricinde analitik incelenmesi pek mümkün de�ildir. Bu nedenle öncelikle problemin say�sal bir yöntemle incelenmesi gereklidir. Böyle bir incelemede, sistematik bir yakla��m çerçevesinde

- �ki veya üç boyutlu olarak gemi ve ortam�n geometrik ve yap�sal tespiti - Gürültü modellerinin ve buna göre bilgisayar kaynaklar�n�n tespiti - Çözüm yönteminin tespiti - Do�rulama ve geçerleme yönteminin tespiti

olmak üzere temel çözüm ad�mlar� izlenebilir [2]. Buna göre geometrisi ve yap�s� oldukça basit olarak modellenmi� bir suüstü gemisinin 2 boyutlu akustik izleri daha önce say�sal bir yöntem kullan�larak incelenmi�tir [2].

Bu çal��mada ise geometrik ve yap�sal bak�mdan daha gerçekçi modellenen suüstü ve sualt� gemilerinin akustik iz ç�kart�m problemi 2 boyutlu zaman uzay� dalga denkleminin Zaman Uzay�nda Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemi ile zamanda yinelemeli olarak çözümü �eklinde incelenmi�tir. ZUSF yöntemi özellikle geni� bantl� gürültü kaynaklar�n�n neden oldu�u akustik izlerin tek seferde hesaplanmas� bak�m�ndan da avantajl�d�r. Gemi gövdelerinin yap�lar� farkl� ses h�zlar� tan�mlanarak geçirgen malzeme gibi ele al�nd��ndan, sualt� ve suüstü gemilerinin odalar�nda olu�abilecek iç rezonanslar�n akustik iz hesab� üzerindeki etkisinin de hesaplanmas� imkân�n� sa�lamaktad�r.


491

2. TEOR� Sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin ç�kart�lmas� için bu çal��mada say�sal bir yöntem olan Zaman Uzay�nda Sonlu Farklar (Finite Difference Time Domain) yöntemi kullan�lm��t�r [3]. Gemi ve denizalt�n�n derin sularda dü�ünülebilmesi için, denizin yana ve dibe do�ru sonsuz uzunlu�u ZUSF yönteminde Mur türü So�urucu S�n�r Ko�ulu ile modellenmi�tir [3]. E�er s�� sularda inceleme yap�lmak istenirse, denizin sonsuz uzunlu�u sadece yatayda Mur ko�ulu ile modellenmeli ve deniz dibinin etkisi empedans s�n�r ko�ulu ile hesaba kat�lmal�d�r. Böylece ayr� bir çal��ma olarak s�� sular�n akustik iz üzerine etkisinin ZUSF yöntemi ile incelenmesi mümkündür. Suüstü gemisi olarak askeri bir sava� gemisi, sualt� gemisi olarak ise bir denizalt� seçilmi�tir. Sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin hesaplanmas� için fiziksel model olarak akustik dalga yay�l�m� ele al�nm�� ve bu kapsamda ikinici mertebeden Zaman Uzay� Dalga Denklemi

� � � �2

2 2

,,

1 0r t

r tu

uv t

2� � �

2

�� (1)

olmak üzere uygun ba�lang�ç ve s�n�r ko�ullar� kullan�larak ZUSF yöntemi ile çözülmü�tür. Burada � Laplace operatörünü, � �,r tu � konuma ve zamana ba�l� olarak akustik izleri olu�turan akustik bas�nc� (N/m2), v ise gemi duvarlar�nda, odalar�nda ve sudaki akustik dalgan�n yay�l�m h�z�n� (m/s) göstermektedir. Bu çal��mada problem Kartezyen Koordinat sisteminde ve iki boyutlu ele al�nd��ndan � Laplace operatörü 2 2 2 2x y2 2 � 2 2 olarak uygulanm��t�r.

Deniz yüzeyi ve suüstü gemileri için geminin suüstünde kalan bölümünün duvarlar� bas�nçtan-ar�nd�r�lm�� (pressure-release) s�n�r ko�ulu olarak modellenmi�tir. Suüstü ve sualt� gemisinin tümü çelik, odalar� ise hava olarak kabul edilip farkl� yo�unluklara sahip malzemeler biçiminde akustik bak�mdan geçirgen olarak modellenmi�tir. Bu kapsamda yukar�da verilen Zaman Uzay� Dalga Denklemi uzaysal ve zamansal olarak ayr�kla�t�r�l�p, ZUSF yöntemi ile çözüm için zamanda tekrarlamal� olarak düzenlenirse ZUSF güncelleme denklemi (update equation)


492

� � � � � �

� � � ��

221 1

2

, 1 2 , ,

1, 1,

n n n

n n

v t v tu i j u i j u i jx y

v t u i j u i jx

v

� �$ !� �� " �� " �� #

�� $ !� � � �� # ��

� � � � �� 2

, 1 , 1n nt u i j u i jy

� �� $ !� � �� # ��

(2)

olarak bulunur. Burada �x ve �y uzaysal birim ad�m büyüklüklerini, �t ise zamansal birim ad�m büyüklü�ünü gösterir. i ve j s�ras� ile x ve y yönündeki hücre numaras�n�, n ise zamandaki ad�m numaras�n� gösterir.

Sualt� gemisinin akustik izinin ç�kart�lmas�nda geminin merkezinden belli bir uzakl�kta tan�mlanan tam bir daire boyunca belirli aç�sal aral�klarla zaman uzay�nda hesaplanan akustik bas�nç de�erleri kaydedilmektedir. Suüstü gemisi için benzer bir i�lem merkezi gemi merkezinde olan ve deniz yüzeyinin alt�nda kalan bir yar�m daire boyunca belirli aç�sal aral�klarla zaman uzay� akustik bas�nç de�erlerinin kaydedilmesi �eklinde uygulanm��t�r. Her iki durumda da kaydedilen zaman uzay� akustik bas�nç de�erlerine H�zl� Fourier dönü�ümü (Fast Fourier transform) uygulanarak frekans uzay�ndaki akustik bas�nç de�erleri hesaplanm��t�r. Hesaplanan bu de�erlerin kutupsal koordinatlarda çizilmesi ile gemi akustik iz de�erleri elde edilmektedir.

ZUSF çözümlerinin kararl� olmas� ve gemilerin detaylar�n�n yeterince dikkate al�nabilmesi için � dalga boyu olmak üzere, �x = �y = � /20 olacak �ekilde uzaysal �zgaralama yap�lm�� ve buna göre Courant kararl�l�k kriteri kapsam�nda t� de�eri uygulanm��t�r. Bu �artlar alt�nda problemin gerçek fiziksel boyutu 175 m x 175 m olmak üzere, problemin elektriksel uzunlu�u 35 � x 35 � boyutlar�na sahiptir. Toplam ZUSF hücre say�s� ise 700 x 700 de�erindedir. Uzaysal birim hücre uzunlu�u �x = �y = 0.25 m olup, bu durumda birim zaman ad�m� �t = 5.6569x10-5 s olarak uygulanm��t�r. Bu durumda zamandaki toplam süre 6000 x �t = 0 .34 s olmaktad�r.

3. SAYISAL ÖRNEK ZUSF ile akustik iz ç�kart�mda pervane ve motor gürültüsü olarak noktasal ve 500 Hz frekans�na sahip birim genlikli iki temel gürültü kayna�� kullan�lm��t�r. Böylece bir denizalt� ve suüstü gemisi için elde edilen akustik izler kutupsal koordinat sisteminde aç�ya ba�l� olarak hesaplanm��t�r. �ekil 1.a ve 1.b'de iki boyutlu olarak incelenen sualt� ve suüstü gemisinin geometrik yap�s� verilmi�tir. Suüstü gemisi örne�i olarak 77.5 m uzunlu�a sahip, 15.25 m yükseklikli ve yakla��k olarak yar�s� sualt�nda kalan ve hareket etmeyen bir askeri gemi seçilmi�tir. Sualt� gemisi örne�i olarak ise 81 m uzunlu�a sahip,


493

28 m yükseklikli ve tümü ile sualt�nda kalan ve hareket etmeyen bir denizalt� seçilmi�tir. Gelece�e yönelik olarak hareketli gemi ve denizalt�lar için ak��kankanl�k gürültüsünün de modele kat�lmas� planlanmakta olup, ak��kanl�k gürültüsünün akustik iz paterni üzerinde etkili olaca�� öngörülmektedir. Akustik dalgalar�n denizde yay�l�m h�z� 1500 m/s, içerisi hava olan gemi odalar�nda yay�l�m h�z� 340 m/s, çelikten kabul edilen gemi gövdesindeki yay�l�m h�z� 2500 m/s olarak al�nm��t�r. �ekil 2.a ve 2.b'de motor ve pervane gürültüsü nedeni ile deniz ortam�nda olu�an toplam akustik alan da��l�mlar� gösterilmi�tir. �ekil 3.a ve 3.b'de suüstü gemisinin motor ve pervane gürültüsü nedeni ile olu�turdu�u akustik izler gösterilmi�tir. �ekil 4.a ve 4.b'de ise sualt� gemisinin motor ve pervane gürültüsü nedeni ile olu�turdu�u 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 olu�turduklar� akustik alan da��l�m� (f=500 Hz).


494

a)

b)

�ekil 3.Suüstü gemisinde a) motor ve b) pervane gürültüsü kaynakl�

akustik iz deseni (f=500 Hz).


495

a)

b)

�ekil 4.Sualt� gemisinde a) motor gürültüsü b) pervane gürültüsü nedeni ile olu�an 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 Uzay�nda Sonlu Farklar yöntemi kullan�larak hesaplanm��t�r. Bu kapsamda suüstü gemisi olarak


496

seçilen askeri bir sava� gemisi ve sualt� gemisi olarak seçilen bir denizalt� için akustik izler hesaplanm��t�r. Gelecek çal��ma hedefleri olarak hareketli gemiler için (ak��kanl�k gürültüsü) geni� bantl� ve daha gerçekçi ikiden fazla gürültü kayna��n�n (motor, pervane, ak��kanl�k v.b.) sualt� ve suüstü gemilerde olu�turdu�u akustik izlerin 3 boyutlu olarak modellenmesi ve mekanik titre�im etkilerinin de hesaba kat�lmas� hedef olarak al�nm��t�r. Böylece sualt� ve suüstü gemilerinin akustik izlerinin azalt�lmas� için çe�itli öneriler yapmak mümkün olabilecektir. Yine yap�lmas� planlanan bir di�er çal��ma da elde edilen sonuçlar�n do�rulama ve geçerlemesinin yap�lmas� için, akustik iz probleminin bir ba�ka çözüm yöntemi ile ele al�narak irdelenmesidir.

KAYNAKÇA [1] Bureau of Ships, (1965), “Introduction to Sonar Technology”, Department of the Navy, Navyships, 0967-129-3010.

[2] S. Aksoy, E. Ba�aran, D. Bölükba�, S. Akgün, (2007), “Suüstü Gemilerinin Akustik �zlerinin Zaman Uzay�nda 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.


497

AKT�F SONAR S�STEMLER�NDE YANKI ANAL�Z� VE MODELLEMES�

I��n AKYILDIZ (a), Tevfik Bahad�r SARIKAYA (b), Mustafa KUZUO�LU (c), Tolga Ç�LO�LU (d)

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

(b) 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 aç�s�ndan en kritik teknolojilerden biridir. Aktif sonar sistemleri bir sualt� hedefine özellikleri önceden bilinen bir sinyalin gönderilmesi ve hedefin özelliklerine göre hedeften gelen yank�n�n istenen amaca göre i�lenmesi ilkesine dayan�r. Hedefe gönderilen sinyalin, hedeften ne �ekilde yans�yaca��n�n bilinmesi hedef s�n�fland�rma ve konumland�rma aç�s�ndan büyük önem ta��maktad�r. Bu çal��mada aktif sonar sistemlerinde hedeften yans�yan akustik yank�n�n modellenmesi problemi ele al�nm��t�r. De�i�ik fiziksel ve geometrik yap�daki hedeflerin çe�itli sinyal türleri kullan�larak farkl� frekanslardaki akustik yank� modellenmesi yap�lm��, benzetimler yoluyla sonuçlar sergilenmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Akustik yank� modelleme, aktif sonar, hedef s�n�fland�rma, hedef konumland�rma, katakustik.

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.


498

1. G�R�� Aktif sonar sistemleri bir sualt� hedefine özellikleri önceden bilinen bir sinyalin gönderilmesi ve hedefin özelliklerine göre hedeften gelen yank�n�n istenen amaca göre i�lenmesi ilkesine dayan�r. Hedeften gelen yank�lar�n özellikleri hedefin uzakl��na, yöneli� aç�s�na, fiziksel ve geometrik yap�s�na, gönderilen sinyalin frekans da��l�m�na göre farkl�l�k gösterir.

Hedef yans�ma fizi�inin anla��lmas�, sistem ve benzetim modelleri tasar�m� için büyük önem ta��maktad�r. Hedeften gelen yans�malar�n modellenebilmesi, hedef özelliklerinin ç�kart�lmas�n�n yan� s�ra algoritma tasar�m� için hedef yank� karakteristi�inin gerçekçi bir tan�m�n�n yap�labilmesine de olanak sa�lar.

Hedef yank� modellemesi konusunda iki tür yakla��m bulunmaktad�r. Bunlar zaman tabanl� ve frekans tabanl� yakla��mlard�r. Zaman tabanl� yakla��mlarda geçici (transient) dalgalar kullan�larak hedeften gelen yank�n�n modellenmesi gerçekle�tirilir. Geçici dalgalar, belli bir mant��a göre modulasyona u�ram��, genelde k�sa süreli, herhangi bir dalga yap�s�nda olabilir. Frekans tabanl� yakla��mlarda ise hedefin sürekli harmonik dalgalara (CW) verdi�i yans�malar modellenir.

Bu çal��mada hedef yank� modellemesi için yukar�da söz konusu iki yakla��m da ele al�nm��t�r. Zaman tabanl� yakla��mlarda fiziksel olay� modellemek amac�yla say�sal bir yakla��m olan sonlu elemanlar yönteminin (finite element method) kullan�labilirli�i de�erlendirilmi�tir. Frekans tabanl� yakla��mlarda ise, fiziksel optik yakla��m�n� baz alan yüksek frekans teknikleri kullan�lm��t�r.

2. FORMÜLASYON 2.1 Zaman Tabanl� Yakla��m Aktif sonar sistemlerinin birço�unda sürekli dalgalar yerine k�sa süreli, ve genelde belli bir mant��a göre modulasyona u�ram�� dalgalar kullan�lmaktad�r. Bu dalgalar hedeflere çarpt�ktan sonra hedefin yap�s�na göre de�i�ik �ekillerde yans�maktad�r.

Hedeften gelen yank�lar�n do�ru bir �ekilde modellenmesi için diferansiyel bir denklem oldu�u bilinen akustik dalga denkleminin hedefin fiziksel özellikleri de dikkate al�narak uzay ve zaman boyutunda her noktada çözülmesi gerekmektedir. Bu tarz diferansiyel denklemlerin çözümünde analitik ya da numerik yöntemler kullan�labilir.

Konuyla ilgili yaz�na bak�ld��nda küre ve silindir gibi basit ve düzenli geometriye sahip cisimler için yans�ma analizinin analitik çözümler kullan�larak yap�ld�� görülmektedir [1,2]. [1]’de yap�lan çal��mada elastik kürelerden gelen yans�malar�n modellenmesi analitik yöntemler kullan�larak yap�lm�� ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla kar��la�t�r�lm��t�r. Söz konusu çal��mada küre gibi basit ve düzenli bir cismin kullan�lmas�n�n nedeni yans�malar�n sadece geometrik düzensizliklerinden kaynaklanmad��n�, kat�


499

malzemenin içinde meydana gelen titre�imlerden de ortaya ç�kabilece�ini göstermek olarak aç�klanm��t�r.

Bu çal��mada ise analitik bir yöntem yerine, say�sal bir yöntem olan ve diferansiyel denklemlerin çözümünde kullan�lan sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullan�lm��t�r. Zaman tabanl� hedef yank� modellenmesinin yap�lmas� için sonlu elemanlar yöntemini kullanan ve akustik analiz kabiliyeti olan ANSYS [3] kullan�lm��t�r. ANSYS’te küre gibi basit yap�lar kullan�larak gerçekle�tirilen yans�ma analiz sonuçlar� [1]’de bulunan analitik sonuçlarla kar��la�t�r�lm��t�r. ANSYS’in daha karma��k geometriye sahip cisimlerin yank� analizi için kullan�l�p kullan�lamayaca�� de�erlendirilmi�tir.

�ekil 1. Akustik ortam ve hedef modeli

Model olarak 2 metre yar�çap�ndaki bir kürenin iki boyutlu kesiti ele al�nm��t�r. Akustik ortam olarak da 40 m x 20 m boyutunda bir akustik kanal kullan�lm��t�r (�ekil 1). Benzetimlerde tek frekansl�, sabit genlikli ve de�i�ik uzunluktaki darbeler (pulse) kullan�larak küreden gelen yans�malar incelenmi�tir. Her bir analiz için uygulanan ses dalgalar�n�n frekans, genlik ve uygulanma süresi Çizelge 1’ de gösterilmi�tir.

Çizelge 1. Yans�ma analizi için uygulanan ses dalgalar�

Frekans Genlik Darbe Süresi Eleman Boyutu 500 Hz 100 6 ms � /12

1000 Hz 100 3 ms � /6 3000Hz 100 5 ms � /2 Chirp

(500Hz, 1 Khz, 2 kHz) 100 3.5 ms � /3 (2 Khz)


500

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-1

-0.5

0

0.5

1

�ekil 2. Armko demir küre modeli için teorik yans�ma sonuçlar�

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-1

-0.5

0

0.5

1

�ekil 3. Armko demir küre modeli için ANSYS yans�ma sonuçlar�

�ekil-2’de, [1]’de verilen formülasyon kullan�larak, 2m yar�çap�ndaki armko demir bir küre için analitik olarak hesaplanm�� yans�ma sonuçlar� görülebilir. �ekil-3’de ise ayn� model için ANSYS kullan�larak bulunmu� yans�ma de�erleri verilmi�tir.

Analitik olarak hesaplanm�� ve ANSYS taraf�ndan bulunan iki sonuca da bak�ld��nda, sonuçlar�n birbirleriyle örtü�tü�ü görülmektedir. Sonuçlarda verilen zaman ekseni gönderilen dalgan�n küreye çarpma ve kayna��n oldu�u noktaya geri dönü� süresi ile orant�l� olarak verilmi�tir. �ekil-2’de de görüldü�ü gibi zaman ekseninin 0 oldu�u noktada ilk yans�ma görülmektedir. Bu nokta tam olarak giden sinyalin kürenin en yak�n noktas�na çarp�p gözlem noktas�na geldi�i ana denk gelmektedir. Ayn� zamanda yans�yan sinyal gönderilen sinyalle ayn� forma sahiptir. Sadece faz� ters çevrilmi� ve genli�i dü�mü�tür. Bu da ilk yans�man�n, kayna��n akustik sert (acoustically hard) cisim olarak davranmas�ndan kaynakland��n� göstermektedir.


501

Yans�man�n ikinci k�sm� ise genlik olarak gönderilen sinyale göre çok daha dü�ük bir seviyeye sahip olup, kürenin elastik yap�s�ndan kaynakl� meydana gelen titre�imlerden kaynaklanmaktad�r. Bu hesaplamalar berilyum küre kullan�larak yap�ld��nda, kullan�lan kürenin berilyum malzemesinin özellikleri gere�i su içinde akustik sert cisim özelli�ine yak�n bir davran�� sergilemekte oldu�u gözlemlenmektedir. (�ekil 4). Ayn� hesaplamalar, armko demir kullan�larak yap�ld��nda ilk yans�man�n formunun ayn� kald�� ve ikinci yans�malar�n ise daha yüksek genlikli ve daha uzun süreli oldu�u görülmektedir.

-2 -1 0 1 2 3 4-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Zaman

Yan

sim

a S

eviy

esi

Yansima - Baskin Frekans 500Hz ka=4.19

�ekil 4. Berilyum küre modeli için teorik yans�ma sonuçlar�

Yukar�da bulunan sonuçlar 500 Hz için 2 metre boyutlar�nda Armko demir ve berilyum küreler için verilmi�tir. Ayn� hesaplamalar ve benzetimler farkl� frekans aral�klar� ve de�i�ik malzeme yap�s�nda farkl� boyutlardaki küreler için de tekrar edilmi�tir. Yans�ma formlar�n�n kürenin boyutlar�na, kullan�lan frekansa, gönderilen sinyalin uzunlu�una ve malzemenin elastik özelliklerine ba�l� olarak farkl�l�klar gösterdi�i gözlemlenmi�tir.

2.2 Frekans Tabanl� Yakla��m Bölüm 2.1’de anlat�lan zaman tabanl� yakla��mda var�lan sonuçlar göstermektedir ki, ele al�nan sonlu eleman analizi yöntemleri, yüksek frekanslarda ve akustik cismin boyutlar�n�n dalga boyuna göre çok büyük oldu�u durumlarda, analiz için gereken eleman say�s�n�n çok fazla olmas� nedeniyle uygulanabilir de�ildir. Bu tür yöntemler yerine fiziksel optik yakla��m� kullan�larak yüksek frekansta akustik sert cisimlerden gelen saç�l�m yakla��k olarak hesaplanabilir [4]. Bu çal��mada da fiziksel optik yakla��m� kullan�larak akustik saç�l�m�n hesaplanmas� yap�lm�� ve sonar kesit alan� için kapal� formda bir ifade bulunmu�tur.

Bas�nç de�i�keni, p , için dalga denklemi:


502

ptp

c2

2

2

21

G�22

(1)

�eklinde yaz�labilir. Burada c sualt�nda ses h�z�n�, t ise zaman� temsil etmektedir. Bu denklem, u ile gösterilen akustik h�z potansiyeli için de geçerlidir. E�er bas�nç ve h�z potansiyeli fonksiyonlar�n� zamanda harmonik (time harmonic) kabul edersek, bu fonksiyonlar fazör olarak ifade edilebilir. Fazör yakla��m� kullanarak, h�z potansiyeli için denklem (1)’i yazarsak Helmholtz denklemini elde ederiz:

022 ��G uku (2) Green fonksiyonu ise:

)(22 rgkg ��G (3) diferansiyel denkleminin çözümü olarak verilir. Üç boyutlu uzayda bu

denklemin çözümü rjkrrg

-4)exp()( �

�� olarak bulunabilir. Burada rr �

� olarak

tan�mlan�r.

)( 022 rrgkg ��

��G (4) denkleminin çözümü uzayda de�i�mezlik ilkesine göre

Rjkrrrg

-4)exp(),( 0

��

��olacakt�r. Burada 0rrR ��

�� olarak tan�mlan�r.

Üç boyutlu uzayda S ile gösterilen bir kapal� yüzey varsayal�m. Bu yüzeyin d��nda kalan sonsuz uzay bölgesini ise V ile gösterelim. Vr B0

�, bir gözlem

noktas� olsun ve denklemler (2) ile (3) V bölgesinde geçerli olsun:

�ekil 5. S kapal� yüzeyi ve V sonsuz uzay�

Green teoremi kullan�larak a�a��daki ifade elde edilebilir:


503

� � � ��

��

22

�22

��G��GV S

dSnug

ngudVukuggkgu 2222 (5)

Sol taraf � �0ru �� olacakt�r. Bunun sonucunda a�a��daki ifadeyi elde edebiliriz:

� � dSn

rrgrunrurrgru

S� �

��

��

22

�2

2�

),()()(),( 000

�� (6)

S yüzeyini akustik sert bir saç�c� cismin yüzeyi olarak ele al�rsak yüzey

üzerinde 0�22

nu

olacakt�r. Bu durumda:

� � dSn

rrgruruS� �

��

��

22

��),()( 0

0

�� (7)

ifadesi elde edilecektir.

Akustik cismin boyutlar� dalga boyutuna göre çok büyükse yüzey üzerindeki u de�erleri için a�a��daki yakla��k ifade kullan�labilir:

ˆ2 . 0ˆ0 . 0

i i

i

u k nu

k n(A

� @ )? (8)

Bu ifadede iu gelen alan� göstermektedir. Gelen alan�n birim genli�e sahip bir düzlem dalga oldu�u varsay�labilir:

)exp( rkju ii��

'�� (9)

E�er 0r�

gözlem noktas� cisimden çok uzaktaysa, n

rrg2

2 ),( 0��

terimi yakla��k

olarak hesaplanabilir:

nkjgngng

s ˆˆ '�'G�22 �

, 0

0ˆrrkakk ss ��

�� (10)

Bu yakla��k de�erleri kullanarak alan de�i�kenini a�a��daki integralden hesaplayabiliriz:

�('

'�0ˆˆ

ˆ2nk

si

i

dSnkguju�

(11)

�('

'�

��'��

0ˆˆ 0

0 ˆ4

)exp()exp(2

nks

si

i

dSnkrr

rrkjrkjju

��

��

- (12)

Uzak alanda a�a��daki yakla��k ifade geçerlidir:


504

0

0

0

0

4)exp()exp(

4)exp(

rrkjrjk

rrrrkj sss

--

��

��

��

�� (13)

Bu ifadeyi alan de�i�kenini hesaplad��m�z integralde yerine koyarsak:

� ��('

''��

�0ˆˆ0

0 ˆ)exp(4

)exp(2nk

ssis

i

dSnkrkkjr

rjkju��

- (14)

0

0

4)exp()(

rrjkkSu s

s -�

��

olarak tan�mlayal�m. )( skS�

uzak alan saç�lma genli�i

olarak isimlemdirilir.

� ��('

''��0ˆˆ

ˆ)exp()(nk

ssis

i

dSnkrkkjjkS��

- (15)

olarak elde edilecektir. Sonar kesit alan�

)()( *ss kSkS

��, (16)

olarak hesaplanabilir. Sonar kesit alan� bilgisi kullan�larak, akustik sert cisimler için, hedef yank� modellemesi yap�labilir. 3. SONUÇ Bu çal��mada hedef yank� modellemesi için iki farkl� yakla��m ele al�nm��t�r. Zaman tabanl� yakla��mlarda analitik ve say�sal yöntemler kullan�larak hedef yank� analizi yap�lm�� ve sonuçlar kar��la�t�r�lm��t�r. Hedef yank�s�n�n hedefin uzakl��na, fiziksel ve geometrik yap�s�na, gönderilen sinyalin frekans da��l�m�na ve uzunlu�una göre de�i�imi incelenmi�tir. Frekans tabanl� yakla��mlarda ise yüksek frekanslarda ve akustik cismin boyutlar�n�n dalga boyuna göre çok büyük oldu�u durumlar için yakla��k olarak sonar kesit alan� hesaplanm��t�r.

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.


505

GEN�� BANT 1. SINIF GER�L�M �LE BÜKÜLEN AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI

Aykut �AH�N(a), Hayrettin KÖYMEN(b)

(a)ASELSAN A.�., SST - Sonar Sistemleri Müdürlü�ü, 06370, Ankara, [email protected] (b)Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800 Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride, dü�ük frekanslarda yüksek güç gerektiren uygulamalara uygun 1. S�n�f f�ç� tipi, gerilim ile bükülen (Barrel-stave flextensional) akustik dönü�türücü tasar�m� tart��lmaktad�r. F�ç� tipi dönü�türücünün iç k�sm�nda halka tipi piezoelektrik malzeme bulunmaktad�r. Bu piezoelektrik malzemeye elektriksel gerilim uygulan�r ve piezoelektrik malzemede boylamsal hareket olu�turulur. F�ç�n�n orta k�sm�nda olu�an boylamsal hareketler kabuk k�sm�nda bükülmelere neden olmaktad�r. Bu �ekilde f�ç� mekanik bir transformatör etkisi göstererek eksenindeki küçük genlikli titre�imleri geni� f�ç� yüzeyi marifeti ile ortama yükselterek aktarmaktad�r. F�ç� dönü�türücü e�de�er devre çözümlemesi MATLAB program� ile gerçekle�tirilmi� ve f�ç� parametrelerinin rezonans frekans� üzerindeki etkileri incelenmi�tir. F�ç�n�n kritik analiz çözümlemeleri sonlu eleman modelleme (Finite Element Model: FEM) yöntemi kullan�larak gerçekle�tirilmi�tir. ANSYS program�nda, f�ç�, su içerisinde iki boyutlu ve üç boyutlu modellenerek akustik performans� incelenmi�tir. Akustik analizler piezoelektrik malzemeye gerilim uygulayarak, bo�lukta ve suda d��bükey f�ç� tipi için gerçekle�tirilmi�tir. F�ç� boyutlar�, kabuk kal�nl�� ve e�rili�i, kabuk malzemesi gibi f�ç�n�n yap�sal parametrelerinin, dönü�türücünün elektriksel giri� empedans�, elektro-akustik transfer fonksiyonu, rezonans frekans�, kalite faktörü üzerindeki etkileri incelenmi�tir. Anahtar Kelimeler: Sualt� Akustik Dönü�türücü, Barrel-Stave, Flextensional Transducer, Dü�ük 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.


506

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. G�R�S 1.S�n�f f�ç� tipi, gerilim ile bükülen akustik dönü�türücüler yüksek güç gerektiren, dü�ük frekanstaki uygulamalarda yo�un olarak kullan�lmaktad�r. D��bükey kabuk biçimli 1. S�n�f f�ç� tipi, gerilim ile bükülen akustik dönü�türücünün 2 boyutlu boyuna kesiti �ekil 1’de verilmektedir. Dönü�türücünün iç k�sm�nda ve orta düzleminde kal�nl�k modunda çal��an piezoelektrik seramik halkalar bulunmaktad�r. Bu halkalar ile kabuk aras�nda aralay�c� olarak çelik halkalar bulunmaktad�r. Dönü�türücüye ait olan bütün malzemeler, dönü�türücü orta düzleminden geçen bir c�vata yard�m� ile birbirine ba�lanmaktad�r.

Piezoelektrik seramik halkalara voltaj uyguland��nda dönü�türücü orta düzleminde boylamsal hareket olu�maktad�r. Bu hareket, dönü�türücü kabuk k�sm�nda bükülmelere neden olmaktad�r. Uygulanan gerilim yönüne ba�l� olarak dönü�türücü boyundaki uzamalar kabuk k�sm�n�n dönü�türücü iç k�sm�na do�ru hareket etmesini sa�larken, gerilimin yönünün de�i�mesi ile meydana gelen boy k�salmas� kabuk k�sm�n�n d��a do�ru aç�lmas�na neden olmaktad�r. Kabuk d�� yüzey alan�, piezoelektrik halkalar�n üst yüzey alan�na göre oldukça fazla oldu�u için halkalarda olu�turulan deplasman miktar�, dönü�türücü yüzeyinde büyük bir toplam deplasmana neden olmaktad�r. Bu �ekilde, dönü�türücü ekseninde olu�turulan küçük genlikli titre�imler, mekanik transformatör etkisi ile ortama yükseltilerek aktar�lmaktad�r.


507

�ekil 1. D��bükey 1. s�n�f f�ç� tipi dönü�türücü �ekli

1. S�n�f f�ç� tipi gerilim ile bükülen akustik dönü�türücüler �ekil 2 a’ da verilen dü�ük frekans modunda çal��t�r�l�rlar [1]. Dü�ük frekans modunda çal��t�r�lan dönü�türücüler, bu frekanstaki dalga boyuna göre küçük olduklar� için tüm yönlü olarak çal��rlar.

Bu bildiri dü�ük frekans modunda çal��an 1. s�n�f f�ç� tipi gerilim ile bükülen dönü�türücü tasar�m�n� anlatmaktad�r. Tasar�m iki a�amadan olu�maktad�r. E�de�er devre çözümlemeleri MATLAB program� kullan�larak yap�lm��, kritik analiz çözümlemeleri de sonlu eleman ve s�n�rl� eleman yöntemleri kullan�larak ANSYS program�nda gerçekle�tirilmi�tir. Sonlu eleman analizi bu alanda kullan�lan yeni bir yöntemdir. Bu yöntem kullan�larak, üretim a�amas�nda ortaya ç�kabilecek sorunlar�n en aza indirilmesi ve tasar�mdan üretime geçi�in h�zland�r�lmas� amaçlanmaktad�r.

�ekil 2. (a) Dü�ük Frekans Modu (Fundamental, flexural mode), (b) Yüksek Frekans Modu (Higher frequency, extensional mode). Kesik çizgi ile gösterilen e�riler deformasyona u�ramam�� kabuk �ekilleridir.

2. ANAL�ZLER VE SONUÇLAR 2.1 2 Boyutlu Axisimetrik ANSYS Model Çözümlemesi Sonlu eleman analizlerinde kullan�lan sonlu eleman modeline ait elastik formül �u �ekildedir:

5 6 � �5 6 � �5 62F K a w M a� � (1)


508

ANSYS bu formül ile, uygulanan kuvvete (F) ba�l� olarak, frekans� (w), malzeme sertlik matrisini (K) ve kütle matrisini (M) kullanarak her bir dü�üm noktas� için deplasman (a) de�erlerini hesaplamaktad�r [2].

