CN102692572A - 一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法 - Google Patents

一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法 Download PDF

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CN102692572A CN2012101496255A CN201210149625A CN102692572A CN 102692572 A CN102692572 A CN 102692572A CN 2012101496255 A CN2012101496255 A CN 2012101496255A CN 201210149625 A CN201210149625 A CN 201210149625A CN 102692572 A CN102692572 A CN 102692572A
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Abstract

本发明公开了一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法，本发明方法采用时间可用度数值与电磁兼容性要求进行对比，判断飞机的设计是否能符合各设备电磁兼容工作的要求。本发明方法首先采用基于二叉树防碰撞算法的工作时隙分配方法，计算出各个互扰射频设备的时间可用度；然后应用时间可用度来评价飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各个互扰射频设备是否能满足正常使用要求。

Description

一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法
技术领域
本发明涉及电磁兼容设计领域，更特别地说，是指一种适用于飞机设计过程中，采用时间可用度对飞机平台中射频设备间电磁兼容性进行预测分析的方法。
背景技术
国军标GJB 72A-2002《电磁干扰和电磁兼容性术语》中对电磁兼容性的定义为：“设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态”。飞机平台中包含通信、导航、识别和任务系统，在其狭小的空间中装配大量的射频设备。各射频设备通过辐射和接收电磁波工作，导致飞机平台中电磁环境复杂，射频设备间存在相互干扰而无法正常工作，平台的电磁兼容性问题突出。在全机电磁兼容性设计中，也需要考虑飞机平台中其它非射频的电气、电子设备，但由于这部分设备不是主要辐射电磁波的干扰源和接收电磁波的敏感源，因此飞机平台中射频设备间电磁兼容性问题亟需研究。
为了改善飞机平台中射频设备间的电磁兼容性能，使大功率的发射机和高灵敏度的接收机能在平台有限的空间中相互兼容，需要在飞机的设计阶段对全机射频设备间的电磁兼容性进行预测分析，针对可能出现的电磁兼容性问题对设计方案进行整改。《电磁兼容性工程设计手册》下册，主编陈穷，国防工业出版社1993年10月第一版，在P913～P1006中介绍了用于电磁兼容性预测分析的分级筛选原理，即通过幅度筛选、频率筛选、详细分析和性能预测四部分得到预测结果。以往的射频设备间电磁兼容性预测分析主要从各设备辐射和接收信号的幅度和频谱两个方面进行，而未能充分考虑时间因素，致使部分飞机只能在定型阶段添加闭锁信号，通过关闭设备来避免其存在的电磁兼容性问题，给飞机平台的正常使用带来一定的障碍。
发明内容
为了对飞机一次完整模拟飞行过程中的各个互扰射频设备是否能正常使用进行分析，本发明提出一种基于时间可用度的飞机射频设备电磁兼容性分析方法。本发明方法首先采用基于二叉树防碰撞算法的工作时隙分配方法，计算出各个互扰射频设备的时间可用度；然后应用时间可用度来评价飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各个互扰射频设备是否能满足正常使用的要求。
本发明的一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法，其包括有下列处理步骤：
第一步：设置时间可用度关联参数
所述时间可用度关联参数包括有优先级矩阵
Figure BDA00001637566600021
请求工作时隙数Nask(Sn)、正常工作时隙数Nwork(Sn)；
步骤101：在飞机的设计阶段，对于所有机载互扰射频设备记为S总＝{S1，S2，…，Sn}；根据互扰射频设备工作优先级的设计需要，为S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn分配一个代表Sn的工作优先级二进制序列矩阵，即设备Sn优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv ;
步骤102：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置请求工作的时隙数，即设备Sn请求工作时隙数Nask(Sn)；所述Nask(Sn)的初始值设置为0；
步骤103：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置能够正常工作的时隙数，即设备Sn正常工作时隙数Nwork(Sn)；所述Nwork(Sn)的初始值设置为0；
第二步：工作时隙分配
飞机一次完整模拟飞行分析过程所需总时间T，将总时间T分成等时间间隔的工作时隙记为τ，总工作时隙数记为Z，任意一个工作时隙记为τZ；
