המונחים: Cost-Effective beamforming

טכנולוגיית Beamforming הפכה אבן הפינה של עיבוד אותות מודרני, ביצועים נהיגה במערכות החל מתחנות בסיס 5G ומערך מכ"ם ל- Sonar ואולטרסאונד רפואי.היכולת לנווט אנרגיה בכיוון מסוים משפר את טווח, החלטה והפרעה דחייה.עם זאת, מערכות מחשוב מסורתיות מסתמכות על רכיבי אחסון אינטנסיביים, אחידים, עם מאות או אפילו אלפי רכיבים, כל אחד עם שלה יקר של שרשרת של עלויות גבוהות יותר, במיוחד, כגון חומרים גמישים, אשר הובילו למגוון רחב יותר של חומרים מזינים, במיוחד, כגון חומרים גמישים יותר, חומרים גמישים, אשר הובילו, חומרים מזינים, במיוחד, כגון עלות יותר, חומרים גמישים של חומרים מזינים, אשר הובילו, בעיקר, כגון:

הבנה של Arrays

מערך ספאר הוא סידור אנטנה שבו אלמנטים ממוקמים במרווחים שאינם חד-ממדיים, משאירים פערים מכוונת בצמצם הפיזי.בניגוד למערך ליניארי אחיד אחיד (ULA) או מערך מלבני אחיד (URA) שבו אלמנטים ממוצבים במרחק קבוע (בדרך כלל חצי גל), מערך ספארי עשוי להיות בעל עמדות מעקב אחר הפצה סטטיסטית, פרמטר מנטליסטי או התאמה של פונקציה אחת מוגבלת על ידי רכיב אחד של תפקוד מלא של פונקציה פשוטה.

(במתמטיקה, מכלול ספארי עם FLT:0) ,NIRFLT:1 אלמנטים יכולים לגשת לפתרון זוויתי של מערך מלא של FLT:2MoriLT 3: 3 אלמנטים (שם FLT:4MIRFLT:5 > FLT 6NFLT 7) כי ההחלטה נשלטת בעיקר על ידי אורך ממוצע, לא משנה של תכונות אחידות יותר, אלא אם כן, לא ניתן לחלק את גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של מדרגה גבוהה יותר, בדרך כלל, באופן קבוע.

שתי קטגוריות רחבות של מערךים מלוחים משמשים: FLT:0thinned מערךsFIRLT:1 ו-FLT:2aperiodic מערכי ההרחבה (FLT 3: 3) החל מרשת רגילה וסלק באופן סלקטיבי אלמנטים (הבהם אותם) מערךי Aperiodic מאפשרים למרכיבים לעמדות רציפות, המציע גמישות רבה יותר יש את האופטימיזציה שלה ומסחר מספר תצורה מתקדמת.

היתרונות של סודיות ספורדית

עלויות ניכוי

הנהג העיקרי למערך ספארי עולה.במערך טיפוסי של מכ"ם או 5G, כל אלמנט דורש שינוי שלב, מגבר כוח (עבור שידור), מגבר נמוך (לקבלה), ודיגיטל-ל-אנט-אנטר או אנלוגי-ל-ספר-ספרתי, תוך צמצום מספר המרכיבים ישירות מצמצם את הצעת החומרים, העבודה, והמשקל הגדול, לעשרות יסודות צבאיים, תוך כדי צמצום משמעותי של 50 אחוזים של כוח-טווח הארוך, ו- 50 אחוזים, ניתן עדיין לחסוך במדדים של צריכת חשמל מודרני.

גמישות והתאמה

מערךי ספיידר אינם מתאימים בגודל אחד - כל.העמדות האלמנט יכולות להיות מותאמות לדרישות מבצעיות ספציפיות.עבור מערכת שצריכה לפעול בלהקות תדר מרובות, פריסה דלה ניתן לייעל את הביצועים המקובלים בכל הלהקות.בנוסף, כי צפיפות האלמנט היא נמוכה יותר, יש יותר מרחב פיזי בין רכיבים, פשטת קירור, צמצום הפיכה הדדית, ומאפשרת שילוב של חיישנים אחרים או אנטנות על פני אותה פלטפורמה היא גבוהה.

