Elektronik destek sistemlerinde veri analizi

Temelleri 1900’lü yılların başlarına dayanan ve günümüzde modern askeri güçlerin büyük ölçüde bağlı olduğu bir bileşen haline gelen radarlar sayesinde elektromanyetik spektrumda gözetim, silah kontrolü, haberleşme ve navigasyon gibi faaliyetler gerçekleştirilmektedir. Elektromanyetik spektrumu kontrol etmek amacıyla askeri alanda yapılan tüm faaliyetlere Elektronik Harp (EH) adı verilmektedir.

Elektronik Harp; Elektronik Destek (ED), Elektronik Taarruz (ET) ve Elektronik Koruma (EK) şeklinde üç sınıfa ayrılır. ED, EH’nin bilgi toplama kısmıdır ve pasiftir; ET ve EK için bir bilgi kaynağı olarak rol oynar ve gelecekte yapılacak EH teknik ve taktik (TvT) verilerini içeren bilgi bankalarını besler. Hızlı tehdit tanıması veya gelecekte yapılacak askeri faaliyetlerin planlanması ve yürütülmesi amacıyla; istemli veya istemsiz yayılan elektromanyetik enerji kaynaklarının aranması, yakalanması (intersept edilmesi) veya yerinin tespit edilmesi için alınan eylemler bütünüdür.

ED sistemlerinin topladığı bilgi, istihbarat amacıyla da kullanılabilir. Bu bağlamda; sinyal istihbarat (SIGINT) sistemleri, gelen sinyallerden askeri öneme sahip elektronik istihbarat (ELINT) veya haberleşme istihbarat (COMINT) bilgisi çıkarır. ED ve SIGINT sistemleri aynı kaynakları kullansa da tespit edilen bilginin kullanım amacı ve detayı bağlamında bu iki eylem birbirinden farklıdır. SIGINT’in amacı yeni tehdit tiplerini bulmak, bu tehdidin yetenek ve hassasiyetlerini belirlemek ve tehdidi kimliklendirmektir. Dolayısıyla zaman çizelgesi daha geniş zamana yayılmış olup, çok daha detaylı bir analiz ve çaba gerektirmektedir. ED ise topladığı bilgileri göreceli olarak daha az bir işlemden geçirerek SIGINT’in de beslediği kütüphanede bulunan bilinen tehdit (emitter) tiplerinin varlığını ve lokasyonunu hızlı bir şekilde tespit eder.

Şekil 1’de bulunan kavramsal ilişkide de görülebildiği üzere ED, çalıştığı sinyallerin tipine göre Haberleşme ED ve Radar ED olarak ikiye ayrılmaktadır. Bu yazının kapsamında haberleşme sinyalleri bulunmadığından ED ifadesi doğrudan Radar ED ifadesini işaret edecektir. Dolayısıyla SIGINT ifadesi yerine ELINT ifadesi genelliği kaybetmeden kullanılabilir. ED ve ELINT iki ayrı kavram gibi görünse de aralarındaki sınır, bazı ED sistemlerine veri depolama özellikleri kazandırılarak birer ELINT sistemi gibi de davranmasıyla son yıllarda daha az belirgin hale gelmiştir (Robertson, 2019).

EH ve radar terminolojisinde, ED sistemlerinin yakaladığı sinyallere yukarıda da bahsedildiği gibi “intersept” adı verilmektedir. Birkaç nano/milisaniye süren ani voltaj, akım veya elektromanyetik alan enerjisi değişikliğinden oluşan dalgaya “darbe” (pulse) denir ve darbeli yayın yapan radarların bulunduğu tipik bir senaryoda, herhangi bir ED sisteminin saniyede beş yüz binden bir milyon darbeye kadar yoğun bir ortamda çalışması söz konusudur. Her bir intersept darbesi analiz edilerek o darbeye dair “öz nitelik bilgileri” oluşturulur. Bu bilgilere Darbe Tanımlama Kelimesi (DTK) denir ve bu bilgiler kullanılarak ED sisteminin görevine yönelik bilgiler elde edilmeye çalışılır. Nihai amaç, tehdidin tespit edilmesi ve olası kimliğinin/kimliklerinin belirlenmesidir.

