Geri Dön

New approaches for radar electronic warfare jamming challenges

Radar elektronik harpte karıştırma zorlukları için yeni yaklaşımlar

PDF İndir

  1. Tez No: 972055
  2. Yazar: MUSTAFA KÜÇÜK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Literatürde, tarama hızı modülasyonu (SRM) karıştırma tekniği, sıklıkla yorumsal ve niteliksel analizlerle ele alınmış olup, bu da sıralı taramalı radarlar (SLR) karşısında altoptimal performans sergileyebilmesine yol açmaktadır. SRM'nin teorik analizini yaparak ve parametrelerini optimize ederek, SLR'lerde açısal izleme hatalarını maksimize etmeye yönelik bir çerçeve sunulmaktadır. Bu bağlamda radar sapma açısı, anten parametreleri, karıştırma-sinyal oranı (JSR) ve diğer ilgili faktörlerle ilişkili olarak oluşturulan açısal hatanın analitik ifadesi elde edilmekte ve niceliksel analizlerle desteklenmektedir. Yapılan değerlendirmeler, radar alıcı antenleri arasında karıştırma darbelerinin dağılımının açısal ortalama kare hata (RMSE) üzerinde en büyük etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bu dağılımı etkileyen en önemli parametre görev döngüsü olduğundan, en yüksek açısal RMSE'yi elde etmek amacıyla en uygun görev döngüsü değerinin belirlenmesine yönelik bir optimizasyon yöntemi geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, optimize edilen SRM tekniğinin geleneksel SRM performansını önemli ölçüde artırdığını ve JSR değerleri 10-15 dB aralığında olduğunda, görev döngüsü değerinin %27-%37 aralığında seçilmesinin açısal RMSE'yi maksimize ettiğini ortaya koymaktadır. SLR'lerin SRM karıştırmasına karşı dayanıklılığı analiz edilerek, sinc anten desenleri ve ikinci dereceden açısal izleme döngüleri (SOATL) göz önünde bulundurulmuştur. Bu değerlendirme, daha önce detaylı olarak ele alınmamış olan radarın yan lob bölgelerinin zafiyetini değerlendirmeye olanak tanımaktadır. SRM karıştırmasına maruz kalan SLR'ler için ilk kez teorik olarak kilit koparma olasılığı analizi gerçekleştirilmiş ve SOATL parametrelerinin (özellikle sönümleme oranı ve doğal frekans) düşük JSR bölgesinde açısal RMSE'yi, yüksek JSR bölgesinde ise kilit koparma olasılığını nasıl etkilediği gösterilmiştir. Radar sapma açısının SLR'lerin SRM karıştırmasına karşı dayanıklılığı üzerindeki etkisi araştırılmış ve kilit koparma olasılığını maksimize eden optimal görev döngüsü seçimi belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, literatürde deneysel olarak sıkça belirtilen SRM'nin etkili olması için gereken 20 dB JSR gerekliliğini teorik olarak doğrulamakta ve SRM tekniğine ilişkin teorik analizleri SLR'lerin ana lob bölgesi ötesine genişletmektedir. Bu katkı, teorik modeller ile pratik radar-karıştırma etkileşimleri arasındaki önemli bir boşluğu