Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phương pháp mạng Nơ - Ron hiệu chỉnh giản đồ hướng trong ra đa dùng Anten mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ 
*********** 
LÊ DUY HIỆU 
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MẠNG NƠ-RON 
HIỆU CHỈNH GIẢN ĐỒ HƯỚNG TRONG RA ĐA 
DÙNG ANTEN MẠNG 
Chuyên ngành: Kỹ thuật Ra đa - dẫn đường 
Mã số : 62 52 02 04 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2015 
ii 
Công trình được hoàn thành tại: 
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. TS Nguyễn Đôn Nhân 
2. TS Lê Đại Phong 
Phản biện 1: 
Phản biện 2: 
Phản biện 3: 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp 
Viện, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi...... 
giờ.....ngày.......tháng...... năm 2015. 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự 
- Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
MỞ ĐẦU 
* Tính cấp thiết của đề tài: 
Anten mạng rất hữu dụng trong các hệ truyền thông do độ linh 
hoạt và dễ điều khiển giản đồ hướng (GĐH) của chúng. Ngày nay các 
anten mạng được ứng dụng nhiều trong quân sự và thương mại. Trong 
một số ứng dụng, anten mạng chứa một lượng lớn các phần tử hoặc 
mạng con. Vì sự có mặt của lượng lớn phần tử, khả năng lớn xảy ra 
hỏng hóc hay suy giảm chất lượng (sau đây gọi là phần tử lỗi) của một 
hoặc nhiều phần tử trong mạng. Các phần tử lỗi trong mạng phá hủy 
tính đối xứng và gây ra biến dạng GĐH có thể đến mức không chấp 
nhận được, chủ yếu ở dạng tăng mức búp sóng phụ. Việc thay thế 
những phần tử lỗi của anten mạng không phải lúc nào cũng thực hiện 
được, ví dụ anten mạng pha trên vệ tinh có một vấn đề rất đặc trưng, 
khi vệ tinh đã phóng thì không thể bảo dưỡng được các anten mạng 
pha. Nhưng trong trường hợp anten chủ động, có thể phục hồi GĐH 
với trả giá nhỏ nhất về chất lượng mà không cần thay thế phần tử hỏng, 
bằng cách điều khiển các kích thích của các phần tử không bị lỗi trong 
mạng. Điều này giảm đáng kể giá thành khi thay thế các phần tử lỗi và 
bảo đảm GĐH luôn được hiệu chỉnh, sự suy thoái của anten mạng 
chậm. 
Như vậy cần thiết phải đưa ra một số kỹ thuật hiệu chỉnh để có 
thể không cần thay thế các phần tử lỗi mà chỉ bằng tính toán lại các 
tham số của GĐH với các phần tử không hỏng còn lại để tạo một GĐH 
mới gần giống với GĐH ban đầu. Khả năng hiệu chỉnh GĐH anten 
mạng có các phần tử lỗi của mạng nơ-ron là một giải pháp phù hợp. Đó 
là cơ sở để nghiên cứu sinh thực hiện luận án “Nghiên cứu phương 
pháp mạng nơ-ron hiệu chỉnh giản đồ hướng trong ra đa dùng anten 
mạng”. 
2 
* Mục tiêu của luận án: 
Nghiên cứu tìm một phương pháp hiệu chỉnh GĐH của anten 
mạng pha tích cực khi xuất hiện lối của một hoặc nhiều phần tử. 
Nghiên cứu này phát triển một phương pháp hiệu chỉnh nhanh GĐH 
cho bất kì lỗi phần tử nào của anten mạng từ đó làm tăng tính năng của 
anten mạng và các hệ thống phối hợp. 
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 
GĐH anten mạng: Phương pháp tính toán bộ tham số của các 
phần tử anten mạng với công cụ là mạng nơ-ron truyền thẳng có số lớp, 
số nơ-ron tối ưu, các hàm truyền của nơ-ron và thuật toán luyện mạng 
phù hợp. Khả năng hiệu chỉnh và giới hạn hiệu chỉnh GĐH anten mạng 
của mạng nơ-ron khi anten mạng xuất hiện lỗi. Các tham số kỹ thuật 
đặc trưng của anten mạng pha tích cực có 7; 13; 16 và 32 phần tử. 
Mạng nơ-ron: Tìm cấu trúc tối ưu của mạng nơ-ron truyền thẳng 
(số lớp ẩn, số nơ-ron trong lớp ẩn), thuật toán lan truyền ngược (mạng 
nơ-ron thích nghi) theo tiêu chuẩn sai số trung bình bình phương nhỏ 
nhất để hiệu chỉnh GĐH anten mạng tuyến tính chuẩn gồm hữu hạn 
phần tử khi xuất hiện lỗi bất kỳ. 
* Phương pháp nghiên cứu: 
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng: 
Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các biểu thức toán học tính 
toán, tổng hợp GĐH của anten mạng tuyến tính, các đặc trưng làm biến 
dạng GĐH; Nghiên cứu cấu trúc mạng nơ-ron, số nơ-ron, số lớp trong 
mạng nơ-ron ảnh hưởng đến tốc độ luyện mạng và khả năng hội tụ của 
mạng; Nghiên cứu thuật toán lan truyền ngược theo tiêu chuẩn sai số 
trung bình bình phương nhỏ nhất để khi luyện mạng luôn đạt được hội 
tụ và hội tụ tại điểm mong muốn. 
