Tổng quan luận án

Công nghệ anten mạng pha đã được hình thành và đưa vào ứng dụng trong các chương trình nghiên cứu vũ trụ từ những năm 1950 - 1960 của thế kỷ trước. Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu, việc tính toán phức tạp cũng như kích thước cồng kềnh ở các dải sóng làm việc khiến phạm vi ứng dụng thực tế bị hạn chế. Sự phát triển của kỹ thuật vi điện tử, công nghệ số và các bộ vi xử lý tốc độ cao, kết hợp cùng việc khai thác hiệu quả các dải tần số cao, đã thúc đẩy sự chuyển dịch mạnh mẽ sang anten mạng pha số. Cấu trúc anten mạng pha số tích hợp khả năng điều khiển pha độc lập trên từng phần tử bằng phương pháp số, giúp quét búp sóng nhanh do giảm quán tính cơ điện, tạo độ rộng búp sóng hẹp, tăng công suất bức xạ theo hướng mong muốn và hỗ trợ xử lý chống nhiễu trong không gian.

Công nghệ chế tạo anten mạng pha số bao gồm hai phần chính: chế tạo phần cứng bức xạ và xây dựng phần mềm điều khiển búp sóng số. Do yêu cầu bảo mật công nghệ trong lĩnh vực quân sự và thương mại, các tài liệu thiết kế và thuật toán điều khiển chi tiết rất hạn chế. Tại Việt Nam, nghiên cứu chế tạo loại anten này vẫn còn ở giai đoạn ban đầu dù đã có khí tài trang bị anten mạng pha. Luận án "Nghiên cứu công nghệ xây dựng anten mạng pha số tuyến thu băng X" của tác giả Lê Quang Thảo được thực hiện nhằm xây dựng các phương pháp tính toán, xử lý tín hiệu điều khiển búp sóng và kiểm chứng mô phỏng nhằm thiết lập các mô-đun phần mềm cho hệ thống thu anten mạng pha.

Luận án xác định 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Cực tiểu hóa công suất về nguồn nhiễu cố định và biết trước để giảm ảnh hưởng của nhiễu trong bài toán thích nghi tín hiệu.
  2. Nâng cao hiệu suất tính toán và tăng độ phân giải mục tiêu trong bài toán ước lượng hướng sóng tới.
  3. Mở rộng kết quả tính toán để áp dụng đo nhanh đặc trưng hướng của hệ thống anten bằng phương pháp quay pha số.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là anten mạng pha số hoạt động ở băng tần X (tần số trung tâm 9,7 GHz), ứng dụng trong các đài ra-đa điều khiển hỏa lực và đài ra-đa cảnh giới. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc giải quyết 3 vấn đề thuộc phần điều khiển số:

  • Ứng dụng tính toán song song để cải tiến thuật toán di truyền (Parallel Genetic Algorithm - PGA) trong việc triệt tiêu nguồn nhiễu.
  • Ứng dụng tính toán song song để cải tiến thuật toán phân loại nhiều tín hiệu (Parallel MUSIC) nhằm rút ngắn thời gian tính toán và tăng độ phân giải góc tới của tín hiệu.
  • Xây dựng phương pháp đo nhanh đặc trưng hướng của anten mạng pha số bằng kỹ thuật tạo búp sóng số, không yêu cầu quay cơ khí bề mặt bức xạ.

Về phạm vi thực nghiệm, các mô hình toán học và phần mềm được kiểm chứng trên cấu hình phần cứng anten mạng pha 4 kênh thu (mảng 4x8 gồm 32 phần tử) do Viện Ra-đa thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự phối hợp với Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Budapest (Hungary) phát triển.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan lịch sử phát triển anten mạng ghi nhận công trình thực nghiệm đầu tiên của Karl Ferdinand Braun năm 1905 (đoạt giải Nobel năm 1909), tiếp nối bởi các nghiên cứu của Luis Alvarez trong Thế chiến II phục vụ hệ thống dẫn đường máy bay (Nobel năm 1968), và các ứng dụng trong vô tuyến thiên văn của Anton Hewish cùng Martin Ryle (Nobel năm 1974).

