بررسی تاثیر خرابی عناصر آنتن آرایه‌ای خطی بر محاسبه فاکتور آرایه و جبران آن با الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله: کوتاه

نویسندگان

1 کارشناس ارشد دانشگاه علوم دریایی امام خمینی ره

2 استادیار و عضو هیئت علمی دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره) نوشهر

چکیده

شکل‌دهی پرتو در آنتن آرایه‌ای خطی با روش فاکتور آرایه انجام می‌شود که به صورت مجموع حاصلضرب وزن‌های معین در سیگنال دریافتی یا ارسالی هر عنصر در آنتن آرایه‌ای است و این وزن‌ها برای کاهش سطح پرتوهای جانبی به روش دلف چبی شف تنظیم می‌شود. خرابی عنصر موجب تغییر شکل فاکتور آرایه می‌شود. برجسته‌ترین تغییر، افزایش سطح پرتو جانبی می‌باشد که به صورت تابع خطا محاسبه شده است. معلومات مسئله، محل و تعداد عناصر معیوب می‌باشد. هدف، بازسازی فاکتور آرایه به صورت قبل از خرابی عناصر، با محاسبه مجدد وزن‌ها توسط الگوریتم محاسباتی می‌باشد که با کمینه کردن تابع خطا، مقادیر ضرایب تصحیح برای عناصر سالم حاصل می‌شود. شبیه‌سازی‌ها برای آنتن آرایه خطی 32 عنصری با فاصله هم‌سان نیم طول موج در فرکانس 8 گیگاهرتز در نرم‌افزار MATLAB انجام شده است. در این مقاله برای اولین بار با رسم تابع خطا، شناختی از چند مدی بودن تابع خطا و تفاوت محل بهینه سراسری در هر حالت خرابی بدست آمده است. با توجه به نوع تابع هزینه و نیاز به الگوریتم توانا در یافتن بهینه سراسری، الگوریتم ژنتیک انتخاب شد و با ارائه تابع هزینه پیشنهادی، مقدار خطای کمتر در تعداد اجرای یکسان حاصل شد. در شرایط عملی، خرابی عناصر به میزان 4 درصد بروز می‌کند که در این مقاله، با بررسی کامل‌تر و بیش از 4 درصد، نتایج روش بکار رفته در این تحقیق شامل این موارد است: 1-تعیین حالت‌های خرابی عناصر از لحاظ محل و تعداد عنصر قابل جبران‌سازی نرم افزاری. 2-محاسبه وزن‌های جبران‌سازی برای هر حالت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Array Factor Analyses in Linear Array Antenna with Element Failure and Correction by Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • m abdolahi 1
  • M Aghababaei 2
چکیده [English]

Array factor is sum of multiplied weights to elements signal (received or transmitted). This weights be set to reduce side lobe level (with Dolph Chebyschev). Element failure disturbs the Array Factor and change the parameters of that. The side lobe level is used to cost function the main parameter influence of array failing, and then define kind of cost function (multimodal or unimodal) and show the different global optimization point for any failing mode. In this problem, the number and position of failed element be gived and Genetic Algorithm, remake the Array Factor with reduce the cost function and recalculate the weights of unfailed element to recovery of original Array Factor. In practice, 4% of elements be failed but in this paper, try to find what kind of failing mode can be recovered with Genetic Algorithm. Array Factor and Genetic Algorithm be simulated in MATLAB ver. 2014 and results (weights) can be used in design step of array antenna for: 1-define mode (number and position of failed element) of array failure, that can be recovered. 2-calculate weights of unfailed element I any failure mode. 3-make correction table from offline recovery result for using in runtime mode of array.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Array Factor
  • Linear Array Antenna
  • Element Failure
  • correction
  • genetic algorithm
[1]        W. P. M. N. Keizer, “Element failure correction for a large monopulse phased array antenna with active amplitude,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 55, no. 8, pp. 2211-2218, August 2007.

[2]        P. R. Lorenzo Poli, Giacomo Oliveri, Andrea Massa, “Failure correction in time-modulated linear arrays,” IET Radar, Sonar & Navigation, vol. 8, no. 3, pp. 195-201, 2014.

[3]        M. M. Minghui Li, Kwok Shun Ho and Gordon Hayward, “Array Element Failure Correction for Robust Ultrasound Beamforming and Imaging,” IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, pp. 29-32, 2010.

[4]        A. S. S. Giulia Matrone, Marco Terenzi, Giosuè Caliano, Fabio Quaglia, and Giovanni Magenes, “A volumetric CMUT-based ultrasound imaging system simulator with integrated reception and µ-beamforming,” IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 61, no. 5, May, 2014.

[5]        V. Zuniga, A. T. Erdogan, and T. Arslan, “Adaptive radiation pattern optimization for antenna arrays by phase perturbations using particle swarm optimization,” NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and System, pp. 209-214, 2010.

[6]        A. T. E. Virgilio Zuniga, Tughrul Arslan, “Adaptive Radiation Pattern Optimization for Antenna Arrays by Phase Perturbations using Particle Swarm Optimization,” NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and System, pp. 209-214, 2010.