步骤201：在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中所有设备均未工作，则处理器P会给各个互扰设备发一个空闲指令Free，并执行步骤202；
所述空闲指令Free为二进制序列记为(1，…，1)k+v，k表示设备Sn优先级别组数的二进制位数，v表示二进制的位数；
反之，在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中存在有任意一个设备处于工作状态，则处理器P不给各个互扰设备发空闲指令Free；在处理器P不发空闲指令Free时，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的另外一个互扰射频设备需要工作时，则所述需要工作的互扰射频设备的请求工作时隙数自加1；重复步骤201；
步骤202：若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的任意一个互扰射频设备Sn需要工作时，则所述的任意一个互扰射频设备Sn的请求工作时隙数Nask(Sn)自加1；并从设备Sn优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中选取相应行(Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv)；该Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv行将作为在工作时隙τZ的工作优先级PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv，然后将所述PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv作为请求工作指令Ask发送给处理器P，并执行步骤203；
将总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中经步骤202处理发送请求工作指令Ask的互扰射频设备集合记为请求工作集
Figure BDA00001637566600032
步骤203：处理器P依据二叉树遍历中的先序遍历方式，判断出经步骤202处理得到的请求工作集
Figure BDA00001637566600033
中各设备的优先级，并得到请求工作集
Figure BDA00001637566600034
中优先级最高的设备
Figure BDA00001637566600035
并执行步骤204；
步骤204：处理器P向总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}发送应答指令Answer；
当总互扰设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn监听到处理器P发送应答指令Answer时，Sn对比自身拥有的优先级矩阵
SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中的第j行，若所述第j行与应答指令Answer相匹配，则将Sn记为应答设备SEn；
若应答设备SEn与优先级最高设备
Figure BDA00001637566600042
匹配相符，则
Figure BDA00001637566600043
进入工作，的正常工作时隙数
Figure BDA00001637566600045
自加1，并执行步骤205；
所述Answer指令为步骤203中得到的优先级最高的设备的优先级PP(Sw)；
步骤205：当
Figure BDA00001637566600047
工作完成后向处理器P发送释放指令Release，至此设备
Figure BDA00001637566600048
完成一次工作；
所述释放指令Release为二进制序列记为(0，…，0)k+v；
步骤206：在下一个工作时隙的开始时，重复步骤201至步骤205，直至飞机一次完整模拟飞行分析过程所需时间T，从而结束飞机一次完整模拟飞行分析过程；
第三步：时间可用度计算
步骤301：在完成飞机一次完整模拟飞行分析过程后，计算任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度
当Nask(Sn)＝0时，在飞机一次完整模拟飞行过程中互扰射频设备Sn未请求工作，则TU(Sn)＝100％；因此，0≤TU(Sn)≤100％，TU(Sn)越大即互扰射频设备Sn的时间可用度越高，则互扰射频设备Sn的正常工作越能得以保证；否则TU(Sn)越小即设备Sn的时间可用度越低，则互扰射频设备Sn的正常工作越难以得到保证；
步骤302：将
Figure BDA000016375666000410
与电磁兼容性要求TU(YQ)进行比较，若TU(Sn)≥TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn能达到飞机设计要求；反之，若TU(Sn)＜TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn未达到飞机设计要求；TU(YQ)表示电磁兼容性要求，该电磁兼容性要求是指国军标GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》中第5.2节中对系统内电磁兼容性的要求。
本发明飞机射频设备电磁兼容性分析方法的优点在于：
①为存在相互干扰可能的各个射频设备分配一个唯一的代表其优先级的二进制序列矩阵，在分析过程中能通过二进制序列矩阵唯一识别一个射频设备。
