İHA tespitinde radar uygulamaları

Maliyeti düşük olduğu için kolayca temin edilebilen küçük İnsansız Hava Araçları-İHA’lar (dronlar), çeşitli amaçlarla farklı modlarda çalıştırılabilmektedir. Yirmi birinci yüzyılın başından beri dronlar askeri amaçlar için kullanılmaya başlandı. Teknoloji ilerledikçe iklim değişikliği izleme, tarım, doğal afetlerden sonra arama/kurtarma, fotoğrafçılık, film çekimi ve mal teslimi gibi ticari uygulamalarda kullanılarak yaygınlaştı.

Malzeme bilimindeki gelişmeler daha düşük ağırlık, daha uzun pil ömrü sağlayarak uçuş menzilinin uzamasını sağlamıştır. Bu sistemlerin kötü amaçlı kullanılması sivil ve askeri stratejik tesis ve bölgelerin (enerji santralleri, havalimanları, sınır bölgeleri, komuta ve karargâh binaları vb.) hava sahasında tehdit yaratacaktır. Bu nedenle söz konusu tesis ve bölgelerin dron tehdidine karşın korunması önem arz etmektedir.

Türkiye’de ilk somut dron tehdidi Mart 2015’te İstanbul Atatürk Havaalanı çevresinde ortaya çıkmış, bu durum hava trafiğinin güvenliğini olumsuz bir şekilde etkilemiştir. 30 Ağustos 2015 törenleri sırasında TRT’nin kayıt amaçlı olarak kullandığı dron paniğe yol açmıştır. Ekim 2015 tarihinde Atatürk havaalanında inişe geçmekte olan bir uçak tarafından görülen ve kontrol merkezine ihbar edilen bir dron hava trafiğine tehdit oluşturmuştur. Bu süreçte günümüze kadar yaşanan çok sayıda olay durumun kritikliğini artırmaktadır.

Dron tehditlerine karşı koruma sağlamak amacı ile tehdidin tespit ve teşhis edilmesi, dronun tipine, bulunduğu ortam (meskun mahal, askeri alan, vb.) ve menziline bağlı olarak uygun karşı tedbir yöntemlerinin uygulanması gerekmektedir. Tüm bu sistemlerin entegre ve koordineli bir şekilde çalışmasını sağlamak amacı ile de Komuta Kontrol sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Dron tipine ve menziline bağlı olarak farklı yöntemlerin bir arada kullanılması ve sonuçların uygun şekilde kaynaştırılarak tespit ve teşhisin sağlanması gerekmektedir. Ayrıca korunacak bölgenin büyüklüğüne ve yapısına bağlı olarak birden fazla sensörün konuşlandırılması gerekecektir. Dronlar; radar kesit alanları(RKA), ışıma miktarı, lazer yansıtıcılığı, haberleşme tipi, parametreleri (frekans, modülasyon vb.), hız, motor/pervane gürültüsü gibi özellikler açısından farklılık gösterebilmekte ve Radar, Elektro Optik (EO) Sistemler, Lidar, COMINT/DF, Akustik algılama sistemleri ile tespit edilebilmektedir.

Tespit edilen hedefin ikinci aşamada teşhis edilmesi gerekmektedir. Tespit edilen unsurun gerçekten bize tehdit oluşturabilecek bir dron mu olduğunun belirlenmesi gerekmektedir. Entegre sistemlerde bu amaçla EO, Akustik ve LIDAR gibi yöntemlerden faydalanılmaktadır. Tehdidin optik cihazlarla görülecek mesafeye gelmesi sonrasında teşhis edilmesi sağlanmaktadır. EO cihazların radardan gelen veriler ile desteklenerek sürekli hedefi takip etmesi sağlanmaktadır. Hedefin iyice teşhis edilebilir/görülür hale gelmesi sonrasında otomatik optik takip algoritmaları ile takip edilmesi sağlanmaktadır. Bu amaçla Termal ve Gündüz görüş kameraları, LIDAR ve Akustik Sistemler kullanılmaktadır.

Hedefin tespit ve teşhis edilmesi sonrasında tehdit olduğuna karar verilmesi halinde etkisizleştirilmesi veya imha edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla korunacak tesisin konumu ve özelliklerine göre aktif/pasif önleme yöntemleri uygulanarak dronun etkisiz hale getirilmesi sağlanmaktadır. Aktif tedbir yöntemleri, genel olarak yüksek güçlü yönlendirilmiş enerji kullanan veya ateşli silahlar ile imha etme olarak tanımlanmaktadır. Pasif önleme yöntemleri ise; RF karıştırıcı sistemler, Sivil GPS Aldatma Sistemleri, Taktik Sinyal Emülatörleri, vb. sistemler kullanarak tehdidin etkisiz hale getirilmesi veya ele geçirilmesi olarak tanımlanmaktadır.

Sistemde kullanılan tüm alt birimler arasında koordinasyonu sağlayan, temel karar destek algoritmalarını işleten ve sisteme ilişkin tüm uyarı/alarm mekanizmalarını kontrol eden sistemler Komuta Kontrol Sistemleri olarak tanımlanmaktadır. Dron tehdidine karşı önlem alabilmek için öncelikle tehdidin tespit ve teşhis edilmesi, ardından İHA’nın tipine, bulunduğu menzile ve bulunduğu konuma uygun karşı tedbir yöntemlerinin uygulanması gerekmektedir.

