İnsansız Hava Aracı (İHA) Sistemleri

Teknolojinin pek çok alanında olduğu gibi insansız hava aracı (İHA) sistemleri de ilk olarak askeri uygulamalar amacıyla geliştirilmeye başlanmıştır [75]. Aslında İHA sistemleri yeni bir teknoloji değildir. Sadece son yıllarda sivil amaçlı uygulamaları daha çok keşfedilmeye başlanmıştır [76]. İHA sistemleri drone’lar, insansız veya pilotsuz hava araçları ve uzaktan pilot ile kontrol edilen araçlar olarak ifade edilebilmektedir [75], [77]. İsminden de anlaşılabileceği gibi hava aracını kontrol edebilecek herhangi bir kimsenin hava aracı içerisinde yer almadığı bütün uçan araçları kapsamaktadır [78]. Araç içerisinde fiziksel olarak kontrol edecek kimse olmasa da, bu aracın otomatik olarak kendiliğinden uçtuğu anlamına gelmemektedir [79]. Bütün İHA çeşitleri yarı otomatik, tam otomatik veya bunların kombinasyonları şeklinde çalışan yer kontrol birimleri içermektedir [78]. İlk İHA, düşman bölgesinde daha düşük risklerde sessizce hareket edebilmesi ve küçük olması dolayısıyla 1916 yılında askeri gözlem amaçlarıyla ABD ordusu tarafından

geliştirilmiştir [80], [81]. Ancak, İHA sisteminin esas gelişimi 1950’lerde askeri amaçlar ile soğuk savaş döneminde, farklı ülkelere ait projeler ile başlamıştır [82]. İHA ile hava fotoğrafı alımı ilk örneği ise 1955 yılındadır [83]. Ancak, insanlı hava araçları tarihinden öncesine ait örneklerde bulunmaktadır. Örneğin, 1849 yılında insansız sıcak hava balonlarının hava bombardımanı amacıyla Venedik’te [84] ve Amerikan İç Savaşları’nda [85, 86] kullanıldıkları görülmektedir. Uygun fotoğrafik aparatların geliştirilmesi ile birlikte ABD ordusu tarafından İspanyol-Amerikan savaşlarında 1898 yılında uçurtmalara uzaktan çalıştırılan kameralar monte edilmiştir [87]. 1970 ve 1980’lerde NASA tarafından “Mini-Sniffer” programı çerçevesinde yüksek irtifalı atmosferik gözlem amaçlı İHA geliştirmiş ancak çok sınırlı başarı elde edilmiştir [75]. 1990’larda NASA’nın Çevresel Araştırma Hava Aracı ve Sensör Teknolojileri (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST)) programı kapsamında protokoller ve kapasiteler geliştirilmiştir [75]. Aynı dönemde, NASA’nın minyatürizasyondaki çaba ve katkıları ile daha küçük organizasyonlar kendi araştırma ihtiyaçlarına bağlı olarak İHA sistemleri oluşturmaya ve geliştirmeye başladılar. Günümüzde İHA sistemleri pazarı hem askeri hem de sivil alanlarda hızlı şekilde gelişmektedir. Ancak 2005 yılında piyasaya sürülen İHA sistemlerinin sadece %8’i sigorta sorunları, güvenli komünikasyon frekanslarının olmaması ve yasal düzenleme sorunları yüzünden sivil uygulamalardır [82].