②采用基于二叉树防碰撞算法的工作时隙分配方法，对存在相互干扰可能的射频设备进行工作时隙分配，能解决以往只能通过时间闭锁防止射频设备互扰的问题。
③计算各存在相互干扰可能的射频设备，在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度，所述时间可用度能够用于评价各互扰设备能否达到实际使用要求。
附图说明
图1是飞机平台中时隙分配处理器与多个互扰射频设备的布局图。
图2是飞机平台中时隙分配处理器与四个互扰射频设备的布局图。
图3是本发明基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明电磁兼容性分析方法研究的对象是经过幅度筛选和频率筛选后，判定为存在较大相互干扰可能的射频设备，即互扰射频设备。
在飞机的设计阶段，在对飞机进行功能性设计的同时，需要考虑飞机整机的电磁兼容性能。在飞机整机的电磁兼容性设计中，需要进一步对互扰射频设备的电磁兼容性进行分析，用于评估这部分设备在一次飞行任务过程中能否兼容工作。
参见图1所示，一个飞机上设置有一个处理器P，以及多个互扰射频设备，即第一个互扰射频设备S1、第二个互扰射频设备S2、第三个互扰射频设备S3、第四个互扰射频设备S4、第五个互扰射频设备S5、第六个互扰射频设备S6、第七个互扰射频设备S7、……、第n个互扰射频设备Sn(也称为任意一个互扰射频设备Sn，同时Sn也是互扰射频设备的标识)，n表示互扰射频设备的个数。对于飞机上的所有互扰射频设备采用数学集合表达形式为总互扰设备S总＝{S1，S2，…，Sn}。
在本发明中，飞机一次完整模拟飞行分析过程所需时间记为T，也简称为总时间T。将总时间T分成等时间间隔的工作时隙记为τ，总工作时隙数记为Z。第一个工作时隙记为τ1、第二个工作时隙记为τ2、……、最后一个工作时隙记为τZ，所以最后一个工作时隙τZ也称为任意一个工作时隙τZ。
在图1中用一个处理器P通过基于二叉树防碰撞算法的方法给总互扰设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的各个设备分配工作时隙τ，使总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}在时域上不相互交叠，从而避免总互扰射频设备之间的互扰，并可计算出在本发明方法下总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}的时间可用度 TU ( S n ) = N work ( S n ) N ask ( S n ) × 100 % , 将时间可用度 TU ( S n ) = N work ( S n ) N ask ( S n ) × 100 % 与电磁兼容性要求TU(YQ)进行比较，若TU(Sn)≥TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn能达到飞机电磁兼容性要求；反之，若TU(Sn)＜TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn未达到飞机电磁兼容性要求。处理器P是飞机中用来控制会产生互扰的射频设备工作时隙的计算机。
本发明的一种基于时间可用度的飞机射频设备电磁兼容性分析方法，通过三个步骤进行整机射频设备的电磁兼容性分析；三个步骤是指：
第一步：设置时间可用度关联参数
所述时间可用度关联参数包括有优先级矩阵
Figure BDA00001637566600063
请求工作时隙数Nask(Sn)、正常工作时隙数Nwork(Sn)；
步骤101：在飞机的设计阶段，对于所有机载互扰射频设备记为S总＝{S1，S2，…，Sn}。根据互扰射频设备工作优先级的设计需要，为S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn分配一个代表Sn的工作优先级二进制序列矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv (简称为设备Sn优先级矩阵)；
k表示设备Sn优先级别组数的二进制位数；v表示二进制的位数；j表示从第1行到第m行中任意一行；m表示设备Sn优先级别的组数。
同理可得，第一个互扰射频设备S1的工作优先级二进制序列矩阵记为
Figure BDA00001637566600066
(简称为设备S1优先级矩阵
Figure BDA00001637566600067
)。
同理可得，第二个互扰射频设备S2的工作优先级二进制序列矩阵记为
Figure BDA00001637566600068
(简称为设备S2优先级矩阵
Figure BDA00001637566600069
)。
步骤102：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置请求工作的时隙数记为Nask(Sn)(简称为设备Sn请求工作时隙数Nask(Sn))；
同理可得，第一个互扰射频设备S1在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置请求工作的时隙数记为Nask(S1)(简称为设备S1请求工作时隙数Nask(S1))。
同理可得，第二个互扰射频设备S2在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置请求工作的时隙数记为Nask(S2)(简称为设备S2请求工作时隙数Nask(S2))。
步骤103：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置能够正常工作的时隙数记为Nwork(Sn)(简称为设备Sn正常工作时隙数Nwork(Sn))；