3 
Mô phỏng thực nghiệm: Mô phỏng luyện mạng nơ-ron với các 
phương pháp luyện khác nhau; Mô phỏng luyện mạng với các hàm 
truyền của nơ-ron khác nhau; Mô phỏng đánh giá giá trị hàm sai số 
trong mạng nơ-ron sử dụng hàm truyền khác nhau với lớp ẩn có số nơ-
ron khác nhau; Mô phỏng đánh giá khả năng đáp ứng và giới hạn đáp 
ứng của mạng nơ-ron dưới tác động của các khả năng xảy ra lỗi ở một 
hoặc nhiều phần tử. 
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 
Ý nghĩa khoa học: Khẳng định mạng nơ-ron là một trong nhiều 
công cụ để hiểu chỉnh GĐH khi xuất hiện lỗi ở các phần tử. Thiết kế tạo 
các bộ dữ liệu phục vụ luyện mạng nơ-ron mang tính tổng quát, được 
kiểm chứng để đánh giá độ tin cậy chính xác và khoa học. 
Ý nghĩa thực tiễn: Bộ dữ liệu của GĐH chuẩn và bộ dữ liệu của 
GĐH khi xuất hiện lỗi bất kỳ có ý nghĩa cao trong công tác dự báo 
hỏng hóc cho anten mạng; Hoàn thiện phương pháp luyện trực tuyến, 
điều này đồng nghĩa với hiệu chỉnh GĐH trong thời gian thực. 
* Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm 108 trang thuyết minh; 
trong đó có 8 bảng; 50 đồ thị, hình vẽ; 44 tài liệu tham khảo và 20 trang 
phụ lục. 
Chương 1: Tổng quan về anten mạng và đặc trưng giản đồ hướng 
anten mạng pha tích cực tuyến tính đồng nhất. Trong chương này luận 
án trình bày: Các tham số đặc trưng không gian của anten. Đặc điểm hệ 
thống anten mạng pha và mạng pha tích cực. Cụ thể là: trình bày 
phương pháp tổng hợp GĐH; các tham số đặc trưng của GĐH; các 
phương pháp hiệu chỉnh GĐH với các tiêu chuẩn khác nhau; và các đặc 
trưng hỏng hóc phần tử trong anten mạng tuyến tính; Xác định nội dung 
nghiên cứu. 
Chương 2: Xây dựng mạng nơ-ron hiệu chỉnh GĐH anten mạng 
pha tích cực. Trong chương 2 luận án đã khảo sát: Cấu trúc mạng nơ-
4 
ron cho việc hiệu chỉnh GĐH, trong đó tập trung đi sâu khảo sát: Số lớp 
và số nơ-ron của mạng nơ-ron truyền thẳng; Thuật toán luyện tập mạng 
và các vấn đề trong thuật toán luyện mạng, bộ trọng số ban đầu và tỉ lệ 
luyện trong quá trình luyện mạng, mô tả phương pháp cập nhật trọng số 
các lớp đầu vào, lớp ẩn và lớp đầu ra của mạng nơ-ron và các vấn đề 
cực tiểu hàm sai số; Phương pháp luyện mạng nơ-ron; Hàm hoạt động 
của mạng nơ-ron. 
Chương 3: Ứng dụng mạng nơ-ron hiệu chỉnh GĐH của anten 
mạng pha tích cực. Trong chương này luận án trình bày các nội dung 
sau: Cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn GĐH 
anten mạng tuyến tính đồng nhất với số phần tử hữu hạn phục vụ cho 
quá trình luyện mạng. Trên cơ sở các đặc trưng hỏng hóc của anten 
mạng xây dựng bộ dữ liệu đầu vào với cấu trúc anten mạng đã biết 
phục vụ quá trình luyện mạng. Căn cứ vào kết quả luyện mạng với các 
bộ tham số đã được xây dựng đánh giá khả năng hiệu chỉnh của mạng 
nơ-ron đã được đưa ra và các giới hạn hiệu chỉnh GĐH của mạng nơ-
ron đó. 
Chương 1 
 TỔNG QUAN VỀ ANTEN MẠNG VÀ ĐẶC TRƯNG GĐH 
ANTEN MẠNG PHA TÍCH CỰC TUYẾN TÍNH ĐỒNG NHẤT 
1.1. Những vấn đề chung về anten mạng pha 
Những tham số chính của anten mạng pha cũng hoàn toàn không 
khác gì so với các chủng loại anten khác. Đó là: GĐH anten; mức cánh 
sóng phụ; hệ số khuếch đại; hệ số đặc trưng hướng; các đặc trưng tần số 
v.v. Tuy nhiên, do có sự tồn tại của các phần tử tích cực nằm trên anten 
và tham gia trực tiếp vào quá trình hình thành những đặc trưng đó, nên 
cơ sở, và công cụ tính toán cũng có những cách tiếp cận khác. Trong 
anten mạng pha tích cực tồn tại của hàng trăm, thậm chí hàng ngàn 
phần tử là các mô đun thu - phát tích cực. Như vậy việc giải bài toán 
5 
"nghiên cứu đảm bảo các tham số đặc trưng không gian của hệ thống 
anten mạng pha" đã được đề cập trong nhiều tài liệu. Nhưng ứng dụng 
công cụ mạng nơ-ron là nội dung mới cần phải nghiên cứu tiếp. Mục 
tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu phương pháp mạng nơ ron 
hiệu chỉnh giản đồ hướng trong ra đa dùng anten mạng" là: Bằng lý 
thuyết anten và kỹ thuật siêu cao tần, lý thuyết điều khiển và sử dụng 
công cụ mạng nơ-ron nhân tạo giải quyết bài toán đảm bảo GĐH anten 
với các tham số xác định trong trường hợp một tập các phần tử tích cực 
bị thay đổi tham số ở mức báo hỏng. 