�ki Boyutlu 1. S�n�f f�ç� tipi gerilim ile bükülen dönü�türücü yap�sal parametreleri ve seçilen ilk yap�sal parametre de�erleri, s�ras�yla, �ekil 3 ve Çizelge 1’ de verilmektedir. Çizelge 1. Yap�sal parametre de�erleri

�ekil 3. Dönü�türücü yap�sal parametreleri

Dönü�türücü sürücü parças� 2 adet 10 cm kal�nl��nda PZT-4 halka eleman�ndan olu�maktad�r. Kabu�un, bütün bir parça halinde oldu�u dü�ünülüp, kabuk d�� yüzeyi tamamen düzgün olarak al�nm��t�r. Bu durumda, dönü�türücü yap�s� orta düzleme göre ve aç�sal olarak tamamen simetrik olup, �ekil 3’ teki gibi X-Y düzleminde modellenebilmektedir. Kabuk malzemesi, dönü�türücünün kullan�laca�� uygulamaya göre farkl�l�k göstermektedir. Kabuk k�sm�nda sert bir malzeme olan çelik kullan�ld�� takdirde dönü�türücü akustik ç�k�� gücü ve kalite faktörü yüksek olmaktad�r. Kabuk malzemesi olarak çeli�e göre daha yumu�ak bir malzeme olan alüminyum kullan�ld�� takdirde dönü�türücü gücü dü�mekte, fakat çal��ma frekans band� geni�lemektedir [3]. Geni� bir çal��ma frekans band� elde edebilmek amac� ile kabuk malzemesi olarak alüminyum seçilmi�tir. PZT-4 ile kabuk aras�na konulan aralay�c� malzemesi olarak da çelik kullan�lmaktad�r. Kabuk k�sm�n�n bütün bir parça halinde oldu�u dü�ünülüp, di�er yap�sal parametre de�erleri için Çizelge 1’ de verilen de�erler kullan�larak dönü�türücü modeli olu�turulmu�tur. Bu modelde sürücü k�sm�na 10 V gerilim uyguland��, PZT-4’ e ait sertlik, dielektrik ve piezoelektrik matrisleri ve malzeme yo�unlu�u ile çelik, alüminyum ve suya ait gerekli veriler [4,5] girildi�i takdirde PZT-4 üzerinde ve kabuk üzerinde olu�an deplasmanlar �ekil 4 ve �ekil 5’ te verilmektedir.

Parametre Aç�klama �lk De�er

r E�rilik yar�çap� (radius of curvature)

0.3m

t Kabuk kal�nl�� 0.015m

l Uç levhalar aras�ndaki uzakl�k

0.25m

re Uç levha yar�çap� 0.085m

he Uç levha kal�nl�� 0.03m

rd Seramik iç yar�çap� 0.02m

Rd Seramik d�� yar�çap� 0.04m

n Kabu�u olu�turan plaka say�s� 8


509

eki boylamsal �ekil 5. Kabuk üzerinde x yönündeki

(y yönünde) deplasman e�risi deplasman e�risi

Kullan�lan halka say�s� 2’ den 8’ e ç�kar�l�p, bir halka kal�nl�� 10 cm’ den 2.5 cm’ye dü�ürüldü�ü zaman �ekil 4 ve �ekil 5’ teki deplasman miktarlar�n�n 4 kat�na ç�kt��, rezonans frekans�n�n da de�i�medi�i görülmü�tür.

Dönü�türücü kabuk k�sm�n�n tek bir parçadan olu�tu�u dü�ünüldü�ü için dönü�türücü sertli�i, sonlu say�da plakadan olu�an kabu�a sahip olan dönü�türücüye göre daha yüksek olmakta ve daha yüksek bir rezonans frekans� elde edilmektedir. �ki boyutlu analiz yöntemi kullan�larak daha dü�ük rezonans frekans� elde etmek amac� ile kabuk kal�nl�� 15 mm’ den 3 mm’ ye dü�ürülmü�tür. Bu durumda dönü�türücü rezonans frekans� 2,7 kHz’ e dü�mü�tür (�ekil 6 ve �ekil 7).

�ekil 6. PZT-4 üzerindeki boylamsal �ekil 7. Kabuk üzerinde x yönündeki

(y yönünde) deplasman e�risi deplasman e�risi

2.2 E�de�er devre analizi ve MATLAB çözümlemesi Dönü�türücü e�de�er devresinin analiz edilebilirli�ini sa�lamak amac�yla, dönü�türücü akustik performans� üzerindeki etkisi dü�ük olan bile�enler e�de�er devreye dahil edilmemi�tir. Bu sebeple, sonlu eleman çözümlemeleri e�de�er devre analizlerine göre daha gerçekçi sonuçlar vermektedir. Ancak, sonlu eleman analizinde kazan�lamayan dönü�türücü yap�sal parametrelerinin


510

dönü�türücü akustik performans� üzerindeki etkileri hakk�ndaki önsezi, e�de�er devre analizlerinde kazan�labilmektedir.

F�ç� tipi dönü�türücü e�de�er devre analizleri �ekil 8’ de verilen model kullan�larak gerçekle�tirilmi�tir [1]. E�de�er devre analizlerinde Çizelge 1’ de verilen yap�sal parametre de�erleri kullan�lm��t�r. Analizler, bo�lukta gerçekle�tirilmi� ve �ekil 10 ve �ekil 11’ deki iletkenlik-sanal iletkenlik grafikleri elde edilmi�tir. �ekil 10’ da 1,7 kHz’ de görülen rezonans �ekil 2’ de bahsedilen dü�ük frekans moduna ait olan rezonanst�r. �ekil 2’ de bahsedilen yüksek frekans moduna ait olan rezonans ise �ekil 11’ de gösterildi�i gibi 5,9 kHz’de bulunmu�tur.

�ekil 8. 1. S�n�f F�ç� Tipi Gerilim ile Bükülen Dönü�türücü E�de�er Devre �emas� [1]

2.3 3 Boyutlu ANSYS Model Çözümlemesi Dönü�türücü kabuk k�sm�n� sonlu say�da plakadan olu�turabilmek ve sekiz adet plakadan olu�turulan dönü�türücü için gerçekle�tirilen e�de�er devre analizlerini sonlu eleman yöntemi ile ANSYS program�nda analiz edebilmek amac� ile dönü�türücü üç boyutlu modeli olu�turulmu�tur (�ekil 9). 3 boyutlu ANSYS modelinde her bir parça aras�na ortalama geni�li�i 0,5 mm olan sert lastik malzemesi eklenmi�tir. Bu sayede dönü�türücü sertli�i azalt�lm�� ve dönü�türücünün bo�luktaki rezonans frekans� 2,3 kHz’ e dü�ürülmü�tür. Bu frekanstaki PZT üzerinde z yönündeki deplasman-frekans grafikleri �ekil 12 ve �ekil 13’ te verilmektedir.

E�de�er devre analizleri ile elde edilen dü�ük frekans rezonans� 1,7 kHz’ de elde edilmi� (�ekil 10), buna kar��l�k sonlu eleman analizlerinde bu frekans 2,3 kHz’de bulunmu�tur (�ekil 12). Dönü�türücüye ait yüksek frekans rezonans de�eri e�de�er devre analizlerinde 5,9 kHz’ de elde edilmi� (�ekil 11), sonlu eleman analizlerinde ise bu frekans 5,4 kHz’ de bulunmu�tur. Elde edilen verilerin birbirine yak�n olmalar�na kar��n bire bir uyumlu olmamalar�n�n sebebi, e�de�er devre analizlerinde yer almayan parametrelerin (plakalar aras�na yerle�tirilen malzeme özellikleri ve miktar� gibi) dönü�türücü performans� üzerindeki etkileridir.


511

�ekil 9. 8 Parçal� ANSYS Dönü�türücü Modeli

�ekil 10. Dü�ük Frekans �letkenlik-Sanal �ekil 11. Yüksek Frekans �letkenlik-Sanal

�letkenlik E�risi �letkenlik E�risi

�ekil 12. Dü�ük Frekans Deplasman E�risi �ekil 13. Yüksek Frekans Deplasman e�risi

5. SONUÇ Bu bildiride, dü�ük frekansta çal��an, yüksek güç kapasiteli 1. s�n�f gerilim ile bükülen dönü�türücü tasar�m� anlat�lmaktad�r. Dönü�türücü tasar�m� temel olarak iki a�amada gerçekle�tirilmi�tir. MATLAB program� kullan�larak dönü�türücü e�de�er devre çözümlemesi gerçekle�tirilmi� ve elde edilmek istenilen akustik de�erlere uygun yap�sal de�i�kenler belirlenmi�tir. E�de�er


512

devre çözümlemeleri yard�m� ile elde edilen yap�sal parametreler kullan�larak ANSYS program�nda dönü�türücü sonlu eleman modeli olu�turulmu� ve akustik analizler gerçekle�tirilmi�tir.

Sekiz plakadan olu�an kabu�a sahip dönü�türücü üzerindeki tasar�m çal��malar� devam etmektedir. Bu dönü�türücüye ait yap�sal model olu�turulmu� ve bo�luktaki analizleri yap�lm��t�r. Plakalar aras�na yerle�tirilen lastik malzeme nedeni ile dönü�türücü yap�s�n�n sertli�i azalt�lm��t�r. Bunun sonucu olarak da dönü�türücü rezonans frekans� 2,3 kHz’ e dü�ürülmü�tür. Dönü�türücü frekans�nda, su ortam�na konulduktan sonra dü�ü� beklenmektedir. ANSYS program�nda gerçekle�tirilen testler sonunda dönü�türücünün üretilmesi ve gerçek su ortam�nda akustik performans testlerinin gerçekle�tirilmesi planlanmaktad�r.

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 Barrel-Stave 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.


513

DA�RESEL SONLU ENGEL ÜZER�NDE GEN�� BANT GEN�� HÜZME AÇIKLIKLI P�STON T�P� AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI

Zekeriyya �AH�N (a), Hayrettin KÖYMEN (b)

(a) ASELSAN A.�., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr., Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride, dairesel sonlu engel üzerinde 42kHz-78kHz band�nda, geni� hüzme aç�kl�kl�, akustik güç kapasitesi 200W üzerinde olan piston tipi dönü�türücü (transducer) tasar�m� anlat�lm��t�r. Dönü�türücü, s�rt s�rta yerle�tirilmi� iki elemandan olu�maktad�r. Her bir eleman, PZT-4 halkalar, uyumlama ve çelik arka katmanlar�n sonlu dairesel engel üzerinde y��lmas�yla olu�turulmu�tur. Bant geni�li�i ve hüzme aç�kl��n�n piston ve engel yar�çap�na, s�ras�yla a ve b, ba�l� olarak gösterdi�i de�i�im incelenmi� ve rapor edilmi�tir. Dönü�türücünün rezonans frekans� 65kHz olup, ka=2.45 (k: dalga say�s�) ve b/a=2 için %55 bant geni�li�i ve yatay eksende her bir yar�m düzlemde 60º huzme aç�kl�� elde edilmi�tir. �ki tane dönü�türücü uzaysal olarak do�ru bir aç�yla yerle�tirilip paralel olarak sürüldü�ünde, alçak frekans band�nda yatay eksende tümyönlü bir ��n�m örüntüsü (omnidirectional beam pattern) elde edilebilece�i gösterilmi�tir. I��n�m örüntüsü, frekans band�n�n üst k�sm�nda her bir çeyrek düzlemde iki adet 8dB’den daha küçük bir çukur göstermi�tir. Dönü�türücü sonlu eleman modeli ile de analiz edilerek, çal��ma frekans aral��n�n 42kHz-78kHz oldu�u görülmü�tür.

Anahtar kelimeler: Sualt� akustik dönü�türücü, geni� bant, geni� ��n�m 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


514

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 dönü�türücüler, baz� avantajlar�ndan dolay� yüksek güç uygulamalar�nda yayg�n olarak kullan�l�rlar [1-2]. Bu tip dönü�türücüler, seramik, uyumlama (matching) ve arka (backing) katmanlar�n çelik vida ile merkez eksen boyunca s�k��t�r�lmas�yla çok yüksek gerilmelere dayanabilmektedir. Yüksek �s�l iletkenli�e sahip arka katman, seramiklerde aç��a ç�kan �s�n�n at�lmas�na yard�mc� olarak seramiklerin yüksek güçlerde kullan�labilmesine olanak sa�lar. Ayr�ca, seramik elemanlar kal�nl�k modunda kullan�ld��ndan piston tipi dönü�türücüler yüksek kuplaj katsay�s�na sahiptir.

Uygulama alan�na göre ihtiyaç duyulan ��n�m örüntüsü dönü�türücünün tipini belirlemektedir. Silindirik ve küresel dönü�türücüler en az bir eksende tümyönlülük sa�layabilmekte, ancak bu tip dönü�türücülerin üretimi zor olmaktad�r. Piston tipi dönü�türülerin ise üretimi kolay olmakla birlikte, yönlü olmalar�ndan dolay� tümyönlü ��n�m örüntüsü gerektiren uygulamalarda kullan�lmamaktad�r. Bu bildiride, yeni bir tasar�m seçene�i olarak s�rt-s�rta yerle�tirilmi� iki elemandan olu�an piston tipi dönü�türücü tasar�m� anlat�lm��t�r. �ki adet dönü�türücüyle bir düzlemde ve 42kHz-78kHz band�nda yakla��k tümyönlü bir ��n�m karakteristi�inin elde edilebilece�i gösterilmi�tir. S�rt-s�rta iki elemandan olu�an dönü�türücünün tasar�m� piston ve engel yar�çap� ve pistonlar aras�ndaki uzakl��a ba�l� oldu�undan, ikinci k�s�mda anlat�lan tümyönlü ��n�m örüntüsü tasar�m� ve üçüncü k�s�mda anlat�lan dönü�türücünün tasar�m�nda özyineli bir optimizasyon yap�lm��t�r.

Seramik, uyumlama ve arka katmanlardan olu�an piston tipi dönü�türücünün tasar�m ve simülasyonu iletim hatt� model tabanl� e�de�er devre kullan�larak yap�lm��t�r[1,3]. Çeyrek dalga uyumlama katman�, su ile seramik elemanlar aras�ndaki büyük empedans uyumsuzlu�unu gidermek ve band� geni�letmek amac�yla kullan�l�r. Yüksek empedansl� çelik arka katman ise, sert bir s�n�r olu�turarak, seramik halkalar�n akustik gücün büyük bir k�sm�n� yük taraf�na ula�t�rmalar�n� sa�lar. Genel olarak, yar�m dalga boylu rezonatör, arka ve aktif katmanlar�n her birinin çeyrek dalga boyu kal�nl��nda ayarlanmas�yla elde edilse de, arka ve aktif katmanlar de�i�ik kal�nl�klarda kullan�larak frekans istenilen de�ere ayarlanabilir. �letim hatt� tabanl� e�de�er devre modeli, katman kal�nl�klar�n�n çaplar�na göre çok küçük oldu�unu, dolay�s�yla katmanlar�n içerisindeki ses h�z�n� sabit kabul eder. Ancak, elemanlar�n yanal boyutlar� ile uzunluklar� kar��la�t�r�labilir oldu�u durumda, malzemenin kal�nl�k


515

modundaki sertli�i azalmaktad�r. Sonlu eleman modeli bu de�i�imi de hesaplad��ndan, dönü�türücü ANSYS ’te analiz edilerek, uyumlama ve arka katmanlar�n kal�nl�klar� ayarlanm��t�r.

Piston tipi dönü�türücülerin radyasyon karakteristi�i genel olarak sonsuz engel üzerinde hesaplan�r [1]. Ancak, pratikte sonsuz engel ko�ulu mümkün olmamaktad�r. Dairesel sonlu engel üzerindeki bir diskin ��n�m karakteristi�i ve radyasyon empedans� yak�n zamanda hesaplanm��t�r [4]. Radyasyon denklemleri, sonlu engel kal�nl��n�n radyasyon yar�çap�n�n dörtte birinden daha küçük oldu�u durumlar için verilmi�tir. Ancak, dalgan�n ön yüzeyin kenarlar�ndan yans�m�� ve radyasyon karakteristi�inde etkisini göstermi� oldu�u göz önüne al�n�rsa, arka yüzeyin kenar�na ula�t�� zaman yapaca�� ikinci yans�man�n küçük olaca�� ve bunun ��n�m örüntüsünde çok küçük bir giri�im yaratmas� beklenir. Nitekim engel yar�çap� radyasyon yar�çap�na e�it durumda iken elde edilen radyasyon karakteristi�i sonsuz tüpün ucundaki pistonun radyasyon karakteristi�i ile ayn�d�r [4,5,6]. Bu nedenle, ayn� denklemlerin daha büyük kal�nl�klar için de kullan�labilece�i sonucuna var�larak tasarlanan dönü�türücünün radyasyon karakteristi�inin hesaplanmas�nda kullan�lm��t�r.

2. X-Y DÜZLEM�NDE TÜMYÖNLÜ I�INIM ÖRÜNTÜSÜNE SAH�P DÖNÜ�TÜRÜCÜ BOYUTLARININ HESAPLANMASI Bir pistonun uzak alan akustik bas�nç da��l�m� �u denklemle verilir;

1

( , ) ( )0 0 2jkRp R jk c A D e

R& * &

-

�� (1)

0* , 0c suyun yo�unlu�unu (kg/m3) ve sudaki ses h�z�n� (m/s), A radyasyon alan�n� (m²) ve ( )D & yönlülük fonksiyonunu göstermektedir. ( )D & a�a��daki gibi ifade edilir [4]:

2 ( sin ) 22 3/21( ) ( ) cos ( 5 / 2)( ) ( sin )3/20sin sin

MJ ka b mD kb m J kbm mmka a kb

&& & H &

& &�/� � = � ��

(2)

Merkezi ba�lang�ç noktas� olan ve ekseni Y-ekseni boyunca uzanan bir tane dönü�türücünün sonsuz ve sonlu engellerde, normalize edilmi� x-y düzlemi yönlülük e�risi, ka =1.70, 2.45 ve 3.20 (f=45kHz,65kHz ve 85kHz) için �ekil

1’deki gibi hesaplanm��t�r. Dalga say�s� k, kc�

� ifadesiyle verilir. a , b ve

r s�ras�yla metre cinsinden piston yar�çap�, engel yar�çap� ve her bir piston merkezinin dönü�türücünün merkezine olan uzakl�� olup, 2b a� ve

25r mm� olarak al�nm��t�r. H güç serileri katsay�lar�n� ve J Bessel fonksiyonunu göstermektedir.


516

Toplam akustik bas�nç bir pistonun ekseni üzerindeki maksimum bas�nç de�erine normalize edilerek hesaplanm��t�r. Sonsuz engel modelinin hiçbir yans�ma varsaymamas�, yönlülük fonksiyonunun ka =1.70 için tümyönlü bir radyasyon karakteristi�i göstermesini sa�lam��t�r. Sonlu engel durumunda ise engelin kenarlar�ndaki yans�malar�n giri�iminden dolay� radyasyon karakteristi�inde çukur ve tepeler olu�mu�tur. 2b a� için 45kHz-85kHz band�nda her bir yar� düzlemde yakla��k 60° hüzme aç�kl�� elde edilmi�tir.

X-Y düzleminde tümyölü bir radyasyon karakteristi�i elde etmek amac�yla �ekil 2’de verilen yap� olu�turulmu�tur. �ki tane dönü�türücü x-y düzlemine göre simetrik ve birbirine dik olarak konulmu�tur. Uzak alan bas�nç da��l�m� dönü�türücülerin ortak gerilim kayna��ndan paralel olarak sürülece�i varsay�larak hesaplanm��t�r. h, � s�ras�yla her bir dönü�türücünün ekseninin y eksenine olan uzakl��n� ve uzak alan noktas� Z’nin +y ekseni ile yapt�� aç�y� göstermektedir. Z noktas�ndaki toplam akustik bas�nç;

�ekil 1. S�rt s�rta yerle�tirilmi� iki elemandan �ekil 2. �ki adet dönü�türücünün birbirine olu�an dönü�türücünün normalize edilmi� dik olarak yerle�tirilmesi yönlülük fonksiyonu

31 2 4( )( ) ( ) ( )1 31 2 4( , ) ( )0 0 2 1 2 3 4

jkRjkR jkR jkRD eD e D e D e

p R jk c AR R R R

&& & && *

-

��

� � � � � (3)

�fadesiyle verilir. Z noktas�n�n her bir pistona metre cinsinden yakla��k uzakl��;

2 2 cos1R R r h &� � � (4)

2 2 cos( / 2 )2R R r h - &� � � � (5)

2 2 cos3R R r h &� � � (6)

2 2 cos( / 2 )4R R r h - &� � � � (7)


517

olarak hesaplan�r. Yukar�daki denklemlerde altsimgeler 1,2,3 ve 4 s�ras�yla

+y,-x,-y, ve +x yönüne bakan pistonlar� temsil etmektedir.

Normalize edilmi� uzak alan akustik bas�nç da��l�m�n�n b,a ve r’ye ba�l� de�i�imleri hesaplanm��t�r. �ekil 3’te a=9mm., r=25mm. ve engel yar�çaplar� b=a, 1.5a, 2a, ve 2.5a için, �ekil 4’te b=2a, r=25mm. ve a=5mm.,9mm.,15mm. ve 20mm. için ��n�m örüntüleri verilmi�tir. Optimum ��n�m örüntüsü b=2a ve a=9mm. için elde edilmi�tir. Frekans�n alt band�nda yakla��k tümyönlü bir akustik bas�nç da��l�m� elde edilirken, bas�nç da��l�m� frekans�n üst band�nda her bir çeyrek düzlemde iki adet 8dB’den az çukur göstermi�tir. Son olarak, akustik bas�nç da��l�m�n�n r’ye ba�l� de�i�imi �ekil 5’te gösterilmi�tir.

�ekil 3. Normalize edilmi� ��n�m örüntüsünün �ekil 4. Normalize edilmi� ��n�m örüntüsünün engel

yar�çap�na ba�l� de�i�imi piston yar�çap�na ba�l� de�i�imi

�ekil 5. Normalize edilmi� ��n�m örüntüsünün �ekil 6. S�rt-s�rta yerle�tirilmi� iki merkezinin piston dönü�türücünün merkezine olan elemandan olu�an dönü�türücü diyagram� uzakl��na ba�l� de�i�imi


518

3. DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI S�rt-s�rta yerle�tirilmi� iki elemandan olu�an dönü�türücü diyagram� �ekil 6’da verilmi�tir. Her bir eleman iki adet PZT4 seramik halka, çelik arka katman ve GRP-10 fiber uyumlama katman�ndan olu�maktad�r. Dönü�türücünün iletim hatt� modeli kullan�larak elde edilen e�de�er devre �emas� �ekil 7’de verilmi�tir.

�ekil 7. Dönü�türücü e�de�er devre modeli

�ekil 7’de b, c ve m altsimgeleri s�ras�yla arka, seramik ve uyumlama

katmanlar�n� göstermektedir. Zc1, Zc2 ve Zc3 seramik empedanslar�, wZ ise suyun radyasyon empedans� olup bunlar�n ifadeleri a�a��da verilmi�tir [1,3,4]. H Struve fonksiyonunu göstermektedir. Uyumlama ve arka katmanlar�n empedanslar� seramik empedanslar� ile ayn� �ekilde hesaplan�r.

01 sin( )

c cc

c c

j c AZk l

*� � (8)

2 3 0 tan( )2c c

c c c ck lZ Z j c A*� � (9)

0 0 [ ]w w wZ c A R jX*� � (10)

3/ 22

212

0

(2 )1 1 ( ) 1 1 ( )2

mM

w mm

J ka b aR kbka a b

H�

�

� �$ !$ !� � � I � �� " �" �� # " �# � �/ (11)

3/ 22

212

0

(2 )1 1 ( ) 1 1 ( )2

mM

w mm

H ka b aX kbka a b

H�

�

� �$ !$ !� � � J � �� " �" �� # " �# � �/ (12)

Seramik halkalar�n her birinin kal�nl�� 5mm olup istenen frekans için aral�� için uyumlama ve arka katman kal�nl�klar� s�ras�yla 8.4mm ve 5.6mm. olarak bulunmu�tur. �ekil 8’de dönü�türücünün elektriksel uçbiriminde gözüken geçirgenlik-sanal geçirgenlik (conductance-susceptance) ve dönü�türücünün bir taraf�ndaki güç kazanc� verilmi�tir. 3dB bant kenarlar� 45kHz ve 85kHz olup, 65kHz rezonansta band geni�li�i yakla��k olarak %60’t�r. 1kVrms giri�


519

geriliminde seramiklerin tanjant kayb� 0.02’dir. Bu durumda, band içinde ortalama giri� gücü 280W olup, her bir pistondan yakla��k 130W akustik güç elde edilebilmektedir.

30 40 50 60 70 80 90 100 1100

2

4x 10-4

Geç

irgen

lik(S

)

30 40 50 60 70 80 90 100 110-5

0

5x 10-4

San

al G

eçirg

enlik

(S)

Frekans(kHz)

Geçirgenlik-Sanal Geçirgenlik

40 50 60 70 80 90 100 110-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Frekans(kHz)

Gai

n(dB

)

Bir Pistondaki Güç Kazanc�

�ekil 8. Dönü�türücü geçirgenlik-sanal geçirgenlik ve bir pistondaki güç kazanc� e�rileri

4. ANSYS ile SONLU ELEMAN ANAL�Z� �letim hatt� modeli kullanarak tasarlanan dönü�türücü, ANSYS program�nda sonlu eleman benzetim modeliyle su ortam�nda çözülmü�tür[7]. ANSYS’ te, PZT halkalardaki gerçek ses h�z� hesaplanarak e�de�er devre modelinde bulunan kal�nl�k de�erleri üzerinde ince ayar yap�lm��, arka katman kal�nl�� 5.6mm., uyumlama katman kal�nl�� ise 8.4mm. olarak bulunmu�tur. �ekil 9’da verilen modelde eksensel simetriden dolay� dönü�türücünün yar�s� model olarak kullan�lm��t�r. �ekil 10’da güç kazanc�, �ekil 11’ de ise elektriksel uçbirimde gözüken geçirgenlik-sanal geçirgenlik verilmi�tir. ANSYS ve e�de�er model analizlerinde dönü�türücü giri�ine 40mH’lik ayar bobini eklenmi�tir.

�ekil 9. Dönü�türücünün ANSYS’te �ekil 10. Piston ve elektriksel terminal su

ortam�ndaki modeli aras�ndaki güç kazanc�


520

�ekil 11. Sonlu eleman modelinde elektriksel uçbirimlerde elde edilen geçirgenlik-sanal

geçirgenlik

E�de�er devre modeli ile sonlu eleman analizi kar��la�t�r�ld��nda dönü�türücünün sonlu eleman analizinde 3dB güç band� 42kHz-78kHz olarak bulunmu�tur. �lk radyal rezonans�n 90kHz civar�nda olmas�, sonlu eleman analizinde band geni�li�inin bir miktar dü�mesine sebep olmu�tur.

5. SONUÇ Bu bildiride, piston tipi dönü�türücüler yard�m�yla dairesel sonlu engel üzerinde 42kHz-78kHz band�nda yakla��k tümyönlü bir ��n�m örüntüsüne sahip dönü�türücü tasar�m� anlat�lm��t�r. Sonsuz engel modelinin yans�malar� yok saymas�n�n pratikte hatalara sebep olaca�� gösterilmi�, sonlu engel ve sonsuz engellerde tasarlanan dönü�türücünün ��n�m örüntüsü aras�ndaki fark gösterilmi�tir.

�ki tane eleman�n s�rt s�rta yerle�tirilmesiyle tasarlanan dönü�türücü bütün frekans band�nda her iki yar�-düzlemde yakla��k 60° huzme aç�kl��na sahipken, iki tane dönü�türücünün uzaysal olarak birbirine dik yerle�tirilmesi band�n alt taraf�nda tümyönlü bir ��n�m örüntüsü elde edilmesini sa�lam��t�r. Dönü�türücü tasar�m� iletim modeli e�de�er devresi ile yap�lm��, ANSYS’te sonlu eleman modeli ile de analiz edilerek sonuçlar kar��la�t�r�lm��t�r.

Bir sonraki a�ama olarak, dönü�türücünün �s�l güç limitleri sonlu eleman analiz yöntemiyle incelenecektir. Daha sonra, dönü�türücü üretilerek deneysel olarak admitans ve ��n�m örüntüsü ölçümleri yap�lacakt�r.

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.


521

[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.


522


523

YERL� ÜRET�M HARP ARAÇLARI �Ç�N YEN� YANMA DÜZENEKL� ULUSAL D�ZEL MOTORLARI GEL��T�RMEK

Rafig MEHD�YEV (a), Taner DERBENTL� (a), Kurtulu� Ö�ÜN (b), S.Levent

ÖZ�ÜR (c) , Kenan GÜNDÜZ (d), Ak�n KUTLAR(a), Hikmet ARSLAN(a),

(a) �TÜ Makina Fakültesi, 34437, �STANBUL,

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected] (b) TÜMOSAN, �STANBUL, [email protected]

(c) MOTOSAN, 34210 �STANBUL, [email protected],

(d) Anadolu MOTOR, 34870 �STANBUL, [email protected]

ÖZET Türkiye’de bugüne kadar içten yanmal� motorlar ve otomotiv sanayi alan�nda önemli miktarda yat�r�m yap�lm�� olmas�na ra�men, yerli üretim harp araçlar�n motorlar� büyük oranda komple ithal edilmekte veya teknolojisi yurtd�� lisanslar ile kar��lanmaktad�r. Günümüzde mevcut olan çok çe�itli motorlar�n birbirinden fark� esasen yak�t-hava kar��m olu�umu ve yanma düzeneklerindedir. Son birkaç y�l içerisinde �TÜ, yerli motor üretici firmalarla i�birli�i kapsam�nda TÜB�TAK destekli projeler yürüterek Türkiye patentleri ile korunan yeni yanma düzenekleri geli�tirmeyi ba�arm��t�r. Bu düzeneklerle çal��an dizel motorlar�n daha güçlü ve ekonomik, dü�ük gürültülü ve egzoz gaz emisyonlu, farkl� yak�tlarla çal��abilme yetene�ine sahip oldu�u yap�lm�� teorik, deneysel ve uygulama çal��malar� ile tespit edilmi�tir. Ulusal kaynaklar�n harekete geçirilmesi ile TSK’nin gereksinimlerine, ana ve yan sanayi olanaklar�na ve motor ara�t�rmalar� konusunda yapt��m�z Ar-Ge çal��malar�na dayanarak yerli üretim harp araçlar� için daha kaliteli, maliyeti dü�ük, rekabet gücü ise üstün olan ulusal dizel motorlar� ailesinin geli�tirilmesi mümkündür. Bildiride geli�tirilmi� yeni yanma düzeneklerine sahip farkl� boyuttaki mevcut motorlar�n modernizasyonu ve s�f�rdan yeni bir motor tasar�m� ve prototip üretimi hakk�nda bilgiler sunulmaktad�r.