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu về anten mạng pha và xử lý tín hiệu số bao gồm:

  • Nhóm nghiên cứu tại Viện Ra-đa (Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự): Nghiên cứu kỹ thuật siêu cao tần, kỹ thuật mạch dải và điều khiển búp sóng thích nghi trên anten mạng pha băng X.
  • Nhóm nghiên cứu do GS. Phan Anh đứng đầu: Nghiên cứu phương pháp ước lượng hướng sóng tới sử dụng thuật toán MUSIC và ứng dụng anten thông minh cho hệ thống ra-đa tích cực.
  • Tác giả Nguyễn Quang Hưng: Nghiên cứu quá trình tạo búp sóng số và xử lý tín hiệu số theo không gian - thời gian trong các hệ thống thông tin di động GSM và CDMA.
  • Tác giả Trương Vũ Bằng Giang: Nghiên cứu phương pháp đo tự động đặc trưng bức xạ anten qua máy tính, các giải pháp số hóa tạo búp sóng cho anten phẳng trong truyền thông vệ tinh và dẫn đường.

Trên thế giới, các công trình được công bố trên các tạp chí của IEEE và IEE tập trung vào nhiều khía cạnh:

  • M. R. Mohd Shah (Trường Đại học Kỹ thuật Malaysia Melaka): Thiết kế anten mạng vi dải lưỡng cực trên vật liệu nền FR4 tại tần số 2,4 GHz.
  • Yuusuke Yamashita (Tập đoàn Toshiba, Nhật Bản): Ứng dụng vật liệu GaN để chế tạo anten mạng pha băng X với bộ khuếch đại công suất lớn.
  • Zhao Yan-Qui (Trung Quốc): Nghiên cứu các mô hình anten mạng pha với các phần tử bố trí trong không gian ba chiều.
  • Y. Guo: Nghiên cứu phương pháp giảm búp sóng phụ của anten mạng pha sử dụng các bộ dịch pha số.
  • Linrang Zhang: Nghiên cứu kỹ thuật tạo búp sóng cho việc thu nhận các tín hiệu kết hợp.
  • Lu Jiaguo: Nghiên cứu cấu trúc anten tích cực dựa trên hệ thống điều khiển đồng bộ số.
  • R. Haupt: Khảo sát bước đầu việc áp dụng thuật toán di truyền vào điều khiển anten mạng pha số.
  • M. Fanton, D. Hess, Lior Shmidov: Nghiên cứu, so sánh các phương pháp đo đặc trưng bức xạ trường gần, trường xa và hệ thống đo tự động ORBIT/FR.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết là: Tập trung vào tầng thuật toán xử lý tín hiệu số cho anten mạng pha, tối ưu hóa tốc độ xử lý bằng kỹ thuật tính toán song song đối với thuật toán thích nghi (thuật toán di truyền) và thuật toán ước lượng hướng sóng tới (MUSIC), đồng thời đề xuất giải pháp đo kiểm nhanh đặc trưng hướng dựa hoàn toàn trên việc quay pha số của hệ thống thu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng các nền tảng lý thuyết và mô hình toán học sau:

  • Lý thuyết anten mạng tuyến tính cách đều (ULA - Uniform Linear Array): Hệ thống gồm $N$ phần tử cách đều nhau khoảng cách $d$. Cường độ trường bức xạ tổng hợp $E$ và hàm đặc trưng hướng mạng $f_{KN}(\psi)$ được thiết lập qua biểu thức giao thoa trường: $$f_{KN}(\psi) = \sum_{n=1}^{N} e^{i(n-1)\psi}$$ Trong đó $\psi = kd\cos\theta - \Delta\varphi$, với $k = 2\pi/\lambda$, $\theta$ là góc tới của sóng và $\Delta\varphi$ là độ lệch pha giữa hai phần tử liên tiếp. Hàm đặc trưng hướng biên độ tổ hợp chuẩn hóa là: $$F_{KN}(\psi) = \frac{\sin(N\psi/2)}{N\sin(\psi/2)}$$
  • Mô hình mạng anten thích nghi và bộ tạo búp sóng băng hẹp: Tín hiệu ra $y(t) = \mathbf{w}^H \mathbf{x}(t)$, trong đó $\mathbf{w}$ là véc-tơ trọng số phức và $\mathbf{x}(t)$ là véc-tơ tín hiệu thu. Công suất đầu ra trung bình được biểu diễn qua ma trận tương quan $\mathbf{R} = E[\mathbf{x}(t)\mathbf{x}^H(t)]$ theo công thức $P = \mathbf{w}^H \mathbf{R} \mathbf{w}$.
  • Kỹ thuật lái "hướng không" (Null-steering beamformer): Xác định véc-tơ trọng số $\mathbf{w}$ thỏa mãn điều kiện duy trì độ lợi tại hướng mong muốn $\mathbf{w}^H \mathbf{a}_0 = 1$ và triệt tiêu công suất tại $n$ hướng nhiễu $\mathbf{w}^H \mathbf{a}_i = 0$ ($i = 1, \dots, n$). Lời giải dạng ma trận có dạng $\mathbf{w} = \mathbf{e}_1^T \mathbf{A}^{-1}$ (khi $\mathbf{A}$ là ma trận vuông) hoặc $\mathbf{w} = \mathbf{e}_1^T [\mathbf{A}^H(\mathbf{A}\mathbf{A}^H)^{-1}]$ (khi số điểm không nhỏ hơn $N-1$).
  • Thuật toán di truyền song song (PGA): Tối ưu hóa hàm mục tiêu cực tiểu hóa công suất nhiễu bằng cách phân chia không gian tìm kiếm nhiễm sắc thể, thực hiện chọn lọc (bánh xe roulette), lai ghép và đột biến đồng thời trên nhiều luồng xử lý.
  • Thuật toán MUSIC song song: Dựa trên phân tích không gian con tín hiệu và không gian con tạp âm của ma trận hiệp phương sai tín hiệu đầu vào; song song hóa quá trình quét phổ MUSIC $P_{MU}(\theta)$ trên từng dải góc để tìm cực đại phổ tương ứng với hướng sóng tới.
  • Phương pháp đo đặc trưng hướng: Phân tích nguyên lý đo trực tiếp trường xa, đo gián tiếp qua quét trường gần (mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu), từ đó xây dựng phương pháp đo nhanh dựa trên quay pha số.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng các mô hình toán học để khảo sát trên hệ thống mảng có số lượng phần tử lớn ($N = 20$ phần tử hoặc nhiều hơn) nhằm đánh giá tính tổng quát của thuật toán.
  • Phương pháp thực nghiệm: Triển khai kiểm chứng các thuật toán và quy trình đo trên hệ thống anten mạng pha 4 kênh thu băng X (32 phần tử microstrip) tại phòng thí nghiệm.
  • Công cụ và thiết bị đo kiểm: Máy phân tích phổ, máy phát chức năng, dao động ký số, hệ thống máy tính xử lý tín hiệu kết nối khối trung tần số.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ chế tạo anten mạng pha số cho tuyến thu băng X

Chương này hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về anten mạng pha, phân tích quá trình bức xạ của lưỡng cực nửa bước sóng và nguyên lý giao thoa trường của mạng tuyến tính cách đều (ULA). Tác giả dẫn giải chi tiết các trường hợp pha làm việc:

  • Trường hợp đồng pha ($\Delta\varphi = 0$): Cực đại chính hướng vuông góc với trục mạng ($\theta = 90^\circ$), độ rộng búp sóng chính tỷ lệ nghịch với chiều dài mạng ($2\theta_0 \approx 2\lambda/L$), cực đại phụ thứ nhất có giá trị xấp xỉ $2/(3\pi) \approx 1/5$ giá trị cực đại chính.
  • Trường hợp luân phiên đảo pha ($\Delta\varphi = 180^\circ$): Nếu số phần tử $N$ chẵn thì tại $\theta = 90^\circ$ trường bức xạ triệt tiêu; cực đại xuất hiện dọc theo trục mạng ($\theta = 0^\circ$ và $180^\circ$) khi khoảng cách $d = 0,5\lambda$.

