شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی به کمک روش تنظیم سطح

دانشکده مهندسی برق
پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق-مخابرات گرایش موج
شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی به کمک روش تنظیم سطح
دانشجو:
رضا پیشدست
استاد راهنما:
دکتر سیدعبدالله میرطاهری
بهمن ماه 1393

تأییدیّه هیات داوران
(برای پایان نامه)
اعضای هیئت داوران، نسخه نهائی پایان نامه آقای: رضا پیشدست
را با عنوان: شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی به کمک روش تنظیم سطح
از نظر فرم و محتوی بررسی نموده و پذیرش آن را برای تکمیل درجه کارشناسی ارشد تأیید می‌کند.
اعضای هیئت داوران نام و نام خانوادگی رتبه علمی امضاء
استاد راهنما دکتر سیدعبدالله میرطاهری دانشیار استاد ممتحن دکتر محمدصادق ابریشمیان استاد استاد ممتحن دکتر احد توکلی استاد نماینده تحصیلات تکمیلی دکتر محمدصادق ابریشمیان استاد
تشکر و قدردانی
خداوند متعال را شاکرم که فرایند آمادهسازی پایاننامه حاضر به انجام رسید. بر خود لازم میدانم که از کلیه کسانی که در این مسیر کمکحال بنده بودند تشکر کنم. از جناب آقای دکتر سیدعبدالله میرطاهری، استاد راهنمای اینجانب که در طول این مسیر همواره حامی بنده بودند و حمایتها و قوت قلبهای پدرانه شان در این راه روحیهبخش و مشتاق کننده ادامه مسیر بود بسیار سپاسگزارم. همچنین از آقای دکتر حقپرست که از اصلیترین دلایل به سرانجام رسیدن این اثر بودند متشکرم. از آقای دکتر حاجیهاشمی نیز به دلیل کمکهای فکری و راهنماییهای بیدریغ و پرحوصلهشان ممنونم.

چکیده
در این پایاننامه شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی به وسیله بهینهسازی تابع هزینه با کمک گرفتن از روش تنظیم سطح بررسی و نتایج شبیهسازی ارائه شده است. در این روش با معرفی شکل مناسبی از سرعت تغییر شکل تابع و اعمال آن در معادله همیلتون-ژاکوبی و حل این معادله و تکرار این روند توانستیم به شکل و موقعیت اجسام دست بیابیم. در روند پردازش برای جلوگیری از قرار گرفتن تابع هزینه در کمینه محلی از جهش فرکانسی استفاده کردیم. روشهای برپایه روش تنظیم سطح دو ویژگی مهم دارند. یکی عدم نیاز به اطلاعات اولیه از اجسام و محیط اطراف و دیگری قابلیت شناسایی چند جسم در یک محیط محاسباتی است. نتایج نشان از شناسایی قابل قبول شکل اجسام فلزی و موقعیت آنها دارد.
کلید واژه: بهینهسازی، تابع هزینه، روش تنظیم سطح، جهش فرکانسی، معادله همیلتون-ژاکوبی

فهرست مطالب
عنوانصفحه
TOC o “1-4” h z u فهرست شکل‌‌ها PAGEREF _Toc413624655 h ‌جفصل 1-مقدمه… PAGEREF _Toc413624656 h 11-1-معرفی…. PAGEREF _Toc413624657 h 11-1-1-مسائل مستقیم و معکوس PAGEREF _Toc413624658 h 11-1-2-مسائل خوش رفتار و بدرفتار PAGEREF _Toc413624659 h 11-2-مسائل معکوس در مغناطیس PAGEREF _Toc413624660 h 21-3-مشکلات حل مسائل پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413624661 h 31-4-کاربردهای پراکندگی و پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413624662 h 41-5-روش های کلی حل مسائل معکوس PAGEREF _Toc413624663 h 41-5-1-روش های بازسازی کیفی PAGEREF _Toc413624664 h 41-5-2-روش های بازسازی کمی PAGEREF _Toc413624665 h 5فصل 2-روش های کمی و کیفی پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413624666 h 72-1-فرم کلی یک مسئله پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413624667 