Chƣơng 4 của luận án trình bày về các kết quả thực nghiệm trong nghiên cứu sử dụng các phần mềm, thuật toán của chƣơng 2 vào trong thực nghiệm.
Cụ thể là, áp dụng thuật toán di truyền song song và thuật toán MUSIC song song vào hệ thống anten mạng pha số 4x8 phần tử tại Viện Ra đa - Viện Khoa học - Công nghệ Quân sự Việt Nam.
Qua các kết quả thực nghiệm trình bày trong chƣơng này, ta có thể thấy đƣợc hiệu quả của các thuật toán này trong việc tạo ra các hƣớng không để loại bỏ nhiễu cũng nhƣ trong ƣớc lƣợng hƣớng tới của tín hiệu. Kết quả thực nghiệm ở đây là việc chứng minh đƣợc các đề xuất của tác giả về ứng dụng thuật toán di truyền và thuật toán MUSIC kết hợp với phép tính song song một số bƣớc có thể áp dụng cho việc xây dựng thuật tốn và phần mềm xử lý, tính tốn cho anten mạng pha. Đây là cơ sở để có thể áp dụng nội dung nghiên cứu của luận án vào thực tiễn hệ anten nhiều phần tử hơn.
KẾT LUẬN CHUNG
Luận án tập trung nghiên cứu việc xây dựng phần mềm điều khiển búp sóng, xử lý tín hiệu số.
Trên cơ sở phân tích lý thuyết, đã xây dựng những căn cứ để đề xuất áp dụng các thuật tốn có ứng dụng cách tính song song, lập trình và tính tốn mơ phỏng, thực nghiệm kiểm tra. Luận án đã hoàn thành mục tiêu đề ra.
Những kết quả chính của luận án là:
1. Nghiên cứu phát triển thuật tốn di truyền có sử dụng phép tính song song cho việc xử lý tín hiệu số, qt búp sóng, tạo ra khả năng chống nhiễu theo khơng gian, xác định đƣợc nguồn tín hiệu với độ chính xác cao và thời gian thích hợp.
2. Nghiên cứu phát triển thuật tốn MUSIC có sử dụng từng phần phép tính song song cho việc ƣớc lƣợng tín hiệu cho kết quả phù hợp.
3. Đề xuất sử dụng anten mạng pha với cách quay tia, đo trong vùng trƣờng gần để suy ra giá trị ở vùng trƣờng xa nhằm có kết quả nhanh và tiết kiệm khi hiệu chỉnh, sắp đặt các phần tử anten trong q trình tính tốn, gia công.
4. Các kết quả trên đều đƣợc tính tốn bởi các thuật toán đề xuất và phần mềm đƣợc xây dựng trên cơ sở ứng dụng phần mềm mô phỏng Matlab phù hợp với các luận cứ đặt ra.
Ngoài ra việc đo đạc thực nghiệm trên một anten mạng pha băng X sẵn có tại viện Khoa học Cơng nghệ Qn sự cũng nhƣ các cơng trình đƣợc cơng bố đã chứng minh tính tin cậy của những đề xuất trong luận án.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Le Quang Thao, Nguyen Ngoc Dinh, Do Trung Kien (2011), “Amplitude
and phase adaptive nulling with a genetic algorithm for array antennas”,Vnu,
Journal of Science, Mathematics - physics 27 (1S), pp.223-227.
2. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Nguyen Thi Ngoc Minh (2011), “Fast
solution for main beam pattern measurement using digital beam forming technique”, AIMSEC Proceedings, Zhenzhou, China, Aug 8-10, pp.6655- 6658.
3. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Do Trung Kien (2011), “Simulation
and comparison of parabolic and phased array antenna in radar technologies”, CLMV-02 Proceedings, Vinh, Vietnam Oct 11-15, pp167- 171.
4. Le Quang Thao, Nguyen Thi Ngoc Minh (2012), “Adaptive nulling with
parallel genetic algorithm in phased array antenna”, Tạp chí Nghiên cứu
KH&CN Quân sự, số 20, pp.7-13.
5. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Nguyen Thi Ngoc Minh (2012),
“Parallel computing in genetic algorithm for adaptive array antenna”, ACAI Proceedings 1, Xiamen, China, Mar 24-26, pp.511-515.
6. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Nguyen Thi Ngoc Minh (2012), “Fast
and High Resolution In Direction of Arrival Estimation Using Parallel MUSIC”, ACAI Proceedings 2, Xiamen, China, Mar 24-26, pp.1132- 1136
7. Le Quang Thao, Dam Trung Thong (2012), “Computation Power And
Number of Basics Radiator for Radar System using Phased Array Antenna”,
Canadian Journal on Electronics Engineering (online version) 3 (5), May 2012. pp.262-265.
8. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Do Trung Kien (2012), “Research and
comparison of performance of direction of arrival algorithms for smart antenna system”, Vnu, Journal of Science, Mathematics - physics 28 (1S),
pp.141-147.
9. Le Quang Thao, Dam Trung Thong, Do Trung Kien (2012), “Adaptive
array antenna with different models of genetic algorithm”, Vnu, Journal of Science, Mathematics - physics 28 (1S), pp.148-153.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Phan Anh (2007), Lý thuyết và kỹ thuật anten, NXB Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
2. Trƣơng Vũ Bằng Giang (2008), “Hệ thống đo lƣờng tự động anten tích hợp bộ lọc phần mềm”, Tạp chí Bưu chính Viễn thơng, 20, tr. 31-35. 3. Trƣơng Vũ Bằng Giang (2009), “Nghiên cứu ứng dụng một số phƣơng
pháp điều khiển và định dạng búp sóng cho anten thơng minh”, Tạp chí
Bưu chính Viễn thông, V(1), tr. 93-98.
4. Nguyễn Quang Hƣng (2006), Xử lý anten mảng theo không gian - thời gian trong thông tin vô tuyến di động, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện
Bƣu chính Viễn thơng Hà Nội.
5. Nguyễn Thị Ngọc Minh (2010), Nghiên cứu công nghệ chế tạo anten mạng pha, Báo cáo nghiệm thu đề tài, Viện Ra đa - Viện KH-CN Quân
sự Việt Nam, Hà Nội.
6. Nguyễn Đình Thức (2002), Trí tuệ nhân tạo lập trình tiến hóa, NXB
Giáo dục, Hà Nội
Tiếng Anh
7. Phan Anh, Tran Cao Quyen (2005), DOA Determination by Using an Antenna System Without Phase Center and MUSIC Algorithm, IEEE
International Symposium on Antennas & Propagation, Washington DC. 8. Tran Cao Quyen, Bach Gia Duong, Paul Fortier, Phan Anh (2008), An
approach for passive radar using a smart antenna system, International
conference on advanced technologies for communications, Hanoi, Vietnam.
9. E.S. Neves, W. Elmarissi, A. Dreher (2004), “Design of a broad-band low cross-polarized X-band antenna array for SAR applications”,
Antennas and Propagation Society International Symposium, IEEE, 3,
pp. 2460 - 2463.
10. C.E. Patterson, A.M. Yepes, Thrivikraman, Bhattacharya, Cressler, Papapolymerou (2010), “A lightweight X-band organic antenna array with integrated SiGe amplifier”, Radio and Wireless Symposium (RWS), IEEE, pp. 84-87.
11. L. W. Alvarez, Berkeley, Calif. (1949), Communication system, United
State Patented Office.
12. L. W. Alvarez, Berkeley, Calif. (1950), Airway monitoring and control system, United State Patented Office.
13. L. W. Alvarez, Belmont, Mass. (1952), Antenna system with variable directional characteristic, United State Patented Office.
14. G. M. Amdahl (1967), “Validity of the single-prosessor aproach to large scale computing capability”, AFIPS conference proceedings, Va. Reston, 30, pp. 483-485.
15. J. Razavilar, Rashid-Farrokhi, K.J.RLiu. (1999), “Software radio architecture with smart antennas: a tutorial on algorithms and complexity”, Selected Areas in Communications, IEEE Journal, 17 (4). 16. Md. Bakhar, Vani. R. M, P.V. Hunagund (2011), “Comparative studies
of direction of arrival algorithms for smart antenna systems”, World Journal of Science and Technology, 1(8), pp. 20-25.
17. A.S Shlapakovski, S.N Artemenko, V.M Matvienko, Vintizenko, Jiang (2006), “Status of the development of X-band antenna-amplifier: design, simulations, and prototype experiments”, ICOPS, pp. 297.
18. M.F I slam, M.A.M Ali, B.Y Majlis (2007), “Design and Simulation of X-Band Micromachined Microstrip Antenna”, SCORED, pp. 1-3.
Antennas for Wireless Communication Links, Wiley interscience a John
wiley & sons, inc, pp. 335-392
20. Blaise Barney (2010), Introduction to Parallel Computing, Lawrence
Livermore National Laboratory.