doldurmaktadır. Kare dalga karıştırma (SWJ), SLR'lere karşı yaygın olarak kullanılan tekniklerden biridir. Ancak, geleneksel SWJ yöntemleri, etkili bir şekilde iz kaybı oluşturabilmek için nispeten yüksek karıştırma-sinyal oranı (JSR) seviyelerine ihtiyaç duymaktadır. Karıştırma etkinliğini artırmak ve JSR gereksinimlerini azaltmak amacıyla, geleneksel SWJ tekniğine faz tersleme mekanizmasının entegre edildiği yenilikçi bir karıştırma stratejisi sunulmaktadır. Bu modifikasyon, SLR'lerin açısal izleme döngüsü (ATL) karakteristiklerinden faydalanarak açısal hataları artırmakta ve radarın takip performansını özellikle yan lob bölgelerinde ciddi şekilde bozmaktadır. Önerilen yöntem, geleneksel SWJ yöntemlerine kıyasla gereken JSR seviyesinde yaklaşık 3 dB'lik bir iyileşme sağlayarak SLR zafiyetlerine karşı önemli ölçüde daha etkili hale gelmektedir. Önerilen SWJ çerçevesine entegre edilen faz tersleme mekanizması, radar ATL'lerinde doğal olarak bulunan açısal aşma fenomenini stratejik olarak manipüle etmektedir. Geleneksel SWJ'de karıştırma darbeleri eşit zaman aralıklarıyla gönderilirken, önerilen yöntemde karıştırma sinyalinin açma-kapama zamanlaması faz tersleme kullanılarak dinamik olarak ayarlanmaktadır. Bu zamanlama ayarlaması, radarın izleme sisteminde büyük açısal sapmalar oluşturarak ciddi açısal hata aşmaları meydana getirmekte ve nihayetinde radar kilidinin kopmasına neden olmaktadır. Faz terslemesinin SWJ'ye entegrasyonu, hedefin ters yönünde yanlış bir hedef oluşturarak SLR'lerde yanlış açı tahminlerine yol açmaktadır. Geleneksel yanıp sönme (blinking) karıştırma yöntemlerinin aksine, önerilen teknik yalnızca tek bir platform kullanarak açısal aldatma gerçekleştirebilmekte ve böylece operasyonel uygulanabilirliği artırmaktadır. Ek olarak, karıştırma etkinliğini optimize ederken JSR gereksinimlerini azaltan genlik terslemeli çapraz göz karıştırma (ARCEJ) tekniği önerilmektedir. Geleneksel CEJ yöntemleri yüksek JSR ve sıkı sistem toleransları gerektirirken, ARCEJ tekniği radarın açısal izleme döngülerindeki (ATL) açısal aşma davranışından faydalanarak karıştırıcı platformun radarın monopuls toplam kanalından dışarı manevra yapmasını sağlar. Bu yaklaşım, ATL'nin doğrusal olmayan özelliklerinden yararlanarak radarın izleme doğruluğunu bozar ve hedefin takibini kesintiye uğratır. Kapsamlı simülasyonlar, ARCEJ'nin geleneksel CEJ yöntemlerine kıyasla radar kilit kaybı için gereken JSR'yi yaklaşık 3 dB azalttığını göstermektedir. Ayrıca, ARCEJ tekniği yalnızca tek bir platform kullanarak çalışabilir, bu da geleneksel yanıp sönme (blinking) karıştırmasına göre önemli operasyonel avantajlar sunar. Yanıp sönme karıştırması ise iki platform gerektirirken, ARCEJ tekniği daha basit ve maliyet