فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق دریایی
پیاپی 1 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد کاظمی راد*، سید مهدی حسینی اندارگلی صفحات 1-13
    برای مخفی ماندن رادار از  دید سیستم شنودگر، تکنیک ها متفاوتی از قبیل مدیریت توان، پهنای باند عملیاتی وسیع، پرش فرکانس، کاهش لوب جانبی آنتن و الگوهای اسکن پیشرفته (مدولاسیون) استفاده می گردد. در این مقاله با توجه به قابلیت شکل دهی پرتو رادارهای آرایه فازی، تمرکز روی شکل دهی پرتو و کنترل توان فرستنده جهت نیل به خاصیت LPI رادارهای آرایه فازی پسیو است. با فرض اینکه شنودگر در زاویه ای غیر از زاویه هدف تحت تست قرار دارد، احتمال شنود رادار به توان موثر انتشاری رادار بستگی دارد. برای کنترل توان موثر انتشاری، توان و شکل دهی پرتو در فرستنده کنترل می گردد. احتمال شنود رادار در شنودگر به عنوان تابع هدف بهینه سازی انتخاب شده است. علاوه براین سیگنال بازگشتی هدف در رادار تحلیل شده و معیارهای کیفیت سرویس (احتمال آشکارسازی هدف) برحسب متغیر بهینه سازی (بردار شکل دهی پرتو و توان فرستنده) بازنویسی شده است.ابتدا با فرض مشخص بودن زاویه شنودگر و با فرض عدم محدودیت توان رادار، مسیله بهینه سازی با روش بهینه سازی محدب تحلیل می گردد. با فرض وجود قید توان برای تک تک عناصر  رادار آرایه فازی، مسیله بهینه سازی تحلیل و حل زیربهینه برای آن ارایه می گردد. در ادامه به منظور حفظ توازن پرتو و رعایت شرط محدودیت توان، ضریب   در بردار شکل دهی پرتو  ضرب شده است. براساس شبیه سازی های انجام شده نال ایجاد شده در راستای شنودگر در حد قابل قبولی (کمتر از حد استاندارد سیستم های شنود) است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد نه تنها قید کیفیت سرویس برآورده شده بلکه عملکرد رادار به منظور افزایش خاصیت LPI بهتر شده و زمان محاسبه جواب بهینه در روندنما های پیشنهادی (حدود 1000 برابر) کمتر از روندنما های معیار است.
    کلیدواژگان: رادارهای آرایه فازی، احتمال آشکارسازی، احتمال شنود، کنترل پرتو
  • مسعود شکرنژاد*، مجید یوسفی صفحات 14-22
    شبکه ی حسگر بی سیم زیرآبی از فناوری هایی است که می توان با استفاده از آن بر اعماق دریاها نظارت کرد و از منابع موجود زیرآبی در حوزه های مختلف تجاری و اقتصادی استفاده کرد. یکی از پارامترهای اصلی در ارزیابی کارایی این فناوری پایین بودن تاخیر آن است، به این مفهوم که نیاز است اطلاعات جمع آوری شده از محیط به وسیله ی حسگرها، از طریق شبکه ی بی سیم حسگر زیرآبی و در زمانی بسیار کوتاه به کنترل کننده ی مرکزی برسد. در این مقاله برای طراحی شبکه ای که این نیازمندی را تامین کند، از رویکرد خوشه بندی استفاده شده تا تاخیر ارتباط حسگرهای هر خوشه با سرخوشه یا رله ی مربوط به آن خوشه، کمتر از حداکثر تاخیر قابل قبول باشد. در ابتدا یک مسیله خطی فرموله شده ارایه گردیده که با دریافت گراف همسایگی، محل و تعداد گره های رله را برمی گرداند. به دلیل پیچیدگی بالای این مسیله و ممکن نبودن حل آن برای نمونه های واقعی، در ادامه یک روش مکاشفه ای ارایه شده که در آن گراف همسایگی با توجه به حداکثر تاخیر قابل قبول پردازش می شود و سپس با حل یک مسیله ی به مراتب ساده تر، تعداد و محل رله ها محاسبه می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می دهد که روش ارایه شده می تواند طی چند ثانیه جوابی 100٪ مطابق با جواب بهینه را تولید کند.
    کلیدواژگان: شبکه ی حسگر بی سیم زیرآبی، طراحی شبکه، جایگذاری گره ها، برنامه ریزی صحیح خطی، تاخیر
  • محمد خویشه*، سجاد رواخواه، مجتبی شمس ناتری، رسول کریمی صفحات 23-33
    شرایط و چالش های منحصربه فرد موجود در کانال های زیرآبی موجب می شود تا ارتباطات در این محیط در مقابل حملات دشمن بسیار آسیب پذیر باشند. استفاده از سیگنال های بیونیک برای مقاوم کردن این کانال ها در برابر حملات به یکی از چالش های حوزه آکوستیک زیر آب تبدیل شده است. لذا در سال های اخیر استفاده از سیگنال های زیستی مانند سوت دلفین به منظور ایجاد ارتباطات پنهان پیشنهادشده است ولی این روش در محیط-های بدون نویز و غیرعملیاتی مورد استفاده قرار گرفته است. حال آن که وجود منابع متنوع نویز زیرآب باعث شده است که اثرات آن ها در کیفیت انتقال صوت غیرقابل پیش بینی باشد. در این مقاله از تبدیل موجک و الگوریتم تحلیل مولفه مستقل (ICA) برای حذف نویز محیطی سوت دلفین استفاده شده است. به منظور ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، این الگوریتم با الگوریتم های معیار FAstICA، JADE-OP، FJADE، Com2، JADE-TD و FPICA مقایسه گردید. نتایج نشان دهنده آن است که روش پیشنهادی باقدرت تفکیک 8915/0 نسبت به الگوریتم های معیار دیگر عملکرد بهتری را ارایه می کند.
    کلیدواژگان: ارتباطات زیرآبی ایمن، سیگنال های زیستی، سوت دلفین، تبدیل موجک، الگوریتم تحلیل مولفه مستقل
  • اکبر اسدی*، محمدرضا جعفری، مهران شاه منصوری صفحات 34-45

    در این مقاله، یک نانوموجبر هیبرید پلاسمونیکی متقارن بر پایه گرافن منحصر به فرد، برای هدایت امواج الکترومغناطیسی در طیف فروسرخ میانی پیشنهاد شده است. ساختار هندسی موجبر، از دو استوانه متقارن که در اطراف یک زیرلایه مستطیلی شکل با ضریب شکست بالا قرارگرفته، تشکیل شده است. سطح جانبی هر دو استوانه از تک لایه گرافن پوشیده شده است و همچنین استوانه ها و زیرلایه مستطیلی در یک محیط با ضریب شکست پایین قرار گرفته اند. در اینجا، ویژگی های مودال مد پلاسمون پلاریتون های سطحی با استفاده روش المان محدود بررسی شده است. وابستگی خواص انتشاری مدها به فرکانس موج فرودی، انرژی فرمی گرافن و ابعاد ساختار هندسی موجبر به طور جزیی محاسبه شده است. با توجه به ساختار منحصر به فرد موجبر طراحی شده، طول انتشار مدها نزدیک به 4600 نانومتر، ناحیه مد بهنجار شده از مرتبه 6-10 و معیار شایستگی نزدیک به 500 بدست آمده است. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی، این ساختار محصورشدگی قوی زیر طول موج نور و عملکرد بالا در ناحیه فروسرخ میانی را به منظور استفاده در کاربردهای عملی در مدارات مجتمع فوتونیکی را دارا می باشد.

    کلیدواژگان: نانوموجبر، پلاسمونیک، گرافن و روش المان محدود
  • علی گودرزی املشی*، مجتبی شیخی پور، محمد علیزاده، علی اکبر حبیبی صفحات 46-56

    با توجه به اهمیت تجهیزات استفاده شده در بنادر دریایی و پیشرفت سیستم موقعیت یاب جهانی پتانسیل عملکرد بهتر برای تخمین پارامترهای خط دیده می شود. حضور تجهیزات اندازه گیری فازوری برای الگوریتم های تخمین پارامترهای خط ضروری می باشد که این امر سبب افزایش قابلیت اطمینان سیستم خواهد شد. امروزه تعداد کمی تجهیزات اندازه گیری فازوری در سیستم قدرت نصب شده و اطلاعات دو سر یک خط یکی از طریق همین تجهیزات و دیگری از طریق سیستم کنترل و کسب داده تامین می گردد. در این مقاله، راهکار پیشنهادی ابتدا برای یک خط انتقال ساده دو ترمیناله بکار گرفته شده و سپس برای یک سیستم سه ترمیناله بسط داده شده است. نتایج شبیه سازی در نرم افزار PSCAD موید اعتبار و درستی روش پیشنهادی برای سیستم های قدرت امروزی می باشند. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی با دقت مناسبی قادر است تا پارامترهای زمان واقعی سیستم را بمنظور اهداف مطالعاتی شبکه محاسبه نماید. در این پژوهش، برای محاسبه پارامترهای توالی مثبت (منفی) خط بر اساس اندازه گیری های فازوری ولتاژ و جریان در دو سر خط، ارایه می گردد. بدین منظور از اطلاعات فازوری ولتاژ و جریان ابتدا و انتهای خط انتقال، حاصل از اندازه گیری چندتایی این پارامترها استفاده شده و سپس بر مبنای روش نیوتن- رافسون برای انتخاب بهترین تخمین، پارامترهای خط انتقال تعیین می گردند. نتایج بدست آمده انطباق بسیار مناسبی را مابین پارامترهای حاصل از داده های اندازه گیری شده و پارامترهای محاسبه شده و توسط نرم افزارهای محاسباتی خطوط را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: PMU، SCADA، خط انتقال، سیستم قدرت، ترمینال
  • سید مصطفی حسینی*، ابوالفضل میقانی نژاد صفحات 57-66

    با توجه به اینکه دینامیک ربات زیرآبی به شدت غیرخطی و وابسته می باشد و همچنین ناشناخته بودن محیط زیرآب از نظر جریانات زیرآبی، کنترل حرکت ربات مسیریاب در زیر آب، با چالش همراه است. کنترل کننده مود لغزشی کلاسیک یک روش کنترلی با عملکرد خوب در سیستم های ردیاب با دینامیک غیرخطی محسوب می شود. ولی از مشکلات این روش کنترل، وجود نوسان نوسانات با سرعت بالا در سیگنال کنترل آن به علت پدیده چترینگ است. لذا در این تحقیق برای کاهش نوسانات سیگنال کنترل اعمالی به تراسترها یک سیستم کنترل مود لغزشی درجه بالای مستقل از مدل ارایه می شود و در پایان عملکرد کنترل کننده پیشنهادی روی یک ربات زیرآبی مسیریاب شبیه سازی می شود. علاوه بر این، نتایج با عملکرد کنترل کننده PID و کنترل کننده مود لغزشی سنتی مقایسه می شود که نتایج برتری کنترل کننده پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: : ROV، کنترل موقعیت، مود لغزشی درجه بالا، تراستر
  • مجید آقابابایی*، نسترن صالح، آریا پسیان زاده صفحات 67-82
    سامانه ارتباط مغز و رایانه، سامانه ای است که امکان ارتباط و کنترل محیط خارج را بدون نیاز به خروجی عادی مغز به اعصاب پیرامونی و ماهیچه ها فراهم می کند. در این سامانه، فعالیت الکتریکی مغز که منعکس کننده ی قصد کاربر است به طور مستقیم اندازه گیری شده و با اعمال روش های پردازش سیگنال و شناسایی الگو، دستور کنترلی مناسب ایجاد می گردد. یکی از فعالیت های ذهنی که برای برقراری این ارتباط مورد استفاده قرار گرفته، تصورات حرکتی تعدادی از اندام های بدن می باشد. در صورتی که سامانه بتواند تصورات حرکتی مربوط به اندام های مختلف بدن را به خوبی از همدیگر تمییز دهد، آنگاه قادر خواهد بود که تصمیمات کنترلی متناظر کاربر را شناسایی نماید ودر نتیجه، کاربر می تواند با محیط خارج ارتباط برقرار کند. قسمت پردازش سیگنال و شناسایی الگو به طور عمومی شامل بخش های پیش پردازش و بهبود کیفیت سیگنال، استخراج ویژگی و دسته بندی می باشد. پالایش مکانی از اهمیت زیادی در بهبود کیفیت سیگنال برخوردار است، چرا که با استفاده از یک پالایش مکانی مناسب می توان اثر بسیاری از ارتیفکت ها و نیز فعالیت های مغزی غیرمرتبط با قصد کاربر را کاهش داد. روشی که برای این منظور بیشترین کاربرد را در تحقیقات داشته است، پالایش لاپلاسین سطح می باشد. در این مقاله، هدف این است که با حل مسیله جداسازی کور منابع برای سیگنال های مغزی، روش های پردازشی ایجاد شده را روی منابع مرتبط با تصورات حرکتی، متمرکز نماییم. بدین منظور از تحلیل مولفه های مستقل استفاده شده است و نتایج دسته بندی نشان داده است که این روش، از کارایی بالاتری نسبت به پالایش لاپلاسین سطح برخوردار است.
    کلیدواژگان: ارتباط مغز و رایانه، تصور حرکتی، تحلیل مولفه های مستقل، هم زمانی و ناهم زمانی وابسته یه رویداد
|
  • Mohammad Kazemirad *, Seyyed Mahdi Hoseini Andargoli Pages 1-13
    In this paper, the issue of controlling power and beam in phase array radars to minimize the probability of Interception and meet, the goal of the probability of detecting the targets. First, with an assumption, specified the direction of interceptor and unlimited power of radar elements, the problem of minimizing the probability of interception is formulated and solved by convex optimization method. In the following, assuming the existence of a constraint for every single element of a phased array radar, the solution of the optimization problem is analyzed and the sub-solution is presented for it. Then, in order to maintain the balance of the beam and to observe the condition of the power limit, the β beam coefficient vector is multiplied. According to the simulations, the null’s depth in the interceptor’s direction is about -270 dB.The results of simulations show that the proposed algorithms not only meet the probability of target detection probability but also minimize the probability of interception as compared to conventional methods.
    Keywords: Phased Array Radar, Detection Probability, Interception Probability, Beam Control
  • Masoud Shokrnezhad *, Majid Yusefi Pages 14-22
    The Underwater Wireless Sensor Network (UWSN) is one of the promissing technologies that can be used to monitor depths of seas and oceans, and exploit existing underwater resources in various fields. One of the main parameters to evaluate the efficiency of this technology is its message-passing delay, in the sense that for the information collected from the environment by sensors, it is necessary to reach the control center in a very short time. In this paper, a clustering approach is used to design an overlay network of relays supposing that the relays are connected to the control center through direct low-latency links. Using this approach, the environment is divided into the clusters, and to the sensors in each cluster, a relay is assigned in such a way that the delay between the sensors and the assigned relay is less than the maximum acceptable delay threshold. First, a linear problem is formulated that returns the location and number of relay nodes based on the neighboring graph. Due to the high complexity of this problem, also a relaxed method is presented in which the neighborhood graph is first processed according to the maximum acceptable delay and then by solving a much simpler problem, the number and locations are found. The simulations show that the proposed relaxed method produces optimal results in an acceptable time.
    Keywords: Underwater wireless sensor networks, network design, Node Placement, Integer Linear Programming, Delay, Clustering
  • Mohammad Khiishe *, Sajjad Ravakhah, Mojtaba Shams Nateri, Rasool Karimi Pages 23-33
    The unique conditions and challenges in the underwater channels make communications in this environment very vulnerable to enemy attacks. The use of bionic signals has become one of the challenges of the underwater acoustic field to make these channels resistant to attack. Therefore, in recent years, the use of biological signals such as dolphin whistles has been proposed to establish covert communications, but this method has been used in noise-free and non-operational environments. However, the existence of various sources of underwater noise has caused their effects on the quality of sound transmission to be unpredictable. In this paper, wavelet transform and independent component analysis (ICA) algorithm are used to remove the ambient noise of the dolphin whistle. In order to evaluate the performance of the proposed algorithm, this algorithm was compared with the standard algorithms of FAstICA, JADE-OP, FJADE, Com2, JADE-TD and FPICA. The results show that the proposed method with a resolution of 0.8915 provides better performance than other standard algorithms.
    Keywords: Covert Underwater Communication, Biomarkers, Dolphin Whistle, Wavelet transform, Independent Component Analysis Algorithm
  • Akbar Asadi *, MohammadReza Jafari, Mehran Shahmansouri Pages 34-45

    In this paper, a unique symmetric graphene-based plasmonic nano-waveguide is proposed to guiding electromagnetic waves in the mid-infrared spectrum. The geometric structure of the waveguide consists of two symmetrical cylinders arranged around a rectangular substrate with a high refractive index. The lateral surfaces of both cylinders are covered with a graphene monolayer, and the cylinders and rectangular substrate are placed in a low refractive index environment. Here, the modal model properties of surface plasmon polaritons are investigated using the finite element method. The dependence of the propagation properties of the modes on the frequency of the incident wave, the graphene Fermi energy and the dimensions of the geometric structure of the waveguide has been calculated in detail. Due to the unique structure of the designed waveguide, the propagation length of the modes is approximately 4600 nm , the normalized mode area is ~〖10〗^(-6) and the figure of merit is nearly 500. According to the simulation results, this structure has a strong confinement the light subwavelength and high performance in the mid-infrared region for use in practical applications in photonic integrated circuits.

    Keywords: nano-waveguide, Plasmonic, graphene, finite element method
  • Ali Goudarzi Amlashi *, Mojtaba Sheikhipoor, Mohammad Alizadeh, AliAkbar Habibi Pages 46-56

    Given the importance of the equipment used in seaports and the development of the Global Positioning System, there is a potential for better performance in estimating line parameters. The presence of phasor measuring equipment is essential for line parameter estimation algorithms, which will increase system reliability. Today, a small number of phasors measuring equipment’s are installed in the power system and the information at both ends of a line, one through the same equipment and the other through the control and data acquisition system.In this paper, the proposed solution is first applied to a simple two-terminal transmission line and then extended to a three-terminal system. The simulation results in PSCAD software confirm the validity and correctness of the proposed method for today's power systems. The results showed that the proposed method is able to calculate the real-time parameters of the system with the appropriate accuracy for the purposes of network studies. In this research, for calculating the positive (negative) sequence parameters of the line based on the phase measurements of voltage and current at both ends of the line, it is presented. For this purpose, phase and current information of voltage and current at the beginning and end of the transmission line, resulting from multiple measurements of these parameters are used and then based on the Newton-Raphson method to select the best estimate, the transmission line parameters are determined.The obtained results show a very good correlation between the parameters obtained from the measured data and the parameters calculated by the computational software.

    Keywords: PMU, SCADA, terminal, Transmission line
  • Seyed Mostafa Hosseini *, Abolfazl Meighani Nejad Pages 57-66

    Control of the router's underwater remotely Operated Vehicles (ROVs) is challenging due to its highly nonlinear nature, strong coupling among variables, and unknown environment of the underwater in terms of underwater currents.The classic sliding mode controller is a popular control method in nonlinear dynamic tracking systems. However, one of the problems with this control method is chattering in its control signal. Therefore, in this study, to reduce the chattering of the control signal applied to the trusters, a Model-Free High Order- sliding mode control is proposed. in the end, the performance of the proposed controller simulated on an underwater robot. In addition, the outcomes compare with the performance of the PID controller and the traditional sliding mode controller, which results show the superiority of the proposed controller.

    Keywords: position control, high-order sliding mode, thruster
  • Majid Aqababaei *, Nastaran Saleh, Arya Pesian Zadeh Pages 67-82
    A Brain-Computer Interface (BCI) is a system that enables communication and control without using brain normal output pathways to peripheral nerves and muscles. A BCI directly measures brain activity associated with the user’s intent and translates the recorded brain activity into suitable control signals using signal processing and pattern recognition methods. Motor imagination of different body parts is one of the activities used in BCI. The system can understand the user's intention when it can distinguish him/her from different motor imaginations. Signal processing and pattern recognition and partitioning consist of preprocessing and signal quality enhancement, feature extraction, and classification. Spatial filtering has great importance in signal quality enhancement since it can reduce artifacts and irrelevant brain activities. Surface Laplacian filtering is one popular technique for spatial filtering. This paper is devoted to concentrating the processing part on brain sources related to motor imagination by blind source separation. Independent component analysis is employed for blind source separation, and implementations on datasets show the efficiency of the proposed method.
    Keywords: Brain Computer Interface, Motor Imagination, Independent component analysis, Event Related Desynchronization, Synchronization