Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Антенна, разработанная с помощью эволюционного компьютерного алгоритма
Antenna designed by an evolutionary computer algorithm
В радиосвязи антенна, полученная эволюционным методом, – это антенна, спроектированная полностью или преимущественно автоматической программой компьютерного проектирования, использующей эволюционный алгоритм, имитирующий дарвиновскую эволюцию. Этот метод применяется с начала 2000-х годов для разработки антенн для критически важных задач, предъявляющих жесткие, противоречивые или нестандартные требования к конструкции, например, к диаграмме направленности, для которых ни один из известных типов антенн не подходит.
In radio communications, an evolved antenna is an antenna designed fully or substantially by an automatic computer design program that uses an evolutionary algorithm that mimics Darwinian evolution. This procedure has been used since the early 2000s to design antennas for mission critical applications involving stringent, conflicting, or unusual design requirements, such as unusual radiation patterns, for which none of the many existing antenna types are adequate.
Процесс
Компьютерная программа начинается с простых форм антенн, затем добавляет или модифицирует элементы полуслучайным образом для создания ряда новых антенн-кандидатов. Далее они оцениваются для определения степени соответствия требованиям проекта, и для каждой антенны вычисляется числовая оценка. Затем, в процессе, аналогичном естественному отбору, часть антенн-кандидатов с наихудшими показателями отбрасывается, оставляя меньшую популяцию антенн с наивысшими оценками. Используя эти антенны, компьютер повторяет процедуру, генерируя следующую популяцию (с использованием операторов, таких как мутация, кроссовер и селекция), из которой выбираются антенны с более высокими баллами. После нескольких итераций популяция антенн оценивается, и выбирается антенна с наивысшей оценкой. Полученная антенна часто превосходит лучшие разработанные вручную конструкции, поскольку обладает сложной асимметричной формой, которую невозможно было бы получить традиционными методами ручного проектирования. Первые разработанные таким образом антенны появились в середине 1990-х годов благодаря работам Микиелссена, Альтшулера, Линдена, Хаупта и Рахмата Сами. Большинство специалистов используют технику генетического алгоритма или её варианты для разработки антенн. Примером разработанной антенны является антенна X-диапазона, созданная для миссии NASA в 2006 году под названием Space Technology 5 (ST5). Целью миссии было продемонстрировать инновационные технологии, потенциально полезные для будущих космических миссий. Каждый спутник был оснащен двумя коммуникационными антеннами для связи с наземными станциями: разработанной антенной с необычной структурой и более стандартной четырехспиральной антенной. Первая была разработана для соответствия сложным требованиям миссии, в частности, для сочетания широкой диаграммы направленности для круговой поляризации и широкой полосы пропускания по импедансу для охвата восходящих и нисходящих частот в X-диапазоне. Обе антенны были изготовлены в Лаборатории физических наук при Университете штата Нью-Мексико. Их внешний вид был практически идентичен, поскольку излучающие элементы были покрыты пеновым обтекателем. Миссия ST5 успешно стартовала 22 марта 2006 года и функционировала в течение всего срока миссии, прежде чем была выведена из эксплуатации NASA. Таким образом, эта разработанная антенна представляет собой первый в мире искусственно эволюционировавший объект, побывавший в космосе. Другие разработанные антенны впоследствии использовались на космическом аппарате Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer.
The computer program starts with simple antenna shapes, then adds or modifies elements in a semirandom manner to create a number of new candidate antenna shapes. These are then evaluated to determine how well they fulfill the design requirements, and a numerical score is computed for each. Then, in a step similar to natural selection, a portion of the candidate antennas with the worst scores are discarded, leaving a smaller population of the highest scoring designs. Using these antennas, the computer repeats the procedure, generating a successive population (using operators such as mutation, crossover, and selection) from which the higher scoring designs are selected. After a number of iterations, the population of antennas is evaluated and the highest scoring design is chosen. The resulting antenna often outperforms the best manual designs, because it has a complicated asymmetric shape that could not have been found with traditional manual design methods. The first evolved antenna designs appeared in the mid 1990s from the work of Michielssen, Altshuler, Linden, Haupt, and Rahmat Samii. Most practitioners use the genetic algorithm technique or some variant thereof to evolve antenna designs. An example of an evolved antenna is an X band antenna evolved for a 2006 NASA mission called Space Technology 5 (ST5). The mission's objective was to demonstrate innovative technologies of potential use in future space missions. Each satellite had two communication antennas to talk to ground stations an evolved antenna with unusual structure, and a more standard, quadrifilar helix antenna. The former was evolved to meet a challenging set of mission requirements, notably the combination of wide beamwidth for a circularly polarized wave and wide impedance bandwidth to cover the up and down link frequencies at X band. Both antennas were fabricated by the Physical Science Laboratory at New Mexico State University. Their external appearance was essentially identical in that a foam radome covered the radiating elements. The ST5 mission successfully launched on March 22, 2006, and operated for the mission period before being decommissioned by NASA, and so this evolved antenna represents the world's first artificially evolved object to fly in space. Other evolved antennas were subsequently used on the Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer spacecraft.