etkin bir çözüm sağlar. Bu özellik, özellikle kaynak kısıtlamaları veya operasyonel zorluklar nedeniyle birden fazla platform kullanmanın zor olduğu gerçek dünya senaryolarında büyük bir avantaj sağlar. Sonuç olarak, ARCEJ tekniği, radar karıştırma alanında önemli bir gelişme sunarak, daha düşük JSR seviyelerinde etkili karıştırma sağlamakta ve operasyonel verimliliği artırmaktadır. Modern radar sistemlerine karşı karıştırma stratejilerini optimize etmek için pekiştirmeli öğrenmeye (RL) dayalı bir çerçeve sunulmaktadır. Radar-karıştırıcı etkileşimlerini bir Markov Karar Süreci olarak modelleyen bu yöntem, RL ajanının gerçek zamanlı olarak karıştırma stratejilerini otonom bir şekilde öğrenmesine ve uyarlamasına olanak tanımaktadır. Geleneksel kural tabanlı yaklaşımların aksine, bu metodoloji radar modları, karıştırma etkinliği ve değişen çevresel koşulları dinamik olarak değerlendirmekte ve statik karar tablolarına olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır. Simülasyon sonuçları, önerilen çerçevenin radar zafiyetlerinden etkin şekilde faydalanarak ve farklı radar yapılandırmalarına uyum sağlayarak geleneksel kural tabanlı teknikleri geride bıraktığını doğrulamaktadır. RL tabanlı sistem, radar davranışındaki değişimlere ve çevresel dinamiklere karşı olağanüstü bir dayanıklılık sergileyerek çeşitli operasyonel koşullarda tutarlı karıştırma performansı sağlamaktadır. Geliştirilen karıştırma stratejilerinin analizleri, radar sistemlerinin karşı önlem mekanizmalarına verdiği tepkileri derinlemesine inceleyerek, yeni nesil radar karşıtı teknolojiler için önemli bir temel oluşturmaktadır. Farklı karıştırma tekniklerinin avantajları ve sınırlamaları kapsamlı bir şekilde değerlendirildiğinde, elektronik harp alanında gelecekteki çalışmaların daha etkili ve adaptif karıştırma çözümleri geliştirmesine olanak sağlayacak önemli veriler sunulmaktadır. Elde edilen bulgular, gelişen radar izleme metodolojilerinin ortaya çıkardığı zorlukları ele alarak daha etkili radar karşı önlemlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmakta ve elektronik saldırı stratejilerinin etkinliğini artırmaktadır. Elektronik harp teknolojilerinde kaydedilen ilerlemeler doğrultusunda, adaptif ve öğrenen sistemlerin radar-karıştırma etkileşimlerini yönlendirmede oynadığı rol giderek artmaktadır. RL tabanlı stratejiler, radar sistemlerinin adaptasyon mekanizmalarına karşı dinamik çözümler üreterek, gelecekte daha akıllı ve esnek elektronik harp senaryolarının kapısını aralamaktadır. Bu kapsamda, SRM, SWJ, ARCEJ ve RL tabanlı yaklaşımlar gibi çeşitli tekniklerin entegrasyonu, radar-karıştırma mücadelesinde yeni nesil çözümlerin önünü açarak modern savaş ortamlarında üstünlük sağlama potansiyeline sahiptir.

