Μελέτη με ημιαναλυτικές τεχνικές ή μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης της ακτινοβολίας κυκλικής βροχοκεραίας παρουσία ή μη ενθέτων διηλεκτρικών κυκλικών κυλινδρικών ράβδων

Abstract

Η παρούσα διατριβή έχει σαν αντικείμενο τη μελέτη της ακτινοβολίας κυκλικής βροχοκεραίας παρουσία ή μη κυλινδρικών δομών με ένθετες κυκλικές κυλινδρικές διηλεκτρικές ράβδους. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με την χρήση ημιαναλυτικών τεχνικών και τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη εισαγωγή των τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση των διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων και γίνεται προσπάθεια να οριστεί ο τομέας ενδιαφέροντος της διατριβής αυτής. Παρουσιάζεται η χρησιμότητα και οι εφαρμογές των τεχνικών αυτών σε παρόμοια προβλήματα ενώ παρουσιάζονται και τα κύρια σημεία της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια εισαγωγή βασικών στοιχείων των τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης εστιάζοντας σ’ αυτές που εφαρμόστηκαν για την επίλυση των διάφορων ηλεκτρομαγνητικών διατάξεων. Παρουσιάζονται τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα οι διάφορες αρχιτεκτονικές τους, τα χαρακτηριστικά τους και οι διαδικασία της εκμάθησης με σκοπό την εφαρμογή τους στα ηλεκτρομαγνητικά προβλήματα που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή. Επιπλέον γίνεται εισαγωγή στα νεύρο-ασαφή συστήματα εστιάζοντας στα προσαρμοστικά νεύρο-ασαφή συστήματα και στον υβριδικό αλγόριθμο εκπαίδευσης τους. Στο Κεφάλαιο 3 αντιμετωπίζεται το ευθύ πρόβλημα ακτινοβολίας της κυκλικής βροχοκεραίας με δύο διαφορετικές soft computing τεχνικές, τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και το προσαρμοστικό νεύρο-ασαφές σύστημα (ANFIS). Αρχικά μοντελοποιείται το πρόβλημα, εξάγονται τα δεδομένα εκμάθησης από την αναλυτική λύση και πραγματοποιείται η διαδικασία της εκμάθησης. Στην συνέχεια κατά την διαδικασία της δοκιμής υπολογίζονται οι απαραίτητοι δείκτες σφάλματος και κρίνεται η καταλληλόλητα του κάθε μοντέλου. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται η απαραίτητη σύγκριση μεταξύ των δύο soft-computing τεχνικών αφενός μεταξύ των αφετέρου με την αναλυτική λύση του προβλήματος και εξάγονται τα απαραίτητα συμπεράσματα. Τα αντίστροφα προβλήματα είναι εκ φύσεως πολύπλοκα και πολλές φορές είναι ανέφικτο να βρεθεί λύση σε κλειστή μορφή. Έτσι στο Κεφάλαιο 4 αντιμετωπίζεται το αντίστροφο πρόβλημα ακτινοβολίας της κυκλικής βροχοκεραίας με τρείς διαφορετικές αρχιτεκτονικές τεχνητών νευρωνικών δικτύων διερευνώντας παράλληλα και την αποδοτικότητα διαφορετικών αλγορίθμων εκπαίδευσης. Μοντελοποιήθηκε το πρόβλημα εξήχθησαν τα δεδομένα εκμάθησης από την αναλυτική λύση του προβλήματος και ολοκληρώθηκε η διαδικασία με την διερεύνηση της αποδοτικότητας διαφορετικών αλγορίθμων εκπαίδευσης. Στην συνέχεια κατά την διαδικασία της δοκιμής υπολογίστηκαν οι απαραίτητοι δείκτες σφάλματος και κρίθηκε η καταλληλόλητα του κάθε μοντέλου. Κλείνοντας το κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αριθμητικά αποτελέσματα συγκρίνονται μεταξύ τους οι διαφορετικές αρχιτεκτονικές και εξάγονται τα απαραίτητα συμπεράσματα. Στο Κεφάλαιο 5 αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της ακτινοβολίας κυκλικού βρόχου όταν στο μακρινό πεδίο ακτινοβολίας του υπάρχει κυλινδρική δομή αποτελούμενη από μία, ή περισσότερες ένθετες διηλεκτρικές κυλινδρικές ράβδους κυκλικής διατομής. Η επίλυση του προβλήματος γίνεται με δύο διαφορετικές τεχνικές. Πρώτα επιλύεται ημιαναλυτικά το ισοδύναμο πρόβλημα της σκέδασης προκειμένου να υπολογιστούν το σκεδαζόμενο ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο και η ενεργός διατομή σκέδασης ραντάρ της διάταξης. Στη συνέχεια το πρόβλημα επιλύεται με τη χρήση νευρωνικών δικτύων που εκπαιδεύονται με τα δεδομένα της ημιαναλυτικής λύσης.