21. Hesham El-Rewini, Mostafa Abd-El-Barr (2005), Advanced Computer Architecture And Parallel Processing, A John Wiley & Son, Inc.
22. M. S. Bartlett (1948), “Smoothing periodograms from time series with continuous spectra”, Nature, 161, pp. 686-687.
23. K. F. Braun (1909), Electrical oscillations and wireless telegraphy,
Nobel lecture in Physics, Nobel Foundation.
24. J. Chenoweth, T. Speicher (1997), Cylindrical Near-field measurement of L-band antennas, Antenna Measurement Techniques Association
Conference.
25. R. T. Compton (1988), Adaptive antennas: Concepts and perfomance,
Englewood Cliffs, NJ, Prentice Hall.
26. A. Duric, P. Fürholz, A. Murk, A. Magun (2006), Far- and Near-Field Antenna Measurements of a Passive Scanning Polarimetric Imager at Millimeter Wavelengths, Proceedings of the Antenna Measurement
Techniques Association Europe Symposium, Germany, pp. 89-93.
27. TICRA Engineering Consultants, Spherical near-field transformation program with probe correction, TICRA, Copenhagen, Denmark
28. M. D. Fanton (2006), “Array antenna pattern measurement techniques”,
ERI Technical Series, 6, pp. 23-25.
29. Frank Gross (2005), Smart Antennas for Wireless Communications with MATLAB, McGraw Hill Publication.
30. L. Gargouri, R. Ghayoula, N. Fadlallah, A. Gharsallah, M. Rammal (2009), Steering an adaptive antenna array by LMS algorithm, IEEE
International Conference on Electronics, Circuits and Systems, pp. 459- 462.
31. L. C. Godara (1997), “Application of antenna arrays to mobile communications - II beamforming and direction of arrival considerations”, IEEE, 85(8), pp. 1195-1245.
32. L. C. Godara (2004), Smart Antennas, CRC press.
33. Y. C. Guo, M. S. Smith (1983), “Sidelobe reduction for phased array antennas using digital phase shifters, Pt. 1: One bit phase weighting”,
IEE, 130(5), pp. 343-351.
34. Y. C. Guo, M. S. Smith (1983), “Sidelobe reduction for phased array antennas using digital phase shifters, Pt. 2: Two bit phase weighting”,
IEE, 130(5), pp. 343-351.
35. R. L. Haupt, S. E. Haupt (1997), “Phase-only Adaptive nulling with a genetic algorithm”, IEEE, 3, pp. 151-160.
36. R. L. Haupt (2006), Adaptive antenna arrays using a genetic algorithm, IEEE mountain workshop on adaptive and learning systems, pp. 249- 256.
37. R. L. Haupt and A. S. Ali (1994), “Optimized backscattering sidelobes from an array of strips using a genetic algorithm,” Proceedings of the Applied Complrtational Electromagnetics Conference, pp. 266-270.
38. R. L. Haupt (1994), “Optimization of array antennas using genetic algorithms,” Proceedings of the Progress in Electromagnetics Research Sypositim, p. 172.
39. R. L. Haupt and Douglas H. Werner (2007), Genetic Algorithms in electromagnetics, John Wiley & Sons, Inc.
40. J.E. Hansen (1988), Spherical Near-Field Antenna Measurements, Peter
41. D. W. Hess, C. E. A. Rizzo, J. Fordham (2008), Measurement of antenna
performance for active array antennas with spherical near-field scanning, Institution of Engineering and Technology seminar on
Wideband, multi band antennas and arrays for defence or civil application, pp. 81-88.
42. Hewish A. (1974), Pulsars and high densty physics, Nobel lecture in
Physics, Nobel Foundation.
43. J. Holland (1975), Adaptation in Natural and Artificial System, The
University of Michigan Press, Ann Arbor.
44. Hubregt J. Visser (2005), Array and phased array antenna basics, John
Wiley & Son.
45. H. K . Hwang, Zekeriya Aliyazicioglu, Marshall Grice, Anatoly Yakovlev (2008), Direction of arrival estimation using a root-MUSIC algorithm, Proceeding of the International Multiconference of Engineers
and Computer Scientist, vol 2.
46. Kazunari Kihira, Kazufumi Hitara, Hiroaki Miyashita, Shigeru Makino (2005), “An adaptive array antenna using blind extraction of signal subspace for Radar”, ISAP, Korea, pp. 269-272.
