فهرست مطالب
1- مقدمه. 2
1-1 پیشگفتار 2
1-2 آرایه های اکتیو و پسیو. 3
1-3 بیان مساله. 6
1-4 اهداف تحقیق.. 7
1-5 جنبه های نوآوری تحقیق.. 8
1-6 ساختار گزارش…. 8
2- انواع روش های کالیبراسیون.. 10
2-1 فرآیند کالیبراسیون.. 10
2-2 روش های کالیبراسیون.. 12
2-2-1 کالیبراسیون با استفاده از پروب اسکن.. 12
2-2-2 کالیبراسیون با پروب های ثابت خارجی.. 17
2-2-3 روش خطوط کالیبراسیون.. 23
2-2-4 روش تزویج متقابل.. 27
2-2-5 كاليبراسيون با استفاده از روشREV.. 38
3- الگوریتم های تکاملی و کاربرد آنها در سنتز آرایه فازی.. 42
3-1 مقدمه. 42
3-2 شرح مساله بهینه سازی.. 42
3-3 تابع هدف… 42
3-3-1 انواع تابع هدف در مسائل بهینه سازی.. 43
3-4 دسته بندی مسائل بهینه سازی.. 43
3-5 روش هاي ابتكاري بر مبناي مكانيزم هاي طبيعي.. 45
3-5-1 مراحل الگوریتم تکاملی.. 46
3-5-2 انواع شرایط خاتمه. 46
3-5-3 الگوریتم ژنتیک…. 47
3-5-4 الگوریتم اجتماع ذرات… 53
3-5-5 الگوریتم بهینه سازی مورچگان.. 56
3-5-6 الگوریتم علف های هرز 60
3-6 کاربرد الگوریتم های بهینه سازی در سنتز آرایه فازی.. 65
3-6-1 کاهش سطوح لوب فرعی آنتن های آرایه. 66
4- بررسی خطاهای الکتریکی و مکانیکی و ارائه الگوریتم کالیبراسیون.. 72
4-1 مقدمه. 72
4-2 بررسی اثر خطاهای مکانیکی بر روی کارایی تشعشعی آنتن های آرایه فازی صفحه ای.. 73
4-2-1 تحلیل صفحه اعوجاج یافته در آنتن های آرایه فازی اکتیو (APAA) 74
4-2-2 تحلیل خطای تصادفی در موقعیت المان ها 81
4-2-3 بررسی اثر خطای تحریک دامنه و فاز و خطای المان های معیوب… 82
4-3 الگوریتم کالیبراسیون تصحیح خطای فاز 86
4-3-1 اعمال الگوریتم ژنتیک…. 87
4-3-2 اعمال الگوریتم اجتماع ذرات… 90
4-3-3 نتایج شبیه سازی الگوریتم کالیبراسیون تصحیح خطای فاز 92
4-3-4 اندازه گیری الگوی تشعشعی آنتن به صورت عملی.. 99
5- جمع‌بندی و پیشنهادها 116
5-1 جمع‌بندی.. 116
5-2 پیشنهادها 117
فهرست شکل‌ها
شکل 1‑1: ساختار کلی آرایه های اکتیو و پسیو. (a) آرایه پسیو با شیفت دهنده ی فاز در پشت هر المان. (b) آرایه اکتیو با ماژول T/R در پشت هر المان[1]. 3
شکل 1‑2: بلوک دیاگرام RF ماژول T/R مربوط به یک رادار[2]. 5
شکل 1‑3: ترکیب همدوس انرژی با شیفت فاز[2]. 5
شکل 2‑1: اندازه گیری از نمونه اولیه یک رادار آرایه فازی با استفاده از پروب اسکن در ناحیه نزدیک[3]. 13
شکل 2‑2: کالیبراسیون رادار آرایه فازی با استفاده از پروب در ناحیه نزدیک[3]. 14
شکل 2‑3: کالیبراسیون رادار آرایه فازی با استفاده از پروب ثابت خارجی[3]. 18
شکل 2‑4: نمایی از رادار THAAD و کالیبراسیون اولیه آن در کارخانه[5]. 21
شکل 2‑5: دامنه‌ي تزويج بين المانها و يكي از آنتن‌هاي مرجع در سيستم THAAD[7]. 22
شکل 2‑6: فاز تزويج بين المانها و يكي از آنتن‌هاي مرجع در سيستم THAAD[7]. 22
شکل 2‑7: کالیبراسیون رادار آرایه فازی با استفاده از روش خطوط انتقال کالیبراسیون[3]. 24
شکل 2‑8: کالیبراسیون ارسال و دریافت برای رادار آرایه فازی با روش تزویج متقابل[3]. 29
شکل 2‑9: کالیبراسیون یک آرایه خطی با استفاده از روش تزویج متقابل برای مد دریافت (شکل سمت چپ) و ارسال(شکل سمت راست)[3]. 31
شکل 2‑10: کالیبراسیون المان های زوج و فرد از یک آرایه خطی نسبت به یکدیگر[3]. 31
