Quantum-RADAR

Kuantum Aydınlatma Tabanlı Radar Simülasyon Sistemi ve Hayalet Hedef Analizi

projenin temel hedefi, hayalet uçak tespitinde kuantum radar sistemlerinin teorik önemini ve potansiyelini incelemektir.Düşük radar kesit alanına ($RCS = 0.0800 , \text{m}^2$) sahip optimize edilmiş hayalet (stealth) askeri hava platformu, Klasik Monostatik Radar ile Kuantum Aydınlatma (Quantum Illumination) Tabanlı Kuantum Radar mimarileri altındaki tespit başarımlarını sayısal, analitik ve simülasyon temelli olarak karşılaştıran araştırma ve yazılım kütüphanesidir. Sistem, ekstrem düşük sinyal-gürültü oranı ($SNR$) rejimlerinde kuantum dolanıklığın (quantum entanglement) ve kuantum dekoherans dinamiklerinin sinyal işleme algoritmaları ile nasıl optimize edilebileceğini modellemektedir.

---

Teknik Altyapı ve Matematiksel Modeller

1. Klasik Monostatik Radar Denklem Modeli

Klasik radarlar için hedeften dönen sinyal gücü ($P_r$), uzaklığın dördüncü kuvvetiyle ($R^4$) ters orantılı bir sönümlenmeye tabidir:

$$P_r = \frac{P_t \cdot G^2 \cdot \lambda^2 \cdot \sigma}{(4\pi)^3 \cdot R^4 \cdot L}$$

Burada:

• $P_t$: Verici gücü (Transmitter Power)
• $G$: Anten kazancı (Antenna Gain)
• $\lambda$: Çalışma dalga boyu (Wavelength)
• $\sigma$: Radar Kesit Alanı (RCS - $\text{m}^2$)
• $R$: Hedef menzili (Range - $\text{m}$)
• $L$: Sistem ve atmosferik kayıplar (Losses)

2. Kuantum Aydınlatma ve Korelasyon Mekanizması

Kuantum radar mimarisinde, kuantum kaynağından çıkan sinyal ($S$) ve avare ($I$ - idler) foton çiftleri üretilir. Sinyal fotonu hedefe gönderilirken, avare fotonu alıcıda referans olarak saklanır. Başlangıçtaki dolanık durumun pozisyon/momentum korelasyon matrisi ve sinyal üretimi şu şekilde modellenmiştir:

$$\text{signal} = \mathcal{N}(\mu_s, \sigma_s^2) + \text{noise}$$ $$\text{idler} = \rho \cdot \text{signal} + \mathcal{N}(\mu_i, \sigma_i^2)$$

Alıcı aşamasında, yansıyan gürültülü sinyal ile saklanan avare foton arasındaki faz korelasyonu ve kovaryans analizi yapılarak arka plan termal gürültüsü baskılanır:

3D Model ve Geometrik Analiz

Proje kapsamında incelenen hayalet (stealth) uçak geometrisi, kaplamaları ve gövde açılarından kaynaklanan yansıma kayıplarını simüle etmek amacıyla modellenmiştir. Teknik altyapı çalışmaları iCADFEKO ortamında hazırlanmış orijinal uçak mesh dosyasının detaylı işlenmesiyle başlamıştır. Geliştirilen robust Python parser’lar ile dosya içinden DR (Veri Satırı) satırları ve vertex koordinatları çıkarılarak 63.160 üçgen ve yaklaşık 190.498 nokta içeren ham model temizlenmiştir.

Hava platformunun yüksek frekans asimptotik saçılma karakteristikleri, Fiziksel Optik (PO) yöntemi kullanılarak elektromanyetik simülasyonlar vasıtasıyla Şekil2 deki gibi analiz edilmiştir. Temel geometrik konfigürasyona sahip orijinal modelin ortalama Radar Kesit Alanı (RCS), referans düzlemde olarak hesaplanmıştır.

Uygulanan pasif imza yönetimi metodolojileri sayesinde, orijinal modele kıyasla toplamda değerinde kayda değer bir saçılma bastırması elde edilmiştir.

Simülasyon Çıktıları ve Performans Analizi

Klasik Monostatik Radar Performansı

Yapılan simülasyonda kritik tespit eşiği ($\text{Threshold}$) 12 dB olarak belirlenmiştir.

• 1200 m Menzilde: Sistem $12.40 , \text{dB}$ SNR değeri ile sınırda başarılı bir tespit gerçekleştirmektedir (EVET).
• 5000 m Menzilde: Hedefin küçük RCS değeri ($0.0800 , \text{m}^2$) ve $R^4$ sönümlemesi nedeniyle sinyal gücü $5.80 \times 10^{-16} , \text{W}$ seviyesine, sinyal-gürültü oranı ise $-12.39 , \text{dB}$'e gerilemektedir. Bu durumda klasik radar hedefi kesinlikle tespit edememektedir (HAYIR).

Parametre	1200 m Menzil	5000 m Menzil
RCS ($\sigma$)	$0.0800 , \text{m}^2$	$0.0800 , \text{m}^2$
Alınan Güç ($P_r$)	Sınırda	$5.80 \times 10^{-16} , \text{W}$
SNR (dB)	$+12.40 , \text{dB}$	$-12.39 , \text{dB}$
Tespit Durumu	EVET	HAYIR

Kuantum Radar

Kuantum radarın ekstrem gürültülü ortamlardaki performansı, geliştirilen farklı sinyal işleme katmanları ile test edilmiştir:

Gelişmiş Gürültü Altında

Dinamik faz düzeltmesi yapılmadığında veya gürültü bastırma aşaması yetersiz kaldığında, ham korelasyon $0.2113$ seviyesinde başlasa bile, dolaşıklık filtreleme hassasiyet kaybı nedeniyle işlenmiş korelasyon $0.0365$'e düşmekte ve Tespit Skoru $0.0013$ seviyesinde kalarak başarısızlıkla sonuçlanmaktadır (Hedef Tespit Edildi mi? -> HAYIR).

advanced_signal_processor ve ultra_signal_processor Başarımları

İleri düzey faz düzeltme ($\text{phase correction}$) ve dinamik eşikleme algoritmaları devreye alındığında, kuantum aydınlatma avantajı görünür kılınmıştır:

• Üretilen Dolanık Çift: 10,000 Foton Çifti
• Son Korelasyon: $0.4760$
• Sistem SNR Değeri: $1.055$
• Hesaplanan Tespit Skoru: $0.2455$
• Nihai Karar: Hedef Tespit Edildi mi? -> EVET

Bu süreçte arka plan termal gürültüsü başarıyla ayıklanmış, saçılım grafiklerinde idler ve sinyal fotonları arasındaki kuantum bağı korelasyon yoğunluğu matrisi üzerinde matematiksel olarak kanıtlanmıştır.

---

Lisans: MIT