وبلاگ

:

شبكه های عصبی با توجه به توان بالا درپردازش موازی،قابلیت یادگیری، تعمیم، طبقه بندی، قدرت تقریب، به خاطر سپردن و به خاطر آوردن الگوها، خیزش وسیعی در زمینه های مختلف هوش مصنوعی ایجاد كرده اند. از این رو به دلیل عملكرد خوب شبكه های عصبی مصنوعی برای شناسایی الگو، در این پایان نامه از شبكه های عصبی چند لایه جهت پیاده سازی سخت افزاری سیستم استفاده شده است. با توجه به طراحی سیستم های هوشمند و كوچكی كه در لوازم روزمره امروزی كاربرد دارند، و از طرفی امكان ارتباط آنها به كا مپیوتر وجود ندارد نیاز به پیاده سازی سخت افزاری شبكه  های عصبی در حجم كوچك احساس می شود و با توجه به این كه آی سی های FPGA بسیار انعطاف پذیر می باشند و به صورت نرم افزاری تمام طرح های سخت افزاری را می توان پیاده نمود لذا گزینه مناسبی جهت پیاده سازی سخت افزاری شبكه های عصبی می باشد.

در این پروژه یك روش برای پیاده سازی شبكه عصبی بر روی FPGA ارائه شده است. برای پیاده سازی شبكه عصبی از داده های آماری اداره دامپزشكی منطقه مغان استان اردبیل استفاده شده است.
هدف از جمع آوری این داده های آماری تشخیص و شناسایی یك الگو جهت پیاده سازی در یك شبكه عصبی از نوع چند لایه MLP است.
برای آموزش شبكه عصبی از روش پس انتشار خطا با 300 بار آموزش برای رسیدن به حداقل خطای مورد نظر استفاده شده است.
ضرایب وزن و بایاس های به دست آمده از آموزش شبكه عصبی در مرحله بعد برای پیاده سازی آن روی FPGA استفاده می شود.
تعداد داده های آماری در این پروژه 38 داده می باشد كه هر یك دارای سه ورودی و یك خروجی است و به عنوان داده ورودی و خروجی برای آموزش شبكه مورد نظر استفاده شده است. از این 38 داده 34 داده برای آموزش شبكه و 4 داده به عنوان داده تست انتخاب شدند. بعد از تعیین ضرایب وزنی و بایاس جهت پیاده سازی آن بر روی FPGA سری XC4000 از نرم افزار Foundation4,1 برای طراحی مدارات مربوطه استفاده شده است. FPGA, IC سری XC4000 دارای حجم گیت های منطقی زیاد و انعطاف پذیری خیلی بالا برای پیاده سازی سخت افزاری شبكه های عصبی است. به دلیل استفاده از داده های ثابت در پیاده سازی شبكه بر روی FPGA، شبكه، دوباره قابل آموزش نیست.
با توجه به مراحل مختلف به كار گرفته شده در این پروژه جمع بندی و شكل دهی پایان نامه در 4
فصل مورد مطالعه قرار گرفته است.
در فصل اول سیستم های عصبی، انواع شبكه های عصبی، مدل سازی و انواع روشهای آموزش شبكه عصبی مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل دوم روش جمع آوری داده های دامپزشكی بر اساس در صد وجود انگل در گله های دامی و روش از بین بردن این انگلها بر اساس تزریق داروئی BZD در پیش بینی میزان موفقیت این دارو و در كاهش انگلهای دامی به عنوان داده برای شبكه عصبی انتخاب و توضیح داده شده است.
در فصل سوم روش پیاده سازی سخت افزاری شبكه عصبی بر روی FPGA سری XC4000 با نرم افزار Foundation4,1 همراه با مدارهای طراحی شده توضیح داده شده است. ودر نهایت در فصل چهارم نتیجه گیری كار های انجام شده و پیشنهادات لازم برای افزایش كارائی پژوهش مورد نظر، ارائه شده است.