1.2. GĐH anten mạng pha tích cực 
Hệ thống anten mạng thông minh được xây dựng đảm bảo giải 
quyết hài hòa hay nói cách khác là tối ưu các đặc tính: Mức búp bên 
thấp; Độ rộng búp chính hẹp; Khả năng mềm dẻo, linh hoạt trong điều 
khiển các đặc tính điện học; Khả năng phát hiện lỗi trong hệ thống và 
tự động hiệu chỉnh; Tối ưu trong kết cấu hình học anten. 
1.3. Công thức tổng hợp GĐH trong anten mạng tuyến tính 
Hình 1.1. Anten mạng tuyến tính 
K phần tử, xắp xếp đều với 
khoảng cách d trong trường hợp 
các tia sóng tới hợp với mặt phẳng 
chuẩn một góc ϑ 
Tín hiệu thu tổng hợp của các phần tử anten được xác định theo 
công thức sau: 
 =  	 

 (1.5) 
6 
Thành phần tổng trong (1.5) được gọi là hệ số mạng. Để tiện lợi 
trong việc luận giải về các búp bên, độ rộng búp chính của GĐH, hệ số 
mạng thường được viết theo dạng [5]: 
 = 
 
  2 2 (1.6) 
Về mặt biên độ, ta có : 
|| = "sin &' &' " (1.7) 
1.4. Các tham số đặc trưng của GĐH anten mạng pha tuyến tính 
1.4.1 Tạo búp sóng 
Khi có sự tham gia của thành phần bù pha phục vụ sự điều chỉnh 
góc quét, công thức (1.5) được viết lại thành: 
, ) =  	 

. 

+
  (1.8) 
Rút gọn (1.8), ta có: 
, ) =  	 ,- 

./+012/ (1.9) 
Trong đó: ai, φi : Các trọng số biên độ và pha kích thích ban đầu 
của các phần tử; k0 : Số sóng 2π/λ0; Xi : Các vị trí phát xạ trên mặt 
ngang i x d; 
1.4.2. Độ rộng búp sóng chính mức 1/2 công suất 
Độ rộng búp sóng chính ΘB đo bằng radian: 34 = 0.884 '8 cos 3 rad (1.10) 
7 
Như vậy độ rộng búp sóng chính tại điểm nửa công suất phụ 
thuộc vào góc quét, tần số và kết cấu hình học của mạng anten. 
1.4.3. Búp sóng bên 
Xuất phát từ công thức (1.7), các điểm cực trị (cực đại) không 
chỉ xảy ra với búp sóng chính mà còn xảy ra khi: & ' sin  >&	với	>  1, 2, 3, 	 (1.11) 
1.4.4. Cấu trúc và giới hạn trường quan sát của các anten mạng 
Cấu trúc anten mạng chủ động (tích cực): Mỗi phần tử mảng có 
modul phát/thu riêng (T/RM) hình 1.7. Mỗi T/RM chứa bộ khuếch đại 
công suất nhỏ, khuếch đại công suất lớn ở nhánh phát và bộ hạn chế, bộ 
khuếch đại tạp thấp (LNA), bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại thay 
đổi được và một bộ xoay pha. Cấu trúc T/RM trong hình 1.8. Mạng 
cộng tín hiệu tuyến thu và phân chia tín hiệu tuyến phát tại mức công 
suất thấp tới các T/RM. Các bộ xoay pha xác định hướng của GĐH. Bộ 
LNA nằm gần anten, tổn hao ít và hệ số tạp thấp trên toàn hệ [41]. 
Hình 1.7. Cấu trúc của các anten 
mạng pha tích cực 
Hình 1.8. Cấu trúc của mô đun 
phát/thu 
Giới hạn trường quan sát: Anten mạng thường chỉ có một 
trường quan sát hữu hạn, giới hạn trong khoảng ±600 [41] 
1.5. Các phương pháp tạo và hiệu chỉnh GĐH anten mạng 
1.5.1. Các phương pháp, tiêu chuẩn truyền thống: Phương pháp cố 
định bộ trọng số; Tiêu chuẩn tỉ số tín hiệu/nhiễu gồm: Tiêu chuẩn cực 
đại tỉ số tín hiệu/ nhiễu, tiêu chuẩn này có thể được áp dụng để tăng 
8 
cường tín hiệu thu giảm thiểu tín hiệu nhiễu và Thuật toán Chebyshev: 
Thuật toán này được áp dụng nhằm duy trì mức búp phụ của GĐH dưới 
một mức cho phép); Phương pháp, tiêu chuẩn hội tụ trong đó nghiên 
cứu các phương pháp như: Phương pháp MSE, Thuật toán LMS, Thuật 
toán RLS; Phương pháp nghịch đảo ma trận mẫu: Khi sử dụng phương 
pháp này là có thể thiết lập GĐH có góc quét bất kì nhưng vẫn duy trì 
được các tham số khác 
1.5.2. Mô hình bù kích thích phần tử 
Bù biên độ: Công thức bù được tiến hành cho hai phần tử lân 
cận [43]: Ap-1 = Ap-1 + N.Δ.Ap; Ap+1 = Ap+1 + N.Δ.Ap 
Trong đó Δ là lượng tử bù, N là số lần bù cần thiết. 