Özet (Çeviri)

In literature, the scan rate modulation (SRM) jamming technique has been primarily analyzed interpretively and qualitatively, which may result in suboptimal performance against sequential lobing radars (SLRs). This study aims to bridge this gap by conducting a rigorous theoretical analysis of SRM and optimizing its parameters to maximize angular tracking errors in SLRs. Specifically, a quantitative framework for SRM is provided, deriving an analytical expression for the induced angular error as a function of radar squint angle, antenna parameters, jamming-to-signal ratio (JSR), and other relevant factors. Findings reveal that the distribution of jamming pulses between radar receive antennas significantly impacts the angular root mean square error (RMSE). Given that the duty cycle is the primary factor influencing this distribution, an optimization method is proposed that selects the optimal duty cycle value to maximize the angular RMSE. Analysis demonstrates that the optimized SRM technique significantly enhances the performance of traditional SRM, with duty cycle values in the range of 27%-37% yielding the maximum angular RMSE for JSR values between 10-15 dB. Furthermore, the analysis evaluates the resilience of SLRs against SRM jamming, considering sinc antenna patterns and second-order angular tracking loops (SOATLs). This investigation enables an assessment of the vulnerability of the radar's sidelobe regions, which was previously unexplored in detail. The first theoretical analysis of break-lock probability for SLRs subjected to SRM jamming is introduced, showing how SOATL parameters—specifically, damping ratio and natural frequency—affect both angular RMSE at low JSR and break-lock probability at high JSR. Additionally, the impact of radar squint angle on SLR resistance to SRM jamming is explored, and the optimal duty cycle selection for maximizing break-lock probability is identified. Notably, results corroborate the 20 dB JSR requirement for effective SRM jamming, a widely accepted experimental benchmark, and extend the theoretical analysis beyond the main lobe region of SLRs. This contribution establishes a crucial link between theoretical models and practical radar-jamming interactions. Beyond SRM, an enhanced jamming strategy that integrates phase reversal into traditional square wave jamming (SWJ) techniques is introduced to exploit angular tracking loop vulnerabilities in SLRs. The proposed approach induces significant angular errors in radar tracking, particularly when targets traverse the sidelobe regions of the radar's antenna beams. Findings indicate that this novel method reduces the JSR required for radar track loss by approximately 3 dB compared to conventional SWJ techniques, highlighting its superior effectiveness in countering SLR tracking capabilities. These results reinforce the importance of advanced waveform design in electronic countermeasure strategies. In addition, an amplitude-reversion cross-eye jamming (ARCEJ) technique is proposed that optimizes jamming effectiveness while reducing JSR requirements. Unlike traditional cross-eye jamming (CEJ) methods, which require high JSR and strict system tolerances, this approach capitalizes on the angular overshoot behavior of radar angular tracking loops (ATLs) to maneuver the jammer platform beyond the radar's monopulse sum channel. Through extensive simulations, the ARCEJ method is shown to achieve radar lock loss at a JSR 3 dB lower than traditional CEJ methods. Furthermore, the proposed method offers a substantial operational advantage over blinking jamming, as it requires only a single platform instead of two. These findings underscore the enhanced operational flexibility and efficiency of ARCEJ in real-world electronic warfare scenarios. Finally, a reinforcement learning (RL)-based framework is presented for optimizing jamming strategies against modern radar systems within dynamic and complex electronic warfare environments. By modeling radar-jammer interactions as a Markov Decision Process, an RL agent is enabled to autonomously learn and adapt jamming strategies in real time. Unlike traditional rule-based approaches, this methodology allows for dynamic consideration of radar modes, jamming effectiveness, and evolving environmental conditions, eliminating the need for static decision tables. Simulation results validate the proposed framework, showing its ability to outperform conventional rule-based techniques by effectively exploiting radar vulnerabilities and adapting strategies to different radar configurations. The RL-based system demonstrates remarkable robustness against variations in radar behavior and environmental dynamics, ensuring consistent jamming performance across diverse operational conditions. These findings underscore the potential of RL-driven decision-making for advancing next-generation electronic countermeasure systems, providing a scalable and adaptive solution to counter modern radar technologies. Overall, the study contributes to the field of electronic warfare by advancing theoretical and practical understanding of SRM, SWJ, CEJ, and RL-based jamming techniques. The insights derived from this analysis pave the way for the development of more effective radar countermeasures, addressing the challenges posed by evolving radar tracking methodologies and enhancing the efficacy of electronic attack strategies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    925687

    X-bant gürültü radarı ile dron ve martıların mikro-doppler karakteristiklerin çıkarımı

    Extraction of micro-doppler characteristics of drone and seagulls with x-band noise radar

    KARTAL KAAN GÜMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELÇUK PAKER

  2. Tez No

    975392

    Yüksek verimli geniş bantlı 100W gan hemt güç kuvvetlendiricisi tasarımı

    High efficiency wideband 100W gan hemt power amplifier design

    ENGİN ÇAĞDAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN YAZGI

    DOÇ. DR. OĞUZHAN KIZILBEY

  3. Tez No

    486606

    Çok-yol sömürüsü radar ile bilgi destekli uyarlamalı algılama

    Knowledge-aided adaptive detection with multipath exploitation radar

    UTKU KUMBUL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HARUN TAHA HAYVACI

  4. Tez No

    196503

    Hava kuvvetlerinin ana savunma sistem tedarikinde proje yönetimi

    Project management in major defence systems acquisition for turkish air force

    HAKAN GÜRKAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAnkara Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. AHMET DENKER

  5. Tez No

    305154

    A conceptual evaluation of frequency diverse arrays and novel utilization of LFMCW

    Ayrık frekanslı dizilerin kavramsal değerlendirmesi ve LFMCW yönteminin özgün kullanımı

    TAYLAN EKER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. ŞİMŞEK DEMİR

    PROF. DR. ALTUNKAN HIZAL

Geri Dön