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 air-fuel 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


524

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. G�R�� Türkiye’de Z�rhl� Muharebe Araçlar�, Tekerlekli Z�rhl� Personel Ta��y�c�lar,Taktik Tekerlekli Araçlar ve Kunda�� Motorlu Top gibi harp araçlar� üretilmektedir. Tüm bu araçlarda güç üreticileri olarak kullan�lan MTU, Detroit Diesel ve Cummins vb. markal� motorlar büyük oranda komple ithal edilmekte veya teknolojisi yurtd�� lisanslar ile kar��lanmaktad�r. Uzun süre gündemde olan “M�LL� �MKANLARLA TANK ÜRET�M� PROJES� (M�TÜP)” kapsam�nda da motorun yurtd��ndan getirilmesi dü�ünülmektedir. Gerek sivil ve gerekse askeri araçlar�n�n performans�, taktik imkan ve kabiliyetleri, dayan�kl�l�� ve maliyeti ileri motor teknolojisi ile do�rudan ili�kilidir. Bu yüzden d�� kaynakl� lisansl� motor kullanan yerli araç üreticilerinin sürekli olarak güncel teknolojik �artlara uyum sa�lamas� ve geli�tirme çal��malar�n�n sürdürülmesi, üreticisinin uygulad�� engellemeler nedeniyle k�s�tl�d�r. Ayr�ca araç maliyetinin önemli bir bölümünü olu�turan motorlar yurtd��ndan haz�r getirildi�i için yerli üreticinin ülkeye kazand�raca�� katma de�er dü�ük, üretilen araçlar�n yurtd�� pazarlar�na ç�kar�lma yetkisi k�s�tl� ve araçlar�n bak�m ve onar�m maliyetleri yüksek olacak ve ayr�ca ola�anüstü hallerde ülke ulusal güvenli�i uygulanabilecek ekonomik veya askeri ambargolar nedeniyle ilave risklerle kar�� kar��ya kalabilecektir. . Türkiye’de içten yanmal� motorlara ili�kin yat�r�mlar�n yap�lmas� öncesinde harp silah araç ve gereçleri motorlar�n�n yurtd��ndan getirilmesi do�ru bir çözüm tarz� olarak de�erlendirilebilir. Fakat Türkiye’ de içten yanmal� motor imalat�na ba�lanm�� olmas�, otomotiv ve yan sanayi alan�nda Avrupa’n�n önde giden firmalar�n�n motorlar� için silindir blo�u, kafas�, piston, biyel, krank ve kam milleri v.b. yedek parçalar�n�n üretilmesi ve ayr�ca bu alanda yeterli say�da teknisyen, uygulama mühendisi ve bilim adam�n�n yeti�tirilmi� olmas� ve tasar�m ve üretim teknolojileri ile ilgili becerilerin varl�� bu konunun yeniden de�erlendirilmesini zorunlu k�lmaktad�r.Yap�lan tespitler ��nda günümüzün ve gelece�in askeri ihtiyaçlar�n� kar��layacak içten yanmal� motorlar�n yerli üretimi için yeniden önemi yat�r�mlara gerek kalmayaca�� ve mevcut alt yap�n�n yeterli oldu�u de�erlendirilmektedir. Söz konusu nedenlerle,günümüzde ülkemizde ara�t�rma ve geli�tirme çal��malar�na verilen önem paralelinde savunma sanayi kapsam�nda da harp silah,araç ve


525

gereç motorlar�n�n Ar-Ge çal��malar�n�n yap�lmas� ve yerli üretimi konusunda kararl�l��n gösterilmesi ve te�vik edilmesi önem arz etmektedir. Bu yakla��m�n süratle uygulamaya sokulmas� için sadece motorun geli�tirilmi� yeni yanma prensibinin ve bu prensibi gerçekle�tirebilecek yeni teknolojik tasar�m�n varolmas� gerekmektedir. 40 y�l� a�k�n bir süredir motor konusunda eski Sovyetler Birli�inin çe�itli bilimsel ve sanayi merkezleri ile i�birli�i kapsam�nda Azerbaycan Teknik Üniversitesinde (AzTÜ) yap�lm�� pek çok teorik ve deneysel çal��malardan kazan�lan tecrübe esas al�narak, 2000 y�l�ndan itibaren �stanbul Teknik Üniversitesi (�TÜ) ve motor üretici firmalar olarak TOFA�, TÜMOSAN, ANADOLU MOTOR ve MOTOSAN’la i�birli�i kapsam�nda Ar-Ge proje çal��malar� sürdürülmü� ve ileri motor teknolojisi alan�nda birçok ba�ar�lara imza at�lm��t�r. Çal��malar s�ras�nda dört bulu�a patent ba�vurusu yap�lm��t�r ve bunlardan ikisi onaylanm��t�r (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 motorlar�n yanma süreci ve i� çevriminin yeni bir yöntemle gerçekle�tirilmesine yönelik olan bu bulu�lar, motorlar�n daha güçlü, daha ekonomik, daha az gürültülü ve daha dü�ük egzoz gaz emisyonlu çal��mas�n� sa�lad�� gibi motorlara farkl� yak�tlarla çal��abilme yetene�ini de kazand�rm�� oldu�u için, Türkiye’ de üretilmesi öngörülen yeni ulusal motorlar�n rekabetçi olabilece�inin bir emaresi olarak k�ymetlendirilmektedir. A�a��da; dizel motorlar için öngörülen yeni yanma düzene�i kullan�larak TÜMOSAN ve ANADOLU MOTOR markal� mevcut dizel motorlar�n modernizasyonu, MOTOSAN Fabrikas�nda ise A’ dan Z’ ye Türkiye’ de tasarlanm�� ve üretilmi� 3 Silindirli Turbo �arjl� Ulusal Dizel Motoru hakk�nda özet bilgiler sunulmaktad�r

2. MEVCUT ve ÖNER�LEN YANMA ODALARIN KAR�ILA�TIRILMASI Askeri araçlarda kullan�lan dizel motorlarda genellikle direkt püskürtmeli dizel teknolojisi uygulanmaktad�r. Söz konusu uygulamada piston üzerinde yer alan “aç�k” tip klasik yanma oda geometrisi kullan�lmaktad�r (�ekil 1). Bu yanma odas�n�n esas özelli�i çok delikli (7-8 adet) enjektörden püskürtülen yak�t demetinin mümkün oldu�u

�ekil 1. Dizel motorlar�n klasik yanma odas�

kadar yanma odas� duvarlar�na çarpmamas� ve yanma oda hacmindeki hava ile maksimum derecede kar��mas�n�n sa�lanmas�d�r. Bu �artlar� sa�lamak için yanma oda geometrisi daha geni� hacme (“aç�kl��a”) sahip olmal�, püskürtülen


526

yak�t ise mümkün oldu�u kadar hava ile homojen �ekilde kar��mal�d�r. Homojen yak�t-hava kar��m� olu�turmak için çap� 0,10-0,20 mm civar�nda çok delikli enjektörün yard�m�yla yak�t� direkt olarak yanma oda hacmine a��r� bas�nçta (800- 2000 bar) püskürtmek gerekir. Püskürtme bas�nc� artt�kça yak�t damlac�klar�n say�s� da do�ru orant�da artarak hava ortam�nda daha fazla yer alabilmektedir (hacimsel kar��ma). Bu halde yak�t�n a��r� yüksek h�zla yanmas� ile motorun performans ve verimi bir miktar artmakta ve is (duman) emisyonu azalmaktad�r. Fakat yüksek bas�nçla püskürtme sonucu yanma odas�nda biriken yak�t�n aniden tutu�mas� (aniden patlamas�) ve difüzyonlu teknikle yak�lmas� motor devri n<3000 d/dak olan a��r dizellerde silindir içindeki bas�nç ve s�cakl��n a��r� yükselmesine neden olmakta ve dolay�s�yla motor ömrünü azaltmakta, cevre için “is” emisyonundan daha zararl� kirletici etkisi olan NOx emisyonunu ve motor gürültüsünü art�rmaktad�r. Ayr�ca bu tip yanma odas�nda gerçekle�en “hacimsel kar��ma” düzene�i yak�t�n setan say�s�na olan ba��ml�l�� art�rd��ndan dolay� motorun farkl� yak�tlarla, özellikle setan say�s� dü�ük olan yak�tlarla çal��abilme imkan�n� k�s�tlamaktad�r. Söz konusu araçlar�n sava� �artlar�nda ve ekstrem hava ko�ullar�nda faaliyette bulunaca�� dü�ünüldü�ünde petrol, bitkisel ve sentetik esasl� yak�tlarla çal��abilmesinin bir zorunluluk olaca�� gözden kaç�r�lmamal�d�r.. Yeni nesil askeri araçlara yönelik üretim yapan MTU, Detroit Diesel ve di�er firmalar klasik yanma odal� mevcut motorlar�n gücünü art�rmak ve %10-15 yak�t ekonomisi sa�lamak ve a��rl��n� ise %5-8 civar�nda dü�ürmek amac�yla motorun ana boyutlar�n� küçültmek (Çap/Strok oran�n� 165/190’ dan 135/155 mm dek azaltmak), devir say�s�n� 2100 d/dak’dan 3000 d/dak’ya ç�karmak, turbo bas�nç art�� oran�n� 4,5:1’e kadar art�rarak yanma bas�nc�n� 150 bar’ dan 200-260 bar’ a yükseltmek, malzeme olarak daha hafif, fakat daha dayan�kl� malzeme ve konstrüksiyon geli�tirmek gibi çal��malar sürdürmektedirler. Bu çal��malarla motorlara çok yak�tl�k özelli�i kazand�r�l�p kazand�rmayaca�� hakk�nda herhangi bir bilgi verilmemektedir. Bu durum klasik yanma odas� ile “çok yak�tl�l�k” probleminin çözümünün zor olaca��n� göstermektedir. Bu nedenle harp araçlar�n�n dizel motorlar�n�n farkl� yak�tlarla çal��t��nda performans ve yak�t ekonomisinin dü�ü�ünü önlemek güncel bir sorun olarak önümüze ç�kmaktad�r. Uzun süre AzTÜ’de ve 2000 y�ldan itibaren ise �TÜ’de yap�lm�� pek çok teorik ve deneysel çal��malarla [1...3] dizel motorlar için genel uygulamadan farkl� ve yak�t-hava kar��m�n�n daha uygun olarak olu�umu ve yanmas�n� sa�layan düzenek ve bu düzene�i gerçekle�tirebilen yanma odas� geometrisi geli�tirilmi�tir. �ekil 2’de sembolik olarak MR-1 olarak adland�r�lan bu yanma odas�n�n �emas� gösterilmi�tir. Klasik yanma odas� geometrisinden farkl� olarak yeni yanma odas�nda yak�t-hava kar��m olu�umu, MAN-M-Prosesli motorlarda oldu�u gibi [4], püskürtülen yak�t�n yanma odas� duvar�na s�vanmas� veya “tabakal� kar��ma” yöntemi ile gerçekle�tirilmektedir. S�k��t�rma sürecinin sonuna yak�n belirli bir avans aç�s�nda en çok 6 delikli enjektörün yard�m�yla dü�ük bas�nçta (<500 bar) yak�t yanma odas� oyu�unun duvarlar�na do�ru püskürtülmektedir. Püskürtülen yak�t�n s�vanmas� için duvar�n yüzey alan�n� art�rmak


527

�ekil 2. Yeni MR-1 yanma odas�.

ve böylece duvarlar�n s�cakl�� ile yak�t�n çabuk buharla�mas�n� sa�lamak için yanma odas� oyu�unun koni aç�s� ve yak�t demetinin yanma odas�na yönlendirilme aç�s� belli bir aral�kta tutulmu�tur. Ayr�ca, nispeten dü�ük bas�nçta püskürtülen yak�t�n güvenli olarak duvar�n yüzey alan�na s�vanmas�n� temin etmek için pistonun s�k��t�rma sürecinde oyu�un içine s�k��t�rd�� havan�n dü�ey yönündeki ak�� h�z�, oyu�un en küçük çap�n�n silindir çap�na oran�n� motorun maksimum h�z�na ba�l� olarak belli de�erler aras�nda tutulmas�n� gerekli k�lm��t�r. Bu �artlar alt�nda gerçekle�tirilen yak�t-hava kar��m olu�umu ve yanma yöntemi a�a��daki üstünlüklere sahiptir:

1) Yanma odas� duvar� s�cakl��n�n (300-350 oC) s�k��t�rma süreci sonu hava s�cakl��na (600-700 oC) göre yakla��k iki kat dü�ük olmas�na ra�men, çevrim ba��na püskürtülen yak�t�n büyük bir k�sm� (>%90) duvara s�vanarak,temasla �s� iletim katsay�s�n�n yüz kat� kadar yükselmesinden dolay� çabuk buharla�maktad�r. Yanma odas�n�n özel geometrisi s�k��t�rma sürecinde olu�turdu�u türbülansl� hava ile buharla�makta olan yak�t� birbirine kar��t�r�p yanma odas�n�n en s�cak bölgesine - merkezine do�ru sürükler. Böylece yanma süreci esasen yanma odas�n�n merkezinde gerçekle�erek verimli bir zanma sa�lan�r.

2) Yak�t�n büyük bir k�sm�n�n nispeten dü�ük s�cakl�k ortam�nda buharla�t�r�lmas�ndan dolay� petrol esasl� motor yak�tlar�n�n >400 oC s�cakl�klar�nda gerçekle�ebilen piroliz prosesi, di�er bir deyi�le yak�t�n hidrokarbon yap�s�n�n de�i�mesiyle serbest karbon ve hidrojene parçalanmas� önlenir ve böylece is ve parçac�k (C) olu�umu büyük oranda engellenmi� olur.

3) Püskürtülen yak�t�n duvara s�vanmam�� az bir k�sm� (%5 – 10) k�sa tutu�ma gecikmesi sa�layarak tutu�ur, yak�t�n geri kalan büyük bir k�sm�n�n yanma süreci ise buharla�ma ve hava ile kar��ma süreçlerini takip ederek gerçekle�ir. Böylece yanma s�ras�ndaki bas�nç art�� h�z� bir ölçüde frenlenerek, klasik yanma odas�nda oldu�u gibi, aniden patlama ve yanma bas�nc�n�n a��r� yüksek de�erlere ula�mas� engellenir. Bu ise motor ömrünün art�r�lmas�, azot oksitler (NOx) ve gürültü emisyonlar�n�n dü�ürülmesini sa�layan en önemli etkendir.

4) �lk tutu�mada az miktarda yak�t kullan�ld�� için yak�t�n tutu�ma özelli�ini gösteren setan say�s� dü�ük olsa bile, güvenli tutu�ma sa�lan�r. Bununla da


528

motora çok yak�tl�l�k yetene�i kazand�r�larak, harp tipi araçlarda olmas� arzu edilen önemli bir talep kar��lanm�� olur.

5) Yak�t�n yanma odas� duvar�na s�vanmas� için püskürtme bas�nc� 500 bar’ �, a��r� h�zl� yanmay� engellemek için ise enjektör delik say�s� 6’y� a�mamal�d�r. Bu durumda, direkt püskürtmeli dizellerde kullan�lan çok delikli (7-8 adet) ve yüksek püskürtme bas�nçl� (>1000 bar) pahal� yak�t püskürtme sistemi yerine, s�radan bir sistem kullanarak hem üretim ve bak�m ihtiyac� maliyetlerini dü�ürmek mümkündür. A�a��da bu yanma odas� esas al�narak yerli üretim ANADOLU MOTOR ve TÜMOSAN dizel motorlar�n modernizasyonu, MOTOSAN fabrikas�nda ise s�f�rdan yeni bir 3 silindirli a��r� doldurmal� dizel motorun geli�tirilmesi hakk�nda özet bilgiler sunulmaktad�r.

3. “ANTOR” MARKALI D�ZEL MOTORLARIN MODERN�ZASYONU 30 y�l� a�k�n bir süredir “ANADOLU MOTOR” fabrikas�nda �talyan – LOMBORD�N� lisans� ile üretilmekte olan silindir hacmi 395-820 cm3 aral��nda de�i�en 4 tipte tek silindirli hava ve su so�utmal� dizel motorlar� bahçe traktörleri, jeneratörler, su pompas� vb. gibi makinelerde kullan�lmaktad�r. Lisans süresi bitmi� olan bu motorlar�n performans ve emisyon de�erleri günümüz standartlar�na cevap vermemektedir. Son birkaç y�l içinde �TÜ ve “ANADOLU MOTOR” i�birli�i kapsam�nda MR-1 yanma odas� kullan�m� ile ANTOR 3 LD 510 markal� motorunun (Çap/Strok=85/90 mm) modernizasyon çal��malar� sürdürülmü�tür. Bir dizi teorik ve deneysel çal��malar sonucu olarak bu motorun performans ve �s emisyonu de�erlerinin güncel standartlar seviyesine ula�t�r�lmas� mümkün olmu�tur.

�ekil 3. Standart ve MR-1 yanma odal� ANTOR 3 LD 510 motorun h�z

karakteristiklerinin kar��la�t�r�lmas� (- - - - - Standart YO).


529

�ekil 3.’te 3 LD 510 motorunun standart ve MR-1 yanma odalar� ve farkl� h�z rejimlerinde çal��t��nda elde edilmi� güç (Pe, BG), özgül yak�t tüketimi (be, g/BGsaat) ve is (k, 1/m) emisyonunun de�erleri kar��la�t�r�lm��t�r. Bu deneysel verilerde göründü�ü gibi, motorun nominal devrinde (n=3000 d/dak) MR-1 yanma odas� gücün ve yak�t ekonomisinin yakla��k %10 civar�nda artmas�n�, is emisyonunun ise 2 kat dü�ürülmesini sa�lam��t�r. MR-1 yanma odas� ile donat�lm�� birkaç prototip motorlar�n ömür testleri’ de olumlu sonuçlanm��t�r. Bu sonuçlara dayanarak ANADOLU MOTOR fabrikas�nda üretilmekte olan motorlar�n modernizasyonu gerçekle�tirilmi�tir.

4. “TÜMOSAN” MARKALI D�ZEL MOTORLARIN MODERN�ZASYONU Türkiye’ nin ilk dizel motoru üreten büyük firmalar�ndan biri olan TÜMOSAN’ da 1988 y�l�na kadar �talyan – FIAT lisans� ile, daha sonra kazan�lan tecrübelerle olu�an bilgi birikimi do�rultusunda 30 y�l� a�k�n süredir üretilmekte olan silindir hacmi 2930-3908 cm3 aral��nda de�i�en 8 tip 3 ve 4 silindirli su ile so�utmal� dizel motorlar traktörler, jeneratörler, kamyonlar vb. makinelerde kullan�lmaktad�r. Lisans süresi bitmi� olan ve teknolojik ömrünü tamamlayan bu motorlar� geli�tirmek için �TÜ ve TÜMOSAN’ i�birli�i kapsam�nda TÜB�TAK destekli Ar-Ge, tasar�m ve uygulama projesi sürdürülmektedir. Projenin amac� TÜMOSAN taraf�ndan üretilen mevcut dizel motorlar�n� taraf�m�zdan geli�tirilmi� yeni yak�t-hava kar��m olu�umu ve yanma yöntemlerini uygulayarak yeni modeller geli�tirip performans, yak�t tüketimi, emisyon ve gürültü kalitesini Avrupa standartlar� seviyesine ula�t�rmakt�r. Proje kapsam�nda mevcut do�al emi�li dizellerin modernizasyonunun yan� s�ra, turbo �arjl� versiyonlar�n da geli�tirilmesi öngörülmü�tür. �ekil 4’te MR-1 yanma odas� ile donat�lm�� 4 silindirli TÜMOSAN turbo dizel motorunun foto�raf� gösterilmi�tir.

�ekil 4. TÜMOSAN 4 silindirli turbo dizel motoru. Optimum yanma h�z� gerçekle�tirebilen MR-1 yanma odas� kullan�ld��nda TÜMOSAN motorlar�n�n do�al emi�li ve turbolu versiyonlar�n�n gerçek çevrimlerinin termodinamik hesaplar� yap�larak silindir içi bas�nç de�erleri


530

belirlenmi�tir. Sonuçlar�n kar��la�t�r�lmas� için bu motorlar�n öncelikle h�zl� yanma gerçekle�tiren “aç�k” tip standart yanma odas� de�erleri hesaplanm��t�r. Hesap sonuçlar�n�n bir k�sm� Tablo 1’de verilmi�tir. Buradan görüldü�ü gibi, standart yanma odas� kullan�ld��nda do�al emi�li motorun gücü 75 BG, özgül yak�t tüketimi 166 g/BGsaat, maksimum yanma bas�nc� 92 bar, gürültü 92,4 dB(A) ve azot oksit emisyonu 1080 ppm de�erlerinde bulunmu�tur (Bak�n�z: Tablonun soldan 1’ci sütunu). Tablonun 2’ci sütununda bu motorun MR-1 yanma odas� kullan�ld��nda teorik olarak elde edilebilecek parametreleri gösterilmi�tir. Tablonun birinci ve ikinci sütunlar�ndaki de�erleri kar��la�t�r�ld��nda, motorun yakla��k ayn� güç ve özgül yak�t tüketimi sa�lamas� �artlar�nda MR-1 yanma odas� optimum yanma h�z� gerçekle�tirdi�i için maksimum yanma bas�nc� 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 (yakla��k 2 kat) kadar dü�ürülmü�tür.

Tablo 1. TÜMOSAN dizel motorlar�n termodinamik hesap sonuçlar�.

Parametreler

Do�al emi�li Stand.YO, +K�K17

Do�al emi�li MR-1, +=17

Turbo dizel MR-1, +K=17

Turbo dizel MR-1, +�=16

Güç, BG 75 76,5 99,1 97,5 Özgül yak�t tüketimi, g/BGsaat

166

169

168

171

Maksimum yanma bas�nc�, bar

92

60

88

83

Yanma gürültüsü, dB(A)

92,4

88,5

89

89

Azot oksit-NO, ppm

1080

588

774

669

Tablo-1’in 3’cü ve 4’cü sütunlar�nda ise 4 silindirli TÜMOSAN dizel motorun turbo versiyonunun MR-1 yanma odas� ve farkl� s�k��t�rma oranlar�nda (+=17 ve 16) teorik olarak elde edilebilecek parametreleri gösterilmi�tir. Buradan anla��ld�� gibi, Turbo �arj uygulamas� ile motorun özgül yak�t tüketimini kötüle�tirmeden gücünü %30 civar�nda art�rmak durumunda (75’ten 99-97 BG ‘e) s�k��t�rma oran� +=17 oldu�unda yanma bas�nc�n� 92’den 88 bar’a (%4,5), +=16 oldu�unda 83 bar’a (%11), gürültüyü 92,4’ten 89 dB(A)’e, NO emisyonunu ise 1080’den 774 ve 669 ppm’a kadar dü�ürmek mümkündür. Yap�lan bu hesaplamalarla, MR-1 yanma odas�n�n uygulanmas� ile harp araç motorlar�nda turbo �arj uygulamas� sonucu yanma bas�nc�n�n nedeniyle motor ömrünün azalmas�n�n, NO ve gürültü emisyonlar�n�n ise a��r� de�erlere ula�mas�n�n engellenebilece�i gösterilmi� olmaktad�r. Yap�lm�� bir dizi Ar-Ge çal��malar�yla TÜMOSAN motor grubunun do�al emi�li, tubo �arjl�, turbo �arj ve araso�utuculu olmak üzere üç versiyon ana motorlar� MR-1 yanma odas�


531

ve 4 delikli özel enjektörler kullan�larak geli�tirilmi� ve 2004/26/EC standard�na uygun sertifika testlerine tabi tutularak Stage II ve Stage IIIA onay belgeleri al�nm��t�r.

5. ÜÇ S�L�ND�RL� A�IRI DOLDURMALI MOTOSAN D�ZEL MOTORU

MOTOSAN Motor Sanayi ve Ticaret A.�.; �TÜ ile i�birli�i kapsam�nda A’dan Z’ye 3 silindirli araso�utuculu turbo dizel motorunun tasar�m�n�, prototip üretimini ve gerekli ayarlama, performans, emisyon ve ömür testlerini yerli kadro ve olanaklar� ile günümüz

�ekil 6. MOTOSAN Jeneratör motorunun foto�raf�

ileri teknolojileri seviyesinde yapmay� ba�arm��t�r. Bu motorun traktör (Gücü 90 kW (122 BG)/n=2500 d/dak) ve jeneratör (Gücü 65 kW (88 BG)/n=1500 d/dak) versiyonlar�nda üretilmesi öngörülmü�tür. Motorun Jeneratör versiyonunun foto�raf� �ekil 6’ da gösterilmi�tir. Söz konusu motor; silindir ba��na 4 supap, eksantrik milin yukar�da - silindirler kapa��na yerle�tirilmesi, turbo �arj ve araso�utucu, elektronik kontrollü rotatif tipli yak�t püskürtme sistemi ve MR-1 yanma odas� kullan�m� gibi modern motor teknolojilerini içermektedir. �TÜ’de motorun termodinamik, dayan�kl�l�k, azot oksit ve gürültü emisyonlar�n� hesaplamak için özel bir matematik model geli�tirilmi�, bu modelden yararlanarak motorun ana boyutlar�, farkl� yak�tlar kullan�ld��nda optimum yanma kriterleri, motordan beklenilen performans ve emisyon de�erleri, piston-biyel mekanizmas�n�n kinematik, dinamik, titre�im ve dayan�kl�l�k hesaplar� yap�larak mekanizma detaylar�n�n optimum malzeme ve boyutlar� belirlenmi� ve motorun teknik ve konstrüksiyon özelliklerinin günümüz ileri teknolojileri seviyesinde tutulmas� sa�lanm��t�r. MOTOSAN’ �n özel test laboratuar�nda �TÜ elemanlar� ile birlikte bir dizi ayarlama, performans-emisyon ve ömür testlerine tabi tutulmu� bu motorlar�n seri üretimi ve 2008 y�l�ndan itibaren ise piyasaya ç�kar�lmas� planlanm��t�r.


532

5. SONUÇLAR

1. Son birkaç y�l süre içerisinde �TÜ, yerli motor üretici firmalar olarak ANADOLU MOTOR, TÜMOSAN ve MOTOSAN’la i�birli�i kapsam�nda TÜB�TAK destekli projeler yürüterek Türkiye patentleri ile korunan yeni yanma mekanizmalar� geli�tirmeyi ba�arm��t�r. Bu mekanizmalarla çal��an dizel motorlar�n�n daha güçlü ve ekonomik, dü�ük gürültülü ve egzoz gaz emisyonlu, farkl� yak�tlarla çal��abilme yetene�ine sahip oldu�u yap�lm�� olan teorik, deneysel ve uygulama çal��malar� ile tespit edilmi�tir.

2. Ulusal kaynaklar�n harekete geçirilmesi ile TSK’nin gereksinimlerine, ana ve yan sanayi olanaklar�na ve motor ara�t�rmalar� konusunda yap�lan ara�t�rma, tasar�m ve uygulama çal��malar� sonuçlar�na dayanarak yerli üretim harp araçlar� için daha kaliteli, maliyeti dü�ük, rekabet gücü ise üstün olan gücü 400-1600 BG aras�nda 6, 8 ve 12 silindirli ULUSAL TURBO D�ZEL A�LE MOTORLARININ geli�tirilmesi mümkündür. TE�EKKÜR Bu çal��malar� destekleyen TÜB�TAK’a çok te�ekkür ederiz. KAYNAKÇA [1] R.Mehdiyev, C. Soru�bay, L.Özgür, H. Arslan, A. Kutlar, (2006) OTEKON’ 06 Otomotiv Teknolojileri Kongresi Kitab�, Bursa, 2006, sayfa 57-65. [2] R.Mehdiyev, T.Derbentli, C. Soru�bay, L.Özgür, H. Arslan, A. Kutlar, (2007) X.OTOMOT�V ve Yan Sanayi Sempozyumu Kitab�, Bursa, 2007, sayfa 155-160. [3] Mehdiyev R., �smailov A., Ergeneman M., Çal�k A. T., �an D. ve Y�ld�r�m M., (2002) “Dizel Motorlar�nda 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.


533

AÇIK S�L�ND�R TÜP YAPILI AKUST�K DÖNÜ�TÜRÜCÜ TASARIMI

Sacit YILMAZ (a), Hayrettin KÖYMEN (b)

(a) ASELSAN A.�., Savunma Sistem Teknolojileri (SST) Grubu, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr., Bilkent Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Böl., 06800, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu bildiride, derin sularda yüksek güç kapasitesi olan aç�k (free-flooded) 31-mod piezoelektrik silindir tüp yap�l� (ring) dönü�türücü (transducer) tasar�m� ve elektromekanik analizi anlat�lmaktad�r. Aç�k silindir tüp dönü�türücülerde, tüpün radyal rezonans�n�n yan� s�ra iç hacimde olu�an ve Helmholtz rezonans� olarak an�lan bir rezonans daha vard�r. Tüp boyutlar� do�ru seçilerek bu iki rezonans�n frekanslar� ayarlanabilir. Bu nedenle bu tür çeviricilerde elektro-akustik kuplaj katsay�s� (coupling coefficient) kapal� tüp dönü�türücülere göre dü�ük olmas�na ra�men daha geni� bant elde edilmektedir. Di�er taraftan, aç�k tüp dönü�türücünün herhangi bir zemine sabitlenmesi tasar�m� zorlayan etmenler aras�ndad�r. Aç�k silindir tüp dönü�türücü tasar�m� bant gereklerine göre elektriksel e�de�er devre üzerinde geni� yay�l�m band� elde etmek üzere yap�ld�. Aç�k tüp, su içerisinde titre�tirildi�i için malzemenin sudaki yay�l�m empedans� hesaba kat�ld�. Analiz a�amas�nda, tasarlanan aç�k tüp dönü�türücü sonlu eleman modelleme (SEM) yöntemini kullanan ANSYS program�nda modellendi. Aç�k tüp dönü�türücü hem iki boyutlu (2-D) hem de üç boyutlu (3-D) olarak programa tan�t�ld�. E� de�er devre çözümlemesinden elde edilen rezonans frekans� ile ANSYS ’de elde edilen rezonans de�erleri kar��la�t�r�ld�. Anahtar Kelimeler : 31-mod aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücü, ANSYS, Sonlu eleman modelleme, SEM

ABSTRACT In this paper, design and electromechanical analysis of radially polarized 31-Mode 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.


534

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. G�R�� SONAR teknolojisi deniz sistemlerinin sualt� tehlikelerine kar�� korunmas� anlam�nda kritik önem arz etmektedir. Elektro-mekanik dönü�türücüler (transducer) de SONAR teknolojisi içerisinde çok önemli bir yere sahiptir. Aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücüler okyanus dibine kadar tam performans sa�layabilmeleri nedeniyle dönü�türücüler aras�nda üstünlük arz etmektedirler. Ayr�ca aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücüler geni� bantta yüksek güç basabilirler.

Dönü�türücünün tasar�m�nda öncelikle malzeme seçimi önemlidir. Seramik üreticisi firmalar�n dokümanlar� malzeme çe�itleri konusunda detayl� bilgi içermektedir [1]. Bu bilgiler ��nda malzeme tipi seçildi. Malzemenin seçiminden sonra dönü�türücünün elektriksel e�de�er devresi üzerinde tasar�m gerçekle�tirildi [2]. Elektriksel e�de�er devre üzerinde tasarlanan dönü�türücü ANSYS sonlu eleman modelleme program�nda modellenerek analiz edildi [3-4].

Bu makalede, örnek bir 31-mod aç�k silindir tüp yap�l� elektro-mekanik dönü�türücü tasar�m� anlat�lacak, e�de�er elektriksel devreden edinilen sonuçlar ile ANSYS modelleme ç�kt�lar� kar��la�t�r�lacakt�r.

2. TEOR� Aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücülerde d�� yüzeyin suya uygulad�� itme ve çekme kuvvetleri sonucu olu�an radyal rezonans d��nda Helmholtz rezonans� olarak isimlendirilen bir rezonans daha vard�r. Tüpün geni�lemesi s�ras�nda etraftaki su s�k��t�r�l�rken iç hacimdeki su geni�leme e�ilimindedir. D��ar�da s�k��t�r�lan suyun içe dolmas� s�ras�nda radyal yöndeki yay�l�m s�f�r olmaz. Bunun nedenleri: farkl� iç ve d�� yüzeyler, küçük fakat fark edilebilir büyüklükteki kal�nl�k ve yükseklik modundaki yay�l�mlard�r. Bu iç hacimden kaynaklanan radyal yay�l�m belli bir frekansta Helmholtz rezonans�n� ortaya ç�kar�r. Bu frekansta iç hacimde suyun radyal yumu�akl�� ( 2C ) ile yay�l�m�

olu�turan kütle ( 2M ), 22 21/hw C M� e�itli�ini sa�lar [2].


535

Aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücünün elektro-mekanik analizinde silindirik koordinat sisteminin kullan�lmas� uygundur. Dönü�türücünün elektriksel kutupla�mas� radyal yöndedir (3-yönünde). Buna göre 1 ve 2 yönündeki elektrik alan ( 1E , 2E ) ve 2 yönündeki mekanik gerilme ( 2T ) s�f�rd�r.

�ekil 1. 31-Mod aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücü Buna göre elektrik alan� ve mekanik gerilmeye ba�l�, mekanik ve elektriksel deplasman denklemleri �öyle yaz�labilir:

1 11 1 31 3ES s T d E� � (1)

3 31 1 33 3TD d T E+� � (2)

Denklemlerde geçen parametreler Çizelge 1 ‘de tan�mlanm��t�r. Verilen parametre de�erleri PZT-4 malzemesine aittir. PZT-4 malzemesinin seçim k�staslar� Bölüm 3.1. ‘de anlat�lacakt�r.

Çizelge 1 Piezoelektrik parametreler

Parametre De�er Aç�klama

11Es 12.3 pm²/N Sabit elektrik alan�nda elastik uyumluluk (elastic compliance)

31d -123 pC/N Piezoelektrik sabiti

33T+ 11.95 nC/mV Dielektrik sabiti ( 1300 * 0+ )

Mekanik denklemler üzerinde yap�lan türetmeler sonucu elektriksel e�de�er devre �ekil 2 ‘deki gibi elde edilebilir. Bu e�de�er devrede 1:N sar�m oran�na


536

sahip elektromekanik transformatörün sol taraf� elektriksel de�erleri, sa� taraf� ise mekanik de�erleri göstermektedir. rZ ve pZ de�erleri akustik yay�l�m empedanslar� olup dönü�türücünün suya temas yüzeylerini temsil etmektedir.

�ekil 2 Aç�k silindir tüp yap�l� dönü�türücü elektriksel e�de�er devresi [2]

E�de�er devre üzerinde gösterilen elemanlar�n de�erlerinin nas�l hesaplanaca�� Çizelge 2 ‘de gösterilmektedir.

Çizelge 2 E�de�er devre elemanlar�

Parametre De�er Aç�klama

0C 332 /TaL t- + Giri� kapasitans�

0G �hmal edilmi�tir �letim Kayb�

N 31 112 / ELd s- Elektromekanik transformatör sar�m oran�

EC 11 / 2Es a tL- Mekanik yumu�akl�k

M 2 atL* - Dönü�türücü kütlesi

mR �hmal edilmi�tir Mekanik sönümleme direnci

rZ 2 20 0[( ) ] /[1 ( ) ]s s sA c ka jka ka* � �

D�� yüzeye ait radyasyon empedans�

pZ 2 20 0 2 2 2[( ) ] /[1 ( ) ]s s sA c ka jka ka* � � �ç yüzeye ait radyasyon empedans�

1C 1/ 2 L - �ç hacmin radyal yumu�akl��

n /ir L �ç yüzeyden d�� yüzeye akustik transformatör sar�m oran�

2R �hmal edilmi�tir �ç hacimdeki sudan kaynaklanan mekanik kay�p

Çizelge 2 ‘de geçen parametrelerin formüllerinde geçen baz� de�erler Çizelge 3 ‘de verilmi�tir.