Bù pha: Tương tự như bù biên độ các bù pha sẽ tiến hành tương 
tự với các phần tử lân cận, các giá trị bù pha sẽ được cập nhật vào thành 
phần pha của các phần tử [43]. 
1.5.3. Mô hình thích nghi bộ trọng số kích thích các phần tử anten 
Hình 1.11. Mô hình tổng hợp 
GĐH anten mạng 
Hình 1.12. Mô hình thích nghi 
bộ trọng số kích thích các phần 
tử anten mạng 
1.6. Các đặc trưng hỏng hóc phần tử trong anten mạng tuyến tính 
Hỏng hóc dẫn đến thay đổi tỉ lệ mức búp sóng bên cực đại so với 
búp sóng chính; Hỏng hóc dẫn đến độ rộng mức 1/2 công suất của búp 
sóng chính thay đổi. 
1.7. Xây dựng bộ tham số GĐH anten mạng của một số đài ra đa 
Trên cơ sở khảo sát các đài ra đa : RĐ1, ra đa RĐ2, ra đa RĐ4, 
và ra đa nghiên cứu thiết kế chế tạo trong nước RĐ3 xây dựng bộ tham 
số chuẩn về GĐH của các anten mạng trên các đài ra đa này ở bảng 1.1. 
9 
1.8. Kết luận chương 1 
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về anten mạng pha cho thấy 
anten mạng pha được ứng dụng nhiều trong thực tiễn và anten mạng 
pha có khả năng thay đổi dạng GĐH linh hoạt, tốc độ quét GĐH nhanh. 
Tuy nhiên anten mạng pha cũng dễ ràng biến dạng GĐH so với GĐH 
được thiết kế ban đầu. Khi lỗi một hoặc nhiều phần tử của anten mạng 
pha, sẽ rất khó khăn để tìm và thay thế các phần tử lỗi đó. Do đó nghiên 
cứu tìm một phương pháp hiệu chỉnh nhanh GĐH của anten mạng pha 
khi xuất hiện lỗi của một hoặc nhiều phần tử để đạt được GĐH theo yêu 
cầu mà không cần thay thế các phần tử lỗi có tính cấp thiết cao. 
Hiện nay trong trang bị của Quân đội Việt Nam, các khí tài ra 
đa sử dụng anten mạng pha đã dần thay thế các ra đa sử dụng anten 
truyền thống. Trong quá trình sử dụng các khí tài ra đa hiện đại này, 
định kỳ hằng năm chúng ta phải tiến hành bảo dưỡng và sửa chữa, 
trong khi đó chúng đều là những khí tài nhập ở nước ngoài cho nên 
nghiên cứu tìm một phương pháp hiệu chỉnh nhanh GĐH của anten 
mạng pha khi xuất hiện lỗi phần tử mà không cần thay thế các phần tử 
lỗi, ngoài tính cấp thiết còn mang tính thời sự. 
 Nghiên cứu hiệu chỉnh GĐH anten mạng pha có nhiều phương 
pháp khác nhau đã được công bố. Tuy nhiên với sự xuất hiện của máy 
tính, sự xuất hiện những tổ hợp vi mạch điện tử thông minh có dung 
lượng vô cùng lớn và tốc độ rất cao. Mạng nơ-ron có khả năng xấp xỉ 
với hàm bất kỳ và với sai số bất kỳ. Do vậy nghiên cứu phương pháp 
mạng nơ-ron hiệu chỉnh GĐH anten mạng pha là hợp lý và có tính khả 
thi cao. 
Để đạt được mục tiêu hiệu chỉnh nhanh GĐH của anten mạng 
pha khi xuất hiện lỗi của một hoặc nhiều phần tử để đạt được GĐH theo 
yêu cầu mà không cần thay thế các phần tử lỗi, cần tập trung nghiên 
cứu các nội dung: 
- Các tham số kỹ thuật đặc trưng của anten mạng pha tích cực; 
10 
- Cấu trúc mạng nơ-ron cho việc hiệu chỉnh GĐH, trong đó tập 
trung đi sâu nghiên cứu các tham số mạng nơ-ron như: Số lớp và số nơ-
ron của mạng nơ-ron truyền thẳng; Thuật toán luyện tập mạng; Phương 
pháp luyện mạng nơ-ron; Hàm hoạt động của mạng nơ-ron; 
- Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn GĐH ante ...  được áp dụng. 