[7]        R. J. Mailloux, “Array failure correction with a digitally beamformed array,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 44, no. 12, pp. 1543-1550, 1996.

[8]        G. K. M. R. K. R. Muralidharan, “Iterative Fast Fourier Transform Based Technique for Failure Correction of Dolph Chebyshev Antenna Array with Minimum Side Lobe Level,” International Journal of Electronics & Communication Technology, vol. 4, no. 2, pp. 82-85, 2013.

[9]        K. Yadav, A. K. Rajak, and H. Singh, “Array failure correction with placement of wide null in the radiation pattern of a linear array antanna using iterative fast fourier transform,” IEEE International Conference on Computational Inteligence & Communication Technology, pp. 471-475, 2015.

[10]      L.-L. Wang, and D.-G. Fang, “Combination of genetic algorithm and fast fourier transform for array failure correction,” International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory, pp. 234-237, 2003.

[11]      S. U. Khan, I. M. Qureshi, F. Zaman, B. Shoaib, A. Naveed, and A. Basit, “Correction of faulty sensors in phased array radars using symmetrical sensor failure technique and cultural algorithm with differential evolution,” Hindawi Publishing Corporation the Scientific World Journal pp. 1-10, 2014.

[12]      K. Guney, A. Durmus, and SuadBasbug, “Antenna array synthesis and failure correction using differential search algorithm,” Hindawi Publishing Corporation International Journal of Antennas and Propagation pp. 1-8, 2014.

[13]      N. S. Grewal, M. Rattan, and M. SinghPatterh, “Antenna array pattern failure correction using differential evolution algorithm,” IEEE International Conference on Signal Processing Computing and Control (ISPCC), pp. 1-4, 2013.

[14]      B.-K. Y. a. Y. Lu, “Array Failure Correction with a Genetic Algorithm,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 47, no. 5, pp. 823-828, MAY, 1999.

[15]      J. A. Rodriguez, F. Ares, and E. Morcno, “Genetic algorithm procedure for linear array failure correction,” Electronics Letters, vol. 36, no. 3, pp. 196-198, 2000.

[16]      B.-K. Yeo, and Y. Lu, “Adaptive array digital beamforming using complex-coded particle swarm optimization-genetic algorithm,” Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings 2005, vol. 2, pp. 3, 2005.

[17]      A. Walia, and M. S. Patterh, “Antenna array failure correction using optimization techniques,” International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering vol. 3, no. 9, pp. 764-769, 2013.

[18]      M. Li, M. McGuire, K. S. Ho, and G. Hayward, “Array element failure correction for robust ultrasound beamforming and imaging,” IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, pp. 29-32, 2010.

[19]      R. Singh, and D. Mandal, “Comparison of genetic algorithm and particle swarm optimization for pattern recovery in failed antenna arrays,” International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), vol. 3, no. 7, pp. 64-68, 2013.

[20]      S. A. Mitilineos, and C. N. Capsalis, “On array  failure  mitigation using genetic algorithms and a priori joint  optimization,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 47, no. 4, pp. 227-232, 2005.

[21]      N. S. Grewal, M. Rattan, and M. S. Patterh, “A linear antenna array failure correction with null steering using firefly algorithm,” Defence Science Journal, vol. 64, no. 2, pp. 136-142, March, 2014.

[22]      R. Muralidaran, A. Vallavaraj, H. Patidar, and G. K. Mahanti, “Failure correction of linear array antenna with multiple null placement using cuckoo search algorithm,” ICTACT Journal on Communication Technology, vol. 5, no. 1, pp. 877-801, March, 2014.

[23]      O. P. Acharya, A. Patnaik, and S. N. Sinha, “Comparative study of bio-inspired optimization techniques in antenna array failure compensation,” Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), pp. 1232-1233, 2013.

[24]      L. Poli, P. Rocca, G. Oliveri, and A. Massa, “Failure correction in time-modulated linear arrays,” IET Radar, Sonar & Navigation, vol. 8, no. 3, pp. 195-201, 2014.

[25]      O. P. Acharya, A. Patnaik, and S. N. Sinha, “Null steering in failed antenna arrays,” Hindawi Publishing Corporation Applied Computational Intelligence and Soft Computing, pp. 1-9, 2011.

[26]      B.-K. Yeo, and Y. Lu, “Fast array failure correction using improved  particle swarm optimization,” Microwave Conference APMC Asia Pacific, pp. 1537-1540, 2009.

[27]      M. D. Migliore, D. Pinchera, M. Lucido, F. Schettino, and G. Panariello, “A Sparse Recovery Approach for Pattern Correction of Active Arrays in Presence of Element Failures,” IEEE Antennas and wireless Propagation letters, vol. 14, pp. 1027-1030, 2015.

[28]      L. W. Qihui Wang, Kang An, Zhouxiang Shou, and Huixi Zhang, “DOA Estimation of Smart Antenna Signal Based on MUSIC Algorithm,” Joournal of Network, vol. 9, no. 5, May 2014.