Çizelge 3 E�de�er devre elemanlar�


537

Parametre De�er Aç�klama a ( ) / 2o ir r� Ortalama yar�çap

t o ir r� Kal�nl�k

0* 7550 3/kg m Özkütle

0c 1500 /m sn Sudaki ses h�z�

k 02 /f c- Dalga say�s�

sa 1/ 2( / 2)or L Tüpün d�� yüzeyinin alan�na sahip kürenin yar�çap�

2sa 1/ 2( / 2)ir L Tüpün iç yüzeyinin alan�na sahip kürenin yar�çap�

20 0c* Y��n büyüklü�ü (bulk modulus)

3. TASARIM 3.1. Malzeme Seçimi PZT 4 malzemesi yüksek güç kapasitesi, dü�ük elektriksel kayb�, yüksek dielektrik direnci ve yüksek mekanik bask�ya kar�� dayan�kl�l�� nedeniyle tercih edilmi�tir [1].

3.2. Dönü�türücü Boyutlar�n�n Belirlenmesi 10 – 17 kHz aral��n� kapsayabilmek amac�yla malzeme boyutlar�n�n Çizelge 4 ’teki gibi seçilmesi uygun görülmü�tür.

Çizelge 4 Malzeme boyutlar�

Parametre Boyut Aç�klama

ir 35.55 mm iç yar�çap

or 41.9 mm d�� yar�çap

L 38 mm boy 3.3. E�de�er Elektriksel Devre Analizi Malzeme boyutlar�n�n belirlenmesi sonras� e�de�er devre üzerinde çe�itli analizler yap�lm��t�r. Bunun sonucu elde edilen güç kazanc� �ekil 3’te gösterilmektedir. Güç kazanc� dönü�türücünün iç ve d�� yüzeylerinin yay�l�m empedanslar� üzerine dü�en güçlerin toplam�d�r. �ekil 4’te ise geçirgenlik (conductance) ve sanal geçiri (susceptance) de�erleri verilmi�tir. 14 kHz civar�nda radyal rezonans bask�n olarak görülmektedir. Helmholtz rezonans� ise 7 kHz civar�ndad�r ve bu frekans alt�nda güç kazanc�n�n h�zla dü�mesine neden olmaktad�r.


538

�ekil 3 Güç Kazanc� vs Frekans �ekil 4 Conducatance - Susceptance

4. SONLU ELEMAN MODELLEMES� Dönü�türücü aç�sal yönde özde� oldu�undan modelleme 2 boyutta yap�lm��t�r [3-4]. 2 boyutta modellenen dönü�türücü �ekil 5’te verilmi�tir.

�ekil 5 Aç�k tüp yap�l� dönü�türücü 2-D ANSYS modeli

Bu modellemede ANSYS program�n�n eksenel simetri özelli�i kullan�lm��t�r. Gerçek �ekil, görülen dikdörtgenin dü�ey eksen etraf�nda 360º dönmü� hali iken 2 boyutlu modellemede istenilen sonuçlar edinilebilmektedir. Modelde dü�ey kenarlar iletken plakalard�r. �letken plaka modellemesi ilgili noktalar�n voltaj de�erlerini ba�la�t�rarak sa�lanmaktad�r. �ki plaka aras�na 10 VAC gerilim kayna�� ve PZT üzerinden geçen ak�m� ölçmek için de 1 � direnç


539

yerle�tirilmi�tir. Modelleme ç�kt�s� olarak dönü�türücünün d�� yüzeyinin radyal deplasman de�erlerine ve dönü�türücünün giri� geçirgenlik ve sanal geçirisine bak�lm��t�r. Bu sonuçlar �ekil 6 ve �ekil 7’de verilmi�tir.

�ekil 6 Conductance vs Frequency �ekil 7 Susceptance vs Frequency

Radyal deplasman ve ortalama bas�nç de�erleri ise �ekil 8 ve �ekil 9’da verildi�i gibidir.

�ekil 8 Radyal yöndeki deplasman �ekil 9 D�� yüzeydeki ortalama bas�nç

5. SONUÇ 31-Mod aç�k silindir tüp yap�l� elektromekanik dönü�türücüler geni� bantta yüksek güç basabilmektedirler. Okyanus dibine kadar tam performans sergilemeleri ile di�er dönü�türücü tiplerine üstünlük sa�larlar.

Bu bildiride örnek bir aç�k silindir tüp yap�l� transducer tasar�m� incelendi. Bu dönü�türücünün harmonik analizi hem e�de�er elektriksel devre üzerinde hem de sonlu eleman modelleme yöntemi ile yap�ld�. E�de�er devre modellemesi ile sonlu eleman modellemesi sonucu elde edilen rezonans de�erlerinin örtü�tü�ü fakat edinilen zirve de�erlerinin örtü�medi�i görülmektedir. E�de�er devre üzerinde, özellikle iç yüzeyin olu�turdu�u yay�l�m empedans� üzerinde çal��mas� gerekti�i dü�ünülmektedir.


540

Bu çal��malar sonras�nda, dönü�türücü montaj� üzerine çal��lmaya devam edilecektir. Buna ilaveten dönü�türücünün üretebilece�i en yüksek ç�k�� gücünün analizi yap�lacakt�r. Bu noktada bir gerek olarak ortaya ç�kacak olan �s�l ko�ullar da dikkate al�narak dönü�türücünün 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.


541

M�KROFON D�Z�LER� KULLANARAK TI DAVINCITM PLATFORMUNDA AKUST�K KAYNAKLARIN UZAMSAL KONUM TESP�T�

H. Cem KEFEL� (a), Sarp ERTÜRK (b)

(a) KOÜ, Elekt. Ve Hab. Müh. Böl., 41000, Kocaeli, [email protected]

(b) Prof. Dr. KOÜ, Elekt. Ve Hab. Müh. Böl., 41000, Kocaeli, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, ses dalgalar� yayan cisimlerin uzaydaki konumlar�n�n tespitinin yap�labilmesi için bir yöntem geli�tirilmi� ve Texas Instruments’in DaVinciTM i�lemcisi kullan�larak gerçeklenmi�tir. Ses dalgalar�n�n dairesel bir �ekilde yay�lmas� nedeniyle, ayn� ses kayna��ndan ç�kan seslerin farkl� ses i�areti al�c�lar�na ayn� nitelikte fakat farkl� zaman dilimlerinde ula�t�� bilinmektedir. Bir ses kayna��n�n uzaydaki konumu, ses i�aretinin bu özelli�inden faydalan�larak birden fazla ses al�c�s�ndan al�nan verilere ba�l� olarak hesaplanabilmektedir. Çal��mada, farkl� konumlara yerle�tirilmi� iki e�de�er mikrofon ile ses i�aretleri al�nmakta ve al�nan ses i�aretleri aras�ndaki gecikme faz korelasyonu ile hesaplanmaktad�r. Bulunan gecikme bilgisine ba�l� olarak ses kayna��n�n aç�sal yönü tespit edilmektedir. Sistem TI DaVinciTM platformunda gerçeklenmi� olup gerçek zamanl� olarak çal��maktad�r. Askeri sistemlerde ses i�aretleri yayan cisimlerin konumlar�n�n tespiti için bu ve benzer yöntemler s�kl�kla kullan�lmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: Akustik Konum Tespiti, Keskin Ni�anc� 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


542

1. G�R�S Ses yayan cisimlerin konumlar�n�n belirlenmesi ve türleri hakk�nda s�n�fland�rma yap�lmas� için bir sistem geli�tirme fikri 19. yüzy�lda öncelikle askeri ihtiyaçlardan dolay� ortaya at�lm��t�r. Pasif ve aktif konum bulucular olarak iki ayr� grupta toplanarak incelenen bu sistemler hedeften gelen ses i�aretlerinin yorumlanmas� sonucu hedef hakk�nda baz� öngörülerde bulunmaktad�r. Geli�mi� dünya devletlerinin askeri birimleri bu teknolojiye o y�llarda bile oldukça önem vermi�lerdir ve aktif bir �ekilde kullanmaya ba�lam��lard�r.

(a) (b) (c)

�ekil 1. (a) Japon akustik konum tespit edicileri [1]. (b) Amerika Birle�ik Devletleri ordusunun 1935 li y�llarda kulland�� pasif akustik konum belirleyiciler [1]. (c) ABD

ordusunun ikinci Irak Sava��’nda kullan�ld�� araca monteli konum bulucu yap�s� [2].

�ekil 1 (a) ve (b)’de, 1900’lü y�llar�n ba�lar�nda kullan�lan pasif konum tespit edici yap�lar� verilmektedir. Bu yap�lar sayesinde hava taarruzlar� s�ras�nda gelebilecek tehditlere kar�� önceden pozisyon belirlenebilmektedir. Hava sald�r� unsurlar� daha çok uzaktayken ve insanlar taraf�ndan sesleri tespit edilemezken sezilmekte ve ak�n daha ba�lamadan önce önlem al�nabilmektedir.

Aktif ses konum tespit edicilerin su alt�nda s�kl�kla kullan�lan bir çe�idi ise SONAR olarak bilinmektedir. Sistem prensip olarak baz� ses dalgalar�n� ortama kendisi yaymakta ve yans�yan ses dalgalar� üzerinde baz� i�lemler yaparak hedef konumlar� hakk�nda bir haritalama yapmaktad�r. Bu çal��ma kapsam�nda pasif konum belirleyicileri üzerinde a��rl�kl� olarak durulmaktad�r ve yap�lar�n�n gerçek zamanl� olarak gerçeklenmesi üzerine baz� donan�msal sistemler anlat�lacakt�r.

Pasif konum tespit etme yöntemlerini kullanan ve günümüzde pratik olarak kullan�m� gün geçtikçe yayg�nla�an bir di�er uygulama ise ni�anc� konum belirleme sitemleridir. Elde edilen bilgilere göre bir çat��ma ortam�nda en büyük kay�plar çat��man�n ilk birkaç dakikas�nda verilmektedir. Askeri birliklerin ate� edilen yeri saptamas� ve ona göre konum almas� a�amas�nda geçen süre ço�u zaman baz� personelin dü�man unsurlar� taraf�ndan etkisiz


543

hale getirilmesi ile sonuçlanmaktad�r. Dolay�s� ile dost birliklerin daha verimli bir �ekilde dü�man kuvvetlerine kar�� direnç göstermesi, geçen bu sürenin en aza indirilmesi ile mümkün olmaktad�r. �ekil 1 (c)’de Amerika Birle�ik Devletleri(ABD) ordusunun ikinci Irak Sava�� s�ras�nda kulland�� askeri araçlara monte edilebilir �ekilde tasarlanan bir ni�anc� konum bulucu yap�s� verilmektedir.

�ekil 2. Vücuda monteli pasif konum bulucu yap�s� [3], [4].

Araç üzerindeki yükseltici yap�ya monte edilen mikrofonlar sayesinde ayn� ses farkl� al�c�lar ile tespit edilmektedir. Böylece kaynak noktadan ç�kan ses i�aretinin al�c�lara farkl� zaman dilimlerinde ula�mas� kaç�n�lmaz olmaktad�r. Say�sal i�aret i�leme donan�mlar� yard�m�yla farkl� al�c�larda elde edilen bu i�aretler i�lenmekte, kayna��n yönü ve uzakl�� hakk�nda bilgi toplanabilmektedir. De�i�en ortam �artlar�na göre ayn� sistemin farkl� �ekillerde de olu�turulmas� mümkündür. Örne�in askerlerin kasklar�na monteli al�c�lar kullan�larak da ayn� i�lemler yap�labilmektedir. �ekil 2’de asker kask�na monte edilerek kullan�lan bir sitem verilmektedir. Asker üzerinde bulunan ta��nabilir ve çok küçük boyutlardaki bir kontrol ünitesi yard�m�yla mikrofonlardan gelen verilen say�sal olarak i�lenmektedir. ��lemler sonucunda elde edilen sonuçlar ise askerin göz hizas�ndaki bir ekran yard�m�yla gerçek zamanl� olarak gösterilmektedir.

2. TEOR� Ses dalgalar� üç boyutlu uzayda küresel yörüngeli bir yay�l�m izlemektedir. Bu küresel yay�l�m�m�n do�al sonucu olarak, ses i�aretlerini ifade edebilmek için nokta �eklindeki bir yap�dan ba�layarak giderek büyüyen ve büyüdükçe zay�flayan bir yap� s�kça kullan�lmaktad�r. Ses dalgalar�n�n yay�l�m� ve farkl� al�c�lara ula�mas� aras�nda geçen zamansal ili�ki �ekil 3 (a)’da görülmektedir.


544

(a) (b)

�ekil 3. (a) Ses i�aretlerinin uzaydaki yay�l�m� [5]. (b) �ki mikrofon ile aç� tespiti [6].

�ekilde de görüldü�ü üzere, merkeze uzakl�� r olan bir noktadaki i�aret için ye�inlik seviyesi 0I iken, merkezden 2r uzakl�ktaki bir nokta için bu ye�inlik de�eri zay�flamalar nedeniyle 00.25I I� olmaktad�r. Sistem zamanda ve genlikte ayr�k bir �ekilde dü�ünüldü�ünde örnek dizi � �x n ile ifade edilebilmektedir. Sistemin örnekleme frekans� f Hzs ise birbiri ard�na al�nan iki ses örne�i aras�nda 1/ fs saniye kadar bir zaman fark� olacakt�r. Merkezden r kadar uzakl�ktaki noktaya � �. /s soundx n r f V� numaral� örnek henüz ula�t��nda, zaman gecikmesinden dolay� 2r kadar uzakl�ktaki bir noktaya � �x n numaral� örnek ula�maktad�r. Bir ba�ka söyleyi�le merkezden r kadar uzakl�ktaki bir noktaya ses i�aretinin ula�mas�n�n ard�ndan ayn� örne�in 2r uzakl�ktaki noktaya ula�mas� için / soundr V saniye zaman geçmektedir.

Bu çal��mada, iki e�de�er mikrofondan ayr� konumlardan al�nan ses i�aretleri, TMS320DM6446 (DaVinciTM platformu [7]) DSP’de yaz�lm�� olan faz korelasyonu algoritmas� ile de�erlendirilmekte ve al�nan ses i�aretleri aras�ndaki gecikme, i�lemcinin ARM çekirde�i üzerinden LCD ekranda aç�sal olarak gösterilmektedir.

2.1. SES ��ARETLER�NDEN YÖN TESP�T� Literatürde konum tespiti yapabilmek için kullan�lan farkl� yöntemler önerilmi�tir. Bu çal��mada ise �ekil 3 (b)’de verilen ve konum tespitini aç�sal veriler yard�m� ile gerçekleyen yakla��m temel al�nm��t�r. & aç�s�, aralar�ndaki uzakl�� bilinen iki mikrofon ile, zamansal gecikme ve sesin yay�l�m h�z� hesaba kat�larak kolayca bulunabilmektedir.


545

.1sin

V ITDsoundDM

& ��

(1)

Bu denklemde soundV , sesin bir saniye boyunca ortama ba�l� olarak yay�lma h�z�n�n metre cinsinden ifadesidir. Bu çal��ma kapsam�nda sesin hava ortam�ndaki yay�lma h�z� 334 /V m ssound � olarak al�nm��t�r. Dm ise mikrofonlar aras�ndaki uzakl��n metre cinsinden kar��l��d�r. ITD (inter-aural time differences) ise ayr�k örnek düzleminde mikrofonlar aras� ba��l gecikmenin örnek say�s� cinsinden ifadesidir. ITD hesaplanmas� için literatürde de�i�ik yöntemler önerilmi�tir. Bu çal��mada ITD hesab� için faz korelasyonu kullan�lm��t�r.

Faz korelasyonu birbirine benzer fakat zaman düzleminde gecikmelerle ifade edilebilen iki i�aret aras�ndaki gecikme miktar�n�n hesaplanabilmesi için s�kl�kla kullan�lmaktad�r [6]. Bu yap� sayesinde ayr�k sistemler için örnek uzay�ndaki ba��l gecikme miktar� hesaplanabilmekte ve buradan hareketle zamansal kar��l�� ile ilgili yorum yap�labilmektedir. x ve y , s�ras�yla sol ve sa� mikrofonlardan al�nan iki farkl� say�sal i�aret ise, bu iki i�aret için faz korelasyonu (2)’de verildi�i gibidir.

� � � ��

� � � � � ��

1

Fx t X fFy t Y f

X f ft F

X f Y f

LLM

LLM

� �N7O� ��P � � �N7� �

� �

(2)

Bu e�itlikte � �x t ve � �y t ayn� örnek say�lar�na sahip iki farkl� i�aretin örnek uzay�ndaki ifadesidir. � �X f ve � �Y f , � �x t ve � �y t i�aretlerinin frekans uzay� kar��l��d�r ve Fourier dönü�ümü ile hesaplanmaktad�r.

Sistem prensip olarak i�aretler aras�ndaki gecikme miktar�n�n hesaplanmas� üzerine kurulaca��ndan, � �y t i�areti, � �x t i�aretinin zamanda geciktirilmesi ile olu�an yeni bir ifade olarak dü�ünülebilmektedir. � �Y f i�aretini � �X f i�aretinin bir fonksiyonu olarak ifade edebilmek için ise frekans dönü�ümü özelliklerinden faydalan�lmaktad�r. Bu özellik gere�i zaman düzleminde 0t kadarl�k bir gecikme frekans düzleminde 0t� l�k bir faz kaymas�na neden olmaktad�r. � �Y f N i�areti � �Y f i�aretinin karma��k düzlemde e�leni�ini göstermektedir. � �Y f in e�leni�i al�narak � �X f in faz bilgisinin etkisinin ortadan kald�r�lmas� ve yaln�zca 0t l�k zaman gecikmesinin olu�turdu�u faz bilgisinin okunmas� amaçlanmaktad�r. � �Y f N ve � �nP için olu�turulan sonuç e�iklikleri (3),(4) ve (5) ile verilmektedir.


546

� � � � � � 02j X f j ftY f X f e e -� QN �� (3)

� � � � � � � � � �

� � � �

021

.

j X f j X f j ftX f e X f e en F

X f Y f

-� �� Q � Q �� P � � �N� ��

(4)

� � � �021 j ftn F e -��P � (5)

(5)’de verilen yap� faz korelasyonu sonucunun frekans düzlemindeki kar��l��n� vermektedir. Dolay�s�yla faz korelasyonun zaman düzlemindeki kar��l��n�n bulunabilmesi için ters frekans dönü�ümü yap�lmas� gerekmektedir. (6)’da

� �nP için zaman düzlemi ifadesi verilmi�tir.

� � � �0n t tP � � (6)

(a) (b)

�ekil 4. (a) x[n] ve y[n] i�aretleri, (b) x[n] ve y[n] i�aretleri için faz korelasyonu sonucu.

� �nP i�areti zaman düzleminde gecikmenin yerini verecek �ekilde olu�an bask�n bir delta i�aretinden olu�maktad�r. Böylece zaman düzlemindeki 0t örneklik zaman gecikmesi faz korelasyonu yard�m�yla tespit edilebilmektedir. �ekil 4’de 256 örnek içeren iki sentetik i�aret için olu�turulan faz korelasyonu grafi�i ve i�aretlerin orijinal de�erlerini gösteren grafik verilmektedir. Burada

� �y t i�areti, � �x t i�aretinin zamanda 12 örnek geciktirilmesi ile olu�turulmu�tur. �eki 4’den de görüldü�ü gibi grafik içerisinde en bask�n genlik seviyesi 12 numaral� örne�in bulundu�u zamansal konuma kar��l�k gelmektedir ve böylece sentetik iki i�aret için zaman gecikmesi do�ru bir �ekilde hesaplanmaktad�r.


547

(b)

(a) (c)

�ekil 5. (a) Önerilen sistem için ak�� emas�, (b)-(c) Gerçekle�tirilen sistem ve mikrofon yap�s�

3. UYGULAMA Bu çal��mada yap�lan uygulamalarda tasar�mc�lar�n DaVinciTM i�lemcisi ile kolay ve rahat bir �ekilde uygulama geli�tirebilmeleri için TI taraf�ndan üretilen bir uygulama geli�tirme kiti [8] (Digital Video Evaluation Module-DVEVM) kullan�lm��t�r. Uygulamalar DVEVM platformunda farkl� ortamlara yaz�l�m yazarak yap�lm��t�r. Sistemin yap�s� gere�i Linux taraf�ndan kontrol edilen bir DSP yap�s� kullan�lmas� gerekmektedir. Dolay�s�yla DSP taraf�nda ko�an bir algoritma, bu algoritmay� yöneten bir Linux uygulamas� ve bu ikisi aras�nda haf�za ve bellek i�lemlerini yönlendiren sunucu yap�s�n�n kullan�lmas� zorunludur. ARM i�lemci taraf�ndan Linux API leri kullan�larak çevre birimlerden al�nan ses verileri ortak haf�za alan�na gerekli parametreler ile birlikte yaz�larak DSP nin i�lemesi için sunulmaktad�r. Kendisine gönderilen bu parametreler sayesinde veri yap�s� hakk�nda bilgi sahibi olan DSP ise verileri i�lemekte ve i�lenmi� veriyi yine bu ortak kullan�m alan�na b�rakmaktad�r. Konum tespiti için izlenilen i�lem s�ras� �ekil 5 (a)’da verilmektedir.

Ses verilerini al

Verileri i�lemek için Codec Engine

i haz�rla ve aç

Verileri DSP ye gönder

Gelen verileri i�leyerek gecikmeyi

bul

Faz korelasyonu sonucunu ve

gecikme yi ARM a gönder

Gelen verileri yorumla ve OSD

ile kullan�c�ya göster

DSPARM

Ba�la


548

4. SONUÇLAR VE UYGULAMA ALANLARI Bu çal��mada ses dalgalar� yayan cisimlerin uzaydaki uzamsal konumlar�n�n tespit edilebilmesi için kullan�lan bir yöntem gerçeklenmi�tir. Yöntem temel olarak farkl� ses al�c�lar� ile al�nan ses i�aretlerinin gecikme miktarlar�n�n de�erlendirilmesi ile cisimlerin uzamsal konum bilgisini elde etmektedir. Kullan�c�ya geni� imkanlar sunan ve yüksek güçlü i�aret i�leme yetene�i bulunan TI DaVinciTM platformu sistemin gerçeklenmesi a�amas�nda kullan�lm��t�r. Gerçekle�tirilen sistem ile üç boyutlu uzayda konum için bir çember verecek �ekilde konum tespiti yap�labilmektedir. Mikrofon say�s�n�n artt�r�larak daha fazla al�c� ile çal��lmas� sonucu bu konum bilgisinin noktasal olarak yap�labilmesi de mümkündür ve hali haz�rdaki sistemin buna adapte edilebilme yetene�i mevcuttur. �ekil 5 (b) ve (c)’de sistemin gerçeklenme a�amas�ndaki görünümü verilmektedir.

Geli�tirilen sistemin birçok farkl� alanda uygulamas� bulunmaktad�r. Örne�in video konferans uygulamalar�nda kameran�n konu�mac�ya döndürülmesi çok standart bir uygulama alan�d�r. Ayr�ca araç veya cisimlerin geli� yönünün tespiti için de önerilen yakla��m�n kullan�lmas� mümkündür. Askeri uygulamalarda ise dehef konumunun belirlenebilmesi a�amas�nda kritik bir öneme sahip bu sistem geli�mi� dünya ordular� taraf�ndan günümüzde kullan�lmaktad�r.

KAYNAKÇA [1] http://futurefeeder.com/index.php/archives/2005/06/01/acoustic-radar-from-the-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


549

B�R �NSANSIZ SULATI ARACI: UL�SAR GÖVDE TASARIMI

Necmettin Cevheri1, Fikret �enel2, Prof. Dr. S. Kemal �der1,3, Prof. Dr. M. Haluk Aksel1,3, Prof. Dr. Levend Parnas1,3

1Orta Do�u Teknik Üniversitesi, Ankara, 2Bar�� Elektrik Endüstrisi A.�., Ankara 3ODTÜ-Biltir Merkezi,

ÖZET �nsans�z sualt� araçlar�, enerji veya veri aktar�m� için herhangi bir kablo ba�lant�s�na ihtiyaç duymayan otonom sualt� araçlar�d�r. Do�algaz ve petrol arama, sualt� arkeoloji, sismik çal��malar, boru hatt� dö�eme ve bak�m� gibi sivil ihtiyaçlar ile may�n avlama, sörvey ve denizalt� kurtarma gibi askeri ihtiyaçlar için kullan�labilecek çok maksatl� araçlard�r. Yürütülmekte olan projenin amac� bu tür bir arac�n ilk örnek tasar�m�n�n mümkün oldu�unca yerli kaynaklar kullan�larak yap�lmas�d�r. Bu tür bir arac�n tasar�m�nda mekanik tasar�m evresi arac�n istenilen görevleri do�ru bir �ekilde gerçekle�tirmesi aç�s�ndan önemlidir. Bildirinin giri� bölümünde tasar�m öncesi yap�lan i�ler ve belirlenen temel tasar�m k�staslar� verilmi�tir. Bildirinin sonraki bölümlerinde bu k�staslarla ilgili yap�lan çal��malar ve elde edilen sonuçlar aç�klanm��t�r. Bildirinin kapan�� bölümünde ise yap�lan çal��malar ve elde edilen sonuçlar de�erlendirilmi�tir. Anahtar Kelimeler: �nsans�z sualt� arac�, otonom, kablosuz, do�algaz, petrol, may�n, 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. G�R��


550

Gövde tasar�m�nda ilk olarak yurt d��nda çe�itli üniversiteler, ara�t�rma kurulu�lar� ve özel �irketler taraf�ndan geli�tirilmi� sualt� araçlar� incelenmi�tir. Bu incelemeler sonucunda sualt� arac� ne kadar farkl� tasar�ma sahip olursa olsun, baz� tasar�m ö�elerinin ortak oldu�u görülmü�tür. Bu ö�eler �u �ekilde s�ralanabilir: Su s�zd�rmaz bir bölmenin tasar�m�, d�� gövdenin tasar�m�, itki ve manevra sistemleri, kararl�l�k, batmazl�k, kablaj ve imalat yöntemi. Bu ö�elerin tasar�mlar� için gerekli mühendislik çal��malar� yap�lm�� ve gerekti�i noktalarda analiz ve test sonuçlar�na ba�vurulmu�tur. 2. DI� GÖVDEN�N TASARIMI D�� gövde, arac� d��tan saran bir yap�d�r ve araca �eklini verir. �nsans�z sualt� araçlar� sadece silindirik yap�da olmak zorunda de�ildir. Farkl� �ekiller olsa da d�� gövde belli k�staslar� sa�lamal�d�r: Bas�nca ve sürtünmeye ba�l� kar�� kuvvetleri azaltacak ölçüde dar ve k�sa, ekipman� kapsayacak ölçüde geni� ve uzun, a��rl�� çok artt�rmayacak derecede ince ve dönme kararl�l�� aç�s�ndan simetrik olmal�d�r. Boyutlarla ilgili bu k�staslar�n yan�nda modülerlik de önemlidir. Modüler araçlar kolayca sökülüp birle�tirilebilir ve araçtaki teçhizata gerekti�inde kolayca eri�ilebilir. Bu özellik geli�tirme a�amas�ndaki araçlar için önemlidir. Literatür taramas� sonucunda, en çok tercih edilen �eklin silindirik yap� oldu�u görülmü�tür. Silindirik yap�l� araçlarda kimi zaman bütünle�ik tek bir gövde, kimi zaman da farkl� ekipmanlar�n grupland�� birden fazla silindir görülmektedir. Tek silindirli modellerde araç ayr�labilen modüllerden olu�abilir. Bu modüllerin tamam� su geçirmez olabilece�i gibi, baz�lar� su alabilen yap�da da olabilir. Su alan bölümlere sahip araçlarda s�zd�rmazl�k sa�lanan bölümler daha az oldu�undan s�zd�rmazl�k aç�s�ndan daha güvenli oldu�u söylenebilir. Yap�lan literatür taramas� sonucu, dü�ük kar�� kuvvet, kolay üretim ve geni� veritaban� gibi nedenlerden dolay� tek silindirli bir yap� tercih edilmi�tir. Gövde malzemesi olarak ise kompozit malzeme seçilmesi uygun görülmü�tür. Bilindi�i üzere kompozit malzemelerin en önemli özelli�i dü�ük yo�unluklarda yüksek mukavemet sa�lamalar�d�r [5]. Bunun yan�nda tasar�m esnekli�i, kal�plama kolayl�� ve çe�itli yüzey uygulamalar�na izin vermesi kompozitlerin art� özelliklerindendir. Ayr�ca gerekli durumlarda malzeme içine metal parçalar yerle�tirilebilir ve yap��t�rma i�lemleri uygulanabilir. Kompozit malzemelerin ba�l�ca olumsuz özellikleri ise üretim maliyeti ve tasar�m zorlu�udur. UL�SAR denizalt�s�nda, cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzeme kullan�lmas� uygun görülmü�tür. Üretim tekni�i olarak ise filaman sarg� yöntemi ve reçine transferi yöntemleri dü�ünülmü�tür. Filaman sarg� yönteminde reçineye bat�r�lm�� filamanlar bir mandrel üzerine sar�l�r. Bu yöntemle genel olarak silindirik yap�lar elde edilir. Reçine transfer yönteminde ise daha önceden haz�rlanm�� kal�b�n üzerine laminasyon i�lemi gerçekle�tirerek istenilen gövde elde edilir. Bu yöntem karma��k �ekilli yap�lar için birinci yönteme göre daha uygundur. Ayr�ca bu yöntem, ilk yat�r�m maliyetinin daha dü�ük olmas� nedeni ile prototip çal��malar� için tercih edilmektedir. Sonuç olarak, vakum yard�m� ile reçine transfer kal�plama yöntemi üretim tekni�i olarak seçilmi�tir.


551

Üretim tekni�inin belirlenmesi ve malzeme seçimindenden sonra gövdenin �ekli ile ilgili daha ayr�nt�l� çal��malar yap�lm��t�r. Maliyeti dü�ürmek ve yüksek mukavim yap� elde etmek için gövdenin tek bir kal�p kullan�larak üretilecek bir adet alt ve üst parçadan olu�mas� dü�ünülmü�tür. Ayr�ca daha önce bahsedilen nedenlerden ötürü bir k�sm� su alan, bir k�sm� s�zd�rmaz olan bir yap�ya karar verilmi�tir. Alt ve üst parçalar birle�irken kar��l�kl� gelen baz� yüzeylerde s�zd�rmazl�k sa�lanarak bu özelli�in sa�lanmas� planlanm��t�r.

�ekil 1: Alt ve üst gövde parçalar�

Elektronik aksam�n sorunsuz çal��mas� aç�s�ndan s�zd�rmazl�k son derece önemlidir. Üst ve alt gövdenin yüzeylerinin kar��l�kl� geldi�i yerlerde s�zd�rmazl�k için lastik segman ve s�k� bir ba�lant� için s�k�la�t�r�c� kemerler dü�ünülmektedir. Gövdenin �ekli ile ilgili olarak ise ön taraf�n yar�m küre �eklinde, orta k�s�m�n silindirik, arka k�s�m�n ise elipsoid olmas� dü�ünülmü�tür. Bu sayede hidrodinamik aç�dan araca uygulanan kar�� kuvvetlerin azalt�laca�� dü�ünülmü�tür. Bu konuda hesaplamal� ak��kanlar mekani�i kullan�larak baz� hesaplamalar yap�lm��t�r. Bu çal��malardan birinde a�a��daki �ekilde görülen 3 boyutlu bir model kullan�lm��t�r.

�ekil 2: 3 boyutlu çözüm hacmi

Model için Gambit, çözüm için ise FLUENT® programlar� kullan�lm��t�r. Türbülans modeli olarak k-� modeli kullan�lm�� ve enerji denklemleri kullan�lmam��t�r. S�n�r ko�ul olarak 2.5 m/s lik ak�� verilmi�tir. Elde edilen sonuçlara göre yakla��k olarak 32 N (3.33 kgf) kar�� kuvvet araca etki


552

etmektedir. Elbette model karma��kla�t�kça bu kar�� kuvvet de�erinin artmas� beklenebilir. 3. �TK� ve MANEVRA Sualt� arac�n�n yapmas� istenilen hareketleri �öyle s�ralayabiliriz: �leri geri hareket (x ekseni boyunca), yukar� a�a�� hareket (z ekseni boyunca), sa�a sola dönü� (z ekseni etraf�nda) ve yukar� a�a�� dönü� (y ekseni etraf�nda). Bunlar�n d��ndaki hareketlerden, örne�in x-ekseni etraf�ndaki dönü� istenmemektedir ve pasif olarak engellenmeye çal��lmal�d�r. Araca gerekli hareketleri vermek için 4 adet motor eklenecektir. Motorlardan ikisi arac�n iki yan�nda x ekseni boyunca yerle�mi�lerdir. Bu motorlar araca hem ileri geri yönde hareket verirken hem de arac�n sa�a sola dönü�ünü sa�lamaktad�rlar. Motorlardan di�er ikisi arac�n ön ve arka k�s�mlar�na z ekseni boyunca duracak �ekilde yerle�tirilmi�tir. Bu motorlar�n arac�n içine aç�lan iki oyuk içinde olmas� planlanmaktad�r. Bu motorlar arac�n yükselip alçalmas�n� ve yunuslama hareketi yapmas�n� sa�lanacakt�r. 4. �Ç YERLE��M ve TASARIM �ç yerle�im sualt� arac�n�n tasar�m�nda en kritik noktalardand�r. Bunun nedeni k�s�tl� bir alana bir çok parçan�n, hacim en verimli kullan�lacak �ekilde yerle�tirilmesi zorunlulu�udur. Parçalar yerle�tirilirken denge unsuru göz önünde bulundurulmal�, a��r parçalar mümkün oldu�unca alt taraflarda kalmal�, a��rl�k merkezi mümkün oldu�unca ortalanmal�d�r. Ayr�ca baz� parçalar�n birbirine çok yak�n durmalar� çal��malar�n� olumsuz etkilerken, baz�lar�n�n çal��mas� için belli bir duru�a sahip olmalar� gerekir. Bu bilgiler ��nda önemli parçalar�n gövde içinde yerle�imi yap�lm��t�r ve kablolama gerçekle�tirilmi�tir. Elde edilen tasar�m �ekildeki gibidir.