3.2.1. Mô hình tổng hợp GĐH 
GĐH trong anten mạng tuyến tính được tổng hợp sử dụng công 
thức (1.9). Tuy nhiên thành phần phát xạ vô hướng của mỗi phần tử là 
cố định và độc lập với các tham số khác, trong quá trình chuẩn hóa 
thành phần này cũng tự được triệt tiêu do đó (1.9) được viết lại như sau: 
OP 	,
-



./++012/ (3.1) 
Trong đó: ai, φi - Các trọng số biên độ và pha kích thích ban đầu 
của các phần tử; k0 - Số sóng 2π/λ0; Xi - Các vị trí phát xạ trên mặt 
ngang Xi =i x d; N- Số phần tử anten; d- Khoảng cách giữa các phần tử 
liền kề; 
θ- Góc chiếu mặt phẳng chuẩn ( G Q ≤ ) ≤ + Q); 
θn- Góc quét búp sóng chính (G QT ≤ ) ≤ + QT). 
3.2.2. Tham số anten mạng được xây dựng trong luận án 
Đó là các tham số của hệ thống anten nghiên cứu thiết kế chế tạo 
trong nước đã được tính toán trong mục 1.7. 
3.2.3. Cấu trúc mạng nơ-ron 
Hình 3.1. 
Cấu trúc 
mạng nơ-ron 
trong anten 
mạng thích 
nghi 
16 
3.3. Thiết kế bộ dữ liệu chuẩn 
Tại một góc quét dữ liệu cung cấp cho khối tổng hợp GĐH là một 
mảng hai chiều [16,180/độ phân giải]. Dữ liệu chuẩn được tách thành 
hai thành phần trực giao I, Q để phù hợp với hệ thống được diễn giải tại 
hình 2.2 theo công thức (3.2). 
UV
W
VXOPY> 	 cosZ)I − ) + [-
OP\> = 	 sinZ)I − ) + [-
 (3.2) 
Trong đó : m = 1, 2,...,181 ; θm = m.π/180. 
Góc chiếu
G
iản
đồ
hư
ớn
g(
dB
)
Hình 3.3. GĐH khôi phục với bộ dữ 
liệu chuẩn 
GĐH sau khi được khôi phục 
từ bộ dữ liệu chuẩn có độ rộng 
búp sóng chính mức 3dB ở góc 
chiếu 250 là 80 và chênh lệch 
mức búp chính với mức búp 
phụ lớn nhất là 13,3dB. Các 
tham số này phù hợp với tính 
toán lý thuyết 
3.4. Tạo bộ dữ liệu vào phục vụ quá trình luyện mạng nơ-ron 
3.4.1. Các dạng dữ liệu lỗi và ảnh hưởng 
Như đã nghiên cứu ở mục 1.5. GĐH anten mạng pha tích cực 
chịu tác động không mong muốn từ các trường hợp sau: 
- Trường hợp 1: Giá trị các tham số kỹ thuật của các phần tử tích 
cực sau khi chế tạo sai lệch so với giá trị của chúng khi tính toán thiết 
kế (bao gồm cả pha và biên độ); 
- Trường hợp 2: Hỏng hóc các phần tử anten (phần tử hỏng 
không tham gia vào quá trình tổng hợp GĐH), trường hợp này có thể 
17 
coi phần tử hỏng luôn có các kích thích pha và biên độ đều bằng 0. 
Trường hợp này xảy ra theo hai hướng: Các phần tử hỏng ngẫu nhiên 
không ảnh hưởng đến kích thước anten mạng (không thay đổi độ rộng 
búp sóng chính, thay đổi mức búp phụ); Các phần tử hỏng làm thay đổi 
kích thước anten mạng (thay đổi độ rộng búp sóng chính); 
- Trường hợp 3: Tác động bởi mức công suất tín hiệu ở đầu vào 
các phần tử tích cực vượt quá dải động của chúng (đối với tín hiệu thu). 
Các ảnh hưởng trên được xem xét một cách độc lập nhằm xác 
định những biến dạng đặc trưng tương ứng của GĐH. 
3.4.2. Phương pháp tạo các bộ dữ liệu đầu vào mạng nơ-ron và 
đánh giá 
3.4.2.1. Phương pháp tạo bộ dữ liệu do sai lệch so với tham số 
chuẩn 
Giả sử trong anten mạng đồng nhất các tham số kích thích về biên 
độ và pha lần lượt là: 
AE = [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; 
PE = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]. 
Khi chịu tác động của sai số ngẫu nhiên các đại lượng này sẽ được 
cộng hoặc trừ đi một lượng ngẫu nhiên. 
AE(i) = AE(i) ± random(ka) i = 1,,16 (3.3) 
PE(i) = PE(i) ± random(ki) i = 1,...,16 (3.4) 
Trong đó ka, ki là vùng giá trị ngẫu nhiên cần xác định phù hợp 
với đáp ứng của các T/RM. 
Các hệ số ngẫu nhiên trong giới hạn cho phép và độ phân giải 
tương tự như bộ dữ liệu chuẩn sẽ được tách thành hai thành phần trực 
giao với công thức tương tự như (3.2). 
18 
UV
W
VXOPY> 	OE′. ]^Z)I G ) + _E′
-

OP\> 	OE′. Z)I G ) + _E′
-

 (3.5) 
3.4.2.2. Phương pháp tạo bộ dữ liệu do hỏng hóc phần tử 
Dữ liệu lỗi do sai lệch (AFHI, AFHQ) so với tham số chuẩn cho 
mạng nơ-ron hiệu chỉnh được lấy lấy từ 16 đường tín hiệu biên độ-pha 
của 16 phần tử anten mạng chỉ khác là một số ngẫu nhiên các phần tử 
tại các vị trí ngẫu nhiên có các kích thích biên độ và pha được qui 0. 