h 72-2-روش های پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413624668 h 92-2-1-تقریب برن.. PAGEREF _Toc413624669 h 92-2-2-روش تکرار برن PAGEREF _Toc413624670 h 102-2-3-روش بهینه سازی PAGEREF _Toc413624671 h 102-2-4-روش نمونه برداری خطی PAGEREF _Toc413624672 h 112-2-5-روش تنظیم سطح PAGEREF _Toc413624673 h 112-2-6-سایر روشها. PAGEREF _Toc413624674 h 12فصل 3-تئوری روش تنظیم سطح و پیاده سازی آن جهت شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی برای مد انتشاری TM PAGEREF _Toc413624675 h 133-1-تئوری….. PAGEREF _Toc413624676 h 133-1-1-تابع علامت فاصله PAGEREF _Toc413624677 h 133-1-2-معادله همیلتون-ژاکوبی PAGEREF _Toc413624678 h 163-1-2-1-حل معادله همیلتون-ژاکوبی PAGEREF _Toc413624679 h 183-1-2-2-شرط پایداری………… PAGEREF _Toc413624680 h 193-1-2-3-شرایط مرزی محیط محاسبه PAGEREF _Toc413624681 h 203-2-پیاده سازی روش تنظیم سطح در شناسایی موقعیت و شکل اجسام فلزی دوبعدی PAGEREF _Toc413624682 h 203-2-1-تعیین مقادیر مناسب سرعت تغییر شکل یا همان ضریب معادله همیلتون-ژاکوبی PAGEREF _Toc413624683 h 223-2-2-الگوریتم شناسایی موقعیت و شکل جسم فلزی با کمک گرفتن از روش تنظیم سطح PAGEREF _Toc413624684 h 243-2-2-1-روش مربعات پیش رونده PAGEREF _Toc413624685 h 26فصل 4-نتایج شبیه سازی PAGEREF _Toc413624686 h 294-1-دیاگرام کلی روند شناسایی شکل و موقعیت جسم فلزی دوبعدی به کمک روش تنظیم سطح PAGEREF _Toc413624687 h 304-1-1-شناسایی استوانه با سطح مقطع مربع PAGEREF _Toc413624689 h 324-1-2-شناسایی استوانه با سطح مقطع مستطیل PAGEREF _Toc413624690 h 344-1-3-شناسایی استوانه با سطح مقطع مثلث PAGEREF _Toc413624691 h 364-1-4-شناسایی استوانه دایروی؛ حدس اولیه خارج از مرکز جسم PAGEREF _Toc413624692 h 384-1-5-شناسایی استوانه دایروی؛ حدس اولیه دور از جسم PAGEREF _Toc413624693 h 404-1-6-شناسایی دو استوانه فلزی دایروی PAGEREF _Toc413624694 h 414-1-7-شناسایی دو استوانه فلزی مربعی PAGEREF _Toc413624695 h 434-1-8-شناسایی چهار استوانه فلزی PAGEREF _Toc413624696 h 45فصل 5-نتیجه گیری و کارهای آینده PAGEREF _Toc413624697 h 495-1-نتیجه گیری PAGEREF _Toc413624698 h 495-2-کارهای آینده PAGEREF _Toc413624699 h 50پیوست……….. PAGEREF _Toc413624700 h 51روش ممان برای محاسبه میدان ناشی از جسم فلزی در دو بعد(مدTM) PAGEREF _Toc413624701 h 51مرجع ها……… PAGEREF _Toc413624702 h 57واژه نامه فارسی به انگلیسی PAGEREF _Toc413624703 h 59واژه نامه انگلیسی به فارسی PAGEREF _Toc413624704 h 60
فهرست شکل‌‌هاعنوانصفحه
TOC h z c “شکل” شکل ‏2–1: شکل کلی یک مسأله پراکندگی معکوس PAGEREF _Toc413492981 h 7شکل ‏3–1: مثالی برای توضیح تابع علامت فاصله در حالت دوبعدی PAGEREF _Toc413492982 h 14شکل ‏3–2: مثالی برای توضیح تابع علامت فاصله در حالت سه بعدی؛ تابع فاصله PAGEREF _Toc413492983 h 15شکل ‏3–3: با تغییر سطح می توان منحنی های بسته را یکی یا چندگانه کرد PAGEREF _Toc413492984 h 16شکل ‏3–4: موقعیت آنتن های فرستنده و گیرنده اطراف جسم فلزی مجهول PAGEREF _Toc413492985 h 22شکل ‏3–5: حالات مختلف گوشه های چهار سلول کنار هم در داخل یا خارج منحنی PAGEREF _Toc413492986 h 26شکل ‏3–6: : در هر مربع، طول پیکان به عنوان المان و