�ekil 3: �ç yerle�im

Arac�n iç bölümlerinin tasar�m� ile ilgili en önemli noktalardan biri s�zd�rmaz orta modül ile ilgili do�abilecek baz� �s�nma problemleridir. Bu bölümde �s�nma problemi olmas�n�n di�er bölgelere göre daha olas� olmas�n�n nedenleri ise bu bölgede �s�nmaya yol açan denetim ekipmanlar� ile pillerin bulunmas� ve bu


553

bölgenin et kal�nl��n�n fazla olmas�ndan ötürü �s� ç�k��n�n daha az olmas�d�r. Su geçirmez bölümlerde et kal�nl��n�n yüksek tutulmas�n�n nedeni bu bölgenin içine su almamas�ndan dolay� d��ar�dan yüksek su bas�nc�na maruz kalmas�d�r. Is�nmaya dair sorunlar�n üretimden sonra çözümü kolay olmad��ndan, bu sorunlar�n ba�tan tahmin edilmesi son derece önemlidir. Is�nma problemine ili�kin çal��malarda analizlerden ve deneylerden gelen sonuçlardan faydalan�lm��t�r. Mühendislik çal��malar�n�n genelinde oldu�u gibi burada da probleme dair analizler yap�lm�� ve buralardan gelen veriler test sonuçlar� ile kar��la�t�r�larak do�rulanm��t�r. Is�nma problemi, FLUENT® yaz�l�m� kullan�larak arac�n çal��ma süresi olarak dü�ünülen 2 saatlik sürelerde analiz edilmi�tir. Zamana ba�l� �s� problemlerinin çözümü yüksek h�zlarda bilgisayarlar gerektirdi�inden, problemler öncelikle 2 boyutlu çözülmü�tür. 2 boyutlu analizlerden elde edilen sonuçlar tatmin edici olmaz ise 3 boyutlu analizlere ba�vurulacakt�r. Is�nma problemi için 2 boyutlu bir model kullan�lm��t�r. Su s�cakl�� 20 0C, gövdenin, içerideki havan�n ve kutunun ilk s�cakl�klar� ise 30 0C olarak al�nm��t�r. Proje çal��malar� dahilinde önceden yap�lm�� olan güç tüketimi hesaplar� sonucunda denetim elemanlar�n� bar�nd�ran kutunun 50 W, pillerin ise 5 W düzeyinde �s� yayd�klar� hesaplanm��t�r. Bu de�erler kutu ve pil duvarlar� için s�n�r ko�ul olarak kullan�lm��t�r. En kötü olas�l�k dü�ünüldü�ünden, arac�n ve dolay�s�yla etraf�ndaki suyun hareketsiz oldu�u kabul edilmi�tir. Arac�n hareket etti�i durumlarda olu�acak su ak�� s� transferi katsay�s�n� artt�racak ve s�cakl�klar� dü�ürecektir. Orta modülün alabilece�i en yüksek s�cakl�k de�eri, bu bölümdeki cihazlar�n çal��abilecekleri en yüksek s�cakl�k de�erlerince belirlenmektedir. Bu s�cakl�k piller için 50 0C dir. Analizler sonucu sistemin 2 saatlik çözümü elde edilmi�tir. Herhangi bir andaki s�cakl�k da��l�m� incelendi�inde en yüksek s�cakl��n kutu yüzeylerinde oldu�u görülmektedir. Örne�in 2388 inci saniyedeki s�cakl�k da��l�m� bunu do�rulamaktad�r.

�ekil 4: S�zd�rmaz bölümde s�cakl�k da��l�m�

Gövdedeki en yüksek s�cakl�� bulmak için çözücüye her zaman ad�m�nda kutu üzerindeki en yüksek s�cakl�� kaydetmesi komutu verilmi�tir. Bunun


554

sonucunda gövdedeki en yüksek s�cakl��n zamana kar�� grafi�i elde edilmi�tir. Bu grafik �ekil 5’ te verilmi�tir.

Maximum Temperature

25

35

45

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Time (sec)

Tem

pera

ture

(deg

rees

)

�ekil 5: En yüksek s�cakl�k de�erinin zamana ba�l� de�i�imi

Grafikteki baz� aksakl�klar� göz ard� edip, genel gidi�ata bakarsak, en yüksek s�cakl��n zamanla azal�p, yakla��k olarak 36-37 0C gibi bir de�ere yak�nsad��n� söyleyebiliriz. Bu s�cakl�k de�eri izin verilen de�erden dü�üktür. Is�nma probleminin çözümüne yard�mc� olmas� aç�s�ndan kompozit gövdeyi üretecek firma taraf�ndan bir deney yap�lm��t�r. Bu deneyde firma taraf�ndan daha önceden üretilmi� olan ve üretilecek arac�n orta modülüne boyutlar� itibari ile son derece benzeyen kompozit bir tüp kullan�lm��t�r. Is� kayna�� olarak gövdenin içine 50 W �s� yayan bir ampül yerle�tirilmi�tir. Bu düzenek su tank�na bat�r�l�p yakla��k 1.5 saat kadar bekletilmi�tir. Bu süre zarf�nda tüpün çe�itli noktalar�na yerle�tirilmi� alg�lay�c�larla s�cakl�k de�erleri ölçülmü�tür. Deneyde kullan�lan s�cakl�k de�erleri, analizdekilere yak�nd�r. Analizde 20 0C su s�cakl�� ve 30 0C gövde ilk s�cakl�� verilmi�tir. Deneyde ise 18 0C su s�cakl�� ve 25 0C gövde ilk s�cakl�� verilmi�tir. Çe�itli noktalara yerle�tirilen �s� almaçlar�ndan gelen verilere göre elde edilen s�cakl�k zaman e�rileri �ekildeki gibidir. Grafi�e göre en kritik noktada s�cakl�k 35 dereceyi geçmemektedir ve bu de�er kabul edilebilir aral�ktad�r. Deney ve analiz aras�nda baz� farklar bulunmaktad�r. Öncelikle deneyde 3 boyutlu ve daha gerçekçi bir model kullan�rken, analizde 2 boyutlu bir model kullan�lm��t�r. Deneyde gövdenin ilk s�cakl�� analize göre 5 0C daha dü�üktür. Deneyde �s� kayna�� olarak kullan�lan ampül, analizde kullan�lan kutuya göre daha az yer kaplamaktad�r. Bu nedenlerden ötürü deney ve analiz sonuçlar� aras�nda baz� farklar olmas� do�ald�r. Ancak yine de hem deney hem de analiz sonuçlar� 35-37 0C aras� bir de�ere yak�nsamaktad�r. Bu ortak davran�� analiz sonuçlar�n�n güvenilirli�ini artt�rmaktad�r. Sonuç olarak üretim öncesi yap�lan çal��malarda �s�nma ile ilgili ç�kabilecek bir sorun görülmemi�tir. Yine de kesin sonuca üretim sonras� yap�lacak testlerde ula��lacakt�r.


555

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48 17:02 17:16 17:31

Zaman

S�ca

kl�k

(C)

12345678910

�ekil 6: Deney sonuçlar�

5. DENGE ve BATMAZLIK Sualt� araçlar�nda ve gemi gibi su yüzeyinde ilerleyen araçlarda kald�rma kuvveti merkezi (Cb) ile a��rl�k merkezinin (Cg) konumlar� son derece önemlidir. Öncelikli olarak bu iki merkezin x ve y eksenlerindeki konumlar�n�n ayn�, z eksenlerindeki konumlar�n�n ise farkl� olacak �ekilde konumland�r�lmas� gerekmektedir. Bu sa�lanmad�� takdirde araç, bu iki merkezi z ekseninde ayn� hizaya getirecek �ekilde kendi kendine dönecektir ve istenilen �ekilde su içinde dengede durmayacakt�r. �kinci dikkat edilmesi gereken nokta ise bu iki merkezden kald�rma kuvveti merkezinin mümkün oldu�unca yukar�da, a��rl�k merkezinin ise mümkün old�unca a�a��da olmas�n�n sa�lanmas�d�r. �ki merkez aras�ndaki fark arac�n x ekseni etraf�ndaki olas� dönü�lerini düzeltici etkide bulunup eski konuma döndürmektedir. Bu etki araca kendi ekseni etraf�ndaki dengesi ile ilgili bir kararl�l�k katmaktad�r. Bu �ekilde merkezlere sahip bir tasar�m için a��r parçalar� arac�n alt taraf�na, hafif olanlar� ise üst taraf�na yerle�tirmek gerekir. Ancak bu tasar�mdaki di�er baz� k�staslar nedeni ile her zaman mümkün olmyabilir. Örne�i a��r bir parça olan modem (4 kg) yukar�ya bakmas� gerekti�inden arac�n üst k�sm�na yerle�tirilmi�tir. Bu gibi gereksinimlerden ötürü iki merkez aras�nda sa�lanamayan mesafe, baz� eklentilerle artt�r�lm��t�r. Öncelikle arac�n su geçirmez bölümünün alt k�sm�na pirinçten a��rl�k konulmas� planlanm��t�r. 10 kg civar� olan bu a��rl��n dengelenmesi için ise arac�n su alan üst yüzeylerine �ekil 7’ de görülen köpüklerin yerle�tirilmesi planlanmaktad�r. Kullan�lacak köpük malzeme, yüksek sertlikte ve 50 kg/m^3 yo�unluktad�r. Köpü�ün su geçirme riskine istinaden, köpü�ün d�� yüzeyine birkaç mm kal�nl��nda kompozit malzeme ile


556

laminasyon yap�labilir. Bu eklentilerle iki merkez aras� mesafe yakla��k olarak 3 cm de�erine ula�m��t�r ve bu de�erin istenilen kararl�l�� vermesi beklenmektedir. Kararl�l��a ek olarak batmazl�k da sualt� arac�n�n tasar�m�nda göz önünde bulundurulur. Öncelikli olarak arac�n yo�unlu�unun su ile hemen hemen ayn� olmas� istenmektedir. Bu sayede araç istendi�inde hareketsizken suda as�l� durabilecektir ve bunun için ek motor gücü kullan�lmayacakt�r ve bu sayede daha uzun çal��ma saatleri elde edilebilir. Batmazl�kla ilgili göz önüne al�nabilecek bir madde de arac� baz� ileti�im kopukluklar� durumlar�nda kaybetmemek ile ilgili al�nmas� gereken önlemlerdir. Bu tür durumlarda arac� kaybetmemek için arac�n yo�unlu�unu suyun yo�unlu�una göre bir miktar daha az olacak �ekilde ayarlamak bir çözümdür. Bu çözüm etkili olmas�na ra�men normal kullan�mda suda arac�n hareketsiz kalmas�na bir ölçüde mani olmaktad�r ve bir miktar motor gücü kullan�lmas�n� gerektirmektedir. Ancak bu enerji sarfiyat� kar��lanabilecek düzeylerde olacakt�r. Yukar�da belirtilen i�lemler sonucu arac�n hem a��rl�� hem de kald�rma kuvveti artm�� olup, iki merkez ars�ndaki mesafe artt�r�lm��t�r. Elde edilen bu mesafenin araca tatmin edici bir kararl�l�k vermesi beklenmektedir. Arac�n dengesi ve kararl�l�� ile ilgili ince ayar ve son müdahaleler ise arac�n testlerinden elde edilecek veriler do�rultusunda yap�lacakt�r.

�ekil 7: Yüzdürücü köpükler

6. KABLOLAMA Ulisar projesi kapsam�nda tasarlanan araç daha önce de belirtildi�i üzere su geçirmez ve su alan bölümlerden olu�maktad�r. Su geçirmez bölüm, �slanmamas� gereken elektronik kartlar� ve pilleri ta��mak da iken; su alan bölüm, sudan etkilenmeyen modem, bas�nç almac� gibi cihazlar� bulundurmaktad�r. Su geçirmez kablolar ve konektörler ise arac�n su geçirmez orta bölümü ile su alan bölümündeki cihazlar aras�ndaki ba�lant�y� sa�lamaktad�r. Bu nedenle öncelikle arac�n su geçirmez bölümünün duvarlar�na bir ucu su alan tarafa, di�er ucu kuru tarafa bakan konektörlerin yerle�tirilmesi dü�ünülmektedir. Su alan taraftaki cihazlar�n baz�lar�nda su geçirmez konektörler, baz�lar�nda ise direk kablo ç�k�� bulunmaktad�r. Ucunda


557

konektör bulunan cihazlarla gövde aras�nda her iki ucunda da konektör bulunan kablolar ile ba�lant� yap�lacakt�r. Ucunda direk kablo ç�k�� olan cihazlarda ise cihazlar�n kablolar�n�n bo�ta olan uçlar�na su geçirmez konektörler tak�larak gerekli ba�lant� elemanlar�n�n elde edilmesi dü�ünülmektedir. Bu nedenle ucunda kablo ile beraber gelen iticiler, bas�nç almac� ve ultrasonik al�c�lar�n, üretimden önce montaj� yap�lacakt�r.

7. SONUÇ �nsans�z sualt� arac� projesi Ulisar’da mekanik tasar�m arac�n istenilen görevleri gerçekle�tirmesi aç�s�ndan son derece önemli bir a�amad�r. Mekanik tasar�m a�amas�nda arac�n �ekli, iç yerle�imi, itki ve manevra sistemleri, batmazl�k ve kararl�l�k gibi tasar�m ö�eleri göz önünde bulundurulmu� ve gerekli mühendislik çal��malar� sonucu kararlar verilmi�tir. Bu a�amada makina, elektronik ve bilgisayar mühendislerinden olu�an proje grubu ortak çal��malar yürütmü�tür. Bu ortak çal��malar sayesinde makina grubunun verdi�i kararlar�n elektronik cihazlar�n çal��mas�n� olumsuz etkilememesi sa�lanm��t�r. Ayr�ca gövdeyi üretecek firman�n da görü�leri al�narak gövdenin üretiminin mümkün oldu�unca kolay hale getirilmesi hedeflenmi�tir. Bu nedenlerle düzenli olarak geni� kat�l�ml� mekanik tasar�m toplant�lar� gerçekle�tirilmi�tir. Gelinen noktada gövde tasar�m�n�n tamamland�� ve üretim a�amas�na geçmeye haz�r olundu�u görülmektedir. Bu a�amada en h�zl� �ekilde önce kal�p sonra da gövde üretimi yap�lmal�, kablolama ve montaj i�lemleri tamamlanmal� ve test a�amas�na gelinmelidir. Sonuç olarak gelinen noktada belli baz� basit görevleri gerçekle�tirebilecek bir sualt� arac� elde edilmesine çok yak�n olundu�u görülebilir. Bu proje s�ras�nda elde edilen tecrübelerin ilerleyen y�llarda üretilecek daha geli�mi� sualt� araçlar� aç�s�ndan faydal� olaca�� muhakkakt�r. Te�ekkür Öncelikle projedeki maddi desteklerinden ötürü TÜB�TAK’ a te�ekkürlerimizi sunar�z. Bunun yan�nda tasar�m a�amas�nda üretime dair verdikleri bilgiler ve yönlendirmeler nedeniyle Bar�� Elektrik Endüstrisi A.�.’ ye de te�ekkürlerimizi sunar�z. 8. KAYNAKÇA

[1] 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


558

[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"


559

MANYET�K ANOMAL� YÖNTEM� �LE KARA MAYINLARININ TESP�T ED�LMES�

Yavuz EGE(a), Osman KALENDER(b) ,Mustafa GÖKTEPE(c)

(a) BAU, Necatibey E�t. Fak.,Fizik E�it. Böl., 10100, Bal�kesir, [email protected],

(b) Kara Harp Okulu Dekanl��, Teknik Bilimler Böl., Bakanl�klar, Ankara,[email protected]. (c) BAU, Fen Edebiyat Fak.,Fizik Böl., 10100, Bal�kesir, [email protected],

ÖZET Kara may�nlar�, anti-personel(AP) ve anti-tank(AT) may�nlar� olmak üzere ikiye ayr�lmaktad�r. AP ve AT may�nlar� �ekil ve büyüklük aç�s�ndan farkl�l�klar gösterdi�i gibi, üretildi�i k�l�f �ekilleri itibariyle de farkl�l�klar göstermektedir. May�n tespitinde kullan�lacak teknoloji, may�na ait özellikler ve gömülme tarihi ile derinli�ine ba�l�d�r. May�n belirlemede Akustik ve Sismik, Yer Etkili Radar (GPR) Dedeksiyon, Elektromanyetik �ndüksiyon Spektroskopisi, K�z�lötesi (IR) Görüntüleme, Termal dedeksiyon, Optik dedeksiyon, Çekirdek Dörtkutup Rezonans� gibi birçok yöntem kullan�lm��t�r. Bu bildiride, may�n belirleme konusunda yap�lan çal��malar incelenerek manyetik anomali yöntemi ile de may�nlar�n tespit edilebilece�i deneysel olarak gösterilmi�tir. Anahtar Kelimeler: Kara may�n�, 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. G�R�� Kara may�nlar�, anti-personel (AP) ve anti-tank (AT) olmak üzere iki çe�itlidir. Kara may�nlar�n� belirlemede Akustik ve Sismik, Yer Etkili Radar (GPR) Dedeksiyon, Elektromanyetik �ndüksiyon Spektroskopisi, K�z�lötesi (IR) Görüntüleme, Termal dedeksiyon, Optik dedeksiyon, Çekirdek Dörtkutup Rezonans� gibi birçok yöntem kullan�lm��t�r. Bu çal��mada mevcut teknikler irdelenerek kara may�n� belirlemede manyetik anomali yöntemi önerilmi�tir. Bu


560

belirleme tekni�inde temel ilke ara�t�rma yap�lan ortamda manyetik anomali varl��n�n tespit edilmesidir. Farkl� tipteki malzemelerin farkl� manyetik özellik göstermesi, anomalinin sebebidir. O halde, may�n arama maksad�yla bu yöntemin kullan�lmas� durumunda, metalik, yar� metalik, plastik ve hatta tan�ml� bir geometriye sahip olmayan gübre çuval� veya gazya�� tenekesi gibi bir patlay�c� düzene�in tespit edilmesi de olas�d�r.

Bu çal��ma kapsam�nda, kara may�nlar�n�n belirlenmesi üzerine farkl� teknik ve yöntemlerle yap�lan çal��malar incelenmi� ve kara may�n� belirlemede manyetik anomali yönteminin plastik ve metal k�l�fl� AT ve AP may�nlar�n� belirlemedeki etkinli�i deneylerle do�rulanm��t�r. 2. KARA MAYINI BEL�RLEME TEKNOLOJ�LER� A. Akustik - Sismik Dedeksiyon Sismik-akustik yakla��m topra��n 1kHz’den az frekanslarda uyar�lmas� ve toprakta neden olunan bu titre�imlerle gömülü may�n üzerindeki topra��n "titre�im i�aretlerinin" uzaktan laser-doppler titre�im ölçer ile ölçülmesi esas�na dayanmaktad�r. Akustik ve sismik dedeksiyonla may�n görüntüleme üzerine yap�lan çal��malardan, 1. Gömülü kara may�nlar�n�n dedeksiyonu için elastik yüzey dalgalar�n� ve elektromanyetik dalgalar� kullanan bir sistemin verileriyle yans�yan enerji hesaplamalar�n� yapan bir görüntü algoritmas�n�n gömülü bir may�n�n iki boyutlu görüntüsünü verebilece�i[1], 2. Gömülü kara may�n� ile esnek dalgalar etkile�ti�i zaman may�n bölgesinde olu�an güçlü bir rezonans�n, may�n�n varl��n� belirlemek ve di�er da��t�c�lardan ay�rmak için kullan�labilece�i [2], sonuçlar�na ula��lm��t�r. B. Yer Etkili Radar (GPR) GPR'nin çal��ma prensibi; verici anten(ler) yard�m�yla yer merkezine do�ru gönderilen yüksek frekansl� elektromanyetik dalgalar�n topra��n içerisindeki hedeften yans�ma yapmas� ve bu yans�malar�n al�c� yard�m�yla kaydedilmesi esas�na dayan�r. Hedefler bulunduklar� ortamdan farkl� do�al rezonanslara sahip olduklar�ndan hedefin elektromanyetik dalgay� so�urma miktar�na ba�l� olarak hedef yüzeyinden yans�yan dalgalar ile bulundu�u ortamdan yans�yan dalgalar farkl�l�k gösterecektir. Fakat radar sinyallerinin bant geni�li�i nesnenin do�al rezonans�n� ortaya ç�karacak �ekilde ayarlanmal�d�r[3]. GPR ile may�n görüntüleme üzerine yap�lan çal��malardan, 1. Ultra geni� bant (UWB) radar teknolojisi kullan�larak 0.7-2.7 GHz bant geni�li�inde 20 cm derinli�indeki metal silindirik nesnelerin ve may�nlar�n bulunabilece�i[4,5], 2. Elle tutulan ve 800 MHz ile 3.5 GHz frekans aral��nda yüksek kararl�l�kl� radar donan�m� ile yay �eklinde bir anten kullan�m�yla 1.4 GHz frekansta 4 plastik AP may�na e�de�er büyüklükteki may�nlar�n 150 mm derinlikten belirlenebilece�i, 800 MHz ve daha dü�ük frekansl� antenlerde 250 mm derinli�e gömülü may�nlar�n bulunabilece�i[6], sonuçlar�na ula��lm��t�r.


561

C. Elektromanyetik �ndüksiyon (EMI) Spektroskopisi K�smen ya da tamam� ile metal içerikli nesneler; elektrik iletkenli�i, manyetik alan geçirgenli�i, geometrik �ekil ve büyüklük gibi kendine has ay�rt edici özelliklere sahiptirler. Zamana ba�l� elektromanyetik de�i�imin oldu�u bir ortama iletken ve manyetik geçirgenli�i olan bir nesne konuldu�unda, nesne üzerinde bir elektrik yük ak�� olu�ur ve indüklenen ak�m zay�f ikincil bir manyetik alan üretir. Bu noktadan hareketle, nesne dü�ük frekansl� bir elektromanyetik alana maruz kald��nda olu�an bu ikincil manyetik alan geni� bir bant aral��nda (30Hz - 24KHz) incelendi�inde nesneye has ve onu tan�mlayabilecek spektral bir imza elde edilir. EMI spektroskopisi yöntemi ile may�n görüntüleme üzerine yap�lan çal��malardan, 1. Dü�ey olarak monte edilmi� bobine sahip bir indüktif prop ile manevra yapabilen ara�t�rma probundan olu�an bir dedektörle, gömülü bir plastik may�n�n yerinin bulunabilece�i[7], 2. �zole edilmi� bir hedeften al�nan geni�bant elektromanyetik indüksiyon verilerinin küre modeliyle i�lenmesi sonucu hedefin derinli�inin, yar�çap�n�n, manyetik geçirgenli�inin ve elektriksel iletkenli�inin belirlenebilece�i[8], sonuçlar�na ula��lm��t�r. D. K�z�lötesi (IR) Görüntüleme Çevrenin do�al �s� de�i�imleri s�ras�nda may�nda olu�an s�cakl�k farkl�l�klar�n� termal kameralar ile ölçmek ve bu sayede may�n� tespit etmek mümkündür. K�z�lötesi kameradan al�nan görüntünün de�erlendirilme h�z�; may�n tipine, toprak tipine (yo�un, kum, mil, çamur, ta�l� vs) ve günün saatlerine göre de�i�ebilir. IR ile may�n görüntüleme üzerine yap�lan çal��malardan, 1. IR ve UV yak�nlar�nda 6 farkl� bantta veri toplayabilen, may�n hedeflerin kontrastlar�n�, �ekillerini, büyüklerini ve sinyali da��tma oranlar�n� bularak kar��la�t�ran yeni bir IR kamera kullan�larak may�n ve benzeri hedeflerin belirlenebilece�i ve s�n�rland�r�labilece�i[9], 2. Topra��n ya da objelerin termal radyasyonlar�n� ölçerek 3 boyutlu termal görüntüsünü kullanan IR k�z�lötesi radyometrelerle plastik AP may�nlar�n bulunabilece�i[10,11],sonuçlar�na ula��lm��t�r. E. Çekirdek Dörtkutup Rezonans� Çekirdek Dörtkutup Rezonans� (NQR), birçok patlay�c� ve uyu�turucu maddenin yap�s�nda bulunan azot izotopunun (14N) tespit edilmesine dayal�, Manyetik Rezonans (MR) tekni�ine benzeyen özgün bir radyo frekans� (RF) tekni�idir. 3. MANYET�K ANOMAL� YÖNTEM� �LE KARA MAYININI BEL�RLEME Manyetik anomali yönteminin temeli, manyetik alan içerisindeki manyetik malzemenin alan�n yap�s�n� bozmas� ve bunun manyetik alg�lay�c�larla alg�lanmas�na esas�na dayanmaktad�r. Bu do�rultuda bu çal��mada ilk olarak 1 1 1m m m� � ölçülerinde ah�ap bir tank imal edilmi� ve her iki kenar�na Helmholts bobinleri yerle�tirilerek tank�n iç bölgesinde yakla��k homojen bir manyetik alan yarat�lm��t�r. Bu amaçla, frekans� 500 Hz ve genli�i 10 V olan bir AC sinyal amplifikatörden geçirilerek Helmholtslara seri olarak verilmi�tir.


562

Manyetik alan ölçümleri için sensör olarak, 0,1 mm çapl� bobinaj telinden 11000 sar�ml�, çap� 0.5 cm ve uzunlu�u 5 cm olan, yumu�ak demir çekirdekli bir bobin kullan�lm��t�r.Tank yüzeyini taramak için x ve y eksenleri boyunca yakla��k 1 mm aral�klarla hareket edebilen bilgisayar kontrollü bir tarama sistemi tasarlanm��t�r. �ekil 1’de deney düzene�inin �ematik yap�s� görülmektedir.

�ekil 1. Manyetik anomali deney düzene�i �ematik yap�s�.

Sensörün x ve y konumlar�nda ölçtü�ü gerilim B=V/(4- NAf) ba��nt�s�yla i�lenerek �ekil 2’deki grafik elde edilmi�tir[12]. Burada, Manyetik ak� yo�unlu�u B (T), Sensör gerilimi V (V), Sensör sar�m say�s� N (tur), Sensör çekirde�i kesit alan� A (m2), frekans f (Hz) dir.

�ekil 2. Tarama alan�ndaki manyetik alan�n a)üç boyutlu, b) iki boyutlu de�i�imi

�ekil 2’de görülen bu referans alan esas al�narak ayn� alana çe�itli büyüklükte ve çe�itli malzemelerden yap�lm�� may�nlar yerle�tirilerek ayn� alana ait

0

200

400

600

800

1000 0

100

200300

400500

600700

8001 ,0

1 ,1

1 ,2

1 ,3

1 ,4

1 ,5

BT(mT)

Y (mm

)

X (mm)

Sensör Helmholtslara D ik Konumda

0 200 400 600 800 1000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

X (mm)

Y (m

m)

0,3000

0,4300

0,5600

0,6900

0,8200

0,9500

1,080

1,210

1,340

1,470

1,500

(a) (b)


563

manyetik alan ölçülerek referans alana yerle�tirilen may�n�n neden oldu�u manyetik anomali gözlenmi�tir. �ekil 3’de deney ortam�ndaki yumu�ak demirden yap�lm�� M15 AT e�itim may�n� ve neden oldu�u anomali görülmektedir.

0 200 400 600 800 10000

100

200

300

400

500

600

700

800

X (mm)

Y (m

m)

0,3000

0,4333

0,5667

0,7000

0,8333

0,9667

1,100

1,233

1,367

1,400

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Man

yetik

Ala

n Bü

yükl

ügün

deki

Deg

isim

(mT)

Y (mm)

Mayin Yokken M15 Mayini Varken

X= 500 mm iken

�ekil 3. Tarama alan�ndaki M15 AT e�itim may�n� ve yaratt�� anomaly

0 200 400 600 800 10000

100

200

300

400

500

600

700

800

X (mm)

Y (m

m)

0,3000

0,4300

0,5600

0,6900

0,8200

0,9500

1,080

1,210

1,340

1,470

1,500

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

X= 500 mmiken

Mayin Yokken DM11 AT Mayini Varken

Man

yetik

Ala

n B

üyük

lügü

ndek

i Deg

isim

(mT)

Y (mm)

�ekil 4. Tarama alan�ndaki DM11 AT e�itim may�n� ve yaratt�� anomali


564

�ekil 4’te deney ortam�ndaki plastikten yap�lm�� DM11 AT e�itim may�n� ve neden oldu�u anomali, �ekil 5’de deney ortam�ndaki plastikten yap�lm�� DM14 AP/� ve yumu�ak demirden yap�lm�� MIG AP e�itim may�nlar� ve neden oldu�u anomali görülmektedir. Bu deneyler M2/A1 ve AP/� AP may�nlar� için ve deneyde kullan�lan may�nlar�n çe�itli konumlar� ve kombinasyonlar� için tekrarlanm��t�r. Çal��mam�zda toplam 36 farkl� deney yap�lm�� ve tamam�nda tarama alan�ndaki manyetik alanda bir anomali meydana geldi�i gözlenmi�tir. 4. SONUÇ Bu çal��mada kara may�nlar�n�n tespiti hususunda yap�lan çal��malar incelenmi� ve manyetik anomali ile may�n tespitinin yap�labilirli�i deneysel olarak gösterilmi�tir. Bütün may�n tespit tekniklerinin ba�ar�l� oldu�u yönler olmas�na ra�men yetersiz kald�klar� hususlar�n da oldu�u muhakkakt�r. Manyetik anomali yönteminde temel k�s�t, may�nla ilgisi olmayan a�aç kökü ve farkl� yo�unluktaki arazi yap�s� gibi yanl�� alarma neden olabilecek co�rafik faktörlerdir. Bununla birlikte uygulamadaki kolayl��, elde edilen verinin bir algoritma ile de�erlendirilerek yanl�� alarm oran�n�n dü�ürülebilece�i gerçe�i ve s�n�rlar gibi kritik bölgelerde s�kça tekrarlanacak manyetik alan ölçümlerinin kar��la�t�r�lmas� ile araziye yeni yerle�tirilmi� may�nlar� belirlemede etkin olarak kullan�labilecek olmas� bu tekni�i etkin k�lmaktad�r.

0 200 400 600 800 10000

100

200

300

400

500

600

700

800

X (mm)

Y (m

m)

0,16000,18000,20000,22000,24000,26000,28000,30000,3200

0 100 200 300 400 500 600 700 8000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

X= 500 mmiken

Mayin Yokken DM14 AP/ I ve MIG AP Mayini Varken

Man

yetik

Ala

n Bü

yükl

ügün

deki

Deg

isim

(mT)

Y (mm)

�ekil 5. DM14 AP/� ve MIG AP e�itim may�n� ve yaratt�� anomaly


565

5. KAYNAKLAR [1] 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

[2] 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

[3] 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:334-340,1983

[4] 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

[5] 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

[6] 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

[7] 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

[8] P.W.Johnson, “Stand Off Detection Of Buried Anti-Personnel Landmines”, Geoscience and Remote Sensing Symposium, IEEE Conf, Vol: 1, Page: 325-326, 24-28 June 2002

[9] 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

[10] 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

[11] T.R.Clem, “Sensor Technologies For Hunting Buried Sea Mines”, Oceans 02 MTS/IEEE Conf., Vol: 1, Page: 452-460, 29-31 Oct 2002

[12] D. Jiles, “Introduction to Magnetizm and Magnetic Materials”, Chapman & Hall, London, Page:56-58, 1991


566


567

JET UÇAKLARINDA AEROD�NAM�K PARAMETRELER�N TAHM�N�

Arif Cem GÖZÜKARA(a), Ali Mürteza ÇOLAKO�LU (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, geli�tirilen elektro-optik sistemlerin jet uçaklar�na entegrasyonu s�kca gündeme gelmektedir. Dolay�s�yla uçaklara harici yük olarak entegre edilen sistemlerin, uçu� performanslar�na ve uçu� güvenli�ine olumsuz bir etkisinin olup olmad��n�n irdelenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda Hesaplamal� Ak��kanlar Dinami�i analiz yöntemleri kullan�larak uçak ve harici yük üzerindeki bas�nç da��l�mlar�, sürükleme (Drag) ve Kald�rma (Lift) katsay�lar� gibi aerodinamik parametreler uçu� zarf� içerisinde irdelenmektedir. Elde edilen veriler ��nda geli�tirilen harici yükün d�� geometrisi ve entegre edilece�i istasyon konusunda tasar�mc�ya geri beslemeler yap�labilmektedir.

Makalede, bir jet uça�� için yap�lan d�� ak�� analizlerinin literatürde bulunan deneysel de�erlerle kar��la�t�rmas� ve jenerik bir harici yüke ait ko�turma sonuçlar�n�n 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


568

1. G�R�� Elektro-optik sistemlerin hava platformlar�na entegre edilmesi i� paketlerinde, entegre edilen sistemin uçu� performans�na etkilerinin incelenmesi gerekmektedir. Ortaya ç�kabilecek problemleri önceden görebilmek için tasarlanan modellerin bilgisayar ortam�nda analize tabi tutulmalar� bu incelemelerin ilk a�amas�n� olu�turmaktad�r.