Chương 1 phân tích cấu trúc công nghệ chế tạo anten mạng pha số thành hai phần: phần cứng (bộ phận cơ bản gồm phần tử bức xạ, máy phát cao tần, bộ trộn, bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi ADC/DAC) và phần mềm (các giải thuật điều khiển búp sóng số trên nền DSP, FPGA hoặc máy tính).

Cấu hình phần cứng hệ thống anten mạng pha số tuyến thu băng X của Viện Ra-đa được trình bày với các thông số cụ thể:

Thông số kỹ thuật Giá trị
Dải tần số hoạt động 9,7 GHz ± 50 MHz
Số phần tử bức xạ 32 phần tử (4 kênh, mỗi kênh 8 phần tử vi dải đồng pha)
Hệ số khuếch đại 15,2 dB
Công suất xung cực đại 1 kW
Công suất liên tục 1 W
Tần số trung tần (IF) 30 MHz
Độ rộng dải trung tần (IF) 3,3 MHz
Mức ra công suất IF $\le$ 1,1 dBm
Độ phân giải ADC 12 bit
Số kênh thu ADC 4 kênh độc lập
Độ rộng búp sóng phương thẳng đứng (góc ngẩng) 10 độ (cố định)
Độ rộng búp sóng phương nằm ngang (phương vị) 20 độ (điều khiển số)
Kích thước khối anten (dài x rộng x cao) 150 x 200 x 30 mm

Hệ thống cho phép điều khiển búp sóng theo góc phương vị thông qua 4 kênh thu độc lập, trong khi giản đồ hướng theo góc ngẩng là cố định do 8 phần tử trong mỗi kênh được nối qua bộ cộng công suất đồng pha trên mạch dải.

Chương 2: Tối ưu hóa xử lý tín hiệu bằng phương pháp số

Chương 2 tập trung vào hai bài toán xử lý tín hiệu số chính: thích nghi tín hiệu và ước lượng hướng sóng tới.

Đối với bài toán thích nghi:

  • Tác giả phân tích mô hình tạo búp sóng băng hẹp và hạn chế của bộ tạo búp sóng thông thường (với trọng số đồng đều, chỉ giảm công suất nhiễu không tương quan $N$ lần nhưng không khử được nhiễu định hướng).
  • Phân tích kỹ thuật lái "hướng không" để triệt tiêu các nguồn giao thoa đã biết.
  • Thiết lập giải thuật tối ưu hóa trọng số pha bằng thuật toán di truyền (GA) và mở rộng sang thuật toán di truyền song song (PGA) dựa trên các kiến trúc phân tán (SIMD, MIMD). Việc song song hóa giúp giảm thời gian hội tụ khi tìm kiếm tổ hợp pha để tạo điểm lõm sâu (null) tại các góc nhiễu xác định.

Đối với bài toán ước lượng hướng sóng tới:

  • Khảo sát các thuật toán ước lượng cổ điển như thuật toán phổ Bartlett và thuật toán Capon, chỉ ra hạn chế về độ phân giải khi các nguồn tín hiệu nằm gần nhau.
  • Trình bày chi tiết thuật toán MUSIC dựa trên việc phân rã trị riêng của ma trận tự tương quan $\mathbf{R}$, tách không gian thành không gian con tín hiệu và không gian con tạp âm.
  • Đề xuất mô hình tính toán song song cho thuật toán MUSIC bằng cách chia nhỏ không gian quét góc cho các bộ xử lý/máy tính độc lập, giúp giảm thời gian tính toán ma trận và quét phổ khi yêu cầu bước quét mịn ($\Delta\theta = 0,005$ và $\Delta\theta = 0,001$).