同理可得，第一个互扰射频设备S1在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置能够正常工作的时隙数记为Nwork(S1)(简称为设备S1正常工作时隙数Nwork(S1))。
同理可得，第二个互扰射频设备S2在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置能够正常工作的时隙数记为Nwork(S2)(简称为设备S2正常工作时隙数Nwork(S2))。
在本发明中，所述互扰射频设备Sn请求工作时隙数Nask(Sn)的初始值设置为0(即Nask(Sn)＝0)，所述设备Sn正常工作时隙数Nwork(Sn)的初始值设置为0(即Nwork(Sn)＝0)。
在本发明中，为存在相互干扰可能的各个互扰射频设备分配一个唯一的代表其优先级的二进制序列矩阵，在分析过程中能通过二进制序列矩阵唯一识别一个射频设备。
第二步：工作时隙分配
飞机一次完整模拟飞行分析过程所需时间记为T，也简称为总时间T。将总时间T分成等时间间隔的工作时隙记为τ，总工作时隙数记为Z。第一个工作时隙记为τ1、第二个工作时隙记为τ2、……、最后一个工作时隙记为τZ，所以最后一个工作时隙τZ也称为任意一个工作时隙τZ。在本发明中，把飞机一次完整模拟飞行分析过程采用平均分段时间进行工作时隙分配，有利于互扰射频设备请求工作时间和正常工作时间的统计。
步骤201：在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中所有设备均未工作，则处理器P会给各个互扰设备发一个空闲指令Free，并执行步骤202；
所述空闲指令Free为二进制序列记为(1，…，1)k+v，k表示设备Sn优先级别组数的二进制位数，v表示二进制的位数；
反之，在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中存在有任意一个设备处于工作状态，则处理器P不给各个互扰设备发空闲指令Free；在处理器P不发空闲指令Free时，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的另外一个互扰射频设备需要工作时，则所述需要工作的互扰射频设备的请求工作时隙数自加1；重复步骤201。
步骤202：若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的任意一个互扰射频设备Sn需要工作时(简称为需要工作设备
Figure BDA00001637566600081
)，则所述的任意一个互扰射频设备Sn的请求工作时隙数Nask(Sn)自加1；并从设备Sn优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中选取相应行(Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv)；该Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv行将作为在工作时隙τZ的工作优先级PP(Sn)(即PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv)，然后将所述PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv作为请求工作指令Ask发送给处理器P，并执行步骤203；
同理可得，第一个互扰射频设备S1需要工作时(简称为需要工作设备
Figure BDA00001637566600083
)，则互扰射频设备S1的请求工作时隙数Nask(S1)自加1；并从设备S1优先级矩阵
Figure BDA00001637566600084
中选取相应行作为在工作时隙τZ的工作优先级PP(S1)，然后将所述PP(S1)作为请求工作指令Ask发送给处理器P。
同理可得，第二个互扰射频设备S2需要工作时(简称为需要工作设备
Figure BDA00001637566600085
)，则互扰射频设备S2的请求工作时隙数Nask(S2)自加1；并从设备S2优先级矩阵
Figure BDA00001637566600086
中选取相应行作为在工作时隙τZ的工作优先级PP(S2)，然后将所述PP(S2)作为请求工作指令Ask发送给处理器P。
将总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中经步骤202处理发送请求工作指令Ask的互扰射频设备集合记为请求工作集
Figure BDA00001637566600087
步骤203：处理器P依据二叉树遍历中的先序遍历方式，判断出经步骤202处理得到的请求工作集
Figure BDA00001637566600091
中各设备的优先级，并得到请求工作集
Figure BDA00001637566600092
中优先级最高的设备
Figure BDA00001637566600093
并执行步骤204；
所述二叉树遍历中的先序遍历是指《计算机技术基础》，李宛洲、孙宏波编著，机械工业出版社2010年6月第一版P105～P106公开内容。在二叉树左端节点的优先级高于在二叉树右端节点的优先级。
步骤204：处理器P向总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}发送应答指令Answer；
当总互扰设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn监听到处理器P发送应答指令Answer时，Sn对比自身拥有的优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中的第j行，若所述第j行与应答指令Answer相匹配，则将Sn记为应答设备SEn；