צמצם מורכבות

אלמנטים מעטים יותר מתכוונים פחות ערוצים לcalibrate, פחות כבלים ופחות נתונים לתהליך.מערכות מחשוב דיגיטליות, המדגם כל אלמנט בנפרד, נהנים מאוד מספירת ערוצים מופחתת.העומס חישובי - FFTs, אלגוריתמים הסתגלותיים, עיבוד הסתגלות של זמן בחלל - קשקשים עם מספר הערוצים. מערך ספאר יכול לחתוך את זה במחצית תוך שמירה על אותה רזולוציה זוויתית אם הוא פשוט יותר מ רזולוציה של 100.

המונחים: beam Steering

בעוד שזה אולי נראה מנוגד, מערך ספאר מעוצב היטב יכול להשיג יכולות הנעה קרן כי מתחרה ערכים צפופים. כי הצמצם גדול, ה-Beamwidth נשאר צר. אלגוריתמי אופטימיזציה מודרניים מאפשרים דפוס beam להיות מסונתז כך כי ה- ⁇ העיקרי הוא לנווט מעל שדה רחב של תצוגה ללא המראה של lobes גרפי כי אחרת אם תבנית גלימה למחצה יכול להיות מופרת עם מגוון רחב יותר זה היה להתמודד עם מגוון רחב יותר עם רוחבי או קבוע.

אתגרים עיצוב ופתרונות

מערךי ספיידר אינם ללא סחר- offs.המגירה המשמעותית ביותר היא רמות של צדוליות מוגברת. כי המערך הוא undersampled יחסית למצב Nyquist בתחום המרחבי, דפוס beam בהכרח מכיל נקודות תורמות גבוהות יותר מאשר מגוון מלא של אותה אנמביות יכול לגרום מטרות כוזבות במכ"ם, להפחית את העיכוב בתקשורת, ודמית שוליים באולטרסאונד, בנוסף לעמדות ספציפיות של ⁇ לא רצויות.

אתגר נוסף הוא הפיכה הדדית: במערך צפוף, אלמנטים סמוכים אינטראקציה אלקטרומגנטית.במערך ספארי, החיתוך הגדול יותר מקטין את ההפיכה, אבל כי עמדות הן בלתי סדירות, הפיכה משתנה בין אלמנט לרכיב ויכול להיות קשה יותר לחזות ולהפצה. סימולציה אלקטרומגנטית יעילה הופכת הכרחית במהלך עיצוב, עלייה במשקל חישובי בשלב העיצוב.

כדי להתגבר על האתגרים האלה, מהנדסים מעסיקים חבילה של טכניקות אופטימיזציה.המטרה היא למזער את רמת ה- Sidelobe הפסגה (PSLL) תוך שמירה על רוחב ה-Lobe הראשי וגמישות היגוי.הבעיה היא לא-convex ו-NP-Hard, כך גם היסטריסטיות ו- convex רפיה משמשים.

אריות דקות

הרדמה מתחילה עם רשת קבועה של עמדות אלמנט פוטנציאליות (למשל, חצי גל אורך ספאם על הצמצם) ומשתמש אופטימיזציה כדי להחליט אילו אלמנטים כדי להפוך או כבוי.זו בעיה אופטימיזציה בינארית.טכניקות כגון הדמיה של אלמנטים אנמנלינג, אלגוריתמים גנטיים, ואופטימיזציה של חלקיקים הם יעילים.

סאנסינג'ר ו-Serse Reשיקום

חישה ממוקדת (CS) מספקת מסגרת תיאורטית עבור שחזור אותות ספאארים מפחות מדידות מאשר sampling המסורתית Nyquist. בהקשר של עיצוב מערך ספארי, שיטות CS ניתן להשתמש כדי לקבוע את המספר המינימלי של אלמנטים הדרושים ואת עמדותיהם כדי להשיג טכניקת הדגימה הרצויה, במיוחד כאשר הגישה מתייחסת לקצב ליניארי של מיקומים פוטנציאליים; אופטימיזציה, לעתים קרובות באמצעות ספקטרום מתאים, כגון סלארי, הוא רק עבור עיצוב מתאים.