Uzay veya hava platform uzaktan algılama sistemleri yer gözleminde temel platformlardır. Ancak uzaktan algılama sistemlerinde İHA teknolojilerinin kullanımı artan şekilde hem bilimsel hem de sivil mühendislik uygulamalarında önem kazanmaya, alternatif uzaktan algılama platformu [88], [89] veya yeni fotogrametrik ölçüm aracı [78] olarak devam etmektedir. Uzaktan algılama ve haritalama da kullanılan İHA sistemlerinin sayısı artmaktadır fakat pek çoğu hala araştırma aşamasındadır [79]. 1980 yılında, 3 kg taşıma kapasitesine sahip döner kanatlı İHA modeli fotogrametri çalışmalarında kullanılmıştır. Uçurtmalar, planörler, balonlar, uçaklar döner ve sabit kanatlı İHA sistemleri manuel, yarı ve tam otomatik uçuş modlarında havadan fotogrametrik veri alımında kullanılmaktadır [81]. İHA sisteminin seçimi uygulamaya bağlı olmaktadır [76]. Uçurtmalar ile hava fotoğraflarının alımı (yani uçurtma hava fotoğrafçılığı (kite aerial photography (KAP) veya Kiteography) çok amaçlı kullanım ve düşük maliyet sağlamaktadır [90]-[92]. Ancak bu sistemlerin izleme kapasitesi 10 Ha’dan daha küçük alanlardır [76]. Özellikle rüzgârın fazla olduğu alanlarda yararlı olan uçurtmalar

yüzeyden 50-150 m yüksekliklere kadar kamera teçhizatını yukarı kaldırmak için kullanılmaktadırlar. [91]’e göre küçük kanatlı uçurtmalar (1,5 m2_{) kuvvetli rüzgârlarda}

(25-40 km/s) en uygun iken, büyük esnek olmayan uçurtmalar (3 m2) hafif rüzgârlarda (15-25 km/s) daha uygundur. KAP sistemlerin diğer avantajları; arazide hızlı kurulum ve çalışma, daha küçük ekiple çalışılabilme ve kolay uçuş eğitimidir [91]. Bir diğer İHA sistemi olan balonlar ve zeplinler, düşük rüzgarlı alanlarda (<5 km/s) fotoğrafik ölçümlerin titreşimsiz ve çok daha stabil yapımına imkan vermektedir [76]. Ayrıca, zeplinler yüksekliği kesin şekilde kontrol edilebilen konumlarda uzun dönemlerde (birkaç saatten haftalara değişen) kullanılabilmektedirler [93]. Bunlar özellikle sahanın sabit bir noktadan gözlenmesinde çok yararlıdırlar. Helikopterler, planörler veya uçaklar motor gücüne sahip İHA’lar olup daha büyük alanların hızlı şekilde haritalanması kapasitesine sahiptirler [94]. Zeplinlerin aksine, görüntü alımında motorun çalışmasından kaynaklı titreşimler söz konusudur. Ayrıca, pek çok motor gücü ile çalışan İHA zeminden uzaktan kontrol sistemleri ile sistemi yönetebilecek yetenekte operatörler gerektirmektedir [76]. Ancak bu kısıtlama da geliştirilen otomatik uçuş sistemleri ile büyük oranda ortadan kaldırılmıştır [80]. Yerden kontrol edilen helikopterler havada daha az stabil olabilmektedir ancak kalkış ve iniş için uçak ve planörlerin aksine bir rampa gerektirmemektedirler [95], [96]. Yine son dönemde mikro İHA olarak tanımlanan çok küçük (birkaç cm boyutlarında) ve hafif, oldukça makul taşıma kapasitesine (yaklaşık 100-200 gr) sahip sistemler de geliştirilmektedir [79]. Sivil uygulamalarda İHA sistemlerinin sınıflandırılması boyut, maksimum uçuş süresi ve kapasitesine bağlı olarak yapılmakta olup detaylı açıklama Schaepman tarafından yapılmaktadır [75]. Motor gücü ile çalışan İHA sistemleri bileşenleri; hava aracı, sensör taşıyıcı ve yer kontrol istasyonudur [75]. Yer kontrol istasyonundan kontrol edilen araç arasında güvenli komunikasyon bağlantısı olması gereklidir. Düşük irtifalı İHA sistemleri görüntü alımında çok yüksek çözünürlüklere ulaşma imkânı sağladıklarından yükte hafif tüketici bazlı dijital kameralar ile birlikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak görünür ve kızılötesi spektrumda çalışan, multi- veya hiper-spektral alım yapabilen görüntüleme sistemleri, minyatür radarlar, pasif mikrodalga radyometreler ve LIDAR da kullanılmaktadır [79], [97].