Chương 3: Xây dựng phương pháp đo đặc trưng hướng nhanh sử dụng kỹ thuật tạo búp sóng số

Chương này đánh giá các phương pháp đo kiểm anten truyền thống:

  • Đo trực tiếp trường xa: Đòi hỏi cự ly lớn thỏa mãn điều kiện $R \ge 2D^2/\lambda$, cần không gian bãi đo ngoài trời hoặc buồng đo câm kích thước lớn, dễ chịu ảnh hưởng của phản xạ môi trường.
  • Đo gián tiếp trường gần: Quét trường gần trên mặt phẳng, mặt trụ hoặc mặt cầu kết hợp biến đổi Fourier; tuy giảm kích thước buồng đo nhưng yêu cầu hệ thống dịch chuyển cơ khí chính xác cao và thời gian quét dữ liệu kéo dài.
  • Hệ thống đo tự động ORBIT/FR: Chi phí thiết bị cao, quy trình quay quét cơ học phức tạp.

Từ đó, tác giả đề xuất phương pháp đo nhanh đặc trưng hướng anten mạng pha số bằng kỹ thuật tạo búp sóng số:

  • Thay vì sử dụng động cơ để quay bề mặt anten hoặc quay đầu dò, phương pháp giữ cố định anten và nguồn phát chuẩn.
  • Sử dụng thuật toán quay pha số trên các kênh thu để quét búp sóng chính qua các góc không gian khác nhau.
  • Ghi nhận biên độ tín hiệu tổng hợp tại mỗi góc quay pha số để tái tạo giản đồ đặc trưng hướng. Phương pháp này rút ngắn thời gian đo kiểm và loại bỏ sai số do cơ cấu xoay cơ học.

Chương 4: Kết quả thực nghiệm

Chương 4 trình bày các kết quả thử nghiệm mô phỏng và đo đạc thực tế trên mảng anten 4 kênh băng X của Viện Ra-đa:

  1. Thực nghiệm thuật toán di truyền song song (PGA):
  • Trường hợp 1 nguồn nhiễu tại $-20^\circ$: Thuật toán PGA tính toán bộ lệch pha giữa các phần tử để tạo điểm triệt tiêu sâu tại góc $-20^\circ$, đồng thời duy trì hướng búp sóng chính.
  • Trường hợp 1 nguồn nhiễu tại $30^\circ$: Thuật toán xác định chính xác các trọng số pha tương ứng, đưa mức thu tại $30^\circ$ về cực tiểu.
  • Trường hợp 2 nguồn nhiễu đồng thời tại $-20^\circ$ và $30^\circ$: Thuật toán PGA tạo đồng thời hai điểm lõm sâu tại cả hai hướng nhiễu mà không làm méo búp sóng thu tín hiệu có ích.
  1. Thực nghiệm tính toán song song cho thuật toán MUSIC:
  • Khảo sát thời gian tính toán khi thay đổi số lượng máy tính xử lý từ 1 đến 4 máy với các bước quét góc $\Delta\theta = 0,005$ và $\Delta\theta = 0,001$. Kết quả cho thấy thời gian xử lý giảm tỷ lệ thuận với số lượng nút tính toán song song.
  • Kiểm tra độ phân giải góc tới trong các trường hợp: 2 nguồn phát tại góc ($-30^\circ, 20^\circ$), 2 nguồn phát tại góc ($-20^\circ, 30^\circ$), và 3 nguồn phát đồng thời tại các góc ($-30^\circ, 20^\circ, 60^\circ$). Thuật toán MUSIC song song phân tách chính xác các đỉnh phổ tương ứng với từng nguồn sóng tới.
  1. Thực nghiệm phương pháp đo nhanh đặc trưng hướng:
  • Triển khai đo đặc trưng hướng của anten mạng pha số 4 kênh bằng kỹ thuật quay pha số. Kết quả đồ thị hướng thu được phù hợp với giản đồ hướng tính toán lý thuyết và mô phỏng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự tổng kết các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