نقطه میانی آن به عنوان مختصات المان درنظر گرفته می شود PAGEREF _Toc413492987 h 27شکل ‏4–1: دیاگرام کلی الگوریتم شناسایی شکل و موقعیت جسم فلزی دوبعدی به کمک روش تنظیم سطح PAGEREF _Toc413492988 h 31شکل ‏4–2: شناسایی استوانه مربعی؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413492989 h 32شکل ‏4–3: شناسایی استوانه مربعی؛ الف) پس از 20 تکرار در فرکانس 100MHz و ب) شناسایی کامل پس از 140 تکرار در فرکانس100MHz PAGEREF _Toc413492990 h 32شکل ‏4–4: شناسایی استوانه مربعی؛ تابع هزینه؛ فرکانس:100MHz PAGEREF _Toc413492991 h 33شکل ‏4–5: سرعت تغییر شکل در نقاط روی کانتور جسم تغییرشکل یابنده در تکرار 140ام؛ الف)بدون درون یابی و ب) درون یابی شده با روش میانگین متحرک PAGEREF _Toc413492992 h 33شکل ‏4–6: تغییرات شکل تغییریابنده بدون صاف کردن سرعت تغییر شکل پس از 70 تکرار PAGEREF _Toc413492993 h 34شکل ‏4–7: شناسایی استوانه مستطیلی؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413492994 h 34شکل ‏4–8: شناسایی استوانه مستطیلی الف)پس از 30 تکرار در فرکانس 100MHz و ب)پس از 80تکرار در فرکانس1GHz و ج)پس از 180تکرار در فرکانس2GHz و د)پس از 210تکرار در فرکانس2.5GHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413492995 h 35شکل ‏4–9: شناسایی استوانه مستطیلی؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413492996 h 35شکل ‏4–10: شناسایی استوانه مثلثی؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413492997 h 36شکل ‏4–11: شناسایی استوانه مثلثی؛ الف)پس از 60 تکرار در فرکانس 300MHz و ب) پس از 100تکرار در فرکانس 2GHz PAGEREF _Toc413492998 h 37شکل ‏4–12: شناسایی استوانه مثلثی؛ پس از 160 تکرار در فرکانس 3.5GHz، شناسایی کامل PAGEREF _Toc413492999 h 37شکل ‏4–13: شناسایی استوانه مثلثی؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493000 h 38شکل ‏4–14: شناسایی استوانه دایروی غیر هم مرکز؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413493001 h 38شکل ‏4–15: شناسایی استوانه دایروی غیر هم مرکز؛ الف)پس از 30تکرار در فرکانس100MHz و ب) پس از 150تکرار در فرکانس100MHz و ج)پس از 400تکرار در فرکانس100MHz و د) پس از 450تکرار در فرکانس100MHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413493002 h 39شکل ‏4–16: شناسایی استوانه دایروی غیر هم مرکز؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493003 h 39شکل ‏4–17: شناسایی استوانه دایروی دور؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413493004 h 40شکل ‏4–18: شناسایی استوانه دایروی دور؛ الف)بعد از 150تکرار در فرکانس 50MHz و ب)بعد از 250تکرار در فرکانس 50MHz و ج)بعد از 350تکرار در فرکانس 200MHz و د)بعد از 450تکرار در فرکانس200MHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413493005 h 41شکل ‏4–19: شناسایی استوانه دایروی دور؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493006 h 41شکل ‏4–20: شناسایی دو استوانه فلزی دایروی؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413493007 h 42شکل ‏4–21: شناسایی دو استوانه فلزی دایروی؛ الف)پس از 120 تکرار در فرکانس 500MHz و ب) پس از 160تکرار در فرکانس 1.5GHz PAGEREF _Toc413493008 h 42شکل ‏4–22: شناسایی دو استوانه فلزی دایروی؛ پس از 200تکرار در فرکانس 