پهپاد (U.A.V) نوعی هواپیما اعم از بال ثابت یا بال چرخان می باشد که بدون سرنشین بوده و می توان آن را از دور توسط اپراتور و یا درون خود آن، به صورت از پیش برنامه ریزی شده کنترل و هدایت کرد.
کاربردهای گوناگونی برای پهپاد وجود دارد که اهم آنها عبارتند از:
– اجرای ماموریت های گشت و شناسائی مواضع دشمن.
– هدف مصنوعی برای آزمایش سیستم های پدافند هوائی.
– ایفای نقش موشک های هدایت شونده.
– حمل کننده سیستم های مولد اغتشاشات رادیویی.
– تقویت کننده مخابراتی متحرک.
آزمایشگاه پرنده برای تست انواع زیر سیستم های مورد استفاده در هواپیما.
از مزایای عمده پهپاد در اجرای چنین ماموریت هائی می توان موارد زیر را نام برد:
– عدم حضور خلبان در صحنه عملیات.
– پایین بودن هزینه ساخت.
– اختفا از دید رادار دشمن (به علت ابعاد کوچک و استفاده از بدنه با مواد مرکب).

پهپاد مورد نظر در این پروژه، نوعی پهپاد با بال ثابت است. پهپاد معمولا به دو روش کنترل می شود. در روش اول، فرامین لازم توسط اپراتور زمینی و از طریق یک خط رادیویی به پهپاد ارسال می گردد و اپراتور، کنترل مستقیم پرنده را در دست دارد. در روش دوم سیستم هدایت و ناوبری درون محموله هوایی، فرامین لازم را جهت تعیین مسیر پرواز صادر می نماید. سیستم کنترل خودکار پرواز (AFCS) که

 خود نیز بخشی دیگر از محموله هوائی می باشد با واسطه شدن بین فرامین صادر شده از طرف اپراتور و یا از طرف سیستم هدایت و ناوبری از یک سو و محرک های سطوح کنترل از سوی دیگر، پاسخ های مناسب و مورد نظر را در متغیرهای حرکت هواپیما ایجاد می نماید. در محموله هوائی پهپاد سخت افزار AFCS به صورت دیجیتالی و توسط یک پردازنده اجرا می شود. در کامپیوتر کنترل پرواز اعمالی مانند خواندن سیگنال خروجی سنسورها چه به صورت آنالوگ و چه به صورت دیجیتال، محاسبه الگوریتم کنترل و تولید فرامین مناسب جهت حرکت محرک ها برنامه ریزی می شود. در ضمن عوامل مورد نیاز برای ارسال اطلاعات به ایستگاه زمینی برای رویت خلبان و ذخیره سازی فراهم گردیده است.

2-1) تعریف مسأله
از آنجایی که کنترل هر سیستم نیاز به شناخت آن سیستم دارد، لذا در ابتدا مطالعه در زمینه دینامیک پرواز هواپیما جهت شناخت مدل و یا تابع تبدیل سیستم لازم است، به عبارتی ضروری است که مدلی از سیستم در اختیار داشته باشیم. مدلسازی هر سیستمی در کل به دو صورت قابل حصول است. در روش اول، با استفاده از قوانین حاکم بر فیزیک، سعی بر این است که حتی الامکان روابط اساسی دینامیک سیستم استخراج شده و سپس پارامترهای مجهول چنین روابطی به نحوی محاسبه و اندازه گیری شوند و یا دامنه تغییرات آنها مشخص گردند. در این روش تمام پارامترهای مجهول دارای توصیف و مفهوم فیزیکی خاصی خواهند بود.
روش دوم، مدلسازی به صورت تجربی است که باید با اجرای یک سری آزمایش و ثبت داده های ورودی – خروجی، بهترین مدل دینامیکی ممکن به این دسته برازنده شوند. واضح است که پارامترهای چنین مدلی در حالت کلی فاقد هرگونه مفهوم فیزیکی بوده و این مدل تنها تقریبی از رفتار ورودی – خروجی سیستم واقعی است.
در صنعت هواپیمایی آنچه که امروزه در مدلسازی حرکت هواپیما به صورت جهانی مورد قبول است مدلسازی به روش اول یعنی استخراج معادلات ساختار حالتی پرنده می باشد. چنین مدلسازی احتیاج به دانش آیرودینامیک و جلوبرنده ها و سازه هواپیما دارد. به طور کلی معادلات دینامیکی هواپیما با فرض اختلالات و آشفتگی های کوچک حول شرایط پرواز تریم (اندازه شتاب های خطی و زاویه ای تعادل صفر باشد) به دو دسته معادلات طولی و معادلات افقی – جهتی که کاملا مستقل و دکوپله از یکدیگر اند تقسیم می شوند و از آنجایی که در این پروژه هدف ثابت نگه داشتن هواپیما در ارتفاع مورد نظر خلبان می باشد لذا توجه خود را معطوف به معادلات طولی هواپیما می کنیم.
نشان داده شده است که معادلات حرکت هر هواپیما به صورت یک دستگاه معادلات دیفرانسیل غیرخطی و تغییرپذیر با زمان قابل بیان می باشد [ضمیمه الف]. برای هر هواپیما پوش پرواز به صورت یک ناحیه بسته در صفحه ارتفاع – سرعت هوا تعریف می گردد که هواپیما تنها قادر به پرواز درون این ناحیه بسته می باشد. با فرض آشفتگی های کوچک، خطی سازی معادلات حرکت در یک شرایط پرواز خاص درون پوش پرواز منجر به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل خطی تغییرناپذیر با زمان خواهد شد. با توجه به امکان پرواز در شرایط پرواز مختلف، پارامترهای چنین معادلات حرکت خطی شده ای در محدوده معینی در تغییر خواهند بود، لذا با مساله عدم قطعیت پارامتریک یا ساختار یافته ای مواجه هستیم که در ضمن کراندار نیز می باشد و یک طراحی عملی باید پایداری و کارآیی خاص مورد نظر را به ازای این عدم قطعیت کراندار تامین نماید. بدون احتساب فرض آشفتگی های کوچک، معادلات حرکت در شکل غیرخطی و پیچیده خود باقی خواهند ماند. با توجه به ماموریت پهپاد مورد نظر فرض آشفتگی کوچک فرض معقولی برای ساده سازی مساله خواهد بود.

