Milimetre dalga tarayıcısının Altair Feko ve Monarch kullanılarak tasarımı

Bu yazıda, bir kişinin giysisinin altına gizlenmiş nesneleri tespit etmek için tüm vücut görüntüleme için kullanılan bir milimetre dalga tarayıcısı için Altair Feko simülasyonları ve veri hazırlanması için Altair Monarch‘ın kullanımını paylaşılacaktır.

Giriş

Altair Feko, geniş bir aralıkta frekans ve zaman alanı tekniklerini kullanan alanında lider bir elektromanyetik simülasyon yazılımıdır. Altair Monarch, kullanıcıların düzenlenmemiş verileri tıklama tabanlı arayüz ve önceden oluşturulmuş işlevlerden yararlanarak satırlara ve sütunlara dönüştürmelerine yardımcı olan bir veri hazırlama çözümüdür. Monarch, kullanıcıların ayrıştırılmış verileri daha sonra filtreler, özetler, harici veri kaynakları ve sıralamalarla geliştirilebilecek tablo biçiminde kaydetmesine olanak tanır. Altair Compose, matematik hesaplamaları yapmak, verileri işlemek ve görselleştirmek, programlamak için kullanılan matris tabanlı yüksek seviye bir dil ve geliştirme ortamıdır. Altair Compose, kullanıcıların görüntü işleme algoritmalarını yazmasına ve bu algoritmaları görüntü işleme için daha fazla kullanmasına olanak tanır.

Aktif tarayıcılarda, milimetre dalgası, vücut etrafında dönerken iki antenden aynı anda iletilir. Vücuttan veya vücuttaki diğer nesnelerden yansıyan dalga enerjisi, analiz için uzak bir monitörde görüntülenen üç boyutlu bir görüntü oluşturmak için kullanılır. Milimetre dalga taramasının simülasyonu, büyük boyutta Altair Feko simülasyon çıktı dosyaları setleri üretir. Görüntüleri üretmek için bu çıktı dosyalarından verilerin çıkarılması gerekir. Bu görev Altair Feko’da komut dosyası oluşturma veya Altair Compose kullanılarak gerçekleştirilebilse de, bu yaklaşımların her ikisi de komut dosyası oluşturma/kodlama uzmanlığı gerektirir ve o zaman bile binlerce çıktı dosyasının ayrıştırılması zaman alabilir. Altair Monarch, çıktı dosyalarından gerekli verileri “kodlamasız” olarak çıkarabilir ve son derece hızlıdır.

Altair Feko‘daki milimetre dalga tarayıcı model kurulumu, verici ve alıcı bağlantı değerlerinden oluşan çok sayıda *.out dosyası oluşturur. Altair Monarch kullanılarak bu dosyalardan antenlerin konumu ve bağlantı değerleri çıkarılabilir ve tablo formatında yapılandırılmış veriler elde edilebilir. Veriler çıkarıldıktan sonra, Altair Compose’da 3D görüntü oluşturma için kullanılabilir.

Sonuçlar kısmı üç bölüme ayrılmıştır.

Bölüm 1

Altair Feko, insan vücudunun çeşitli konumlardaki verici ve alıcı güç değerlerini taramak ve elde etmek için kullanılır. Verici ve alıcı antenler için Altair Feko’nun “Component Library” den seçilen 1GHz merkez frekansına sahip Horn Anten Tasarımı kullanılmıştır. İnsan vücudunun boyutları 0.5*0.1*1.75 m³‘tür. Verici ve alıcı antenler 2,5 m yarıçapa yerleştirilir ve insan vücudu çevresinde 0 – 5 m (0,1 m çözünürlük) yükseklik değişimi ile 0⁰ – 360⁰ (açısal çözünürlük 1⁰) açı aralığında döndürülür. Bu açısal ve z yükseklik çözünürlüğü ile yapılması gereken simülasyon sayısı 18,050 civarındadır (yani, yaklaşık 18.050 adet dosya üretir). Şimdi bu output dosyalarındaki yansıma ve iletim katsayı değerleri ile ilgileniyoruz. Aşağıdaki şekil , Altair Feko kullanılarak tüm simülasyon senaryosunu göstermektedir.

Açısal çözünürlüğü 1⁰‘dan 0.1⁰‘a ve z-yükseklik çözünürlüğünü 0,1 m’den 0,01 m’ye değiştirirseniz, daha sonra çalışmanız gereken dosya sayısı 100’er mertebesinde artacaktır. Bu, veri işleme için çok sayıda veri dosyasıyla uğraşacağınız anlamına gelir.

Altair Feko‘daki lua komut (script) dosyası oluşturma ve binlerce dosyadan yansıma ve iletim katsayısı verilerini çıkarmak için Altair Compose gibi araçlar kullanılarak komut dosyası yazılabilir.

Bu komut dosyası oluşturma seçeneklerinin dezavantajı, programlama bilgisine (lua ve oml) sahip olmak ve gerekli verilerin binlerce dosyadan yavaş ayrıştırılması ve çıkarılmasıdır. Bu bilgiyi çıkarmak için “kodsuz” bir çözüm, Altair Monarch aracını kullanmaktır. Aşağıdaki şekil, komut dosyası oluşturma seçeneklerinin dezavantajını ve büyük miktarda dosya verisini işlemek için çözümü gösterir.

Bölüm 2

Altair Monarch‘taki iş akışı aşağıdaki gibidir. Feko kullanarak simülasyonları bitirdiğimizde, bu simülasyonlar *.out dosyalarını üretecektir. Veri dönüştürme ve çıktı dönüştürme için bu dosyaları Monarch’ta okuyabiliriz. Monarch’ta içe aktarılan Feko *.out dosyasından verici ve alıcı konumunu (X, Y ve Z konumu) ve Tx ve Rx Kuplaj değerlerini çıkarmak için tanımlamalar oluşturabiliriz. Ardından kalan 18.049 dosyanın tamamını hemen Monarch’a çekebilir ve bu dosyalardan gerekli verileri alabiliriz. Bu dosyalardan çıkarılan tüm veriler tablo biçiminde yapılandırılmıştır ve daha sonraki işlemler için excel dosya biçimine aktarılabilir.

Bölüm 3:

Yukarıdaki Feko – Monarch verilerinden 3D görüntü verilerini oluşturmak için veri işleme algoritmaları kullanılabilir. Görüntü oluşturma, 3 boyutlu ham verileri (frekans, açıklık boyutu 1, açıklık boyutu 2), hedefin uzamsal yansıtıcılığı ile ilgili 3 boyutlu hacimsel (örn., x, y, z) görüntülere etkili bir şekilde dönüştürür. Görüntü oluşturma, geri yansıtma yöntemleri veya FFT tabanlı yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir. 2D Görüntü oluşturma için arka projeksiyon yöntemlerinde bazı açık literatür komut dosyaları kullanılmıştır. Bu komut dosyalarını değiştirilmiş ve Altair Compose kullanarak çalışmasını sağlanmıştır. Benzer şekilde, 3D görüntü oluşturma için Altair Compose‘da komut dosyaları yazılabilir.

Aşağıdaki videoda işlem adımlarını bulabilirsiniz.

Kurumsal kullanıcılar için süre kısıtlamalı versiyonları indirmek için tıklayınız :  Altair FEKO |  Altair Compose |  Altair Monarch

Ücretsiz öğrenci versiyonları –> İNDİRİN