�lk ürüne geçmeden, tasarlanan elektro-optik sistemlerin 3-boyutlu kat� modelleri, bilgisayar ortam�nda platform modelleri üzerine pozisyonlanmakta ve Hesaplamal� Ak��kanlar Dinami�i (HAD) metotlar� kullan�larak analiz edilmektedir. HAD analizleri ile elektro-optik sistemin d�� geometrisi ve uçak üzerinde tak�laca�� istasyonun, aerodinamik aç�dan de�erlendirmesi yap�lmaktad�r. Sistem entegre edilmi� uçak modeli ile sistem entegre edilmemi� uçak modelleri aras�ndaki aerodinamik parametrelerin farkl�l�klar� de�erlendirilerek, sistem d�� geometrisinin tasar�m� ve entegrasyonun yap�laca�� istasyon için tasar�mc�ya geri besleme yap�lmaktad�r. Dolay�s�yla tasar�m maliyet ve süreçlerini indirgeyen, ilk ürün öncesi tasar�m iyile�tirmeleri bilgisayar ortam�nda gerçekle�tirilebilmektedir.

HAD analizlerinin ilk aya��n�, literatürde bulunan rüzgar tüneli, uçu� testi gibi deneysel verilerin oldu�u ko�ullar için do�rulama çal��malar�n�n yap�lmas� olu�turmaktad�r. Bu çal��ma ile modelin ve kullan�lan metodun kabul edilebilirli�i sa�lanmakta ve sonras�nda detayl� çal��malara geçilmektedir. Deneysel verilerle do�rulanm�� model kullan�larak ihtiyaç duyulan di�er analiz çal��malar� gerçekle�tirilmektedir.

Bu çal��man�n konusunu olu�turan jet uçaklar�nda, uçu� performans� ve uçu� güvenli�i aç�s�ndan ilk etapta göz önünde bulundurulan aerodinamik parametreler sürükleme (drag) ve kald�rma (lift) katsay�lar�d�r. Platformlara harici yük olarak yerle�tirilen elektro-optik sistemlerin, katsay�lar� ne kadar etkiledi�ini belirlemek için izlenen yollardan biri, yüklenmemi� uçak modeli sonuçlar�n�n, elektro-optik sistemlerin uça��n farkl� bölgelerine yüklenmesiyle elde edilen model sonuçlar�yla kar��la�t�r�lmas�d�r.

Bu çal��mada F-16 jet uça��n�n yüksüz durumu ve jenerik bir elektro-optik sistem geometrisi için HAD analizleri örneklenmi�tir. Çal��ma ile uygulamalarda kullan�lan ve kabul edilebilir sonuçlar veren HAD analiz yakla��m� payla��lacakt�r.

2. HESAPLAMALI AKI�KANLAR D�NAM�� ANAL�ZLER� 2.1 Uça��n Sonlu Hacim Yöntemi Modeli Bu çal��ma için seçilen hava platformu F-16 jet uça��d�r. F-16 uça��na ait kat� model �ekil 1’de verilmi�tir.


569

�ekil 1. F-16 uça��na ait 3-boyutlu kat� model

Uça�a ait 3-boyutlu kat� model analiz ortam�na al�narak, sonlu hacim yöntemi ile d�� ak�� analizleri yap�lm��t�r. Analizler için FLUENT(Sürüm 6.3.26), GAMBIT(Sürüm 2.3.16) ve TGRID(Sürüm 5.0.3) yaz�l�mlar� kullan�lm��t�r. Uçak modeline ve ak�� hacmine ait çözüm a�� yakla��k 10 milyon tedrahedral eleman içermektedir. Ak�� hacmi olarak, literatürde s�kça rastlanan [1] ve ses üstü uçu� ko�ullar�nda olu�acak etkilerin de analizlerde do�ru �ekilde gözlemlenebilmesini sa�layan, yar� çap� yakla��k 15 uçak boyu olan küre seçilmi�tir (�ekil 2). Modelde, yüksek h�zl� ve e� yönlü (isotropic) ak��larda iyi sonuçlar veren iki denklemli k-� türbülans modeli kullan�lm��t�r. S�n�r �art� olarak, uçu� ko�ullar�na daha yak�n olmas� amac�yla serbest ak�m�n türbülans yo�unluk de�eri dü�ük seçilmi�tir. Modelde kullan�lan h�z, atak aç�s� s�n�r ko�ullar� ve uçu� ko�ullar� tan�mlayan irtifaya ba�l� bas�nç, s�cakl�k, de�erleri Çizelge 1’de verilmi�tir.

�ekil 2. Uçak ve ak�� hacmi


570

Çizelge 1. Uçu� ko�ullar�

H�z (Mach) 1,20 Atak aç�s� (º) 3 �rtifa (ft) 30000 Hava s�cakl�� (K) 229 Hava bas�nc� (Pa) 30144,2

2.2 Yüksüz Uçak Modelinin D�� Ak�� Analizi Yüksüz uçak modeli ile yap�lan d�� ak�� analizi sonucunda elde edilen sürükleme ve kald�rma katsay�lar�, uça�a ait uçu� test sonuçlar� [2] ile kar��la�t�r�lmas� Çizelge 2’de verilmi�tir. Ko�turma, literatürde bulunan uçu� test de�erlerinin verildi�i 30.000 ft irtifada 1.2 Mach jet uça�� h�z� ve 30 atak aç�s� için yap�lm��t�r. Her bir ko�turma 32 i�lemcili çözücüde yakla��k 12 saat sürmü�tür. Uçu� test sonuçlar�, sürükleme ve kald�rma katsay�lar�, uça��n toplam kanat alan� referans al�narak verildi�i için, HAD analizi sonuçlar� da ayn� referans de�eri için hesaplanm��t�r.

Çizelge 2.Harici yüksüz uçak için sürükleme ve kald�rma katsay�lar�

F-16 Uça��n�n Sürükleme ve Kald�rma Katsay�lar� HAD Uçu� Testi % Sapma

Sürükleme katsay�s� 0,0505 0,0521 -3 Kald�rma katsay�s� 0,2343 0,2143 9,3

2.3 Uça��n Jenerik Elektro-Optik Sistem Modeli ile Birlikte D�� Ak�� Analizi Çal��mada jenerik elektro-optik sistem geometrisi olarak, envanterdeki jet uçaklar�nda kullan�lan elektro-optik sistem geometrilerine benzerli�i nedeniyle silindir seçilmi�tir. Rüzgar tünelindeki bir silindir için verilen yar� ampirik sürükleme katsay�s� de�eri Çizelge 3’te verilmi�tir [3]. HAD analizi ile elde edilen sürükleme katsay�s�, % 4,4 sapma ile bulunmu�tur. Bu kar��la�t�rma çal��mas� ana modelde kullan�lacak a� yo�unlu�unun tespitinde kullan�lmaktad�r. Ayr�ca kar��la�t�rma amac�yla silindir, uçu� s�n�r �artlar� için analiz edilmi�, uçak toplam kanat alan� referans al�narak sürükleme katsay�s� hesaplanm��t�r. Bu katsay� da çizelge 3'te verilmi�tir.

Çizelge 3. Silindire ait sürükleme katsay�lar�

Ak�� yönüne paralel silindire ait sürükleme katsay�lar� CD [2] CD HAD % Fark 1,36 1,42 4,4

CD Uçu� Ko�ullar�(30000 ft) 0,019


571

Harici yükün jet uça��na yüklenebilmesi için ihtiyaç duyulan ask� parças� olarak, ana silindire dik olan ikinci bir silindir hacim kullan�lm��t�r. Modelde kullan�lan elektro-optik sistem ve ask� parças� geometrileri �ekil 3’te verilmi�tir.

�ekil 3. Elektro-optik sistem ve ask� parças� geometrisi

Önce jet uça��na ve harici yüke yüzey a�� örülmü�tür (�ekil 4). Daha sonra yük, F-16 uça��n�n 5 numaral� ve 6 numaral� istasyonlar�na ayr� ayr� pozisyonlanm�� ve bu iki durum için hacim a�� olu�turulmu�tur. Model s�n�r ko�ullar� ve çözücü ayarlar� için, yüksüz uçak modelinde kullan�lan de�erler aynen korunmu�tur.

�ekil 4. Uçak ve elektro-optik sistem yüzey a��

Farl�k iki model için elde edilen HAD analiz sonuçlar� ile sistem entegrasyonu sonucunda sürükleme ve kald�rma katsay�lar�nda olu�an de�i�im Çizelge 4’te verilmi�tir.Harici yükün uçak üzerinde tak�l� oldu�u 5. ve 6. istasyonlar �ekil 5-6'da gösterilmektedir. Jet uça�� ve elektro-optik sistem yüzeyindeki bas�nç da��l�m� �ekil 7’de örneklenmi�tir.


572

Çizelge 4.Sistem entegrasyonu sonucunda katsay�larda olu�an de�i�im

F-16 Uça��n�n Sürükleme ve Kald�rma Katsay�lar�

Uçak, harici yüksüz (HAD)

Silindir 4.istasyonda tak�l�

Silindir 5.istasyonda tak�l�

Sürükleme katsay�s� 0,0505 0,0687 0,0623

De�i�im % - 36 23 Kald�rma katsay�s� 0,2343 0,2189 0,2068

De�i�im % - -6,6 -11,7

�ekil 5. Harici yük 4. istasyonda tak�l� durumda

�ekil 6. Harici yük 6. istasyonda tak�l� durumda


573

�ekil 7. Jet uça�� ve elektro-optik sistem yüzeyindeki bas�nç da��l�m�

4.DE�ERLEND�RME ve SONUÇLAR Bu makalede, elektro-optik sistemlerin platform entegrasyonu i� paketlerinde ihtiyaç duyulan hesaplamal� ak��kanlar dinami�i analizlerinde takip edilen bir uygulama ile örneklenmi�tir.

Harici yüksüz uçak modelleri ile yap�lan HAD analizi sonuçlar� deneysel uçu� verileri ile kar��la�t�r�lm�� ve sürükleme katsay�s� %3, kald�rma katsay�s� ise %9,3 sapma ile elde edilmi�tir. Kabul edilebilir bu hata pay� ile olu�turulan HAD modelinin, kabul edilen s�n�r ko�ulu ve varsay�mlar�n, çözücü ayar ve metodunun detay analizler için kullan�labilece�i de�erlendirilmi�tir. Elbette hata pay�n� indirgemek mümkündür. Bu efor, ko�ma zaman� ve bilgisayar kapasitesinde ciddi art��lara ihtiyaç duymakta ve dolay�s�yla model a�� kabul görebilecek bir seviyede dondurulmaktad�r.

Elektro-optik sistemin tek ba��na ko�turulmas� sonucu elde edilen de�er, uça��n 5 numaral� istasyonunun yüklü oldu�u durum için elde edilen de�erlerle kar��la�t�r�ld��nda olu�an fark�n temel sebebi, elektro-optik sistemin motor hava al��ndan kaynaklanan �okun arkas�nda kalmas� ve harici yükün uçak üzerindeki ak�� de�i�tirmesidir. Benzer �ekilde, 6 numaral� istasyonun yüklü oldu�u durum için kanatta olu�an �ok tak�lan yüke bir miktar koruma sa�lamaktad�r. Elde edilen sonuçlara bak�larak 5 numaral� istasyonun, 6 numaral� istasyona göre entegrasyon için daha uygun oldu�u de�erlendirilmesi yap�labilir.


574

Takip edilen yöntem ile ürünün bilgisayar ortam�nda iyile�tirilmesi ve aerodinamik parametrelerin istenilen düzeylerde tutulmas� sa�lanmaktad�r. Rüzgar tüneli ve uçu� test kabiliyetlerinin k�s�tl� ve yüksek maliyetli olmas� nedeniyle izlenen yöntemin tasar�m ve entegrasyon sürecine ciddi katk�lar sa�layaca�� de�erlendirilmektedir.

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.


575

GAZ TÜRB�NL� MOTORLARIN TÜRB�N KANATÇIKLARININ KURU SÜRTÜNMEL� SÖNÜMLEY�C�LERLE T�TRE��M GENL�KLER�N�N

SÖNÜMLENMES�

Ender C��ERO�LU

Ö�r. Gör. Dr., ODTÜ, Makine Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Bu çal��mada, gaz türbinli motorlar�nda kullan�lmakta olan kuru

sürtünmeli sönümleyicilerin türbin kanatç�klar�n�n titre�im genliklerinin dü�ürülmesinde nas�l kullan�ld�klar� ve nas�l modellendikleri ele al�nacakt�r. Kuru sürtünmenin dinamik analizi için bugüne kadar iki çe�it sürtünme modeli geli�tirilmi�tir; bunlar: makro-kayma modeli ve mikro-kayma modelidir. Bu bildiride çok elemanl� makro-kayma modeli kullan�lm��t�r. Bu model hem makro-kayman�n basitli�ine sahiptir hem de mikro-kaymay� modelleyebilmektedir. Kanatç�kl� disk sistemlerinin do�rusal olmayan titre�im analizi için geli�tirmi� oldu�umuz yöntem hakk�nda bilgi verilecek ve sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmi� türbin ve kanatç�k sistemi harmonik tahrik alt�nda incelenecektir. Kuru sürtünme sönümleyicilerinin tasar�m�nda kullan�lacak en uygun sistem de�i�kenlerinin seçilmesini sa�lamak için yer de�i�tirme takibi grafi�i, frekans kayma ve optimum e�rileri elde edilecektir. Anahtar kelimeler: Gaz türbinli motor, jet motoru, kuru sürtünme sönümleyicileri, do�rusal olmayan titre�im, makro-kayma, mikro-kayma, kuru sürtünme modelleri, kanatç�k, kanatç�kl� 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.


576

1. G�R�� Gaz türbinli motorlar ürettikleri yüksek güç sebebiyle sivil ve askeri uçaklarda, helikopterlerde, cruise tipi füzelerde ve tanklarda kullan�lmaktad�r. Gaz türbinli motor tasar�m�ndaki önemli a�amal�dan bir tanesi kanatc�kl� disk sistemlerinin tahrikli titre�im analizidir. Sivil araçlardan farkl� olarak askeri araçlardaki türbin motorlar�, geni� bir h�z aral��nda çal��maktad�rlar. Buna ba�l� olarak, gaz türbinli motorlar�n�n en önemli sorunlar�ndan bir tanesi, türbin kanatç�klar�n�n çal��ma aral��nda rezonansa gelmeleri sebebiyle yüksek döngüsel yorulmaya ba�l� olarak k�r�lmas�d�r. Kanatç�k yorulmas�na ba�l� k�r�lmalar� önlemek gaz türbinli motor geli�tiricileri için önemli bir konu olmas� sebebiyle titre�im genliklerinin a�a��ya çekilmesi hayati önem ta��maktad�r. Kuru sürtünmeli sönümleyiciler ba��l h�z nedeniyle temas yüzeylerinin birbirine sürtünmesi vas�tas�yla enerjiyi �s�ya dönü�türerek sistemden uzakla�t�r�lmas� prensibiyle çal��rlar. Bu sebeple, kanatç�kla yer ve/veya kanatç�kla kanatç�k aras�na kuru sürtünmeli sönümleyicilerin yerle�tirilmesi titre�im genliklerinin azalt�lmas� amac�yla çoklukla kullan�lan bir yöntemdir.

Do�rusal olmayan yap�s�ndan dolay�, kuru sürtünme içerisinde bulundu�u sistemleri dinamik analizini zor bir hale getirmektedir. Kuru sürtünmeyi modellemek için literatürde ba�l�ca iki yöntem kullan�lmaktad�r: makro-kayma ve mikro-kayma modelleri. Makro-kayma modeli matematiksel olarak basit olmas� sebebiyle literatürde s�kl�kla kullan�lan bir yöntemdir ve bu modelde sürtünme yüzeyi ya tümüyle kaymaktad�r ya da tümüyle yap��m�� durumdad�r [1-4]. Mikro-kayma modelinde ise tüm sürtünme yüzeyi elastik bir yap� olarak modellenmekte ve bu nedenle k�smi kaymaya izin vermektedir [4-8]. Dolay�s�yla, tam kayma olmamas�na ra�men bu modelle sönüm elde edilebilmektedir ve deneysel olarak da bunlar gözlemlenmi�tir [8-9]. Mikro-kayma modeli daha gerçekçi bir model olmakla birlikte, matematiksel olarak analizi zordur.

2. SÜRTÜNME MODEL� Kuru sürtünmenin modellenmesinde temas kinemati�ine ba�l� olarak çe�itli modeller kullan�lmaktad�r. Temas yüzeyindeki ba��l hareket bir boyutlu olabilece�i gibi; bir boyutu yüzeye te�et, di�eri yüzeye dik iki boyutlu; iki boyutu da yüzeye te�et veya iki boyutu yüzeye te�et ve bir boyutu yüzeye dik üç boyutlu olabilir. Ba��l hareketin bir boyutlu oldu�u sürtünme modellerinde [1-6,8] yap��ma hareketin yön de�i�tirdi�i anda olur ve bu modelden elde edilen sürtünme kuvvetinin yer de�i�tirmeye ba�l� de�i�imi orijine göre simetriktir. Temas yüzeyindeki ba��l hareketin dik ve te�et iki bile�enden olu�tu�u sürtünme modelinde [7,10] ise kayma ve yap��ma durumlar�na ek olarak ayr�lma durumu da gözlenebilir. Bu modelde yap��ma an� hareketin yön de�i�tirdi�i anda olmayabilmektedir. Di�er bir sürtünme modelinde ise ba��l hareketin üç boyutlu olarak ele al�nm��t�r [11,12]. Hareketin yüzeye te�et olan iki boyutlu k�sm� kayma ve yap��may� belirlerken dik olan k�sm� dikey kuvvetin de�i�mesine olanak vermektedir. Bu modelde periyodik ba��l harekete


577

ra�men tamam�yla kayma görülebilir. Bu duruma en güzel örnek, dikey boyutu olmayan dairesel harekettir; yeterli büyüklükteki dairesel hareket yap��ma olmaks�z�n,sürekli, kaymaya neden olabilmektedir.

Bu bildiride, iki boyutlu bir kuru sürtünme modeli kullan�lacakt�r. Yang ve Menq [10] taraf�ndan geli�tirilmi� olan bu modelde temas yüzeyindeki ba��l hareketin bir boyutu yüzeye te�et, di�er boyutu da temas yüzeyine diktir. �ekil 1’de iki temas noktas� aras�na yerle�tirilen iki boyutlu sürtünme modeli gösterilmektedir. Burada 0, , , ,u vu v k k n ve us s�ras�yla te�et yönündeki yer de�i�tirme, yüzeye dik yer de�i�tirme, te�et yönündeki temas yay�, dik yöndeki temas yay�, yüzeye dik kuvvet ve yüzeye te�et olan kayma yer de�i�tirmesidir. Temas yüzeyine dik olan ba��l hareket yüzeyden iletilen dik kuvvette de�i�ime neden olmaktad�r. Bu nedenle, bu modelde yatay hareketin yön de�i�tirmesi an�nda yüzeye yap��ma olmayabilmektedir. Ayn� zamanda yüzeye dik olan ba��l hareketin belli bir düzeyi geçmesi durumunda temas noktalar� birbirinden ayr�labilmekte ve benzer �ekilde daha önceden temas halinde olmayan noktalar temas edebilmektedirler.

u(t)

v(t)

ku

kvs (t)

n /k0 v

u

�ekil 1 �ki boyutlu sürtünme modeli

Bu sürtünme modeli için durumlar aras� geçi� ölçütü burada bulunmaktad�r [10]. Buna ek olarak, ba��l hareketin harmonik olmas� durumunda durumlar aras� geçi� zamanlar�na analitik olarak bu kaynaklardan [7,10] ula��labilir. Hareketin periyodik olmas� durumunda ise geçi� zamanlar� geçi� ölçütlerinin say�sal olarak çözülmesiyle elde edilebilir. Geçi� zamanlar� elde edildikten sonra ise sürtünme ve dikey kuvvetleri a�a��daki formüller kullan�larak elde edilebilir

� ��

0 yapi�ma

kaymau

N

k u t uf

n t;

A �$ !R # � @R?

, (1)

� � � � ayr�lma yokken0 ayr�lma varken

vk v tn t

A� @

?. (2)


578

Bu bildiride çok elemanl� makro-kayma modeli kullan�lacakt�r. Bundaki amaç, mikro-kayma özelliklerini elde ederken ayn� zamanda matematiksel olarak daha bir basit bir model kullanmakt�r. Bu sebeple, yukar�da verilen sürtünme modeli temas yüzeyi üzerinde seçilmi� olan tüm noktalara uygulanmaktad�r ve bu noktalar temas noktalar� olarak adland�r�lm��t�r.

3. HARMON�K TAHR�KL� TEPK� ANAL�Z MODEL� Kanatç�kl� disk sistemlerinin harmonik tahrikli tepki analizi için Ci�ero�lu ve di�erleri [7] taraf�ndan geli�tirilmi� olan biçimsel üstdü�üm yöntemi kullan�lacakt�r. Bu yöntemde temas noktalar�n�n yer de�i�tirmesi biçim �ekillerinin toplam�nda olu�tu�undan elde edilen do�rusal olmayan sistem denklemlerindeki bilinmeyen say�s� üstdü�üm yönteminde kullan�lan biçim say�s�yla orant�l�d�r. Frekans tepki fonksiyonu (FTF) yöntemi kullan�lsayd�, elde edilecek olan do�rusal olmayan denklem sistemindeki bilinmeyen say�s� do�rusal olmayan nokta say�s�yla orant�l� olacakt�. Bu da özellikle mikro-kayma yöntemi veya çok elemanl� makro-kayma yöntemin kullan�lmas� durumunda, çözülmesi gereken denklem sisteminin büyüklü�ünün artmas�na sebep olmaktad�r. Bu durum kanatç�kl� disk sisteminin dairesel olarak düzensiz olmas� durumunda daha da vahim bir sonuç do�urmaktad�r. Çünkü böyle bir durumda tek kanatç�k için çözüm yapmak yerine bütün kanatç�klar için çözüm yap�lmas� gerekmektedir. Bu durumda, artan do�rusal olmayan serbestlik derecesi do�rusal olmayan denklem say�s�n�n katlanmas�na hatta çözümün elde edilememesine sebep olabilmektedir. Kanatç�kl� disk sisteminin hareket denklem sistemi a�a��daki gibi yaz�labilir

� � � �exc NX X X F t F X� � � �M C K�� . (3)

Burada, , ,M C K s�ras�yla sistemin kütle, sönüm ve esneklik matrislerini; excF ve NF ise sisteme etki eden harmonik tahrik ve do�rusal olmayan temas kuvvetlerini temsil etmektedir. Harmonik tahrik alt�nda sistemin tepkisinin de harmonik olaca�� varsay�labilir. Böyle bir durumda sistemin yatay ve dikey yer de�i�tirmesini �u �ekilde yazabiliriz

� �

� �

1 1

1 1

Im

Im

n nk k i t

k j j u j j uj j

n nk k i t

k j j v j j vj j

u t B A e

v t B A e

�

�

� �

� �

� �

� �

$ !� ' � '" �

# $ !

� ' � '" �#

/ /

/ /. (4)

Burada, ku ve kv k ’�nc� temas noktas�n�n yatay ve dikey yer de�i�tirmesini; kj u� ve k

j v� yatay ve dikey yöndeki j ’ninci yer de�i�tirme biçimlerini; B ve A ise biçim �eklinin yal�n ve de�i�ken katsay� vektörlerini temsil etmektedir. Ayr�ca � tahrik frekans�, i de karma��k say� biriminidir. Kütle matrisine göre


579

normalle�tirilmi� biçim �ekillerinin dikgenlik özelli�ini kullanarak e�itlik (3) a�a��daki gibi yaz�labilir

� �2 Re Im Re Im

b

exc exc N N

B Q

i A Q iQ Q iQ� �

�

� � � � � �r

�

� I C. (5)

Burada, � do�al frekanslar�n karesinden olu�an kö�egen matris, I birim matris, rC biçimsel sönüm matrisidir. Re

excQ ve ImexcQ harmonik tahrike ba�l�

biçim kuvvet vektörünün gerçek ve sanal k�sm�n� ReNQ ve Im

NQ ise do�rusal olmayan temas kuvvet vektörünün gerçek ve sanal k�sm�n� temsil etmektedir ve a�a��daki gibi hesaplanabilirler

Re Im

Re Im

,

,

T s T cexc exc exc exc

T bb N

T s T cN N N N

Q Q

QQ Q

� �

�

� �

� �

�

� �

f f

ff f

. (6)

sexcf ve c

excf harmonik tahrikin sinüs ve kosinüs bile�enlerini içeren vektörlerdir. bNf , s

Nf ve cNf ise do�rusal olmayan temas kuvvetlerinin s�ras�yla yal�n, sinüs

ve kosinüs Fourier bile�enlerini içeren vektörlerdir. E�itlik (5) bilinmeyenleri biçim katsay�lar�n�n yal�n, sinüs ve kosinüs bile�enleri olan do�rusal olmayan bir denklem sistemini tarif etmektedir. Bu denklem sisteminin çözümü için do�rusal olmayan bir çözücüye, Newton çözücüsü vb., ihtiyaç vard�r. Çözümden elde edilecek biçim katsay�lar� E�itlik (4)’te yerine konularak sistemin uygulanan tahrike cevab� bulunmu� olur.

4. KANATÇIK-YER SÖNÜMLEY�C�S� Bu bölümde kanatç�k-yer sönümleyicisine 2. bölümdeki sürtünme modeli uygulanarak 3. bölümde aç�kland�� gibi harmonik tahrik analizi yap�lacakt�r. Kanatç�k-yer sönümünün �ematik gösterimi ve kanatç��n sonlu elemanlar modeli �ekil 2’de verilmi�tir. Kanatç�k �ekilde de görüldü�ü gibi sa� taraf�ndan yer ile temas etmektedir. Temas yüzeyi çok elemanl� makro-kayma modeli ile modellenmi�tir. Temas noktalar�n�n yüzeydeki temsili da��l�m� �ekil 3’te verilmi�tir. Her bir temas noktas� 2. bölümde tan�t�lm�� olan 2 boyutlu sürtünme modeli ile modellenmi�tir. Çok elemanl� makro-kayma modeli kullanarak, hem mikro-kayma modellenebilmekte hem de makro-kayma modelinin matematiksel olarak basit yap�s�ndan yararlan�labilmektedir.

Bu bölümde kanatç�k B ve B’ noktalar�ndan harmonik olarak tahrik edilmekte ve tepe uç noktas� olan A noktas�n�n bu tahrike cevab� hesaplanmaktad�r. Temas noktalar�ndaki yaylar�n ve önyüklerin (dikey kuvvet) de�erleri burada analizi basitle�tirmek amac�yla önceden belirlenmi�tir. Gerçek temas parametreleri deney ve benzetim sonuçlar�n�n kar��la�t�r�lmas�yla


580

bulunabilece�i gibi Ci�ero�lu ve di�erleri [13] taraf�ndan geli�tirilmi� olan yöntemle de tahmin edilebilmektedir.

Kanatç�k-yer sönümleyicisinin harmonik tahrike cevab� çe�itli toplam önyük de�erleri için �ekil 4 verilmi�tir. Burada görüldü�ü gibi kuru sürtünme sönümleyicili sistemin harmonik tahrike cevab�n� oldukça a�a��ya çekmi�tir. Toplam dikey kuvvetin artmas�yla titre�im genli�i önce azal�p sonra tekrar artmaktad�r. Negatif önyük kanatç�k ve yer aras�nda bo�luk oldu�unu belirtir. Bu sistem için optimum önyük de�eri 1e4 N civar�ndad�r. Grafiklerde görülen yumu�ama ve sertle�me temas�n kaybolmas� veya gerçekle�mesinden kaynaklanmakta ve bu durumda sistemin titre�im genliklerinin oldukça yüksek oldu�u gözlenmektedir. �ekil 5’ite ise optimum ve frekans kayma e�rileri verilmi�tir. Optimum e�risi titre�im genli�inin toplam dikey kuvvete göre de�i�imini, frekans kaymas� e�risi de kanatç��n rezonans frekans�n�n toplam dikey kuvvete göre de�i�imini vermektedir. Bu e�rilerden yola ç�karak kuru sürtünme sönümleyicisi için en uygun çal��ma önyükü tespit edilebilmektedir. En uygun dikey kuvvet en dü�ük kuvvetten daha yüksek seçilerek belirsizliklere kar�� daha emniyetli bir tasar�m elde edilmi� olur.

xy

x'y'

zx'

Contact AreaTemas Yüzeyi

�ekil 2 Kanatç�k-yer sönümleyicisi ve kanatç��n sonlu elemanlar modeli

X`

Z

�ekil 3 Temas noktalar�n�n yüzeydeki temsili da��l�m�


581

�ekil 4 Harmonik tahrike sistemin cevab�

0 20 400

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.1

0.2

0.3

Optimal EðrisiFrekans Kayma Eðrisi

Optimal E�risiFrekans Kayma E�risi

Normalle�tirilmi� Dikey Toplam Kuvvet

Nor

mal

le�t

irilm

i� E

n Yük

sek

Uç

Yer D

e�i�

tirm

esi

Nor

mal

le�t

irilm

i� F

reka

ns K

aym

as�

�ekil 5 Optimum ve frekans kaymas� e�rileri

5. SONUÇ Bu bildiride gaz türbinli motorlar�n türbin kanatç�klar�n�n titre�im genliklerinin kuru sürtünme sönümleyicileri yard�m�yla a�a��ya nas�l çekilece�i incelenmi�tir. Bu tip sistemlerin harmonik tahrik analizlerinin yap�labilmesi için kullan�lan sürtünme modelleri tan�t�lm�� ve geli�tirilmi� oldu�umuz analiz yöntemi verilmi�tir. Çok elemanl� makro-kayma modeli kanatç�k-yer sönümleyicisine uygulanm�� ve geli�tirmi� oldu�umuz analiz yöntemiyle say�sal benzetimleri yap�lm��t�r. Elde edilen sonuçlardan, kuru sürtünmeli sönümleyicinin en iyi performans� belli bir dikey kuvvet için verdi�i ve bu de�er için titre�im genliklerinin çok dramatik bir �ekilde a�a��lara çekildi�i gözlenmi�tir.


582

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. Ci�ero�lu, H.N. Özgüven, “Nonlinear vibration analysis of bladed disks with dry friction dampers”, Journal of Sound and Vibration, 295, 1028-1043, (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 three-dimensional 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)


583

UYDU YÖRÜNGE S�MULASYONU VE YÖRÜNGE KEST�R�M�

Hakan ABACI(a), Yakup ÖZKAZANÇ(b)

(a) HvKK.l��, Bakanl�klar, 06100 Ankara, [email protected]

(b) Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., Beytepe, 06800 Ankara [email protected]

ÖZET Bir uydunun misyonunu eksiksiz bir �ekilde yerine getirmesi ve komuta-kontrolünün sa�lanmas� 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 gerçekle�tirilmektedir.

Bildirinin amac�, yazarlar taraf�ndan uydu yörünge kestirimi ve yörünge simülasyonu için geli�tirilen bir yaz�l�m�, ülkemizde havac�l�k, uzay ve savunma camias� ile payla�makt�r. MATLAB ortam�nda geli�tirilen yaz�l�m�n iki temel i�levi bulunmaktad�r. TLE (Two Line Element) format�nda verilen yörünge elemanlar�ndan, uydunun h�z ve konum bilgilerini ç�kartan bu yaz�l�m yörünge dinami�ini hesaplamakta, verilen bir anda uyduyu dünya üzerinde konumland�rmakta ve uydu yer izini haritada görselle�tirmektedir. Yaz�l�m�n di�er bir fonksiyonu ise uydu izleme istasyonlar�ndan gelen verileri i�leyerek ‘yörünge elemanlar�n�’ kestirebilmesidir. Böylece yaz�l�m bir uydunun ne zaman nerede oldu�unu, zaman içinde ileri veya geriye do�ru hesaplayabilmektedir. Yörünge simülasyonu sayesinde uydular�n görev planlamalar�n�n yap�lmas�na ve gerçek zamanl� olarak konumlar�n�n belirlenmesine olanak tan�yan bu yaz�l�m, askeri uydu programlar�nda bir ön tasar�m arac� olarak veya dost/muhas�m uydular�n yörüngelerini belirlemek amaçlar�yla kullan�labilir nitelikler ta��maktad�r.

Anahtar Kelimeler: Uzay Teknolojisi, Askeri Uydular, Yörünge Dinami�i, 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


584

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. G�R�� Bu çal��man�n konusu, dünya etraf�nda dola�an yapay uydu yörüngelerinin simülasyonunu gerçekle�tiren ve gözlem verilerine dayanarak yörünge kestirimi yapan bir yaz�l�m�n geli�tirilmesidir. Genel anlamda, odaklar�ndan birinde dünyan�n bulundu�u eliptik bir yörüngede seyreden bir uydunun, uzaydaki konumunu belirlemek için anl�k konum ve h�z bilgisini içeren toplam 6 parametre yeterlidir. Ancak, uzun y�llardan beri astrodinamik ile u�ra�an bilim insanlar� gözlemledikleri gök cisimlerinin yörüngelerini tan�mlamak için Kepler elemanlar�n� kullanmaktad�r. Günümüzde de gerek yapay uydular�n gerekse di�er gök cisimlerinin yörüngeleri 6 elemandan olu�an bu veri kümesi ile tan�mlanmaktad�r [1,2,3,6,9,10].