Công thức tạo bộ dữ liệu tương tự như (3.5) như sau: 
AE’ = [0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1]; 
PE’ = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]. 
Bộ dữ liệu do 4 phần tử tại 4 vị trí 1, 6, 7, 14 không tham gia vào 
quá trình tổng hợp GĐH 
3.4.2.3. Phương pháp tạo bộ dữ liệu khi bão hòa máy thu 
Với những diễn giải nêu trên việc tạo ra bộ dữ liệu do nhiễu tác 
động được thực hiện theo qui trình như sau: 
Bước 1: Tạo bộ dữ liệu chuẩn lí tưởng (mục 3.3) 
Bước 2: Tạo các thành phần ngẫu nhiên theo các mức biên độ 
thay đổi vào hai thành phần I và Q của bộ dữ liệu có được từ bước 1. 
Công thức tạo dữ liệu bước 1 được tiến hành theo công thức 
(3.2). Các thành phần công suất nhiễu được thêm vào theo công thức 
sau: ` OPaY> = OPY> ± aP. 1OPa\> = OP\> ± aP. 2 (3.6) 
19 
Trong đó: m là độ phân giải (m = 1, 2, , 181); NF là giá trị của 
nhiễu theo hàm phân bố nhiễu; k1, k2 là các hệ số điều chỉnh công suất 
nhiễu. 
Hình 3.8. Vùng 
hiệu chỉnh GĐH 
khi khi bão hòa 
máy thu 
3.4.2.4. Phương pháp tạo bộ dữ liệu lỗi kết hợp 
Sự kết hợp của các sai lệch hỏng hóc tác động lên GĐH vô cùng 
đa dạng, để tạo được bộ dữ liệu cho trường hợp này thứ nhất phải xuất 
phát từ các bộ dữ liệu lỗi riêng biệt sau đó kết hợp lại với nhau theo 
một qui ước thống nhất. Qui ước này phải đảm bảo thể hiện được toàn 
bộ các tác động như các lỗi riêng biệt. 
ERDI(m) = F(AFSI(m),AFNI(m),AFHI(m)) (3.7) 
 ERDQ(m) = F(AFSQ(m),AFNQ(m),AFHQ(m)) (3.8) 
Hình 3.9. Qui trình tạo bộ dữ liệu lỗi kết hợp 
20 
3.4.3. Kiểm tra các bộ dữ liệu đầu vào mạng nơ-ron 
Phương pháp kiểm tra là khôi phục GĐH từ bộ dữ liệu được tạo 
ra và đánh giá các tham số sai lệch dựa trên các đánh giá ảnh hưởng 
như trong mục 3.4.1. 
3.4.3.1. Các tiêu chuẩn đối với GĐH anten 
Các tham số này tuân theo các lý giải tại mục 1.2 và được thể 
hiện trong các giản đồ ở hình 3.10 và 3.11, bao gồm : 
Tỉ lệ giữa năng lượng búp sóng chính và năng lượng mức búp 
bên cực đại : -13,3dB; Độ rộng búp sóng chính 7,20 đến 14,40 tương 
ứng với dải góc quét búp sóng chính -600 đến +600 (Độ rộng tính ở mức 
nửa công suất). Như vậy phù hợp với tham số ở bảng 1.1. 
Hình 3.10. GĐH tại góc quét 00 Hình 3.11 GĐH tại góc quét 600 
3.4.3.2. Thực hiện của mạng nơ-ron đối với các bộ dữ liệu vào. 
Đầu tiên sẽ kiểm tra mạng nơ-ron trong thực hiện hiệu chỉnh 
GĐH khi các phần tử sai lệch so với chuẩn. Các thực hiện được minh 
họa tại góc quét búp sóng chính -250. 
Hình 3.12. GĐH chuẩn (a) 
và GĐH bị biến dạng (b) 
Hình 3.13. GĐH chuẩn (a) 
và GĐH khôi phục (b) 
 Hình 3.14. GĐH chuẩn (a) và 
GĐH bị biến dạng (b) 
 Hình 3.15. GĐH chuẩn (a) 
và GĐH khôi phục(b) 
21 
Hình 3.16. GĐH chuẩn (a) 
và GĐH bị biến dạng (b) 
Hình 3.17. GĐH chuẩn (a) 
và GĐH khôi phục (b) 
3.5. Phương pháp đánh giá hiệu quả, giới hạn của mạng nơ-ron 
Khả năng đáp ứng của mạng nơ-ron theo phạm vi điều chỉnh các 
trọng số, phần này đưa ra một chỉ tiêu đánh giá khả năng đáp ứng thực 
tế của mạng nơ-ron khi số lượng phần tử lỗi, vị trí phần tử lỗi, công 
suất nhiễu là ngẫu nhiên nhằm: Khẳng định khả năng của ứng dụng 
trong phạm vi cho phép; Đưa ra giới hạn cứng đối với ứng dụng; Cảnh 
báo giới hạn. 
Khả năng của mạng nơ-ron khôi phục GĐH khi xuất hiện các 
phần tử hỏng: phần này thống kê khả năng khôi phục GĐH của anten 
khi xuất hiện hỏng hóc các phần tử, sự hỏng hóc ở đây được qui định là 
hỏng hoàn toàn. Việc thống kê dựa trên quá trình luyện với tất cả các 
trường hợp hỏng hóc khác nhau. Quá trình luyện được thực hiện trên 
công cụ Matlab, kết quả mối lần luyện được lưu giữ và được đưa ra như 
một tham khảo về khả năng thực hiện thích nghi của mạng nơ-ron. 