אלגורית גנטית ומטאורטיקנים אחרים

אלגוריתמים גנטיים (GAs) הם בין השיטות הפופולריות ביותר עבור אופטימיזציה של מערך ספארי. הם מקודדים עמדות אלמנט (או קבוצה של מצבים בינאריים על / off עבור דקינג) ככרומוזום, ואז לפתח אוכלוסייה של פתרונות באמצעות בחירה, קרוסבר ומוטציות על פני דורות רבים. GAs יכול להתמודד עם פונקציות מורכבות כי כוללים PSLL, beamwidth, הנעה, וחלוקת הדדית הם לא דורשים מידע עדכני על ידי ספקטרום רחב יותר, לעתים קרובות.

טכניקות מייגציה נוספות

  • (FLT:0)Amplitude Tapering:FLT:1 Windowing the Exציטוט amplitudes (למשל, טיילור, צ'בישר התפלגות) יכול עוד להפחית את הצדדיות על חשבון מעט רחב יותר.
  • (FLT:0) ,FLT:1uing תדירות גלפורמות מתונות יכול בממוצע לצאת פסגות צדולה לאורך זמן, מה שהופך מערךים מלוחים מקובלים במערכות מכ"ם.
  • (FLT:0) ,Hybrid Configurations: ⁇ 1) שילוב מערך ספארי עם ארכיטקטורות תת-קרקעית או חפיפה יכול להפחית את מספר הערוצים הדיגיטליים תוך שמירה על יתרונות אנלוגיים.
  • (FLT:0) Machine Learning Approaches:FLT:1ir רשתות עצביות עמוקות מאומן על אלפי דפוסים מותאמים אישית יכול לחזות עמדות יסוד טובות כמעט מיידיות, המאפשרות שינוי בזמן אמת במערכות הסתגלות.

תגיות: Sparse Arrays

5G ומעבר ל-Wiret Wireless Communications

הדור החמישי (5G) תחנות בסיס ממינוף מערךי MIMO מסיביים עם 64 עד 256 אלמנטים כדי לתמוך במגבת של משתמשים מרובים. טכניקות מערך ספורד מאפשרות למערךים אלה להיבנות עם פחות אלמנטים אנטנה ופחות חומרה, צמצום גודל ועלויות תוך שמירה על יעילות שלב ספקטרלית הנדרשת עבור להקות מ"מ וגילב.לדוגמה, מערך ספארי עם 32 אלמנטים יכול להשיג כיסוי דומה ל-64-מתאים מתקדמים, אם הם מאפשרים עיבוד נכון של מספר גלקסיות רדיו.

מערכות רדאר וסונר

יישומים רדאר, מבקרת שיוט לרכב ועד מכ"ם לטווח ארוך, נהנים ישירות ממערךים מלוחים. מכ"ם רכב (77-79 GHz) משתמשים במערךים קטנים; תצורה ספארית יכולה להפחית את העלות תוך מתן ההחלטה הזוויתית הדרושה כדי לזהות הולכי רגל וכלי רכב.ב מכ"ם צבאיים, מערךים מלוחים מאפשרים קיבולת גדולה (למשל, 40 מ"מ עבור מוקדם) כדי להיות פחות מערכי חשמל ומערכת נמוכה, במיוחד כדי להשיג תצורה של קווי חשמל.

תקשורת ושטח מבוססי Radar

עומסי חלל יש מגבלות מחמירות על מסה, כוח, ונפח. אנטנות מערך ספורדיות ניתן לא להתרבות כדי ליצור קצב גדול תוך שמירה על מספר אלמנטים פעילים שניתן לנהל.כדור הארץ משתמשים במערךים מלוחים עבור מכ"ם של צמצם סינתטי (SAR) כדי להשיג הדמיה של כדור הארץ.התצורה העווית מקטין את מספר השידור / קבלה, אשר הם יקרים ביותר עבור מגוון רחב של לוחות זמנים.