شکل 2‑11: کالیبراسیون آرایه شش ضلعی با استفاده از روش تزویج متقابل. به ازای هر المان مرجع، شش المان پیرامون آن میتوانند کالیبره شوند[3]. 33
شکل 2‑12: روند اعمال روش کاليبراسيون براي آرايه هاي نامتقارن. 33
شکل 2‑13: کالیبراسیون یک آرایه مثلثی با استفاده از روش تزویج متقابل. در شکل سمت راست المان های (1) و (4) فرستنده و المان های (2) و (3) گیرنده هستند[3]. 34
شکل 2‑14: کالیبراسیون آرایه مربعی با استفاده از روش تزویج متقابل. در شکل سمت راست المانهای (1) و (4) فرستنده و المان های (2) و (3) گیرنده هستند[3]. 34
شکل 2‑15: کالیبراسیون آرایه مستطیلی با استفاده از روش تزویج متقابل. سه ترکیب مختلف از فرستنده/گیرنده که برای کالیبره کردن ربعی از المان های آرایه لازم میباشد[3]. 35
شکل 2‑16: نمایش چگونگی کنارگذاشتن المان های معیوب در حین کالیبراسیون با روش تزویج متقابل[3]. 37
شکل 2‑17: اثر تغيير فاز المان mام بر روي ميدان كل آرايه. 38
شکل 2‑18: تغيير دامنه‌ي ميدان كل آرايه در اثر تغيير فاز يكي از المانها. 39
شکل 3‑1: چرخه تکامل در یک الگوریتم تکاملی. 47
شکل 3‑2: فلوچارت الگوریتم ژنتیک. 49
شکل 3‑3: فلوچارت الگوریتم اجتماع ذرات. 55
شکل 3‑4: نحوه به روز رسانی سرعت و موقعیت. 56
شکل 3‑5: چگونگی حرکت مورچه ها برای تهیه غذا. 57
شکل 3‑6: تعیین مسیر حرکت برای دسته مورچه ها. 58
شکل 3‑7: فلوچارت الگوریتم علف های هرز. 64
شکل 3‑8: الگوی تشعشعی میدان دور آرایه خطی با توزیع یکنواخت . 67
شکل 3‑9: توزیع بهینه شده دامنه المان ها پس از اعمال الگوریتم. 68
شکل 3‑10: الگوی تشعشعی پس از اعمال توزیع دامنه بهینه. 68
شکل 3‑11: الگوی آرایه در حالت قبل و بعد از اعمال الگوریتم ژنتیک[33]. 70
شکل 4‑1: آنتن آرایه صفحه ای FPS-108 . 74
شکل 4‑2: انواع ساختار اعوجاج در آنتن آرایه صفحه ای، (a) اعوجاج خمیدگی، (b) اعوجاج کاسه‌ای-شکل[34]. 75
شکل 4‑3: آنتن آرایه صفحه ای المانه. 76
شکل 4‑4: تفاوت فازی بین المان های مجاور[34]. 76
شکل 4‑5: رابطه هندسه فضایی هدف[34]. 76
شکل 4‑6: تاثیر اعوجاج خمیدگی-شکل بر روی الگوی تشعشعی به ازای مقادیر مختلف اعوجاج، (a) ، (b) . 78
شکل 4‑7: تاثیر اعوجاج خمیدگی-شکل بر روی الگوی تشعشعی به ازای مقادیر مختلف اعوجاج، (a) ، (b) . 79
شکل 4‑8 : الگوی تشعشعی آنتن در حضور خطای تصادفی در موقعیت المانها، (a) ، (b) . 82
شکل 4‑9: نتایج شبیه سازی اثر خطای تصادفی در دامنه و فاز المان ها و اثر خطای المان های معیوب . 84
شکل 4‑10: نتایج شبیه سازی اثر خطاهای تصادفی تحریک و موقعیت، . 85
شکل 4‑11: آرایش اندازه گیری مورد نظر برای تحیح خطای فاز. 87
شکل 4‑12: الگوریتم تصحیح خطای فاز با استفاده از الگوریتم ژنتیک. 89
شکل 4‑13: الگوریتم تصحیح خطای فاز با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات. 91
شکل 4‑14: نمودار همگرایی الگوریتم PSO. 93
شکل 4‑15: الگوی تشعشعی آرایه 20 10 قبل و بعد از اعمال الگوریتم PSO. 93
شکل 4‑16: نمودار همگرایی الگوریتم ژنتیک. 94
شکل 4‑17: الگوی تشعشعی آرایه 20 10 قبل و بعد از اعمال الگوریتم ژنتیک. 95
شکل 4‑18: الگوی تشعشعی آنتن، قبل و بعد از تصحیح خطای فاز با الگوریتم PSO در حالت اعوجاج خمیدگی-شکل. 96
شکل 4‑19: الگوی تشعشعی آنتن، قبل و بعد از تصحیح خطای فاز با الگوریتم PSO در حالت اعوجاج کاسه ای-شکل. 97