آنتن های شكافی به تدریج بازشونده در سال 1979 برای اولین بار توسط گیبسون (Gibson) معرفی شدند. در آن زمان امكانی برای آنالیز این آنتن ها وجود نداشت و این بدان علت است كه روش های عددی محاسبه گرهای با حافظه و سرعت بالا نیاز دارند. محققان مختلف آزمایشات زیادی را انجام داده اند كه نتایج نشان داده است. آنتن های شكاف دار به تدریج بازشونده دارای پهنای باند وسیع هستند. ساختمان مسطح و كوچك این آنتن ها اجازه می دهد كه به راحتی در ساختن آنتن های مجتمع مورد استفاده قرار گیرند و طراحی آرایه های آنتنی را به صورت ساده میسر می سازند.
این نوع آنتن ها در دهه اخیر توسط روش ممان با تقریب بالا آنالیز شده است. روش ممان با اینكه قادر نبود آنتن را بطور دقیق آنالیز كند، به محاسبات پیچیده نیز نیازمند است اما اینك ما از روش TLM (Transmission Line Matrix استفاده كرده ایم كه محاسبات آن از سادگی قابل توجهی برخوردار است و شبیه سازی بدون تقریب انجام می شود و از معایب این روش می توان به عدم سادگی مدل كردن و نیاز داشتن به پردازش گر با سرعت و حافظه بالا اشاره كرد كه باتوجه به رایانه های موجود این مورد نیز قابل صرفنظر كردن است.
پایه روش TLM تئوری انتشار ه ایگنس و ابزار آن مدارات الكتریكی است كه این ابزار برای مهندسین رشته برق شناخته شده است.
روش TLM كه بطور مفصل تشریح خواهد شد می تواند برای مدل كردن اكثر مسائل الكترومغناطیس بكار رود.

این جزوه شامل پنج فصل به شرح زیر و یك خلاصه به زبان انگلیسی است.