Bảng 3.8. Khảo sát khả năng khôi phục GĐH anten. 
STT 
Số phần tử 
hỏng trong 
anten mạng 
Số trường 
hợp hỏng có 
thể xảy ra 
Số trường hợp 
hiệu chỉnh 
GĐH 
Số trường 
hợp không 
sửa được 
1 1 16 1.936 0 
2 2 120 14.520 0 
3 3 560 67.760 0 
4 4 1820 220.220 0 
5 5 4368 528.528 238 
6 6 8008 968.968 1.893 
7 7 11440 138.4240 8.004 
8 8 12870 1.557.270 11.099 
9 9 11440 1.384.240 11.440 
10 ≥10 Không thực hiện thống kê 
22 
Phương pháp thực hiện được tiến hành theo phương pháp xác 
xuất trung bình. Từ bảng 3.8 có thể nhận thấy khả năng áp dụng của 
mạng nơ-ron có được độ tin cậy cần thiết với số phần tử hỏng không 
vượt quá 4 phần tử 
3.6. Hiệu chỉnh GĐH anten mạng của các ra đa RĐ1; ra đa RĐ2; 
và ra đa RĐ4 
3.7. Kết luận chương 3 
Chương 3 đã hoàn thành các nội dung khoa học: 
1. Hoàn thành thiết kế bộ dữ liệu chuẩn phục vụ luyện mạng: bộ 
dữ chuẩn được thiết kế ra đảm bảo được tính chính xác, khoa học, tuân 
thủ chặt chẽ các nguyên tắc toán học. Bộ dữ liệu còn được kiểm chứng 
một cách trực quan nhờ công cụ mô phỏng Matlab để chứng minh tính 
đúng đắn và tin cậy. 
2. Hoàn thành thiết kế các bộ dữ liệu đầu vào: Bộ dữ liệu đầu vào 
đã được thiết kế với các trường hợp, mỗi trường hợp được coi là bộ dữ 
liệu nhỏ đầu vào 
3. Đã xác định khả năng hiệu chỉnh và giới hạn hiệu chỉnh GĐH 
của mạng đối với mức độ hỏng hóc khác nhau (Bảng 3.8) 
4. Kết quả đưa ra tại các bảng từ 3.1 đến 3.7 cho biết số gia trọng 
số khi số phần tử hỏng tăng từ 5 đến 8 phần tử, kết quả này có ý nghĩa 
đối với các kỹ sự thiết kế anten mạng trong việc lựa chọn linh kiện điện 
tử để chế tạo. 
5. Kết quả hiệu chỉnh GĐH anten mạng của các ra đa RĐ1; ra đa 
RĐ2; và ra đa RĐ4 được trình bày ở phụ lục của luận án. 
KẾT LUẬN 
A. Những kết quả chính của luận án 
Từ những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm luận án 
rút ra được các kết luận sau: 
Các kết quả liên quan tới anten mạng pha tích cực: “Mô hình 
thích nghi bộ trọng số kích thích các phần tử anten mạng” thực hiện 
trong thời gian thực cho phép thay đổi thông minh các tham số của 
anten mạng nhằm có được những bộ tham số GĐH theo yêu cầu. Mô 
23 
hình thích nghi trên phù hợp với hiệu chỉnh GĐH anten mạng pha tích 
cực đồng nhất khi chúng xuất hiện lỗi các phần tử sẽ dẫn tới các sự thay 
đổi: Mức búp sóng bên cực đại so với búp sóng chính; Độ rộng mức 1/2 
công suất của búp sóng chính; Phân bố năng lượng trong GĐH. 
Các kết quả liên quan tới mạng nơ-ron: Mạng nơ-ron lan truyền 
thẳng 3 lớp (lớp đầu vào, lớp ẩn và lớp ra); Số nơ-ron trong lớp ẩn từ 
15 đến 55; Luyện mạng theo thuật toán Gradient chuyển vị (Conjugate 
Gradient) và thuật toán Quasi-Newton đều phù hợp nhưng trong cùng 
một thời gian luyện nên sử dụng thuật toán Quasi-Newton. Hàm truyền 
nơ-ron dạng sigmoid loại tansig phù hợp với cấu trúc mạng nơ-ron ba 
lớp. 
Các kết quả liên quan đến bộ dữ liệu phục vụ luyện mạng nơ-ron: 
Xây dựng được bộ dữ liệu chuẩn của anten mạng có số phần tử khác 
nhau (7; 13; 16 và 32); Xây dựng được bộ dữ liệu đầu vào (bộ dữ liệu 
của anten mạng khi xuất hiện phần tử bị lỗi) tương ứng với anten mạng 
có số phần tử khác nhau ở trên trong các trường hợp: 
- Bộ dữ liệu ứng với giá trị các tham số kỹ thuật của các phần tử 
tích cực sau khi chế tạo sai lệch so với giá trị của chúng khi tính toán 
thiết kế (bao gồm cả pha và biên độ); 
- Bộ dữ liệu ứng với các phần tử anten hỏng ngẫu nhiên (phần tử 
hỏng không tham gia vào quá trình tổng hợp GĐH). 