Geli�tirilen yaz�l�m arac�l�� ile tan�mlar� ve koordinat sistemleri birbirinden tamamen ayr� olan bu iki veri seti aras�nda dönü�ümler yaparak yörünge dinami�inin hesaplanmas� için gerekli ba�lang�ç parametreleri elde edilebilmektedir. Böylece, herhangi bir zamanda uydunun konum ve h�z bilgisi hesaplanabilmektedir. Ayr�ca, gözlem istasyonlar�ndan al�nan, bir uyduya ait konum ve h�z bilgileri i�lenerek yörünge kestirimi gerçekle�tirilmektedir.

2. YÖRÜNGE ELEMANLARI Eliptik yörüngenin �ekil ve büyüklü�ünü belirtmek için iki, uzayda konumunland�rmak için üç ve gök cisminin belirlenen yörünge üzerinde nerede oldu�unu göstermek için bir olmak üzere toplamda alt� Kepler ya da yörünge eleman�na ihtiyaç duyulmaktad�r [1,2].

Yörüngenin �eklini ve büyüklü�ünü belirten elemanlar, yörüngenin yar� büyük ekseni, a ve eksentrisitesi + ’dir. Yörüngenin uzaydaki konumunu, yani oda��nda bulunan dünyaya göre uzaydaki yerle�imini belirleyen elemanlar ise e�iklik (ing.: inclination, i ), yükselen dü�ümün boylam� (ing.: right ascending node, 4 ) ve yerberi noktas�n�n aç�s� (ing.: argument of perigee, � )’d�r. Uydunun yörünge üzerinde konumunu gösteren eleman ise gerçek anomali, & ’dir. Gerçek anomali, yerberi noktas�ndan uydunun o an bulundu�u noktaya olan aç�sal uzakl��na verilen isimdir. Kepler elemanlar� �ekil 1.’de gösterilmi�tir.


585

Yörüng

e

Normali

�ekil 1. Kepler Elemanlar�

Dünyan�n düzgün bir küre oldu�u ve yaln�zca dünya ile uydu aras�ndaki çekim kuvvetinin hesaba kat�ld�� bir ortamdaki yörünge için “normal yörünge” tan�m� yap�lmaktad�r. Normal yörüngeleri belirleyen ilk be� Kepler eleman�n zamandan ba��ms�z oldu�u söylenebilir. Her ne kadar yörünge modellemesi yap�l�rken normal yörünge tan�m� ba�lang�ç olarak kabul edilse de, gerçekte yörünge elemanlar�n� zamanla de�i�ken hale getiren bozucu etkiler bulunmaktad�r [1,2,3,6,10]. Bu bozucu etkiler,

� Dünyan�n bas�kl��n�n dolayl� etkisi, � Atmosferik sürtünme, � Dünyan�n homojen olmayan kütle da��l�m�, � Güne�, Ay ve di�er gök cisimlerinin çekim etkileri, � Güne�in radyasyon bas�nc�, � Dünyan�n radyasyon etkisi, � Görelilik etkileri

olarak s�ralanabilir. Söz konusu bozucu etkilerin varl�� sebebiyle, zamanla yörüngeleri de�i�en uydular�n Kepler elemanlar�, çe�itli kurulu�larca de�i�ik formatlarda belli zaman aral�klar� ile yay�nlanmaktad�r. Bunlardan en yayg�n olarak kullan�lan�, NORAD (North American Aerospace Defence Command) taraf�ndan geli�tirilmi� ve bilgileri NASA’n�n Goddard Uzay Uçu� Merkezi’nden al�nan Two Line Element veri setidir [9]. Geli�tirilen simülasyon yaz�l�m�nda, yaln�zca en etken bozucu kuvvet olan dünyan�n bas�kl��n�n, Kepler elemanlar�na etkisi modellenmi�tir.

3. YÖRÜNGE HESABI VE MODELLEME Uzayda iki cisim aras�ndaki çekim kuvvetinden dolay� olu�an hareket denklemi [1,2,3,6,7,10]:


586

3r rr;

� �� (1)

Burada, dünyan�n kütlesi [8] 245.9733328 107 kg oldu�undan yapay uydular�n kütlesi ihmal edilebilir ve DünyaG m; � ' yaz�labilir. ; terimi standart yerçekimi parametresidir.

Hareket denklemi incelendi�inde, bu denklemin çözümü için ba�lang�çta ilk integralden üç, ikinci integralden de üç olmak üzere toplam 6 konum ve h�z parametresinin bilinmesi gereklili�i ortaya ç�kmaktad�r [2]. TLE veri format�ndan ç�kar�lan yörünge elemanlar�ndan, koordinat dönü�üm matrisleri kullan�larak [1,2,9,10], ba�lang�ç için gerekli olan h�z ve konum vektörleri elde edilmektedir. Bu sayede, (2) numaral� diferansiyel denklemlerin çözümü için MATLAB ortam�nda geli�tirilen Runge-Kutta algoritmas� kullan�lmakta ve ayarlanabilir ad�m aral�klar� ile yörünge hesab� yap�lmaktad�r.

2 2 2 3/2

2 2 2 3/2

2 2 2 3/2

. . ( )

. v. ( )

. vi. ( )

xx

yy

zz

Vx xi V ivt t x y z

Vy yii Vt t x y z

Vz ziii Vt t x y z

22 ;� � �

2 2 � �22 ;

� � �2 2 � �

22 ;� � �

2 2 � �

(2)

Örnek olarak, 7 Ocak 2008 tarihinde, B�LSAT 1 uydusunun TLE veri format�ndan al�nan bilgiler ile çizilmi� bir tam yörüngesi �ekil 2.’de görülmektedir. B�LSAT 1 yörünge parametreleri [9] nolu kaynaktan al�nm��t�r.

�ekil 2. Yörünge Simülasyonu Arayüzü


587

�ekil 3.’te görselle�tirildi�i gibi Kartezyen koordinat sisteminde hesaplanan uydu konum vektörleri, dünya haritas� üzerinde yörüngenin yer izini belirlemek için co�rafik koordinat sistemine dönü�türülmektedir [5].

�ekil 3. B�LSAT 1 Yörüngesi (Ba�lang�ç: 7 Ocak 2008, 18:15:27 GMT)

Hareket denkleminin çözümü için dünyan�n yerçekimi alan�n�n hesaplanmas� gerekmektedir. Yap�lan çal��mada, dünyan�n bas�kl��n�n yörünge elemanlar� üzerindeki etkisi, WGS-84 jeodezik referans sistemi model al�narak belirlenip, (2) numaral� denklemlerde yer alan dünyan�n çekim alan� terimine yans�t�larak simülasyona eklenmi�tir [4,8]. Ancak, dünyan�n kütlesinin homojen olarak da��lmamas�ndan kaynaklanan daha yüksek mertebeli etkiler, yerçekimi modeline dahil edilmemi�tir.

Ölçülen gözlem verileri ile 0t an�nda yörüngesi hesaplanan uydunun, geçmi� veya gelecek t an�nda nerede oldu�u veya olaca�� simülasyon yard�m� ile hesaplanarak bulunmaktad�r. Bu ba�lamda, yörüngesi yine 7 Ocak 2008 tarihinde gözlemlenen B�LSAT 1 uydusu, gözlem tarihinden tam bir gün önce �ekil 4.’te gösterilen konumdad�r.

�ekil 4. Uydu Konum Belirleme (B�LSAT 1, 6 Ocak 2008, 18:15:27 GMT)


588

4. YÖRÜNGE KEST�R�M� Dünya üzerinde dola�an uydular�n konum ve h�z bilgileri birçok gözlem istasyonundan çe�itli sensörler yard�m� ile ölçülebilmektedir. Ölçülen veriler analiz edilerek uydu yörünge elemanlar� ve dolay�s�yla uydu konumlar� anl�k olarak bulunabilmektedir. Geli�tirilen yaz�l�mda, al�nan gözlem verileri “gruplayarak i�leme” yöntemi kullan�larak analiz edilmekte ve yörünge kestirimi yap�lmaktad�r. Bu yöntem �u �ekilde gerçekle�ir:

Herhangi bir zaman diliminde ölçülen n tane uydu konum ve h�z bilgisi, ölçümün yap�ld�� zaman bilgileri 1 2 3, , ,... nt t t t ile kaydedilmektedir. Bu verilerin içinde ölçüm hatalar� da bulunmaktad�r. Diferansiyel denklemlerin çözümünde kullan�lan Runge-Kutta algoritmas�, yinelemeli bir yöntem olmas� sebebiyle ölçüm hatalar�n�n de�erini art�rmaktad�r. Hesaplama hatalar�n� en küçük de�erde tutabilmek amac� ile ölçüm zaman diliminin içerisinde, hatay� en aza indirecek bir zaman noktas� ft referans zaman� olarak hesaplanmaktad�r. Kaydedilen her bir konum, h�z ve zaman bilgisi, referans zaman�na do�ru (ileri veya geri) çözülerek, uydunun ft an�na getirilmesi sa�lanmaktad�r. Böylece

ft ’de ölçüm miktar� kadar veri elde edilmi� olmaktad�r. Ancak bu veriler, ölçüm hatalar�ndan dolay� istatiksel bir da��l�m göstermekte olup, ortalama de�eri uydunun ft an�ndaki en uygun konum ve h�z verisini sa�lamaktad�r.

Gözlem istasyonlar�ndan al�nan uydu konum ve h�z verilerinin kalitesine, ba�ka bir ifadeyle, ölçüm verisinin standart sapmas�na ba�l� olarak hesaplanan konum ve h�z bilgilerinin, di�er bir isimle yörünge elemanlar�n�n, do�ruluk de�erleri istatiksel olarak bulunabilmektedir.

Örnek olarak; bir uydunun konum ve h�z bilgilerini gözlemleyen iki farkl� istasyondan 10 dakika boyunca al�nan 601 ölçüm verisi gruplayarak i�leme yöntemi kullan�larak analiz edilmekte ve uydu yörüngesinin kestirimi yap�lmaktad�r. Gözlem istasyonlar�n�n menzil ölçüm standart sapmas�, R, ve h�z ölçüm standart sapmas�, V, olarak tan�mland��nda, �ekil 5.’te 100 R m, � ve 10 V m s, � ve �ekil 6.’da ise 500 R m, � , 50 V m s, � olan iki farkl� istasyonun ayn� süre aral��nda ayn� uydu için yapt�klar� gözlem verilerine dayanarak yap�lan yörünge kestirimi simüle edilmi�tir. Her iki �ekilde, istasyon taraf�ndan al�nan ölçümlerden olu�turulan yörünge hatt� k�rm�z� noktalar ile, istasyonlardaki sensörlerin hatas�z çal��mas� durumunda hesaplanan yörünge ise mavi noktalar ile gösterilmektedir. Beklenildi�i gibi; yörünge kestirimi kalitesi dogrudan kestirim için kullan�lan ölçüm verilerinin kalitesine ba�l�d�r.

5. SONUÇ Bu çal��mada, yörünge elemanlar� ile konum ve h�z vektörleri aras�ndaki dönü�üm matrisleri olu�turularak yörünge denklemlerini yinelemeli bir yolla


589

çözen bir algoritma geli�tirilmi�, “gruplayarak i�leme” yöntemi olu�turularak uydu yörüngelerinin kestirimi yap�lm�� ve bir simülasyon yap�s� kurulmu�tur.

Geli�tirilen arayüz vas�tas�yla Kepler elemanlar�n�n de�i�imi kolayl�kla yap�lmakta ve bu de�i�ikli�in yörünge üzerindeki etkisi görsel olarak analiz edilebilmektedir. Örne�in; e�iklik aç�s�n�n de�i�imi ile kutupsal yörüngelerin olu�turulabilece�i, bu yörüngeye sahip bir uydu ile yeryüzünün bütününün incelenebildi�i veya yörünge periyodunun art�r�lmas� ile uydu irtifas�n�n artt��, dolay�s�yla ayn� zaman diliminde dünya üzerinde taranan alan�n azald��, yüksek çözünürlüklü verilerin dü�ük periyotlu uydulardan al�nabilece�i gibi ç�kar�mlar yap�labilmektedir. Temel olarak, dünya üzerinde önem arz eden bir bölgenin incelenmesi maksad�yla f�rlat�lacak bir uydunun, yörünge elemanlar�n�n neler olabilece�i problemi, yörüngenin görsel olarak tasarlanmas� ile etüt edilebilmektedir. Yörünge simülasyonu sayesinde uydular�n görev planlamalar�n�n yap�lmas�na ve gerçek zamanl� olarak konumlar�n�n belirlenmesine olanak tan�yan bu yaz�l�m, askeri uydu programlar�nda bir ön tasar�m arac� olarak veya dost/muhas�m uydular�n yörüngelerini belirlemek amaçlar�yla kullan�labilir nitelikler ta��maktad�r.

�ekil 5. �stasyon-1 Yörünge Kestirimi

�ekil 6. �stasyon-2 Yörünge Kestirimi

KAYNAKÇA [1] B.D.Tapley, B.E.Schutz, G.H.Born, (2004), Statistical Orbit Determination, Elsevier Academic Press.

[2] P.R.Escobal, (1965), Methods of Orbit Determination, John Wiley&Sons.

[3] M.J.SIDI, (1997), Spacecraft Dynamics and Control, Cambridge University Press.


590

[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, Satellite Orbits Models Methods Applications, (2000), Springer.

[7] M.H.Kaplan, (1976), Modern Spacecraft Dynamics, John Wiley&Sons.

[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 <http://www.space-track.org>

[10] H.D.Curtis, (2005), Orbital Mechanicsfor Engineering Students, Elsevier


591

HEL�KOPTERLER�N YAPISAL SAC MALZEMELER�N�N MONTAJI �Ç�N APARAT TASARIMINDA SONLU ELEMAN YAZILIMI �LE BOYUTSAL

VARYASYON BENZET�M�

Fatih Mehmet BAYAR (a), Mustafa �lhan GÖKLER (b)

(a) 5 nci ABM, Gövde Grubu, Güvercinlik, Ankara, [email protected] (b) Prof. Dr. ODTÜ, Makina Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET Helikopterler, gerek uçar birlik operasyonlar�nda gerekse ate� destek unsurlar� olarak modern ordularda yo�un biçimde kullan�lan hava araçlar�d�r. Helikopter yap�s�nda kullan�lan esnek sac malzemelerin bütünlenmesi zorlu bir i�lem dizisidir ve bu süreçte helikopterlere özgü gereksinimlerin sa�lanmas� önemlidir. Montaj i�lemi s�ras�nda sac parçalar�n olas� deformasyonlar� ve nihai üründeki geri esneme, a��r� boyutsal varyasyonlara sebep olur ve son ürün kalitesini belirgin �ekilde etkiler. Varyasyon benzetimi, bir montaj aparat�n�n tasar�m a�amas�nda bu etkinin kestirimini sa�layacakt�r. Bu çal��mada, sonlu eleman analizi ile boyutsal varyasyon benzetimi bir helikopter kuyruk konisi bütünü için gösterilmi�tir.

Anahtar Kelimeler: Sac Malzeme Montaj�, Montaj Aparat� Tasar�m�, 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.


592

1. G�R�� Havac�l�k endüstrisinde hava arac�n� olu�turan parçalar�n ve alt bütünlerin farkl� tesislerde üretilip ard�ndan son montaj�n�n yap�lmas� yayg�n bir durumdur. Gerek son montaj�n ba�ar�l� bir �ekilde gerçekle�mesi gerekse hava araçlar�n�n hizmet ömrü boyunca alt bütünlerinin de�i�tirilebilirli�inin sa�lanmas� ancak alt bütünlere ait geometrik unsurlar�n belirli boyutsal aral�klarda olmas� ile mümkündür. Bunu sa�lamak için alt bütün montaj sürecinde bütünlemeye yönelik ba�lama aparatlar� kullan�l�r.

Sac malzemeler do�alar� itibariyle esnektir. Sac malzeme bütünleme aparatlar�nda bu özellikten ileri gelen ve son ürünün boyutsal varyasyonunu olumsuz etkileyebilecek ba�l�ca iki problem söz konusudur. Bunlar parçalar�n bütünleme esnas�nda uygun bir �ekilde ba�lama aparat�na yerle�tirilmesi ve bütünün serbest b�rak�lmas�yla olu�an geri esnemedir.

Esnek sac malzeme bütünleri için, geleneksel varyasyonlar�n toplanmas� teoremi geçerli de�ildir [1]. Esnek bütünlerde, parça boyutsal varyasyonlar�, parçalar�n deforme olmas� ile telafi edilebilmektedir. Bütünün varyasyonu a��rl�kl� olarak bütündeki parçalardan görece direngenli�i yüksek olanlar�n varyasyonlar� taraf�ndan belirlenir.

Tasarlanan bir ba�lama aparat�n�n son ürün spesifikasyonlar�n� sa�lamakta yeterli olup olmayaca��na ili�kin öngörüde bulunabilmesi için tasar�mc�, olas� girdi varyasyonlar ile ürünün kritik geometrik unsurlar�n� ili�kilendirebilmelidir. Fakat girdi varyasyonlar�n, ürün varyasyonu ile ili�kisinin belirlenmesi zordur. Söz konusu ürün sac malzemeden imal ediliyorsa bu ili�kilendirme daha zordur. Parçan�n ba�lama aparat�na göre pozisyonunun yan� s�ra bütünleme i�lemi s�ras�nda meydana gelen deformasyonlar da dikkate al�nmal�d�r.

Esnek parçalar�n varyasyon gösterim çal��malar�nda öncüler olan Liu ve Hu, “Mekanistik Varyasyon Benzetimi” yöntemini geli�tirmi�tir [2]. Bu yöntem lineer mekanik ili�kilendirmeler ile deformasyona aç�k sac malzemelerin varyasyon benzetimini gerçekle�tirir. Yazarlar, bu yöntemi sonlu eleman analizi uygulamas� [3] ve eklem tiplerinin varyasyona etkisinin gösterimi uygulamas� ile geni�letmi�tir [4]. Camelio, Hu ve Ceglarek [5] “Mekanistik Varyasyon Benzetimi”ni kullanm�� ve amaç fonksiyonunu “minimum son ürün varyasyonu” olarak tan�mlam��t�r. Bunlar�n yan� s�ra, Camelio, Hu ve Ceglarek [6], Merkley [7], Bihlmier [8] sac malzemeler için varyasyon benzetimi üzerine kayda de�er çal��malar yapm��t�r.

Bu bildiride sonlu eleman analizinin ürün varyasyonunun olas� girdi varyasyonlar ile ili�kisini ara�t�rmak amac�yla kullan�m� gösterilmi�tir [9]. Karma��k bir hava arac� yap�sal bütünü olan helikopter kuyruk konisi için, bütünleme i�leminin sonlu eleman analizi ile benzetimi yap�lm�� ve incelenmi�tir.


593

2. KUYRUK KON�S� BÜTÜNLEME ��LEM�N�N MODELLENMES� Modern hava arac� yap�s� temel olarak sac malzemelerden olu�ur. A��rl�k öncelikli bir k�stas oldu�u durumlarda, ince sac malzemeler kesme ve çekme yüklerine yeterli direnci göstermeleri aç�s�ndan tercih edilir. Bununla beraber, sac malzemeler yüzeye dik yüklemelerde ve basma yüklerinde ayr�ca desteklenmelidir [10]. Bu tip “semimonocoque” yap�larda kullan�lan temel yap�sal unsurlar yüzey sac�, çerçeve (“bulkhead”, “frame”) ve lonjeronlard�r (“longeron”). Kuyruk konisini olu�turan bu elemanlar �ekil 1’de gösterilmi�tir. Çerçeveler, montaj s�ras�nda ilk olarak yerle�tirilen ve s�k��t�r�lan parçalard�r. Montaj i�lemi �ekil 2’de gösterildi�i gibi lonjeron ve yüzey sac� s�ralamas� ile devam eder.

�ekil 1 Temel Yap�sal Elemanlar

�ekil 2 Kuyruk Konisi Montaj S�ralamas�

Bir ürünün boyutsal varyasyonun analizine ili�kin bir yakla��m geli�tirebilmek için üründen beklenen fonksiyonlar�n anla��lmas� önemlidir. Hava arac� yap�s� bu anlamda incelendi�inde, ba�ar�l� bir montaj�n;

Yüzey Sac�Çerçeve

Lonjeron


594

a) hava arac�n�n uzunluk, en, yükseklik, aç�kl�k gibi temel boyutlara uygunlu�un sa�lanmas�,

b) kap�, pencere, kapak gibi hareketli parçalar�n düzgün çal��mas�, c) alt sistem parçalar�na ve bunlara ait desteklere taban sa�lanmas�

aç�s�ndan önemli oldu�u görülür.

Helikopter alt sistemleri içerisinde konumsal hassasiyet bak�m�ndan en kritik olanlar�n ba��nda güç aktarma sisteminin parçalar� gelir. Konvansiyonel bir helikopterlerin güç aktarma sistemine ait parçalar �ekil 3’de gösterilmi�tir. �aft, yatak, di�li kutusu gibi parçalara ait desteklerin do�ru konumland�r�lmas� için genel olarak ilave hiza ayar� prosedürlerine ihtiyaç vard�r. Sa�l�kl� hiza ayar� yap�labilmesi için ana yap�daki sapman�n, ayar aral��ndan küçük olmas� ön �artt�r.

�ekil 3 Güç Aktarma Organlar�

Ürün-aparat ikilisi olarak modellenen kuyruk konisi-montaj aparat� ikilisi �ekil 4’te verilmi�tir. �ncelenen durumda ürünün kritik görülen unsuru kuyruk rotor sürücü �aft yataklar�n�n konumland�� aft eksen izdü�ümüdür (�E�) ve �ekil 5’te gösterilmi�tir. Bu unsur kuyruk konisi yap�s�n�n bütünlenmesi sonras� ba�ar�l� bir hiza ayar� yap�labilmesini garanti alt�na almak amac�yla düzlük ve aç�sall�k toleranslar� ile kontrol edilmektedir.

�ekil 4 Kuyruk Konisi - Montaj Aparat� �kilisi

Di�li KutusuKuyruk Rotor Sürücü �aft�

Ana Rotor

Ana Rotor Pali

Kuyruk Rotoru

Kuyruk Rotor Pali

Yataklar

Yatak Destekleri

Kuyruk Rotor Di�li Kutusu

Transmisyon Bütünü

Di�li Kutusu Deste�i


595

92°

6.0 A3.0

A A

A

FITTING PLANE

PSCL

�ekil 5 Kuyruk Rotor �aft Ekseni �zdü�ümü

�E� unsurunun varyasyonuna etki edebilecek olas� montaj aparat�ndan kaynaklanan varyasyonlardan baz�lar� �unlard�r;

a) çerçeve yerle�tirme plakalar�n�n ön plakaya göre öteleme varyasyonlar�, �ekil 6 (a),

b) çerçeve yerle�tirme plakalar�n�n ön plakaya göre dönme varyasyonlar�, �ekil 6 (b),

c) Yerle�tirme pimlerinin ön plaka destek deliklerine göre öteleme varyasyonlar�, �ekil 6 (c).

Bu durumlar d��nda ba�ka etken varyasyon kaynaklar� veya bunlar�n birle�imi ortaya konabilir. Gerçekte herhangi bir bütünleme i�leminde tüm kaynaklar�n e� zamanl� ve rasgele bir birle�imi söz konusudur.

Ticari sonlu eleman analizi yaz�l�mlar� ile varyasyon analizi yaparken kar��la��lan baz� problemler a�a��da sunulmu�tur:

a) bütünleme i�leminin ad�mlar�n�n benzetim zorlu�u (örnek: analiz esnas�nda bir parçan�n bütüne ilave edilmesi),

b) büyük parçalar içeren bütünsel modelin getirdi�i hesaplama yükü, c) çok say�da temas tan�mlama gereklili�i ve bunlar�n do�rusal olmayan

karakteri yüzünden ortaya ç�kan yak�nsama problemleri.

Bütünün kat� modelinin analizi ABAQUS® 6.6.1 [11] sonlu eleman yaz�l�m� ile gerçekle�tirilmi�tir. Modeldeki bütün parçalar 1.3 mm et kal�nl��nda ve 2024-T3 alüminyum ala��m� özelliklerinde tan�mlanm��t�r. Kar��l�k gelen elastisite modülü, poisson oran� ve özkütle s�ras�yla 72.39 GPa, 0.33, 2768 kg/m3 olarak tan�mlanm��t�r [12].

KES�T A-A

DETAY A

Ön Destek Düzlemi

�E�

Üçüncü Çerçeve


596

Z

X

Y

Z 2000(Nominal Durum)

Üçüncü Çerçeve Yerle�tirme Plakas�


Z

X

Y Z

X

Y


ZX

Y

(a)

(b) (c) �ekil 6 Aparat Varyasyon Örnekleri

Analizlerde geçerli olan kabul ve k�s�tlamalar a�a��da verilmi�tir: a) Malzemelerin izotropik, deformasyonlar�n do�rusal elastik bölgede oldu�u

kabul edilmi�tir. b) Aksi belirtilmedikçe parçalar�n boyut ve geometrik formlar�n�n varsay�lan

mükemmel durumda oldu�u kabul edilmi�tir. c) Yer çekimi etkisi modellere dahil edilmemi�tir. d) S�k��t�rma kuvvetleri ve s�n�r �artlar� ilk olarak etkin olduklar� analiz

ad�m�nda kusursuz bir rampa fonksiyonu olarak uyguland�� varsay�lm��t�r. Ayn� analiz ad�m�nda ilk olarak etkinle�tirilen kuvvet ya da s�n�r �artlar� aras�nda uygulama s�ralamas�n�n etkisi yok varsay�lm��t�r.

e) Birle�tirme i�leminin parçalar veya bütünde kal�nt� gerilme, sapma vb kusurlar meydana getirmeyecek �ekilde mükemmel olarak uyguland�� kabul edilmi�tir.


597

4 ÖRNEK ANAL�ZLER VE SONUÇLARI �lgili çal��mada [9] farkl� varyasyon kaynaklar� incelenmekle beraber a�a��da örnek olarak üçüncü çerçeve yerle�tirme plakas�n�n varyasyonlar� için analizler ve sonuçlar� verilmi�tir.

a) Üçüncü Çerçeve Yerle�tirme Plakas�n�n Ötelemesi (�ekil 6a)

Çerçeve yerle�tirme plakas�n�n birincil yüzeyi, çerçevenin Z eksenindeki konumunu belirleyecek olan geometrik unsurdur. Bu düzlemde ön çerçeve düzlemine göre olu�acak bir sapma direk olarak çerçevenin kendisine aktar�l�r. Bu tip bir yerle�tirme plakas� sapmas�n�n �E� üzerinde neden olaca�� etkinin gösterilmesi maksad�yla bir grup analiz yap�lm��t�r. Analizlerde ele al�nan eleman üçüncü çerçevedir. Toplam be� analiz modeli olu�turulmu�tur. Bu modellerde üçüncü çerçeve yerle�tirme plakas� s�ras� ile Z ekseninde ön plakaya göre -10, -5, 0, +5, +10 mm ötelenmi�tir.

�E�’nin X eksenindeki son konumu �E� üzerindeki dü�üm noktalar�n�n deformasyonlar�ndan elde edilmi�tir. Dü�üm noktalar�n�n son konumlar� ile nominal durumlar� aras�ndaki fark ilgili �E� dü�üm noktas�n�n sapmas�n� vermektedir. Bu sapma de�erleri �ekil 7’de gösterilmi�tir.

�ekil 7 Üçüncü Çerçeve Plakas� Ötelemesinin �aft Eksen �zdü�ümü

Sapmas�na Etkisi

Analiz sonuçlar�na göre; girdi yerle�tirme plakas� sapmalar�na göre �E�’nin X eksenindeki sapma de�erleri çok daha küçüktür. Bu sonuçlar, aparat tasar�m�nda, yerle�tirme plakalar�n�n Z ekseni varyasyonunun ürün kalitesine etkisinin birincil öncelikte olmad��, dolay�s� ile bu unsurlar için dar tolerans atanmas�n�n gerekmedi�i sonucuna var�lmaktad�r.


598

b) Üçüncü Çerçeve Yerle�tirme Plakas�n�n Dönmesi (�ekil 6b)

Çerçeve yerle�tirme plakas� birincil yüzeyinin Z eksen konumunun yan� s�ra bu yüzeyin ön düzleme göre paralelli�i de son ürün varyasyonuna etki edebilir. Bu etkinin incelenmesi maksad�yla be� ayr� analiz modeli olu�turulmu�tur. Sapmalar üçüncü çerçeve yerle�tirme plakas�na uygulanm��t�r ve incelenen dönme aç�lar� s�ras� ile ön düzleme göre Y ekseni etraf�nda -10 o, -5 o, 0 o, +5 o, +10 o ‘dir.

Her bir duruma ili�kin �E� sapma de�erleri �ekil 8’de verilmi�tir. Sonuçlara göre çerçeve yerle�tirme plakas� birincil düzleminin dönme sapmalar� �E� sapmas� üzerinde göreceli olarak küçük etkiye sahiptir. Yerle�tirme plakas� paralellik ayarlanmas� gerçekte oldukça zaman alan bir i�lemdir. ±10 o bir sapman�n �E� üzerinde en fazla 0.5 mm sapmaya yol açt�� görülmektedir. Gerçekte ise havac�l�k sanayinde aparat kurulumlar�nda söz konusu olas� aç�sal sapmalar buna k�yasla çok daha küçüktür. Sonuçlar, yerle�tirme plakas� paralelli�inin, �E� varyasyonuna aç�s�ndan çok dar toleranslar ile kontrol edilmesine gerek olmad��n� göstermektedir.

�ekil 8 Üçüncü Çerçeve Plakas� Dönmesinin �aft Eksen �zdü�ümü

Sapmas�na Etkisi

c) Üçüncü Çerçeve Yerle�tirme Plakas� Pim Eksen Sapmas� (�ekil 6c)

Yerle�tirme plakas� üzerindeki pimler çerçevenin X eksenindeki konumunu belirler. Bu pimlerin konumundaki olas� kaç�kl�klar yüzey sac� üzerinde belirgin sapmalara yol açabilir. Bu etki be� ayr� analiz modeli olu�turularak incelenmi�tir. Pimler nominal pozisyonlar�ndan X ekseninde, s�ras� ile -5, -2, 0, +2, +5 mm sapma yapacak �ekilde yerle�tirilmi�tir. �E�’nin X eksenindeki sapmas� �ekil 9’da verilmi�tir.

Sonuçlar, X ekseninde pim pozisyonundaki kaç�kl��n �E� sapmas� üzerinde belirgin etkiye sahip oldu�una i�aret etmektedir. Buradan, �E� sapmas�n�n


599

belli bir aral�kta kalmas� için pimlerin göreceli olarak dar toleranslar ile kontrol edilmesi gerekti�i sonucuna var�labilir.

�ekil 9 Üçüncü Çerçeve Plakas� Pimlerinin Kaç�kl��n�n �aft Eksen �zdü�ümü

Sapmas�na Etkisi

5 SONUÇ VE DE�ERLEND�RME Esnek sac malzemeler için ba�lama aparat� tasar�m problemine sistematik bir yakla��m yap�labilmesi için ürün varyasyonunun girdi varyasyonlar ile ili�kisi gösterilebilmelidir. Özellikle karma��k geometrilerde ürünün kritik unsurlar�n�n girdi varyasyonlardan nas�l etkilenece�ini tespit etmek zordur. Esnek bütünlerde varyasyon benzetimi aç�s�ndan parçalar�n birbirine göre pozisyonu yan� s�ra bütünleme i�lemi ve sonras�nda olu�an parça deformasyonu da önem ta��r. Bu çal��mada esnek bütünler için varyasyon benzetiminde sonlu eleman analizi kullan�m� bir helikopter kuyruk konisi bütünü örne�i üzerinden gösterilmi�tir. Böyle bir benzetim ile tasar�mc�n�n unsur varyasyonlar� aras�nda ili�ki kurarak göreceli olarak etkisi fazla olan unsurlar� belirleme olana�� buldu�u ortaya konulmu�tur. Yap�lan analizler göstermi�tir ki; son ürün varyasyonu olas� girdi varyasyonlara ba�l� olmakla beraber bunlar�n a��rl�� de�i�ebilece�inden her zaman dar tolerans tan�mlamas� ba�ar�l� bir bütünlemeyi garanti alt�na almak için etkin bir yöntem olmayabilir. Bunun yerine bütünün kritik unsuru üzerinde etkisi fazla olan unsurlar�n belirlenmesi ve bunlar�n denetim alt�na al�nmas� daha pratik olabilir. Özellikle günümüzde ürünlerin birço�u için “Bilgisayar Destekli Tasar�m” modellerinin elde mevcut oldu�u da göz önüne al�n�rsa, gerekti�inde sonlu eleman analizi ile esnek malzemelerin bütünlerinin varyasyon benzetimi yap�labilece�i de�erlendirilebilir.

Bu yakla��m benzer esnek malzeme bütünlerinin oldu�u di�er hava ve kara araçlar�nda da uygulama bulabilir.


600

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.