Farklı tipteki radarların diğer sensörler ve pasif radarlara göre kritik konulardaki performansı karşılaştırmalı olarak aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablodan da anlaşılacağı üzere tek bir sensör tipiyle gürbüz bir çözüme ulaşmak mümkün gözükmemektedir ve bütün sensörleri en fonksiyonel şekilde entegre eden optimum çözümlere ulaşmaya çalışılmalıdır.

Günümüzde dron teknolojilerindeki gelinen noktayı özetlemek gerekirse:

1. Dronların yetkinlikleri ve aerodinamik performansları büyük ölçüde iyileşmiştir.

2. Giderek daha karmaşık ve yetenekli yükleri daha küçük platformlara yerleştirme kapasitesi önemli ölçüde artmıştır.

3. Boyut, ağırlık, uçuş kabiliyeti ve uygulamada büyük farklılıklar gösteren çok çeşitli dron türleri vardır.

Parrott, DJI ve Yuneec gibi tanınmış firmaların öne çıktığı yaklaşık 20 farklı üretici pazarın büyük bölümünü elinde tutmaktadır. Şekil-1, DJI Phantom 4 PRO ve Mavic quadcopter İHA’larını göstermektedir. DJI Phantom, yaklaşık 35 cm’lik diyagonal açıklığı ve 1.3 kg’lık ağırlığı ile fiziksel olarak çok küçük olsa da, kaliteli bir kamera ve ek yük (payload) taşıyabilmektedir. Dronların çoğu, akü ve motor tertibatlarının parçaları hariç, plastikten yapılmıştır. Esasen, bu küçük dronlara plastik ekleri olan uçan pillerdir diyebiliriz ve bu nedenle çok küçük RKA’ları (-20 ila -30 dBsm) olmaktadır.

Bu kadar küçük RKA’lı hedefleri tespit etmek için, çok yüksek hassasiyete sahip bir radar sistemi tasarlamak gerekir. Bununla birlikte, küçük kuşların RKA’ları dronlara çok yakın olabileceğinden, radar operatörü ekranında oldukça kafa karıştırıcı bir tablo ortaya çıkabilmektedir. Açıkçası, radarın aydınlattığı alandaki hareket eden insanlar, hayvanlar, arabalar ve hatta klima fanları bile dronlarla karıştırılma potansiyeli oluşturmaktadır.

Alçaktan uçan (tipik olarak 100 m’in altında), düşük hızlı (tipik olarak 20 m/sn’nin altında) ve düşük RKA’lı bu hedeflerin radarla tespit, takip ve teşhisindeki temel zorluklar aşağıda sıralanmıştır:

• Yüksek kargaşa ortamında çok düşük RKA’lı hedeflerin tespiti

• Multipath ortamında hedefin özellikle yükseklik bilgisinin (elevasyon) hassas elde edilmesinin zorluğu

• Hedef izleme’nin güvenilirliği

• Bahsedilen diğer hedef tiplerinden ayrıştırmak için gerekli olan sınıflama algoritmalarının zorluğu

• Dronların çok kısa mesafelerden aniden havalanıp oluşturabileceği tehditlerin gerektirdiği çok kısa zamanlı reaksiyon süresinin söz konusu olması

Yukarıda sıralanan zorlukların tümüne birden çözüm olacak bir radar sisteminin tasarımı oldukça zor bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Hâlihazırdaki ve yakın gelecekteki tehditlere ve söz konusu zorluklara karşı en uygun radar çözümünün 3-boyutlu aktif faz dizili radar olduğu söylenebilir.

Dron Tespit ve İmha Sistemi içinde yer alacak bir radar sisteminin tasarımı için dronun tespit, teşhis ve tedbir senaryosunun bilinmesi gerekmektedir. Bunu yapmak için, tespit edildikten sonra insansız hava aracına karşı uygulanacak tedbir yönteminin ne olacağını (Dronun kalkış noktasının koordinatlarını belirleme, dron sinyalizasyonunu karıştırma, yönlendirilmiş yüksek güçlü silahla imha etme, aktif/pasif önleme, karşı dronla müdahale, v.b.,) bilmemiz gerekir. Bu noktadaki farklı tercihler, radar sisteminin tespit, teşhis ve izleme isterlerini belirleyecektir.

Bahsedilen sistem ihtiyaçları ve kısıtları dikkate alınarak halihazırda üzerinde çalışılan yenilikçi radar tipleri ve çalışma alanları kısaca sıralanmaktadır (Şekil-2):

• Milimetre-dalga Radarlar ile Dron Tespiti ve Sınıflandırması: Yüksek menzil ve Doppler çözünürlüğü avantajı ile dron tespit ve sınıflandırması, özellikle kuş/dron ayrıştırması.

• Interferometrik Radar ile Dron Tespit ve İzleme

• DVB-T Tabanlı Pasif Radarlar: Tespit ve Ayrıştırma için kullanılma potansiyeli.

• Çok Bantlı Pasif Radarla Drone Tespiti ve Konumlandırma: DVB-T sinyalleri ile geniş alanda tespit, DVB-S ve WiFi tabanlı sistemler ile de yakın menzilde konum hassasiyetinin iyileştirilmesi çalışmaları

• Çoklu dron gruplarının sınıflandırılması : Dron sürüsü içindeki farklı dron tiplerinin ayrıştırılması çalışmalarını kapsamaktadır.

• Dron faydalı yükünün sınıflandırılması ve Dron Ayrıştırmada Kullanımı

• Dron/kuş Micro-Doppler Radar İmzaların Oluşturulması ve Karşılaştırılması