شکل 4‑20: الگوی تشعشعی آنتن، قبل و بعد از تصحیح خطای فاز با الگوریتم GA در حالت اعوجاج خمیدگی-شکل. 98
شکل 4‑21: الگوی تشعشعی آنتن، قبل و بعد از تصحیح خطای فاز با الگوریتم GA در حالت اعوجاج کاسه ای-شکل. 99
شکل 4‑22: ساختار آرایه 16 8 المان با آرایش مثلثی. 101
شکل 4‑23: نحوه چینش المان های آرایه 16 8. 101
شکل 4‑24: یک زیرآرایه از آرایه 40 32 المان با آرایش مربعی. 102
شکل 4‑25: ساختار هر زیرآرایه برای آرایه 40 32. 102
شکل 4‑26: مقادیر دامنه اندازه گیری شده برای آرایه 128 المان. 103
شکل 4‑27: توزیع فاز آرایه 128 المان: (a) مقادیر فاز اندازه گیری شده قبل از کالیبراسیون، (b) مقادیر فاز تصحیح به دست آمده از الگوریتم ژنتیک، (c) خطای فاز باقیمانده. 104
شکل 4‑28: مقادیر دامنه اندازه گیری شده برای آرایه 1280 المان. 105
شکل 4‑29: توزیع فاز آرایه 1280 المان: (a) مقادیر فاز اندازه گیری شده قبل از کالیبراسیون، (b) مقادیر فاز تصحیح به دست آمده از الگوریتم ژنتیک، (c) خطای فاز باقیمانده. 106
شکل 4‑30: تجهیزات اندازه گیری میدان نزدیک در اتاق آنتن. 107
شکل 4‑31: نمودار همگرایی الگوریتم ژنتیک برای کالیبراسیون آرایه متشکل از 128 المان. 107
شکل 4‑32: نمودار همگرایی الگوریتم ژنتیک برای کالیبراسیون آرایه متشکل از 1280 المان. 108
شکل 4‑33: الگوی تشعشعی شبیه سازی قبل و بعد از اعمال الگوریتم ژنتیک:(a) ، (b) . 109
شکل 4‑34: الگوی تشعشعی شبیه سازی قبل و بعد از اعمال الگوریتم ژنتیک:(a) ، (b) . 110
شکل 4‑35 :نتایج شبیه سازی آرایه 1280 المان قبل و بعد از اعمال الگوریتم ژنتیک. 111
شکل 4‑36: الگوی تشعشعی اندازه گیری آرایه 128 المان : (a) ، (b) . 113
شکل 4‑37: الگوی تشعشعی اندازه گیری آرایه 1280 المان: (a) ، (b) . 113
فهرست جدول‌ها
جدول 1: مراحل روش کالیبراسیون با پروب های ثابت خارجی برای مد دریافت. 19
جدول 2: مراحل روش پروب ثابت برای کالیبراسیون در مد دریافت. 20
جدول 3: پارامترهای هندسی آنتن آرایه فازی. 78
جدول 4: کارایی آنتن آرایه فازی در حضور اعوجاج خمیدگی-شکل. 80
جدول 5: کارایی آنتن آرایه فازی در حضور اعوجاج کاسه ای-شکل. 80
جدول 6: پارامترهای آرایه شبیه سازی شده. 92
جدول 7: پارامترهای آرایه شبیه سازی شده با 128 المان. 100
جدول 8: پارامترهای آرایه شبیه سازی شده با 1280 المان. 100
فهرست اختصارات
RF |
Radio Frequency |
TRM |
Transmit & Receive Module |
LNA |
Low Noise Amplifier |
ABF |
Analog Beam Forming |
DBF |
Digital Beam Forming |
THAAD |
Theater High Altitude Area Defense |
PM/FIC |
Performance-Monitoring/Fault Isolation and Correction |
REV |
Rotating Element Electric-field Vector |
GA |
Genetic Algorithm |
PSO |
Particle Swarm Optimization |
ACO |
Ant Colony Optimization |
CSO |
Cat Swarm Optimization |
IWO |
Invasive Weed Optimization |
SI |
Swarm Inteligence |
SA |
Simulated Annealing |
DE |
Differential Evolution |
APAA |
Active Phased Array Antenna |
SLL |
Side Lobe Level |
pbest |
Personal Best |
gbest |
Global Best |
IPOP |
Initial Population |
Pc |
Crossover Percentage |
Pm |
Mutation Percentage |