47. T. B. Lavate, V. K. Kokate, and A. M. Sapkal (2010), “Performance analysis of MUSIC and ESPRIT DOA Estimation Algorithm for Adaptive Array Smart Antenna in Mobile Communication”,
International Journal of Computer Networks, 2(3), pp. 308-311
48. Linrang Zhang, H. C. So, Li Ping, Guisheng Liao, “Effective beamformer for coherent signal reception”, Electronic letters, 39(13),
pp. 949-951.
49. Lior Shmidov, Shali Hizkiahou (2004), Active antenna measurement system with high speed time synchronization, Technical publication of
Microwave vision group, Horsham.
50. L. Lizzi, F. Viani, M. Benedetti, P. Rocca, A.Massa (2008), The M-DSO-
ESPIRIT method for maximum likely hood DOA estimation, Progress in
Electromagnetics research, PIER, pp. 477-497.
51. Lu Jiaguo, Wu Manqin, Jin Xueming, Fang Zhengxing (2003), Active phased array antenna based on DDS, IEEE International Symposium on
Phased array system and technology, pp. 511-516.
52. Marius Pesavento, Alex B. Gershman, Martin Haardt (2000), “Unitary Root-MUSIC with a Real-Valued Eigendecomposition: A Theoretical and Experimental Performance Study”, IEEE, 48(5), pp. 1306-1314. 53. Mohamed M. M. Omar, Darwish A. E. Mohamed, Soha M. Haikel
(2011), “The mutual coupling effect on the MUSIC algorithm for direction of arrival estimation”, International Journal of Computer Application, 35(4), pp. 36-40.
54. M. S. R Mohd Shah, et al (2008), Design of 1x2, 1x4, and 2x2 dual polarization microstrip array antenna, IEEE proceeding of 6th National conference on telecommunication technologies, Malaysia, pp. 113-116. 55. A. C. Newell, M. Francis (1994), “Planar near-field measurement of
low-side lobe antennas”, Journal of Research of the National Institute of
Standards and Technology, 99(2), p.143-167.
56. A. C. Newell (2002), Near-field antenna measurement theory - planar,
AMTA educational seminar.
57. A. C. Newell (2002), Near-field antenna measurement theory - cylindrical, AMTA educational seminar.
58. A. C. Newell (2002), Near-field antenna measurement theory - spherical, AMTA educational seminar.
near-field measurement at UHF frequencies with complete uncertainty analysis, Antenna Measurement Techniques Association Conference.
60. M. Ohmiya, Y. Ogawa,; K. Itoh (1988), “Howells-Applebaum adaptive superresolution array for accelerated scanning”, IEEE Transaction on Antennas and propagation, 36(12), pp. 1700-1706.
61. Raviraj Adve, Direction of Arrival Estimation, note, unpublished.
62. Robert A. Monzingo, Thomas W. Miller (2004), Introduction to adaptive
arrays, SciTech Publishing, Inc.
63. Ryle M. (1974), Radio telescopes of large resolving power, Nobel
lecture in Physics, Nobel Foundation.
64. A. Shroyer, R. Lovestead, E. Darnel, A. Newell (2010), Planar near- field measurement on radiometer antennas up to 183 GHz for the global precipitation measurement satellite, Antenna Measurement Techniques
Association Conference.
65. D. Slater (1985), Near-field test facility design, Antenna Measurement
Techniques Association Conference.
66. D. Slater, G. Hindman (1989), A Low Cost Portable Near-Field Antenna
Measurement System, Antenna Measurement Techniques Association
Conference.
67. D. Slater (1991), Near-field antenna measurements, Artech House.
68. D. Slater (1994), A 550 GHz near-field antenna measurement system for
the NASA submillimeter wave astronomy satellite, Antenna
Measurement Techniques Association Conference.
69. T. Speicher, S. Sapmaz, M. Niwata (1998), 33m by 16m Near-field measurement system, Antenna Measurement Techniques Association
Conference.
optimization in phased array antennas using genetic algorithm”, IEEE Eighth International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Application, pp. 389-394.
71. P. Stoica and A. Nehorai (1989), “MUSIC, Maximum likelihood, and Cramer-Rao Bound: further results and comparisons”, IEEE transactions
on acoustics, speech, and signal processing, 38(12), pp. 2140-2150.
72. A. Varahram, J. Rashed-Mohassel (2002), “Sidelobe level optimization using modified genetic algorithm”, IEEE conference of Antennas and Propagation Society International Symposium, 1, pp. 742-745.
73. A. Vesa, A. Iozsa (2010), Direction - of - Arrival estimation for uniform
sensor arrays, International symposium on electronics and tele-
communications, pp. 249-252.