Veri Analizinde Mantıksal Akış

Modern sistemlerde tehdit tespiti-ve özellikle tehdit kimliklendirilmesi-ortamda çok sayıda tehdit sinyalinin bulunması ve parametrelerinin gün geçtikçe karmaşık hale gelmesinden ötürü oldukça karışık bir işlemdir. Tehdidin tipi, konumu ve çalışma şekli (modu) bilgilerinin elde edilmesi için yürütülen işlemlerin genel mantıksal akışı şu şekildedir:

(i) İlk olarak (nispeten) basit görevler ve üst seviye analizler yapılır. Bu görevler, daha kısa süreli interseptleri kullanan veya frekans spektrumda daha geniş bir bandı kapsayan taramaları içeren görevlerdir. DTK parametrelerindeki frekans, genlik, darbe genişliği ve geliş zamanı gibi parametrelerin çıkarımı işlemi bu aşamadadır.

(ii) İlk analizden elde edilen veriler, sinyalden ayrıştırılarak daha az “yoğun” veriler üzerinde daha detaylı analizler gerçekleştirilir (Buradaki yoğunluk kavramı sinyalin taşıdığı bilgi yoğunluğu anlamındadır). DTK parametrelerindeki darbe tekrarlama aralığı, (varsa) darbeler arası ve darbe içi modülasyonlarının çıkarımı; detaylı analiz kapsamına girmektedir. Bu basamak daha fazla zaman alan işlemleri içerir ve dolayısıyla bir önceki basamağa göre daha karmaşıktır.

(iii) Bütün belirsizlikler çözülene kadar analizler devam eder. Belirsizlikler çözüldüğünde akış tamamlanır.

Mantıksal akıştan da görüldüğü üzere; darbelere ait bilgilerin doğru olarak çıkarılması; analiz işleminin doğru yapılabilmesi ve ED sisteminin görevini en az hatayla yerine getirebilmesi için önemlidir. Dolayısıyla, ED sistemlerinde veri analizini tam olarak anlayabilmek için temelde DTK parametrelerinin ne olduğunu anlamak gerekir.

DTK Parametreleri ve Parametre Çıkarımı

Bir darbeden oluşturulan DTK yapısı sistemden sisteme değişebilir; ama her bir intersept darbesinden en az frekans, genlik, darbe genişliği ve geliş zamanı bilgileri çıkarılır. Çıkarılan parametre sayısı ve çeşidi, ELINT sistemlerinde ED sistemine göre daha da fazla ve detaylı olacaktır. Bu yazı kapsamında ise ED (ve/veya ELINT) sistemlerinde veri analizi için gerekli olan temel bazı parametrelere yer verilecektir.

Radyo Frekansı (Radio Frequency (RF))

Darbelerden frekans çıkarımı işlemi, sinyalin faz ilişkisine bakarak frekans bilgisini çıkaran alıcılar tarafından sağlanır. Bir radarın tüm darbeleri sabit bir frekansta olduğu gibi değişken frekanslarda da olabilir. Bu duruma Değişken RF (RF Agility) denir ve bu tip radarlar farklı görevleri yerine getirebilmek için farklı frekanslar kullanır.

Darbe Genişliği (Pulse Width (PW))

Bir darbe yüksek bant geçirgen filtreden geçtiğinde pozitif ve negatif iki adet ani voltaj değişikliği görünür. Bu iki ani voltaj değişikliği arasında geçen süre darbe genişliğini verir. Ayrıca, analog sinyalin yeterli miktarda örneklenerek dijital ortamda yeniden oluşturulması ile genellikle Şekil 2(a)’da belirtildiği şekilde darbe genliğinin %50 seviyelerinin arasında geçen süreden de hesaplanır. Genellikle mikrosaniyeler seviyesindedir.

Geliş Zamanı (Time of Arrival (TOA))

Radar darbesinin geldiği mutlak zamanı gösterir. Emiterden gelen darbeler radar alıcısına ulaşıp belirlenen bir eşik değerini geçtiği ilk an, darbenin TOA’sı olarak ölçülür. DTK parametrelerinde TOA bilgisi varsa, darbeler arasındaki TOA ilişkilerine bakılarak aşağıda bahsedilen PRI değerleri hesaplanabilir.