  1. Về mặt thuật toán và xử lý số:
  • Đã nghiên cứu và áp dụng thành công kỹ thuật tính toán song song vào thuật toán di truyền (PGA) trong bài toán thích nghi tín hiệu của anten mạng pha, cho phép tìm nhanh bộ trọng số pha tối ưu để cực tiểu hóa công suất từ các nguồn nhiễu cố định và biết trước.
  • Đã xây dựng và thực nghiệm giải pháp tính toán song song cho thuật toán MUSIC, giúp giảm thời gian tính toán và nâng cao khả năng phân giải hướng sóng tới khi xử lý đồng thời nhiều nguồn tín hiệu trong môi trường điện từ phức tạp.
  1. Về mặt công nghệ và đo kiểm thực nghiệm:
  • Đề xuất phương pháp mới đo nhanh đặc trưng hướng của anten mạng pha số sử dụng kỹ thuật tạo búp sóng quay pha số. Phương pháp cho phép kiểm tra đặc trưng hướng nhanh chóng mà không cần hệ thống quay quét cơ khí bề mặt bức xạ, giảm chi phí thiết bị đo kiểm.
  • Áp dụng thành công các thuật toán thích nghi, thuật toán ước lượng hướng tới và quy trình đo nhanh lên phần cứng anten mạng pha số tuyến thu băng X 4 kênh (4x8 phần tử) thực tế tại Viện Ra-đa - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản luận án nêu rõ các khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện:

  • Hạn chế tiếp cận tài liệu: Anten mạng pha số liên quan chặt chẽ đến bí mật công nghệ quân sự của các quốc gia phát triển và các sản phẩm thương mại chuyên dụng, gây khó khăn cho việc thu thập tài liệu thiết kế chi tiết.
  • Hạn chế về thiết bị phần cứng trong nước: Năng lực chế tạo phần cứng anten mạng pha số trong nước chưa tự chủ hoàn toàn; số lượng hệ thống thực nghiệm còn rất hạn chế. Luận án chỉ mới thực hiện thử nghiệm trên mảng 4 kênh thu (4x8 phần tử) hoạt động ở băng X, tương đương mạng tuyến tính 4 phần tử điều khiển số theo góc phương vị.
  • Giới hạn không gian quét: Hệ thống thực nghiệm chỉ điều khiển búp sóng theo góc phương vị, đặc trưng hướng theo góc ngẩng là cố định.

Hướng nghiên cứu tiếp được đề cập: Mở rộng các kết quả tính toán và giải thuật tối ưu hóa sang các hệ thống anten mạng pha số có số lượng kênh thu lớn hơn, phát triển điều khiển búp sóng số hai chiều (phương vị và góc ngẩng) khi điều kiện phần cứng trong nước cho phép.

Giá trị tham khảo

Công trình luận án cung cấp tài liệu tham khảo cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Vật lý Vô tuyến, Kỹ thuật Điện tử, Kỹ thuật Ra-đa và Xử lý Tín hiệu: Tham khảo khung lý thuyết toán học về mạng tuyến tính cách đều, cấu trúc bộ tạo búp sóng băng hẹp lái hướng không và phương pháp song song hóa các thuật toán thích nghi (GA) và phân loại tín hiệu (MUSIC).
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật tại các viện nghiên cứu quốc phòng (như Viện Ra-đa, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Học viện Phòng không - Không quân) và các cơ sở viễn thông: Tham khảo quy trình thiết lập tham số phần cứng băng X, cấu trúc khối trung tần số (IF 30 MHz, ADC 12 bit) và phương pháp đo nhanh giản đồ hướng bằng quay pha số phục vụ kiểm tra, đánh giá khí tài.

Câu hỏi thường gặp

1. Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống phần cứng anten thực nghiệm trong luận án là gì?
Hệ thống anten mạng pha số tuyến thu băng X do Viện Ra-đa phát triển có tần số trung tâm 9,7 GHz ± 50 MHz, gồm 32 chấn tử bức xạ (chia làm 4 kênh, mỗi kênh 8 phần tử vi dải đồng pha), hệ số khuếch đại 15,2 dB, công suất xung cực đại 1 kW, công suất liên tục 1 W, trung tần IF 30 MHz (độ rộng dải IF 3,3 MHz, mức ra công suất IF $\le$ 1,1 dBm), khối biến đổi ADC 12 bit gồm 4 kênh, độ rộng búp sóng thẳng đứng 10 độ, độ rộng búp sóng nằm ngang 20 độ, kích thước 150 x 200 x 30 mm.

2. Kỹ thuật tính toán song song được ứng dụng như thế nào trong bài toán thích nghi và ước lượng hướng sóng tới?
Trong bài toán thích nghi, tính toán song song được áp dụng cho thuật toán di truyền (PGA) để phân tán việc tính toán độ thích nghi và các toán tử di truyền, giúp tìm nhanh vector trọng số pha triệt tiêu nhiễu. Trong bài toán ước lượng hướng tới, tính toán song song được áp dụng cho thuật toán MUSIC bằng cách phân đoạn không gian quét góc trên nhiều luồng/máy tính xử lý, giúp giảm thời gian quét phổ với các bước chia góc mịn ($\Delta\theta = 0,005$ và $\Delta\theta = 0,001$).

3. Nguyên lý của phương pháp đo nhanh đặc trưng hướng do tác giả đề xuất là gì?
Phương pháp giữ cố định vị trí anten và nguồn phát chuẩn, không sử dụng cơ cấu xoay quét cơ khí. Thay vào đó, hệ thống sử dụng phần mềm điều khiển số để thay đổi độ lệch pha giữa các kênh thu (quay pha số), dịch chuyển búp sóng chính quét qua các góc phương vị và ghi nhận biên độ tín hiệu thu được để dựng lại giản đồ đặc trưng hướng.

4. Tại sao phần lớn mô phỏng trong luận án sử dụng số lượng phần tử lớn nhưng thực nghiệm lại dùng mạng 4 kênh?
Mô phỏng với số lượng phần tử lớn ($N = 20$ phần tử hoặc nhiều hơn) được thực hiện để đảm bảo tính tổng quát và khảo sát quy luật của các thuật toán toán học. Do điều kiện thực tế của hệ thống phần cứng sẵn có tại Viện Ra-đa là mảng 4 kênh thu độc lập (mỗi kênh gồm 8 phần tử đồng pha), tác giả đã thực hiện thêm mô phỏng trên cấu hình 4 phần tử để đối chiếu và kiểm chứng trực tiếp trên phần cứng này.

5. Luận án đã thực nghiệm kiểm tra thuật toán MUSIC song song trong những trường hợp nguồn phát nào?
Thực nghiệm thuật toán MUSIC song song được kiểm tra trong 3 trường hợp: (1) hai nguồn phát đặt tại các góc $-30^\circ$ và $20^\circ$; (2) hai nguồn phát đặt tại các góc $-20^\circ$ và $30^\circ$; (3) ba nguồn phát đồng thời đặt tại các góc $-30^\circ$, $20^\circ$ và $60^\circ$.

Kết luận

Luận án "Nghiên cứu công nghệ xây dựng anten mạng pha số tuyến thu băng X" của tác giả Lê Quang Thảo đã hoàn thành việc nghiên cứu, mô phỏng và thực nghiệm các thuật toán xử lý tín hiệu số điều khiển búp sóng cho anten mạng pha băng X. Công trình đã ứng dụng kỹ thuật tính toán song song vào thuật toán di truyền (PGA) để khử nguồn nhiễu định hướng và thuật toán MUSIC để tăng tốc độ ước lượng hướng sóng tới. Đồng sinh, tác giả đã đề xuất và kiểm chứng phương pháp đo nhanh đặc trưng hướng anten bằng kỹ thuật tạo búp sóng quay pha số trên hệ thống thực nghiệm 4 kênh thu tại Viện Ra-đa, đóng góp cơ sở khoa học và thực nghiệm cho việc phát triển công nghệ anten mạng pha số tại Việt Nam.