601

FÜZE KONTROL TAHR�K S�STEM� YÜKLEME TESTLER� �Ç�N TEST DÜZENE�� GEL��T�R�LMES�

Raziye TEK�N* , Murat �AH�N**

ROKETSAN A..�., Ankara, * [email protected], ** [email protected]

ÖZET Füze tasar�m ve geli�tirme çal��malar�nda uçu�lu testler öncesinde

yap�lan alt sistem ve sistem seviyesi yer testleri projenin önemli a�amalar�d�r. Bu a�amalarda, sistem ve alt sistemlerin uçu� ko�ullar�na olabildi�ince benzer ko�ullar alt�nda test edilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, füzenin yönlendirilmesi için kullan�lan aerodinamik kontrol yüzeylerinin, uçu� ko�ullar�nda performans testlerinin yap�lmas�, ayr� bir öneme sahiptir. �lgili testlerde, füzenin uçu�u sürecinde kontrol yüzeyleri üzerine etkiyen aerodinamik yüklerin düzenek yard�m� ile uygulanarak tatbik edilmesi gerekmektedir.

Bu çal��mada, Roketsan A.�.’deki Kontrol Teknolojileri Laboratuvar�’nda sürdürülen çal��malar kapsam�nda, elektromekanik kontrol tahrik birimi testlerinde kullan�lmak üzere geli�tirilen dörtlü kanat yükleme düzene�i uygulamas� ve düzene�i kontrol eden gerçek zamanl� kontrol yaz�l�m� geli�tirme çal��malar� sunulmu�tur. Anahtar Kelimeler: Kontrol tahrik sistemi (KTS), Gerçek zamanl� benzetim, Aerodinamik kontrol, Yükleme düzene�i

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. G�R�� Füzelerde kullan�lan kontrol tahrik sistemlerinden, belirlenen hedef noktas�na ve/veya yörüngeye ula�mak amac�yla füze güdüm bilgisayar� taraf�ndan


602

hesaplanan kontrol yüzeyi sapma aç�lar�n� uçu� yükleri alt�nda gerçekle�tirmesi beklenmektedir. Bu gereksinimin uçu�lu testler öncesinde yap�lacak yer testleri ile kontrol edilmesi, çal��malarda zaman ve maliyet etkinli�ini art�rmaktad�r. Bu kapsamda, ROKETSAN A.�’de yap�lan 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 çal��malar gerçekle�tirilmi�tir. Literatür taramalar�nda benzer uygulamalar için çe�itli firmalara ait hidrolik, elektro-mekanik, pnömatik kanat yükleme düzeneklerinin bulundu�u, bunlar�n test isterlerine uygun �ekilde tasarlan�p üretildi�i belirlenmi�tir. Ancak gerek ürün maliyetlerinin çok yüksek olmas� (~0,8 – 1 Million USD mertebesinde), gerekse bu ürünlerin yurtd��ndan temininde ya�anan hükümet izni zorunlulu�u, kullan�m alan� k�s�tlamas�, savunma sanayi kurulu�lar�nda kullan�m engeli gibi ko�ullar�n bulunmas� sebebiyle, direkt tedarikte s�k�nt�lar ya�anmaktad�r. Belirtilen sebeplerden dolay�, ROKETSAN A.� taraf�ndan sürdürülen C�R�T Projesi kapsam�nda yap�lan elektromekanik kontrol tahrik sistemleri testleri için tan�mlanan özelliklere uygun �ekilde kanat yükleme düzene�i tasarlanarak imal edilmi�, gerçek zamanl� kontrol ve sürücü yaz�l�m� ile kullan�c� arayüzü olu�turulmu�tur. Kanat yükleme düzene�i kullan�larak, alt� serbestlik derecesine sahip füze uçu� benzetim yaz�l�m� taraf�ndan üretilen uçu� profiline ait aerodinamik yük de�erleri, kontrol tahrik sistemine (KTS) ait dört adet kanada e� zamanl� olarak uygulanabilmekte ve kontrol tahrik sisteminin bu yük de�erleri alt�nda aç�sal konum sapma komutlar�n� gerçekle�tirip gerçekle�tiremedi�i incelenmektedir. 2. KANAT YÜKLEME DÜZENE�� ekil-1’de farkl� aç�lardan görünümleri sunulan kanat yükleme düzene�i; f�rças�z do�ru ak�m motorlar�, aktarma kaplinleri, tork ve aç� geri besleme alg�lay�c�lar�, sürücü ve kontrol kartlar�, fiber-optik a� arayüz kart�, güç kaynaklar�, sinyal uyarlama kutular�, montaj arayüzleri ile düzenek sehpas�ndan olu�maktad�r. Dörtlü kanat yükleme düzene�inde aktarma birimi olarak kullan�lan kaplinler (KTR firmas�na ait RADEX-NC/DK tip) Kaplin eksenel tork kayb�n� en aza indirgeyecek ve yükleme �aft� üzerindeki eksenel kaç�kl�ktan etkilenmeyi asgari seviyede tutacak �ekilde seçilmi�tir. Düzenek sehpas�, farkl� çaplarda


603

(50mm – 200 mm aras�nda) gövde yap�s�na sahip füze konfigurasyonlar�n�n test edilmesine imkan sa�layacak ölçümde biçimlendirilmi�tir. Düzenekte ayr�ca, 0-15 Nm. tork de�erleri aras�nda %0.1 hassasiyette ölçüm yapabilen tork alg�lay�c�lar� (LORENZ MESSTECHNIK firmas�na ait D-2452-106107 tip) kullan�lmaktad�r. Kanat yükleme düzene�i veri ak�� emas� �ekil 2’de sunulmu�tur. Alt� serbestlik derecesine sahip füze uçu� benzetim yaz�l�m� taraf�ndan üretilen uçu� profiline ait aerodinamik yük de�erleri fiber optik a� üzerinden yükleme düzene�i gerçek zamanl� kontrol yaz�l�m�na gönderilmektedir. Gerçek zamanl� kontrol yaz�l�m� ile çok fonksiyonlu analog-dijital veri toplama ve sinyal i�leme kartlar� kontrol edilerek yükleme motorlar�n�n istenilen tork de�erini yaratmas� sa�lanmaktad�r. Elde edilen aç�sal konum de�eri ile tork bilgisi geri besleme bilgisi olarak toplanmakta ve füze uçu� benzetim yaz�l�m�na beslenmektedir. Sistem bünyesinde bulunan fiber-optik a� arayüz kart� ile ROKETSAN A.�. bünyesinde kullan�lan di�er a� yap�lar�na ba�lanabilmekte ve entegre biçimde kullan�labilmektedir.

�ekil-1: Kanat Yükleme Düzene�i 3. KANAT YÜKLEME DÜZENE�� KONTROL YAZILIMI Kanat yükleme düzene�ini kontrol yaz�l�m�, “Matlab/Simulink xPC Target” gerçek zamanl� yaz�l�m platformu kullan�larak haz�rlanm��t�r. Kontrol yaz�l�m� iki bilgisayardan olu�an a� sisteminde ko�turulmaktad�r (Bkz.�ekil-3). Bilgisayarlardan biri benzetim program�n�n ve kullan�c� arayüzünün bulundu�u “benzetim bilgisayar�”, di�eri ise gerçek zamanl� i�letim sistemi “xPC Target” �n çal��t�� ve veri toplama kartlar�n�n da entegre edildi�i “kontrol bilgisayar�”d�r.


604

�ekil-4’te blok �emas� sunulan yükleme düzene�i kontrol yaz�l�m�, kanatlar üzerine uygulanmas� istenilen tork de�erleri ile tork alg�lay�c�lar� taraf�ndan ölçülen tork de�eri aras�ndaki hatay�, yükleme düzene�i motor sürücü ve kontrol kartlar� içerisinde bulunan ak�m kontrolörüne göndermekte ve istenen ak�m de�eri elde edilerek, dalga geni�lik modulasyonu ile motor sürme ve kontrol i�lemleri gerçekle�tirilmektedir.

�ekil-2: Kanat Yükleme Düzene�i Veri Ak�� emas�

(a) (b) �ekil-3: Kontrol Yaz�l�m� Bilgisayar A� Yap�s� Kavramsal (a) ve �ematik (b)

Anlat�m�


605

�ekil-4: Yükleme Düzene�i Kontrol Yaz�l�m� Blok �emas� Yükleme düzene�i ile yap�lan testlerde ölçülen tork de�erleri ile dörtlü yükleme düzene�i üzerinde bulunan aç� geri besleme alg�lay�c�lar�ndan al�nan kontrol tahrik sistemi aç�sal konum bilgileri gerçekle�tirilen sapma aç� de�erlerine e� zamanl� olarak füze uçu� benzetim yaz�l�m�na geri besleme bilgisi olarak iletilmekte ve kaydedilmektedir.

4. KANAT YÜKLEME DÜZENE�� TEST SONUÇLARI Kanat yükleme düzene�inin 0.5 Nm’lik yükleme ko�ulunda 20 Hz ve 50 Hz sinuzodial çal��ma frekanslar�ndaki tepkimesine ait de�i�imler �ekil-5 ve �ekil-6’da sunulmu�tur. �ekil-5 ve �ekil-6’da görüldü�ü üzere, sistemin 0.5 Nm genli�indeki sinyallere 20 Hz ve 50 Hz’lik frekanslarda %20’den daha dü�ük de�erlerde a��m yapmaktad�r (füze kontrol tahrik sistemi ile yap�lacak testler için tasar�mc� grup taraf�ndan belirlenen tölerans de�eri).

�ekil-5: 20Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu �çin Komut -Tepkime Grafi�i


606

�ekil-6: 50Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu �çin Komut -Tepkime Grafi�i Ancak 0.5 Nm tork alt�nda 80 Hz’lik çal��ma frekans� komutunda ise sistem tepkimesi geçikmekte ve %20’lik a��m de�erini geçmektedir. (Bkz.�ekil-7)

�ekil-7: 80Hz 0.5 Nm Sinuzodial Tork Komutu �çin Komut -Tepkime Grafi�i

Grafikten de anla��ld�� üzere, uçu� simulatörü taraf�ndan gönderilen komutlar�n frekans de�erinin 50 Hz’den daha yüksek olmas� durumunda kanat yükleme düzene�i, %20’den daha yüksek a��mla cevap vermektedir. 5. SONUÇ Füzelerde kontrol tahrik sistemine ait performans testlerinin hesaplanan aerodinamik yükler alt�nda yap�lmas� ve kontrol tahrik sisteminin davran��n�n at��l� testler öncesi incelenebilmesi için, kanak/kanatç�k üzerinde olu�an


607

aerodinamik yüklerin yer testlerinde olu�turulmas� gereklidir. Bu gereksinimler çerçevesinde, Roketsan A.�.’deki Kontrol Teknolojileri Laboratuvar�’nda sürdürülen çal��malar ile elektromekanik kontrol tahrik sistemi testlerinde kullan�lmak üzere “kanat yükleme düzene�i” tasarlan�p imal edilmi�tir. Bu düzenek ile birlikte gerçek zamanl� kontrol yaz�l�m� geli�tirme çal��malar� yap�lm�� ve kontrol tahrik sistemi performans�n�n, sabit yük, belirlenen yük profili veya füze uçu� simulasyonunda hesaplanan yükler alt�nda gerçek zamanl� olarak incelenmesi sa�lanm��t�r. 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�


608


609

GÖREVE UYUMLU KANAT TASARIM VE GEL��T�RME ÇALI�MALARI

Güçlü SEBER (a), Melin �AH�N (b), Serkan ÖZGEN (c), Volkan Nalbanto�lu (d), Yavuz YAMAN (e)

(a) Dr. ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(b) Y. Doç. Dr. ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (c) Doç. Dr. ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

(d) Dr. ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected] (e) Prof. Dr. ODTÜ, Havac�l�k ve Uzay Müh. Böl., 06531, Ankara, [email protected]

ÖZET

Tüm hava araçlar�nda a��rl��n en aza indirilmesi, yak�t tüketiminin azalt�lmas�, manevra kabiliyeti ve sessizlik en önemli tasar�m gerekleridir. Yeni nesil göreve uyumlu, �ekil de�i�tirebilen kanatlara sahip insans�z hava araçlar�n�n tasar�m� da an�lan bu özellikler göz önünde tutularak yap�lmaktad�r. Özellikle çok a�amal� görevlerde bu tip hava araçlar�, sabit bir kanat geometrisine sahip olan klasik tasar�mlara göre daha üstün bir uçu� performans� sergileyebilmekte ve yap�sal esneklikleri nedeniyle anl�k uçu� de�i�ikliklerine daha iyi uyum sa�layabilmektedir. Ancak sahip olduklar� bu yap�sal esneklik, kontrol edilmedi�i takdirde tehlikeli aeroelastik problemlere yol açabilir.

Bu bildiri, göreve uyumlu kanatlarda kamburluk ve burulma etkileri konular�nda ODTÜ Havac�l�k ve Uzay Mühendisli�i Bölümünde yap�lan tasar�m ve geli�tirme çal��malar�n� tan�tmaktad�r.

Anahtar Kelimeler: �nsans�z Hava Araçlar�, ak�ll� yap�lar, göreve uyumlu kanat, aktif titre�im kontrolü, kanat ç�rpmas�, 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.


610

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. G�R�� Göreve uyumlu kanatlarla ilgili çal��malar, ilk olarak 70’li y�llarda ortaya ç�km��t�r. Bu çal��malar, kamburluk de�i�ikliklerinden faydalanarak, uça��n belirlenen görev profili d��ndaki ko�ullarda da performans�n� geli�tirmeyi hedef alm��t�r. Bu çal��malar 80’li y�llarda ‘Göreve Uyumlu Kanat’ program� [1] ad� alt�nda devam etmi� ve daha geni� bir görev yelpazesini hedef alm��t�r. Bu öncü çal��malar, o dönemde kullan�lan teknolojinin yetersizli�inden kaynaklanan a��rl�k art��lar� ve mekanizmalar�n karma��kl�� gibi sebeplerden dolay� uygulamada yayg�nla�amam��t�r. 1990’lar itibariyle h�z kazanan ‘Aktif Esnek Kanat’ [2-3] ve ‘Aktif Aeroelastik Kanat’ [4] programlar�, teknolojik geli�melerden de faydalanarak bu dalda geli�melerin sa�lanmas�na önayak olmu�tur. Bu y�llarda Maclean [5] �ekil bellekli ala��mlardan yararlanarak uçu� yüzeylerini kontrol etmi� ve Koconis [6] kompozitlerin içine gömülen piezoelektrik malzemelerle �ekil kontrolu konusunda çal��malar gerçekle�tirmi�tir. Aktif kanat tasar�mlar�, 2000’li y�llar itibariyle insans�z hava araçlar�nda da uygulanmaya ba�lam��t�r. Bu uygulamalar, kanat yüzeylerinin ku�lara benzer bir �ekilde daha verimli ve göreve uyumlu olarak kullan�lmas�n� hedeflemi�tir. Kanat yüzeyindeki �ekil de�i�iklikleri genel olarak kamburluk [8,10] veya burulma [9] de�i�iklikleri olmak üzere iki grupta yap�lm��t�r. �ekil de�i�tiren kanatlar�n aeroelastik davran��lar� çe�itli çal��malarda ele al�nm��t�r [7-10] ve bu kapsamda ‘Aktif Aeroelastik Kanat’ program� alt�nda modifiye edilmi� bir F/A 18 kanad�n�n burulma özellikleri incelenmi�tir Literatürdeki son yay�nlar, geleneksel kanat yap�lar�n�n yerine yeni konseptler geli�tirerek bunlar� incelemektedir. Bunlara örnek olarak Monner [11] ile Campanile ve Anders´�n [12] kamburluk degi�ikli�i üzerine yapt�� çal��malar� gösterilebilir. Monner´in geli�tirmi� oldu�u yap�sal konsept, yolcu uçaklar�n�n kanatlar�ndaki geleneksel kontrol yüzeylerini devaml� yüzeylerle yenilemeye yöneliktir. Kanad�n arka k�sm�, birbiri üzerinde hareket edebilen dönen parçalar ve do�rusal rulmanlar sayesinde �ekil de�i�tirebilen bir yap�ya dönü�türülmü�tür. Campanile ve Anders da benzer bir yakla��mla kanad�n iç yap�s�n� de�i�tirmi� ve kontrol kuvvetleri uygulayarak kamburluk de�i�ikli�i sa�lam��lard�r. Her iki çal��mada da yap�lan say�sal ve deneysel analizlerin sonuçlar� bu konseptin uygulama a�amas�nda ba�ar� kazanaca�� yönündedir.


611

De�i�ken kanat biçimli hava ta��tlar� (Morphing wing air vehicles), uçu� esnas�nda kanat yüzeylerinin belirgin olarak de�i�ti�i yap�lard�r. Klasik sabit kanatl� uçaklar uçu� zarf�ndaki bir durum için tasarlan�r ve en iyile�tirilir (optimization). De�i�ken kanatl� bir yap�yla t�rmanma, alçalma gibi di�er uçu� durumlar�nda da etkin verim al�nabilir. Konvansiyonel kontrol yüzeylerinin olmad�� bir kanatta aerodinamik sürükleme azal�r, ayr�ca gerek üretim gerekse de bak�m esnas�nda basitlik ve kolayl�k sa�lan�r. De�i�ken kanatl� hava ta��tlar�nda boyutland�rma önemli bir sorundur ve bunun temel nedeni de kanat a��rl�klar�n�n hassas önkestiriminde (accurate prediction) ya�anan s�k�nt�lard�r. Bu sorunu giderici baz� öneriler Skillen [13] taraf�ndan yap�lm��t�r. Bu tür hava ta��tlar�n�n uçu� mekani�i aç�s�ndan incelenmeleri de geli�mi� do�rusal olmayan yöntemleri zorunlu k�lmaktad�r [14]. 2. TEOR� Bu çal��ma kapsam�nda göreve uyumlu bir kanad�n tasar�m�, imalat�, yer ve uçu� testleri yap�lacakt�r. Amaç, �nsans�z Hava Arac�nda belli bir görev profilindeki sürüklemeyi azalt�p, yak�t tüketiminin ve emisyonunun en aza indirgenmesine yard�mc� olman�n yan� s�ra daha verimli, daha sessiz ve daha h�zl� çal��an, yüksek manevra kabiliyetine sahip, daha güvenilir hava araçlar�n�n tasarlanmas�d�r. Bu amaca ula�mak için kanattaki ya da kuyruk yüzeylerindeki flap, irtifa dümeni, istikamet dümeni durumlar�ndaki de�i�iklikleri alg�layabilecek da��t�lm�� alg�lay�c�lar ve bu alg�lay�c�lardan gelecek sinyalleri i�leyip gerekli komutlar� uyar�c�lara iletecek bir kontrol mekanizmas� kurulacakt�r. Bu kontrol mekanizmas� kendi ba��na alg�lama ve uyarma özelli�ine sahip olman�n yan�nda gürbüz de olacakt�r. Uyar�c�lar�n temel görevi, bulunduklar� yüzeyin geometrisini de�i�tirmek suretiyle o yüzeydeki aerodinamik yükün da��l�m�n� istenen konfigürasyonda en uygun hale getirmektir. Çünkü ta��ma yüzeyine etki eden aerodinamik kuvvetler yüzeyin geometrisiyle do�rudan ili�kilidir ve bu yüzey �ekli ne kadar iyi kontrol edilirse yap�dan aerodinamik aç�dan o kadar iyi verim al�n�r. Kontrol yüzeylerinin tasar�m� ilk a�amalarda geleneksel oynar parçalardan meydana gelen yap�lar olarak yap�lacakt�r. Daha sonraki süreçte aerodinamik avantajlar� artt�rmak için kanat tek parça olarak üretilecek, ve içten uygulanan kontrol kuvvetleri ile göreve uygun �ekilde biçim de�i�tirecektir. Havac�l�k uygulamalar�nda a��rl�k en önemli faktör oldu�undan tasar�m�n hafifli�i ve boyutlar�n�n küçük olmas� gerekmektedir. Bu da alg�lay�c�-uyar�c� çiftlerinin seçiminde önemli bir rol oynayan a��rl�k en iyile�tirme probleminin de göz önüne al�nmas�n� gerektirmektedir. Bunlara ilaveten seçilecek alg�lay�c�-uyar�c� çiftlerinin ba�li olduklar� yap�n�n pasif yap�sal özelliklerini çok de�i�tirmeden, yap�daki hareketli parçalar�n azalt�lmas�na katk�da bulunacak �ekilde yerle�tirilmeleri de ele al�nacak önemli konulardan biridir. Çal��man�n ana ad�mlar� a�a��daki gibidir.


612

� Tasarlanacak ve üretilecek uçaklar�n görev profillerinin belirlenmesi � Etkin aerodinamik modellerin geli�tirilmesi � En uygun kamburluk ve en uygun burulma özelliklerini gereken

zamanlarda sa�layacak göreve uyumlu kanad�n tasarlanmas� � Kanad�n sonlu elemanlar modeli kullan�larak dinamik analizi � Aktif kontrol mekanizmalar�n�n ve algoritmalar�n�n geli�tirilmesi

� Göreve uyumlu kanad�n üretiminin ve testlerinin yap�lmas� � Göreve uyumlu kanatla donat�lm�� nsans�z Hava Arac�n�n uçu� testlerinin

yap�lmas�. Çal��mada ba�lang�ç tasar�mlar� yap�lan kanad�n kat� model görüntüsü �ekil 1’de verilmi�tir.

�ekil 1. Göreve uyumlu kanad�n kat� modeli

Kanatla ilgili çal��malar sonucunda elde edilen ilk 4 titre�im biçimine ait do�al frekanslar ve titre�im biçimleri �ekiller 2-5 ile gösterilmi�tir.


613

�ekil 2. Göreve uyumlu kanad�n birinci titre�im biçimi (f=2.84 [Hz])

�ekil 3. Göreve uyumlu kanad�n ikinci titre�im biçimi (f=13.58 [Hz])

�ekil 4. Göreve uyumlu kanad�n üçüncü titre�im biçimi (f=17.56 [Hz])


614

�ekil 5. Göreve uyumlu kanad�n dördüncü titre�im biçimi (f=20.26 [Hz])

Çal��mada kamburluk de�i�iminin ta��ma ve sürükleme kuvvetlerine etkileri de NACA 4412 kanat profilinde ve s�f�r hücum aç�s�nda ANSYS®/FLUENT kullan�larak incelenmi�tir. Bu çal��mada türbülans modellemesi de yap�lm�� ve ak�m�n yüzeyden ayr�lma durumuna kadar incelemeler devam ettirilmi�tir. Artan kamburluk de�erleri ve hesaplanan ta��ma ve sürükleme katsay�lar� (Cl ve Cd) �ekil 6 ve Çizelge 1’de gösterilmi�tir.

-0.15-0.1

-0.050

0.050.1

0.15

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

�ekil 6. NACA 4412 kanat profilinin kamburluk de�i�imi

Çizelge 1. NACA 4412 kanat profilinin artan kamburluk de�erleri için de�i�en

aerodinamik katsay�lar �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

�z=-0.12 �z=-0.08 �z=-0.04

NACA 4412


615

3. SONUÇ Ta��y�c� yüzeylerin kamburluk ve burulma özelliklerinin uçu� s�ras�nda aktif kontrol ile de�i�tirilmeleri günümüzde ara�t�rmac�lar ve Havac�l�k Endüstrisinin çok yo�un ilgisini çekmektedir. Bu sayede ta��y�c� yüzeylerin aerodinamik verimliliklerinin birincil göstergesi olan ta��ma/sürükleme oran� her uçu� durumu için en iyile�tirilebilmektedir. Bu kontrolün var olmad�� durumlarda ta��y�c� yüzey sadece bir uçu� durumu (genellikle seyir durumu) için gerekli kamburluk ve burulma de�erleri verilerek üretilmektedir. Bu durumda ta��y�c� yüzey, en iyile�tirilmenin yap�ld�� belli uçu� durumu d��nda kalan tüm uçu� durumlarda ciddi performans kay�plar� ya�amakta dolay�s�yla potansiyelinin tümünü kullanamamaktad�r. Bu teknoloji sayesinde, her uçu� durumu için gereken iyile�tirme uçu� s�ras�nda aktif olarak yap�labilecektir. Havac�l�k alan�nda büyük yat�r�m ve giri�imlerde bulunan ülkemiz için bu teknolojinin özgün olarak kazan�lmas� çok yararl� olacakt�r. Ülkemizde �nsans�z Hava Araçlar� alan�nda belli bir tasar�m, üretim ve test kabiliyeti kazanm�� olan birkaç kurulu� vard�r. Bu nedenle kazan�lm�� bu kabiliyeti destekleyecek, ülkemizin dünya ölçe�inde itibar�n� ve rekabet gücünü art�racak olan bu kilit ve güncel teknolojinin ürüne yönelik olarak hayata geçirilmesi çok önemlidir. Bu projenin gerçekle�tirilmesi sonucunda bilimsel birikime ve ulusal ekonomiye yap�labilecek katk�lar ve sa�lanabilecek yararlar �u �ekilde özetlenebilir.

� Daha az yak�tla daha uzun süre havada kalma özelli�inin hava ta��tlar�na kazand�r�lmas�,

� Yüksek manevra kabiliyetine sahip, daha güvenilir ve çevreye duyarl� hava ta��tlar�n�n tasar�m�na katk�,

� Kontrol yüzeyi kumanda mekanizmalar�n�n aktif kontrol mekanizmalar�yla de�i�tirilmesi dolay�s�yla uçak tasar�mlar�n�n basitle�tirilmesi, a��rl�k avantaj� sa�lanmas� ve bu de�i�ikliklerin getirece�i maliyet dü�ü�ü,

� Hava arac� tasar�m kabiliyeti bulunan yurt içi kurulu�lar�n teknolojik seviyelerinin ça��n gereklerine uygun olarak yükseltilmesi ve dünya piyasalar�nda rekabet güçlerinin art�r�lmas�,

� Çal��ma sayesinde kazan�lacak altyap� ve bilgi birikiminin üniversitelerin e�itim ve ara�t�rma programlar�na aç�lmas� ve akademik alanda da yayg�n fayda sa�lanmas�,

� Tasar�m�n hava ile etkile�en araçlar�n d��nda, insans�z su alt� araçlar�nda da (Unmanned Underwater Vehicle) kullan�lmas� ve disiplinler aras� uygulamalara katk�lar beklenmektedir. .

� Çal��man�n daha ileri a�amalar�nda, konvansiyonel uçak tasar�m�n�n aksine �ekil de�i�tirmeler kullan�larak asimetrik uçaklar�n tasar�m� da dü�ünülmektedir. Böylece kontrol yüzeyi hareketi olmaks�z�n tek bir kanad�n alan�n� artt�rarak, manevra yeteneklerinin artt�r�lmas� hedeflenmektedir


616

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), 445-455. [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.

Te�ekkür: Bu çal��ma TÜB�TAK taraf�ndan, ‘107M103, Taktik �nsans�z Hava Araçlar�n�n Göreve Uyumlu Kanatlar�nda Kambur ve Burulma Etkisinin Ç�rpma ve Kontrol Yönünden Analizi’ projesi kapsam�nda desteklenmektedir.


617 �

YAZARLAR D�Z�N�

A

ABACI, Hakan 582AKÇAY, Koray 139,183AKÇAY, Mehmet 477AKINCILAR TAN, Tuba 416AKSEL, M. Haluk 547AKSOY, Serkan 487AKTU�, Bahad�r 229AKYILDIZ,I��n 495ALTUNOK, Taner 477ARI, Seyfullah 203ARSLAN, Ebru 293ARSLAN, Seçil 155ARSLAN, Hikmet 521ARSLAN, Dilek 155ARSLAN, Gürsoy 91ATLILAR, Turgay 345AVCI ÖZGÜN, Meysun 155AVCIBA�I, Yasir 221AYDIN, Güne� 445

B

BAKICI, Sedat 229BAKTIR, Elif 389BAL, Bar�� 173BAL�BA�A, Davut 477BA�ARAN, Erkul 487BAYAR, Fatih Mehmet 590BAYLAKO�LU, �lknur 109BEYAZGÜN, Volkan 193BOZLU Banu Aysolmaz 301BÖLÜKBA�, Deniz 221

C

CAN�BEK, Murat 461CEYHAN, Özlem 461CEYLAN, Elif 183C��ERO�LU,Ender 574C�NGÖZ, Ayhan 221CÖMERT, Mutlu D. 277

Ç

ÇALLI, Selçuk 249ÇET�N, �zzet Emre 173,193,203Ç�L, Celal Zaim 406Ç�LO�LU, Tolga 495ÇOBAN, Ramazan 487ÇOLAKO�LU, Ali Mürteza 565

D

DEM�R, Begüm 147 DEM�REKLER, Mübeccel 119 DEM�REL, Akif 428 DEM�RÖRS, Onur 301 DEN�Z, Ertan 173 DERBENTL�, Taner 521 DO�AN, Ozan 249 DÖNMEZ, Burcu 99 DUMAN, Hakan 39 DURAK, Umut 269 DURGUN, Ahmet Cemal 129

E

EGE, Yavuz 211,557,565 ERBA�, Mehmet 381 ERCAN, Yücel 277 ERD�K, At�l 65 ERDO�DU,Sevda 139 EREN, Bahtiyar 355 EREN, Kamil 229 ERER, Koray 165 EROL, Serpil 355 ERTÜRK, Sarp 147 ERYILMAZ, Utkan 311 EVC�M, Mehmet 75 EVC�MEN,Ça�da� 11

G

GAZ�BEY,Yavuz 373 GENCER, Cevriye 373 GÖKLER, Mustafa �lhan 590 GÖKTEPE, Mustafa 211,557 GÖLYER�,Hamza 203 GÖZÜKARA,Arif Cem 565 GÜLEZ, Taner 155 GÜNAY, Melih 119 GÜNDÜZ, Kenan 521 GÜNSEL, Emrah 337 GÜRDAL, Mehmet Ali 229 GÜREL, �lker 139

H

HAZIR, Köksal 428

�

�DER, Kemal 269 �NCE, Abdullah S. 183,193 �SEN, Murat 39


618 �

��LER, Veysi 311

K

KABASAKALO�LU, �brahim Metin 183KADIO�LU, F.Suat 99KALEMTA�,Ay�e 91KALENDER, Osman 211,557,565KARA, Ferhat 91KARA, Bahar Yeti� 355KARAMALAK, Levent 285KARASAKAL, Esra 435,445KARASAN, Oya Ekin 355KAYASAL, U�ur 165KAYGUSUZ, Hamdi 373KESK�N, U�ur 311KILIÇ, Nam�k 65KILINÇ, Nevzat 453KIRCA , Ömer 155K�BARO�LU, Korkut 65KOL, Nuket 49KOLSUZ, Özlem 193KORKMAZYÜREK, HaluK 416KÖYMEN, Hayrettin 503,511,531KUTLAR, Ak�n 521KUTLUCA, Hüseyin 173, 183, 193,203KUZUO�LU, Mustafa 495,129

L

LEBLEB�C�O�LU, Kemal 11LENK, Onur 229

M

MARANGOZ, Alp 29MEHD�YEV, Rafig 521MERTTOPÇUO�LU, Osman 165MAHMUTYAZICIO�LU, Gökmen 1, 19

N

NALBANTO�LU,Volkan 610

O

O�UZ, Deniz 193O�UZ, Yeliz 193O�UZTÜZÜN, Halit 269

Ö

Ö�ÜN, Kurtulu� 521ÖKSÜZTEPE,Kurtulu� 203ÖZBAY, Hitay 129ÖZCAN, Serdar 109

ÖZDEM�R,Caner 221,259 ÖZEL, Serkan 83 ÖZER, Berrin 119 ÖZGEN Serkan 461, 610 ÖZGÖREN,M. Kemal 1,19,165 ÖZ�ÜR, S. Levent 521 ÖZKAN, Emre 119 ÖZKAN, Bülent 19 ÖZKAZANÇ, Yakup S. 321,329,239,582

P

PARLAK, Fuat 311 PARNAS, Levend 547 PEHL�VANO�LU, A. Güray 277 PER�N, Deniz 211

S

SARIKAYA, Ü.Cem 109 SARIKAYA, Tevfik Bahad�r 495 SAYNAK, U�ur 221 SEBER, Güçlü 610 SEMERC�, Bülent 165 SÖNMEZ, Tolga 277

�

�AH�N, Murat 600 �AH�N, Melin 610 �AH�N, Zekeriyya 511 �AH�N, Aykut 503 �ENSOY, M.Gökhan 211

T

TABAK, Akif 428 TAPKAN, Osman Siraceddin 129 TARHAN, Erhan 461 TAVUKÇUO�LU, Cengiz 39 TAYYAR, �. Hakk� 221 TEK�N, Raziye 600 TEMUR, Melike Gürün 109 TOHUMCU, Zeynep 435 TORTAMI�, Onur 193 TOYO�LU, Hünkâr 355 TUNÇER, Nihan 91 TURAN, Servet 91 TÜRKAY, Emine Özer 139

U

UÇAR, Ferhat 345 UZEL, Turgut 229


619 �

V

VURAL, Dan��ment 285VURAN, Nebi 329VURAN, Serpil 321

Y

YAMAN, Yavuz 610YAVUZ, Serkan 453YAVUZ KONU�LU, Ay�e 239YAVUZTÜRK, Elif 129YILDIRIM, Ömer 229YILDIRIM, R. Orhan 49,75,83YILLIK, Hatice 211YILMAZ, Betül 259YILMAZ, Erdal 381YILMAZ, Sacit 531YÜKSEL, �nci 155

Z

ZA�M, Mehmet 398

617 �

� �