Darbe Tekrarlama Aralığı (Pulse Repitition Interval (PRI))

Darbe tekrarlama aralığı, Şekil 2(b)’de belirtildiği şekilde aynı radar yayınına ait peş peşe gelen iki darbenin geliş zamanları arasında geçen süredir ve hem birden fazla emiterin ayrıştırılması (deinterleaving) hem de kimliklendirilmesi aşamasında önemli bir rol oynar. Bir radar yayını darbeleri arasında sabit PRI kullanabildiği gibi farklı şekillerde farklı PRI değerleri kullanabilir. Farklı PRI değerleri kullanarak radarın menzil belirsizliğinde azalma, hedeften yansıyan sinyal ile gönderilen darbenin çakışmasını engelleme ve hareketli hedef belirlemede ortaya çıkan kör hızların elimine edilmesi gibi avantajlar sağlanır. Bu tekniğe “Darbeler Arası Modülasyon” denir ve tipleri aşağıdaki şekildedir:

(i) Sabit PRI: Tüm darbelerin PRI süreleri aynı ve sabittir.

(ii) Seğirmeli (Staggered) PRI: İkiden fazla PRI arasında belirli bir örüntüye göre değişim vardır. Yaygın olarak 3 adet PRI arasında bir örüntü kullanılsa da karmaşık sistemler daha fazla eleman kullanabilir.

(iii) Rastgele (Jittered) PRI: Bir PRI elemanı, ortalama PRI değerinin belirli bir yüzde farkı arasında kalacak şekilde (örn: ±%10 veya ±%20), rastgele değişkenlik gösterir. Rastgele PRI kullanımı, deinterleaving işlemini zorlaştıran bir faktördür.

(iv) Kayan (Sliding) PRI: Kayan PRI tipi bazı kaynaklarda ayrı bir darbeler arası modülasyon tipi olarak sunulsa da seğirmeli PRI tipinin alt başlığı olarak da düşünülebilir. Bu tipte, minimum PRI değeri ile maksimum PRI değeri arasındaki PRI değerleri sırayla seçilir. Maksimum değere ulaştığında tekrar minimum değere aniden geri döner ve kayma işlemine tekrar başlar.

(v) Bekleme Anahtarlamalı (Dwell and Switch) PRI: Bu modülasyon tipinde, ilk olarak bir PRI değerinde belirli sayıda darbe gönderilir, daha sonra başka bir PRI değerine geçilerek yeni PRI değerinde belirli sayıda darbe gönderilir. Tek bir PRI değerinde birden fazla darbe gönderimi işlemine “dwell” adı verilir. Bir emiterin çok sayıda dwell kullanımı, ED sisteminin her PRI için ayrı emiterlerin var olduğuna inandırılarak aldatılmasına neden olabilir.

Darbe İçi Modülasyon (Modulation on Pulse (MOP))

Darbeler arası modülasyon gibi; darbenin genliği (amplitude), frekansı (frequency) ve fazında (phase) da analog modülasyonlar gerçekleştirilebilir. Bunlara “Darbe İçi Modülasyon” denir ve sırasıyla AMOP, FMOP ve PMOP olarak gösterilir. Emiter tarafında, radarın hassasiyetini ve çözünürlüğünü artırarak yaydığı sinyallerin özellikle uzun mesafelerde bozulmadan hedefe ulaşmasını sağlar. ED sistemi tarafında ise bu modülasyonlar emitere özel bir bilgi olduğundan, MOP bilgisinin çıkarımı, analiz edilen darbenin emiterle ilişkilendirilmesi noktasında önem taşır.

Analiz Yazılımları

Yukarıda bahsi geçen parametreler, en temel DTK parametreleridir ve bir ED sistemi, analiz için her bir darbeden çok daha fazla parametre çıkarabilir. Çıkardığı parametreler üzerinde belirli örüntüleri saptayabilir, veri tabanında bulunan (önceki) verilerle karşılaştırma yapabilir ve analiz tamamlandığında DTK dizisinin hangi emiter(ler)le ilişkili olduğunu operatöre analiz yazılımları aracılığıyla gösterir. ED sistemi, birtakım algoritmalar aracılığıyla analizleri otomatik gerçekleştirse de operatör bilgi birikimi ve tecrübesiyle sistemin çıkardığı sonuçlar anlamlı hale gelir ve EH’nin ileriki basamakları için kullanılabilir.

Yüksek bilgi birikimi ve alanında uzmanlaşmış insan kaynağına sahip TÜBİTAK BİLGEM İLTAREN bünyesinde de operatörlere özel algoritmalar ve analiz yazılımları geliştirilmektedir. Bu yazılımlar aracılığıyla ortamda bulunan tehdidin tipi, konumu ve modu belirlenerek operatörlere sunulmaktadır. Operatörler tarafından bu veriler bilgi bankalarına girilebilmekte ve Silahlı Kuvvetlerimizin ihtiyaçları dâhilinde kullanılabilmektedir.