- Bộ dữ liệu tương ứng với sự tác động bởi mức công suất tín 
hiệu đưa đến đầu vào các phần tử tích cực để đầu ra của chúng bão hòa. 
- Đã xây dựng mô hình thiết kế bộ dữ liệu đầu vào trong trường 
hợp các hỏng hóc xảy ra đồng thời được gọi là dữ liệu hỗn hợp. 
Với cùng cấu trúc mạng nơ-ron, thời gian luyện mạng 1s và sai 
số giữa GĐH sau hiệu chỉnh so với GĐH chuẩn là 10-3, khi số phần tử 
hỏng trong anten mạng nhỏ hơn 5, mạng nơ-ron có khả năng hiệu chỉnh 
thành công với bất kỳ lần luyện nào. Khi số phần tử hỏng tăng lên từ 5 
phần tử, với thời gian và sai số giữ nguyên số lần luyện mạng không 
thành công tăng từ 238 lên, số lần luyện không thành công tăng đột 
24 
biến tương ứng với tăng phần tử hỏng. Số gia trọng số khi số phần tử 
hỏng tăng từ 5 đến 8 phần tử có ý nghĩa đối với các kỹ sư thiết kế anten 
mạng trong việc lựa chọn linh kiện điện tử để chế tạo. 
Hiệu chỉnh GĐH anten mạng trong các trường hợp lỗi đã nêu ở 
trên của anten mạng có số phần tử khác nhau (7; 13; 16 và 32). 
B. Những đóng góp mới của luận án 
- Đưa ra “Mô hình thích nghi bộ trọng số kích thích các phần tử 
anten mạng” cho phép thay đổi mềm dẻo các tham số của anten mạng 
nhằm có được những tham số GĐH theo yêu cầu trong thời gian thực. 
- Đưa ra được cấu trúc mạng nơ-ron phục vụ quá trình hiệu chỉnh 
GĐH anten mạng pha tích cực đồng nhất, đó là: Mạng lan truyền thẳng 
3 lớp; Xác định được số nơ-ron trong lớp ẩn tối ưu; Xác định được 
hàm hoạt động của mạng nơ-ron; Đưa ra phương pháp luyện nâng cao 
nhằm giảm nhanh thời gian hội tụ của mạng. 
- Xây dựng phương pháp tạo bộ dữ liệu, tạo ra bộ dữ liệu và kiểm 
chứng bộ dữ liệu chuẩn phục vụ luyện mạng nơ-ron: bộ dữ chuẩn được 
thiết kế và tạo ra đảm bảo tính chính xác, khoa học, tuân thủ chặt chẽ 
các nguyên tắc toán học. Cùng với đó thiết kế phương pháp tạo các bộ 
dữ liệu đầu vào phục vụ luyện mạng nơ-ron với các đặc trưng khác 
nhau làm biến dạng GĐH anten mạng. 
- Thiết kế phương pháp tạo các bộ dữ liệu chuẩn và bộ dữ liệu 
đầu vào mang tính tổng quát có ý nghĩa trong việc tạo các bộ dữ liệu 
chuẩn của các anten mạng pha tích cực có số phần tử khác nhau. 
C. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu: 
Vấn đề thứ nhất đó là ứng dụng mạng nơ-ron cho xử lý tín hiệu ra 
đa sử dụng anten mạng phẳng để tạo và hiệu chỉnh GĐH có dạng đặc 
biệt trong những mục đích khác nhau. Vấn đề thứ hai đó là ứng dụng 
mạng nơ-ron trong tổng hợp búp sóng số giải quyết bài toán đo chính 
xác tọa độ mục tiêu trong các ra đa điều khiển hỏa lực. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Trịnh Xuân Sinh, Lê Duy Hiệu (2009), “Khảo sát một số hàm 
kích hoạt trong quá trình nhận dạng mục tiêu ra đa sử dụng 
công nghệ mạng Neural”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và 
Công nghệ quân sự, số 3, tr. 34-40. 
2. Lê Duy Hiệu, Nguyễn Mạnh Thắng (2014), “Thiết kế bộ đo 
tọa độ dùng kỹ thuật búp sóng số trong ra đa sử dụng an ten 
mạng”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, 
Số 30, tr.16-21. 
3. Lê Duy Hiệu, Nguyễn Đôn Nhân, Lê Đại Phong, Hà Huy 
Dũng (2014), “Mạng nơ-ron dựa trên mô hình lưu trữ trạng 
thái trực giao tĩnh sử dụng trong tự động hiệu chỉnh giản đồ 
phát xạ anten mạng pha”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và 
Công nghệ quân sự, Số 31, tr. 37-43. 
4. Lê Duy Hiệu, Nguyễn Đôn Nhân, Lê Đại Phong, Hà Huy 
Dũng, Cao Việt Linh (2014), “Hiệu chỉnh mạng anten với hệ 
thống nơ-ron trực tuyến”, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, số 
163, tr. 36-44. 
5. Lê Duy Hiệu, Hà Huy Dũng, Bùi Công Phước, Cao Việt Linh 
(2014), “Số lượng nơ-ron trong lớp ẩn khi ứng dụng mạng nơ-
ron hiệu chỉnh giản đồ hướng anten mạng”, Tạp chí Nghiên 
cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, Số 32, tr. 29-35.