74. J. Way, K. Haner (1994), A low cost spherical near-field system,
Antenna Measurement Techniques Association Conference.
75. A. Yaghjian (1986), “An overview of near-field antenna measurements”,
IEEE transaction on Antennas and Propagation, 34 (1), pp. 30-45.
76. Yuusuke Yamashita (2009), X-band GaN HEMT Advanced Power Amplifier Unit for Compact Active Phased Array Antennas, ICROS-
SICE International Joint Conference, pp. 3047-3050.
77. Zhao Yan-Qui, Peng Zong (2009), Three-dimensional phased array antenna analysis and simulation, Microwave, Antenna, Propagation and
PHỤ LỤC 1 Code thuật toán di truyền song song
% khoi tao quan the
%min F(x)=-x*sin(10pi*x)+1.0 ; x thu?c [-1;2] close all; clear all; clc;
tic
amin=-pi/9;
amin1=[-pi/9, -pi/6 pi/9 pi/4]; % -20 -30 20 45 xl=-pi()/2;
xh=pi()/2; ngen=1000; ng1=30;
npop=50; % population size time=60000; mrate=0.1; err=0.4; nvar=20; nbits=15; ff='AF1'; Nt=nvar*nbits; %gen %%%song song: parfor step=1:4 amin=amin1(step);
natsel = npop/2; % npop/2 = 50% pop=round(rand(npop,Nt)); %ca the % luong gia (cost)
for i=1:npop x(:,i)=xl+(xh-xl)*([2.^(- [1:nbits])]*reshape(pop(i,:),nbits,nvar)); end % figure(1) % delta=x(:,1); % x1=-pi/2:0.0001:pi/2; % ang=x1/pi*180; % plot(ang,AF1(x1,delta)); cost=feval(ff,amin,x); ng=0; while (ng<ng1)
%selection
[cost ind]=sort(cost); %sort pop=pop(ind(1:natsel),:); cost=cost(1:natsel); %---------selection complete---------- %chon rulete parents=1:natsel; prob=1-parents/sum(parents) ; odds=[0 cumsum(prob)]; for i=1:natsel r=rand(); for j=2:length(odds) if r<=odds(j)
mother(i,:)= pop(j-1,:); % mother break; end end r=rand(); for j=2:length(odds) if r<=odds(j)
father(i,:)= pop(j-1,:); % father break;
end end end
mask=round(rand(1,nvar*nbits)); %uniform mask lai dong bo
for i=1:natsel
offspring1(i,:)=mask.*mother(i,:)+not(mask).*father( i,:); %con thu nhat
offspring2(i,:)=not(mask).*mother(i,:)+mask.*father( i,:); %con thu hai
end
offspring=[offspring1;offspring2]; %dot bien
mt=rand(2*natsel,1);
mindex=find(mt<mrate); %vi tri con bi dot bien
off=offspring(mindex(i),:); off(ceil(Nt*rand()))=not(off(ceil(Nt*rand()))); offspring(mindex(i),:)=off; end; pop=offspring; % luong gia (cost) for i=1:npop %i=1; x(:,i)=xl+(xh-xl)*([2.^(- [1:nbits])]*reshape(pop(i,:),nbits,nvar)); end cost1=feval(ff,amin,x); c=abs(min(cost)-min(cost1)); cost=cost1; ng=ng+1; [xsd(ng) minindex]=min(cost); %if (min(c)<err)||(ng>=ngen) break;end end %while(1)
poptol(step,:,:)=pop; end %End for parallel poptol=poptol(:,1:10,:); parfor i=1:4 pop((i-1)*10+1:i*10,:)=poptol(i,:,:); end %%%%%%%%% END parallel %while serial for i=1:npop %i=1; x(:,i)=xl+(xh-xl)*([2.^(- [1:nbits])]*reshape(pop(i,:),nbits,nvar)); end % figure(1) % delta=x(:,1); % x1=-pi/2:0.0001:pi/2; % ang=x1/pi*180; % plot(ang,AF1(x1,delta)); for i=1:4 amin=amin1(i); cost(i,:)=feval(ff,amin,x);
cost=sum(cost,1); end
ng=0;
while (ng<ngen) %selection
[cost ind]=sort(cost); %sort pop=pop(ind(1:natsel),:); cost=cost(1:natsel); %---------selection complete---------- %chon rulete parents=1:natsel; prob=1-parents/sum(parents) ; odds=[0 cumsum(prob)]; for i=1:natsel r=rand(); for j=2:length(odds) if r<=odds(j)