רפואת אולטרה-סאונד

בדיקות אולטרה סאונד להשתמש במערך של אלמנטים אדזואלקטריים כדי ליצור תמונות. ⁇ אולטרסאונד יכול לשפר את ההחלטה של מערכות באמצעות פחות אלמנטים, צמצום מספר הערוצים ובכך העלות של מערכת ההדמיה.זה חשוב במיוחד עבור מכשירים ניידים, בעלות נמוכה המיועד לשימוש באזורים כפריים או מפתחים. ⁇ ⁇ ⁇ עם אלמנטים אופטימיזציה הוכחו לשמור על איכות תוך שימוש ב-64 אלמנטים של עיבוד איטי יותר.

כיוונים עתידיים והתקדמות

תחום העיצוב של מערך ספיידר מתפתח במהירות.כמה מגמות דוחפות את הגבולות של מה שניתן.אחד הוא השימוש של FLT:0reconfigurable SparsesssveFLT:1 שיכול לשנות את עמדות היסוד שלהם באופן מכני או באמצעות מתגים כדי להתאים לפרופילי שליחות שונים.לדוגמה, רשת של מזל"טים קטנים נושאים אלמנטים אנטנה יכולה ליצור מערך ספארי שיכול להתאים את הגמישות שלה עבור כיסוי אופטימלי.

כיוון מבטיח אחר הוא (FLT:0) עמוק למידה מבוססת מערך עיצוב עיצוב של אלגוריתמים אבולוציוניים, רשתות עצביות אנדולוציוניות יכולות להיות מאומן למפות דרישות ביצועים ישירות לעמדות אלמנט.זה מקטין את זמן האופטימיזציה משעות ל- מילימטרים, ומאפשר הסתגלות בזמן אמת במערכות מכ"ם ותקשורת קוגניטיביות.

השילוב של אנטנות מט חומריות יכול לספק שליטה בשלב ואמפלקלוט ברמה של גלקסיות ספאריות הוא פתח דרגות חדשות של חופש.אנטנות מטא-חומריות יכול לספק שליטה בשלב ו amplitude ברמת גרניטריות שהופכת את המערךים הסונים אפילו יותר יעילים, שכן כל מטא-אטומים ניתן לכוון לפצות על מנת לפצות על תשואות מעשבות.

לבסוף, מערכות תקשורת אלחוטיות ו- ensingveFLT:1 (JCAS) המבצעות מערכות מכ"ם ותקשורת אלחוטית בו זמנית הן מקרה שימוש אידיאלי עבור מערךים מלוחים.המערך חייב לתמוך בשני פונקציות שונות עם דרישות דפוס סותרות. תצורה ספורדית, אופטימיזציה לשתי המשימות, מציעים פשרה חומרה פרגמטית המונעת מערך ייעודי לכל פונקציה.

מסקנה

תצורה של מערך ספיידר אינה רק מדד עלות; הם פילוסופיה עיצובית המכירה במגבלות המעשיות של חומרה תוך מינוף אלגוריתמים מתקדמים לשימור ביצועים.על ידי צמצום ספירת האלמנטים, מערךים מלוחים נמוכים יותר, משקל ומורכבות ללא הקרבה של פתרון זוויתי אפילו אלגוריתמים נגישים, מערכות מחשוב מתקדמות יותר ברמת הידבקות והפיכה הדדית, הן ניתנות לניהול טכניקות אופטימיזציה מודרניות כמו אלגוריתמים דקים, כגון דחוסים, כגון אלגוריתמים משפטיים, אלגוריתמים משפטיים, ומערכת תקשורת מתקדמת, אלגוריתמים, אלגוריתמים מסחריים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, 5G, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים מתקדמים, אשר ימשיכו להיות אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים מתקדמים,