فصل اول: در این فصل اهداف و پیشینة تحقیق، تئوری انتشار هایگنس و شباهت مدارات الكتریكی به پدیده های فیزیكی عنوان شده است.
فصل دوم: خطوط انتقال كه ابزار اصلی شبیه سازی به روش TLM می باشد در این فصل تشریح شده است.
فصل سوم: مدل گسسته المان های فیزیكی مورد لزوم تشریح شد ه و مثالی برای محاسبه به روش گسسته جهت مشخص كردن میزان خطا نسبت به شرایط مسئله و مدل آن عنوان شده است.
فصل چهارم: در این فصل در بخش اول روش TLM به صورت یك بعدی تشریح شده است و خواننده را برای مطالعه شبیه سازی دوبعدی و سه بعدی آماده می كند.
در بخش دوم این فصل روش TLM به صورت دوبعدی تشریح شده كه شامل، ماتریس اسكترینگ برای محیط های مختلف، مرزهای جاذب و هادی و معادلات لازم برای انواع پورت های در زمان های مختلف است.
در بخش سوم این فصل روش سه بعدی TLM تشریح شده كه شامل، گره جونز (Johns) و ماتریس اسكترینگ برای مدل های مختلف است و در اصل توسعه روش دوبعدی می باشد.
فصل پنجم: این فصل شامل تشریح آنتن های شكافی به تدریج بازشونده، نحوه مدل كردن آنتن های شكافی به تدریج بازشونده خطی به روش TLM، نحوه كاربرد نرم افزار نوشته شده، خروج نرم افزار برای ابعاد مختلف آنتن مورد بحث، است.

فیلترهای مایکروویو فوتونیک با مزایای خوبی مثل عرض باند وسیع، تلفات کم و ایمنی در مقابل تداخل الکترومغناطیسی توجه زیادی را جلب کرده اند. از طرف دیگر در سیستم های ارتباط نوری، لینک های رادیویی روی فیبر (RoF) یکی از پرکاربردترین مباحث در شبکه های بی سیم باند پهن، شبکه های سنسوری، سیستم های ارتباط ماهواره ای و رادار می باشند که در چند سال اخیر توجه ویژه ای را به خود جلب کرده اند. وظیفه اصلی یک شبکه RoF توزیع سیگنال های میلیمتری و مایکروویوی روی فیبر نوری برای به دست آوردن امتیازاتی از قبیل تلفات کم، پراش کم و پهنای باند بالای سیگنال های فیبر نوری است. سیگنال های توزیع یافته می توانند به طور مستقیم در لینک های فیبر نوری یا RoF به کار روند، بدون اینکه احتیاجی به تبدیلات الکتریکی به نوری و یا نوری به الکتریکی باشد. در چندین سال اخیر شیوه های متفاوتی جهت ضرب در حوزه نور و یا فیلترینگ میان گذر پیشنهاد شده اند، ولی استفاده همزمان از ضرب در حوزه نور و فیلترینگ میان گذر کمتر مورد بحث قرار گرفته است.

فصل اول: کلیات
1-1- هدف
یکی از اهداف این پروژه استفاده همزمان از ضرب در حوزه نور و فیلترینگ میان گذر است. قطعات اصلی که در این مورد استفاده می شوند عبارتند از: مدوله کننده شدت، مدوله کننده فاز و یک قطعه فیبر تک مد. دو مدوله کننده جهت ضرب در حوزه نور به کار می روند. سیگنال خروجی از ضرب کننده ها وارد فیبر تک مد که نقش المان پراش دهنده را به عهده دارد می شود. از ترکیب مدوله کننده، لیزرهای قابل تنظیم و فیبر تک مد فیلتر میان گذر به دست می آید، که این فیلتر می تواند باند عبوری متناسب با فرکانس های مبدل کاهش دهنده فرکانس یا مبدل افزایش دهنده فرکانس داشته باشد. اجزاء فرکانسی اضافی پس از فیلترینگ حذف می شود. بدین منظور در این پروژه ساختار فیلترهای مایکروویو و روش تولید موج میلیمتری ارائه و مورد توجه قرار می گیرد که در این راستا از مدوله کننده های شدت و فاز استفاده و نتایج آنها باهم مقایسه خواهد شد. حذف حامل های نوری یکی از موضوعات جالب در سیستم های ارتباط نوری است. به همین دلیل روش های مختلف حذف حامل های نوری نیز مورد بررسی قرار می گیرد. سعی بر این است تا میزان حذف حامل های نوری افزایش یابد. در این پروژه اثرات پراکندگی رنگی فیبر تک مد که یک عامل محدود کننده برای مسافت های زیاد است روی سیگنال بررسی می گردد. نتایج حاصل از این پروژه داشتن فیلترهایی با باند عبور صاف تر و تضعیف بیشتر در خارج باند و نیز استفاده از پارامترهای مناسب و نیز ساختاری با قابلیت تنظیم است.