Yüksek frekans (HF) deniz radarının zaman uzayı sonlu farklar yöntemi ile modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada Hareketli Pencere Zaman Uzayı Sonlu Farklar yöntemi ile Yüksek Frekans bandında (5, 10, 15 MHz) çalışan bir deniz radarı için dalga yayılımı iki boyutlu Kartezyen koordinatlarda incelenmiştir. Böylece büyük ölçekli bir problem kabul edilebilir zaman ve hafıza gereksinimi ile çözülebilmiştir. Problem uzayı kara bölgesinde yerleştirilmiş anten, deniz ve deniz ortasında ki iletken bir adadan oluşmaktadır. Anten Gauss türü bir darbe ile uyarılmıştır. Problem uzayını sonlandırmak için Mur türü Soğurucu Sınır Koşulu kullanılmıştır. Bu tezde birinci aşamada verici anten karada konumlandırılırken gözlem noktaları deniz üzerinde alınmıştır (bistatik durum). İkinci aşamada ise verici anten ve gözlem noktaları aynı konumda (monostatik durum) konumlandırıldığı durum incelenmiştir. Birinci aşamada hareketli pencere boyutu ve yayılım frekansı için analizler yapılmış ve ikinci aşamada kullanılacak pencere boyutuna karar verilmiştir. İkinci aşamada antenden adaya kadar pencere boyutu sabit tutulmuş, ada üzerinde pencere boyutu genişletilmiş ve etkileşim tamamlandıktan sonra pencere boyutu sabit olarak geri hareket ettirilmiştir. Menzil bağımlı yol kaybı hesaplarından ve zaman uzayı alan bileşeni gözlemlerinden elde edilen veriler standart Zaman Uzayı Sonlu Farklar yöntemi ile karşılaştırılmış ve tutarlı olduğu gözlenmiştir.

In this work, electromagnetic wave propagation of a High Frequency, HF (5, 10, 15 MHz) radar is investigated by a Moving Window Finite Difference Time Domain method in two-dimensional Cartesian coordinates. Thus, a large scale problem is solved with a feasible computational time and memory. The problem space is constructed from a thin antenna located on the ground, sea and a conductive island on the sea. The antenna is excited by a Gaussian pulse. The problem space is terminated with a Mur type Absorbing Boundary Condition. In the first step of the thesis, the transmitter antenna is located on the land and observation points are located on the sea (bistatic case). In the second step, the transmitter and the observation point are located at the same position (monostatic case). First of all, in order to use in the second step, a window size is optimized by analyzing the parameters of the window size, frequency of operation in the first step. In the second step, the window size is fixed along the path from the antenna through the island, and then it is expanded on the island. Finally, the window size is fixed after the wave interaction finished. The calculated path losses and time dependent field variations are compared with the standard Finite Difference Time Domain method. Good agreements are observed between two methods.