2.5GHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413493009 h 43شکل ‏4–23: شناسایی دو استوانه دایروی؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493010 h 43شکل ‏4–24: شناسایی دو استوانه مربعی؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413493011 h 44شکل ‏4–25: شناسایی دو استوانه مربعی؛ الف)پس از 120تکرار در فرکانس 500MHz و ب) پس از 200تکرار در فرکانس 1.5GHz و ج)پس از 260تکرار در فرکانس 2GHz و د) پس از 300 تکرار در فرکانس3GHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413493012 h 44شکل ‏4–26: شناسایی دو استوانه مربعی؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493013 h 45شکل ‏4–27: شناسایی چهار استوانه با سطح مقطع مربع و دایره؛ حدس اولیه PAGEREF _Toc413493014 h 45شکل ‏4–28: شناسایی چهار استوانه با سطح مقطع مربع و دایره؛ الف)پس از 120تکرار در فرکانس 100MHz و ب) پس از 250تکرار در فرکانس 300MHzو ج)پس از 350تکرار در فرکانس 1GHz و د) پس از 420تکرار درفرکانس 1.5GHz و ه)پس از 500تکرار در فرکانس2.5GHz و و) پس از 550تکرار در فرکانس 3.5GHz؛ شناسایی کامل PAGEREF _Toc413493015 h 46شکل ‏4–29: شناسایی چهار استوانه با سطح مقطع مربع و دایره؛ تابع هزینه PAGEREF _Toc413493016 h 47شکل پ-1: مدل قرار گرفتن منبع و نمایش میدان دور…………………………………………………………………………..53
شکل پ-2: دامنه میدان الکتریکی پراکنده شده به ازای زاویه تابش 180درجه به استوانه فلزی دایروی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..54
شکل پ-3: فاز میدان الکتریکی پراکنده شده به ازای زاویه تابش 180درجه به استوانه فلزی دایروی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..54
شکل پ-4: دامنه میدان الکتریکی پراکنده شده به ازای زاویه تابش صفردرجه به استوانه فلزی دایروی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..55
شکل پ-5: فاز میدان الکتریکی پراکنده شده به ازای زاویه تابش صفردرجه به استوانه فلزی دایروی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..55

مقدمهمعرفی مسائل مستقیم و معکوستقریباً هر مسالهای که در آن فرض و حکم وجود داشته باشد میتوان با جابجایی فرض و حکم تبدیل به مسالهی جدیدی کرد. در این حالت مساله اول را مستقیم و دومی را معکوس مینامیم. به عنوان مثال اگر از پشت پنجره اتاق خود به بیرون بنگریم و مشاهده کنیم که باران در حال باریدن است از خود میپرسیم علت این بارندگی چیست؟ جواب بدیهی است؛ ابرهای بارانزایی که در آسمان هست دلیل بارش است. اما مساله معکوس چگونه بیان میشود؟ اکنون آسمان ابری است. در این حالت آیا بارش خواهیم داشت؟ بهسادگی قابل مشاهده است که مساله دومی تشخیص سختتری دارد و حل آن نیازمند داشتن اطلاعات بیشتری است. درعینحال جواب این سوال بسیار پرکاربردتر و هیجانانگیزتر است. میتوان سوال معکوس را سختتر و پرکاربردتر نیز مطرح کرد: آیا دو روز بعد بارش وجود خواهد داشت؟ تقریباً هیچ شخصی را نمیتوان سراغ داشت که جواب این سوال برای او مهم نباشد. در بسیاری از موارد جواب این سوال با درآمد مالی افراد ارتباط مستقیم دارد. به عنوان مثال کشاورزان و فعالان در زمینه حمل و نقل زمینی و دریایی و هوایی بررسی پیشبینی وضع هوا را در متن برنامه روزانه و هفتگی خود قرار میدهند. بنابراین میبینیم که مساله معکوس در این مورد بسیار

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *