CN101349722A - 基于仿真数据的电磁环境测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于仿真数据的电磁环境测试方法，该方法按照测试对象建立电磁仿真数值模型，运用现有电磁场仿真软件计算出该对象表面区域的电磁场分布；确定一个实测点位O，并测试出该点位的实际电场强度E_测，从仿真数据中提取预测数据；进行乘幂拟合，获得拟合方程E＝a_仿

描述场强幅度随距离的变化；将b_仿作为推演方程E=a_推

中的b_推，并将实测点位O测得的电场强度E_测及O点距V点的距离代入，求出a_推；将推测点位的距离代入E＝a_推

；即可推测出T点的电场强度近似值。本发明能够在复杂结构中的开阔区域，推测出与实际测试数据非常接近的预测值，完全满足实际工程中对电磁环境测试的要求。它不仅能提高测试效率，保护测试人员，而且具有较高的测试精度。

Description

基于仿真数据的电磁环境测试方法

技术领域

本发明属于电磁环境测试领域，具体涉及一种基于电磁场仿真数据并依据实际电磁环境中一个测试点的测试数据推演其他测试处电磁场强度的方法。可用于水面舰船甲板面及其它开阔平坦区域的辐射电磁场强度的预测。

背景技术

为了保证舰船等武器平台上的通信设备和电磁敏感设备的正常工作，确保大型武器平台上人员、武备和燃油的安全，需要对这些区域的电磁环境进行测试和测量，以便采取措施，保证电磁场强度不超过规定的限值。目前舰船行业采取的主要手段是预先规划好测点，让测点覆盖所有关键的区域，包括敏感设备处、人员活动区、武备存放区和燃油加注、储存区等等。然后在舰船系泊或航行状态下，指挥大功率辐射源发射规定的信号，用专用场强计，在各个测点进行逐一测试。这样的测试方式存在一定的问题，首先，离大功率发射源很近的区域，电场强度很高，测试人员手持场强计在此区域测试，会受到电磁辐射的危害。其次，需要测试的点比较多，逐点测试效率较低。此外，如果要在舰船平台上建立长期的电磁环境监测系统，则需要在甲板面布设很多的电场监测传感器，然而甲板面是活动频繁的区域，布设过多的监测传感器会影响舰船总体使用的功能性。

另一方面，电磁场仿真计算技术的发展，使复杂结构的电磁环境计算结果变得更加接近真实，特别是变化趋势上的符合性得到了大幅提高。但是其推测出的电场强度由于精确度不够还不能用于替代测试结果，只能参考并利用其预测出的电场分布规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种基于仿真数据的电磁环境测试方法，它不仅能提高测试效率，保护测试人员，而且具有较高的测试精度。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

(A)按照测试对象建立电磁仿真数值模型，运用现有电磁场仿真软件计算出该对象表面区域的电磁场分布；

(B)确定一个实测点位O，并测试出该点位的实际电场强度E_测，根据所要推演的推测点位T、实测点位O，以及辐射源点位S确定一个平面，从仿真数据中截取上述平面的计算结果；

(C)用直线连接推测点位T和实测点位O，从辐射点位S向TO作垂线相交于V点，从VT、VO线段中选取较长线段，从仿真数据中提取该较长线段上的预测数据；当T与O、S在一条直线上时，直接从仿真数据中提取ST射线上的预测数据；然后进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度随距离的变化；其中R为VT或VO线段上的任意点距V点的距离(单位：m)，或为ST线段上的任意点距S点的距离，E为该点对应的仿真预测电场强度(单位：V/m)；

(D)将b_仿作为推演方程

中的b_推，并将实测点位O测得的电场强度E_测及O点距V点的距离代入；当T与O、S在一条直线上时，将O点距S点的距离代入；求出a_推；

(E)将推测点位T距V点的距离代入

当T与O、S在一条直线上时，将T距S的距离代入即可推测出T点的电场强度近似值。

根据经典电磁学理论，自由空间中的电磁场辐射特性有一定的规律。在离开辐射源较远的菲涅耳(Fresnel)区，有些场分量按1/R³减小。离开辐射源更远的“远场区”或“弗朗荷费(Fraunhoffer)区”，场强则按1/R减小。R为距辐射源的距离。

在屏蔽室里对放置在高出地板1m的绝缘台上的单载流电缆和复电缆所作的许多测量也证实，电缆周围产生的磁场H近似按函数1/R²减小到某个距离，随后又按1/R^1.5减小到某个距离，再以后则按1/R减小。电场衰减也有类似的特性。

经过对多条舰船甲板面的电场分布特性仿真和测试数据分析之后，发现对真实环境中的电场衰减特性也可以用E＝aR^-b(其中a≥0，b∈[0，3])进行描述。

辐射源点位S、实测点位O和需要推测的推测点位T有四种位置关系，如图2中T₁、T₂、T₃和T₄所示。具体的推测方法步骤如下：

(1)当T与O、S在一条直线上，并且O位于T和S之间，如图2中T₁所示。从仿真数据中提取ST₁射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距辐射源点位S距离R的变化；其中R为ST(SO)线段上的任意点距S点的距离(单位：m)，E为该点对应的仿真预测电场强度(单位：V/m)。将b_仿作为推测方程中的b_推，并将实测点位O测得的电场强度E_测及O点距S点的距离代入，求出a_推；将T₁距S的距离代入

即可推算出T₁点的电场强度测试的近似值。

(2)当T与O、S在一条直线上，并且S位于O和T之间，如图2中T₂所示。从仿真数据中提取ST₂射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距辐射源点位S距离R的变化。将b_仿作为推演方程

中的b_推，如果电场分布关于S对称，则将实测点位O测得的电场强度E_测及O点距S点的距离作为对称点O′的参数代入，求出a_推；将T₂距S的距离代入即可推演出T₂点的电场强度测试的近似值。

(3)当T与O、S不在一条直线上，如图2中T₃所示，则连接推测点位T₃和实测点位O，并从S向T₃O作垂线相交于V点，此时O位于V和T₃之间。从仿真数据中提取VT₃射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程描述场强幅度E随距V距离R的变化。将b_仿作为推测方程中的b_推，用实测点位O测得的电场强度E_测及O点距V点的距离代入，求出a_推，将T₃距V的距离代入即可推算出T₃点的电场强度测试的近似值。

(4)当T与O、S不在一条直线上，如图2中T₄所示，则连接推测点位T₄和实测点位O，并从S向T₄O作垂线相交于V点，此时V位于O和T₄之间。从仿真数据中提取VT₄射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距V距离R的变化。将b_仿作为推演方程

中的b_推，如果电场分布关于V对称，则将观测点O测得的电场强度E_测及O点距V点的距离作为对称点O″的参数代入，求出a_推；将T₄距V的距离代入

即可推演出T₄点的电场强度测试的近似值。

由于(2)和(4)对电场分布的对称性有较高的要求，所以在(2)和(4)的情况下，推测结果不够准确，但是经过多组测试和比较分析，推测精度也能满足工程电场强度测试中的误差要求。本发明的方法对需要预测的测试位置处于图3所示的阴影区域(不包括PQ直线和圆周)时有较高的准确性。经过大量的试验测试证明，在舰船甲板面等较为开阔的区域，其推测精度都能完全符合工程电场强度测试误差要求。

本发明的有益效果在于：1、基于仿真数据的电磁环境测试推演法，充分利用了目前电磁场仿真计算的规律性结果，结合单点测试数据，对其他区域的电场强度进行推演，从而大大减少电磁环境测试的工作量。使测试人员能够利用少量测试推演出更多区域的电磁场强度，提高测试效率；2、能够通过测试小场强区域推演出高场强区域，保护测试人员免受电磁辐射危害；3、能够促进电磁环境实时监测技术的推广和应用，并为解决实时监测电磁环境中面临的传感器布设难题提供途径。本发明可用于水面舰船甲板面及其他武器平台开阔平坦区域的辐射电场强度的预测。

附图说明

图1为本发明推测方法的示例图。

图2为本发明不同推测位置示例图。

图3为本发明准确度较高的推演区域示意图。

图4为本发明一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

某复杂结构的平台上有一处较为开阔的区域需要进行电磁场强度的测试。设辐射天线位于图4的S处，即开阔区域的边缘，实测点位设于A处(距平台地面1.5m，距天线水平距离6m)，需要推测出B点和C点的电场强度。B与AS在一条直线上，C与AS不在一条直线上。

用FEKO软件对复杂结构进行完整的电磁建模，预测在天线7MHz、1000W发射状态下，该区域距平台地面1.5m处水平面的电场分布。

首先根据本发明提出的方法推测B点的电场强度。

(1)从仿真数据中提取出SB射线上的仿真数据，如表1所示。

表1SB射线上的仿真数据

距离(m)	场强(V/m)	距离(m)	场强(V/m)
				1	120	16	17.7
2	68.9	17	16.4
				3	55.1	18	15.2
4	47.3	19	14.2
				5	42.3	20	13.4
6	38.7	21	13
				7	35.7	22	12.8
8	33.3	23	13.1
				9	30.9	24	13.8

10	28.5	25	14.4
				11	26.4	26	13.9
12	24.5	27	12.4
				13	22.6	28	10.9
14	20.8	29	9.8
				15	19.1

(2)拟合后的曲线方程为E＝130.8R^-0.7182。所以a_仿＝130.8，b_仿＝0.7182。

(3)观测点A距S点R＝6m，测到的电场强度为E＝33V/m。将b_仿＝0.7182和A点参数代入即可求出a_推＝119.5。推测点B距S点15m，代入E＝119.5×15^-0.7182＝17.09V/m。

在B点的实际测试结果为19V/m。由此可见，推测结果与实测结果非常接近。

然后推测C点的电场强度。

(1)从S向AC作垂线，相交于V点，从仿真数据中取出VC射线上的预测数据如表2所示：

表2VC射线上的仿真数据

距离(m)	场强(V/m)	距离(m)	场强(V/m)
				1	78.5	16	16.6
2	63.5	17	15.9
				3	50.6	18	14.2
4	43.7	19	13.5
				5	38.7	20	12.7
6	32.4	21	12.1
				7	28	22	11.8
8	26	23	11
				9	25.5	24	10.6
10	23.5	25	10.3
				11	22.3	26	9.5
12	21.1	27	9.1
				13	21.4
14	19
				15	18.3

(2)拟合后的曲线方程为E＝331.8R^-1.0352。所以a_仿＝331.8，b_仿＝1.0352。

(3)观测点A距V点R＝5m，测到的电场强度为E＝33V/m。将b_仿＝1.0352和A点参数代入

即可求出a_推＝174.62。推测点B距V点15m，代入E＝174.62×15^-1.0352＝10.58V/m。

在C点的实际测试结果为13V/m。

由此可见，本发明提出的推测方法能够在复杂结构中的开阔区域，根据数值计算仿真结果和单测点的测试数据，推测出与实际测试数据非常接近的预测值，完全满足实际工程中对电磁环境测试的要求。

Claims (5)

1、一种基于仿真数据的电磁环境测试方法，其特征在于：

(A)按照测试对象建立电磁仿真数值模型，运用现有电磁场仿真软件计算出该对象表面区域的电磁场分布；

(B)确定一个实测点位O，并测试出该点位的实际电场强度E_测，根据所要推演的推测点位T、实测点位O，以及辐射源点位S确定一个平面，从仿真数掘中截取上述平面的计算结果；

(C)用直线连接推测点位T和实测点位O，从辐射点位S向TO作垂线相交于V点，从VT、VO线段中选取较长线段，从仿真数据中提取该较长线段上的预测数据；当T与O、S在一条直线上时，直接从仿真数据中提取ST射线上的预测数据；然后进行乘幂拟合，获得拟合方程

喵述场强幅度随距离的变化；其中R为VT或VO线段上的任意点距V点的距离(单位：m)，或为ST线段上的任意点距S点的距离，E为该点对应的仿真预测电场强度(单位：V/m)；

(D)将b_仿作为推演方程

中的b_推，并将实测点位O测得的电场强度E_测及O点距V点的距离代入；当T与O、S在一条直线上时，将O点距S点的距离代入；求出a_推；

(E)将推测点位T距V点的距离代入

当T与O、S在一条直线上时，将T距S的距离代入

即推测出T点的电场强度近似值。

2、按权利要求1所述的基于仿真数据的电磁环境测试方法，其特征在于当推测点位T与实测点位O、辐射源点位S在一条直线上，并且O位于T和S之间，从仿真数掘中提取ST射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距辐射源点位S距离R的变化；其中R为ST线段上的任意点距S点的距离，E为该点对应的仿真预测电场强度。

3、按权利要求1所述的基于仿真数据的电磁环境测试方法，其特征在于当推测点位T与实测点位O、辐射源点位S在一条直线上，并且S位于O和T之间，从仿真数据中提取ST射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距辐射源点位S距离R的变化；并将b_仿作为推演方程中的b_推在电场分布关于S对称，则将实测点位O测得的电场强度E_测及0点距S点的距离作为对称点O’的参数代入，求出a_推。

4、按权利要求l所述的基于仿真数据的电磁环境测试方法，其特征在于当推测点位T与实测点位O、辐射源点位S不在一条直线上，则连接推测点位T和实测点位O，并从S向TO作垂线相交于v点，此时0位于V和T之间，从仿真数据中提取VT射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程描述场强幅度E随距V距离R的变化。

5、按权利要求1所述的基于仿真数据的电磁环境测试方法，其特征在于当推测点位T与实测点位O、辐射源点位S不在一条直线上，则连接推测点位T和实测点位O，并从S向TO作垂线相交于V点，此时V位于O和T之间，从仿真数据中提取VT射线上的预测数据，进行乘幂拟合，获得拟合方程

描述场强幅度E随距V距离R的变化；将b_仿作为推演方程

中的b_推，在电场分布关于V对称，则将观测点0测得的电场强度E_测及O点距V点的距离作为对称点O″的参数代入，求出a_推。

Images