同理可得，第一个互扰射频设备S1监听到处理器P发送应答指令Answer时，S1对比自身拥有的优先级矩阵
Figure BDA00001637566600095
中的第j行，若所述第j行与应答指令Answer相匹配，则将S1记为应答设备SE1。
同理可得，第二个互扰射频设备S2监听到处理器P发送应答指令Answer时，S2对比自身拥有的优先级矩阵
Figure BDA00001637566600096
中的第j行，若所述第j行与应答指令Answer相匹配，则将S2记为应答设备SE2。
若应答设备SEn与优先级最高设备
Figure BDA00001637566600097
匹配相符，则
Figure BDA00001637566600098
进入工作，
Figure BDA00001637566600099
的正常工作时隙数
Figure BDA000016375666000910
自加1，并执行步骤205；
在本发明中，所述Answer指令为步骤203中得到的优先级最高的设备
Figure BDA000016375666000911
的优先级PP(Sw)。
步骤205：当
Figure BDA000016375666000912
工作完成后向处理器P发送释放指令Release，至此设备
Figure BDA000016375666000913
完成一次工作；
在本发明中，所述释放指令Release为二进制序列记为(0，…，0)k+v。
步骤206：在下一个工作时隙的开始时，重复步骤201至步骤205，直至飞机一次完整模拟飞行分析过程所需时间T，从而结束飞机一次完整模拟飞行分析过程。
第三步：时间可用度计算
步骤301：在完成飞机一次完整模拟飞行分析过程后，计算任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度
Figure BDA00001637566600101
同理可得，第一个互扰射频设备S1在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度 TU ( S 1 ) = N work ( S 1 ) N ask ( S 1 ) × 100 % .
同理可得，第二个互扰射频设备S2在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度 TU ( S 2 ) = N work ( S 2 ) N ask ( S 2 ) × 100 % .
当Nask(Sn)＝0时，在飞机一次完整模拟飞行过程中互扰射频设备Sn未请求工作，则TU(Sn)＝100％。因此，0≤TU(Sn)≤100％，TU(Sn)越大即互扰射频设备Sn的时间可用度越高，则互扰射频设备Sn的正常工作越能得以保证；否则TU(Sn)越小即设备Sn的时间可用度越低，则互扰射频设备Sn的正常工作越难以得到保证。TU(Sn)为设备Sn的时间可用度；
Nwork(Sn)为在飞行一次完整模拟过程中互扰射频设备Sn正常工作的时隙数；
Nask(Sn)为在飞行一次完整模拟过程中互扰射频设备Sn需要工作的时隙数；
步骤302：将
Figure BDA00001637566600104
与电磁兼容性要求TU(YQ)进行比较，若TU(Sn)≥TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn能达到飞机设计要求；反之，若TU(Sn)＜TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn未达到飞机设计要求。TU(YQ)表示电磁兼容性要求，该电磁兼容性要求是指国军标GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》中第5.2节中对系统内电磁兼容性的要求。
依据本发明的方法最后将分析计算得到总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中各个互扰设备的时间可用度数值与电磁兼容要求TU(YQ)进行对比，判断飞机的设计是否能符合各设备兼容工作的要求。若对于任意一个互扰射频设备Sn都有TU(Sn)≥TU(YQ)，则飞机的设计符合各设备电磁兼容工作的要求；若存在任意一个互扰射频设备Sn有TU(Sn)＜TU(YQ)，则互扰射频设备Sn存在电磁兼容性问题。
实施例
参见图2所示，在飞机的设计阶段，通过幅度筛选和频率筛选后得到的存在相互干扰可能的射频设备有四个，需要进一步的时间可用度分析，以评价这部分设备在一次飞行任务过程中能否兼容工作。本发明采用的一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法，通过三个步骤进行整机射频设备的电磁兼容性分析。
如图2所示，通过幅度筛选和频率筛选后得到的存在相互干扰可能的射频设备表示为S1，S2，S3，S4，处理器P是飞机中用来控制存在互扰的射频设备工作时隙的计算机。
第一步：设置时间可用度关联参数
所述时间可用度关联参数包括有优先级矩阵
Figure BDA00001637566600111
请求工作时隙数Nask(S1)、Nask(S2)、Nask(S3)、Nask(S4)，正常工作时隙数Nwork(S1)、Nwork(S2)、Nwork(S3)、Nwork(S4)；
互扰射频设备S1，S2，S3，S4，为飞机平台中的通信、导航、识别或任务系统中的设备，这些设备在飞机的起飞阶段、飞行阶段、任务阶段和降落阶段中不同阶段的使用优先级别是不同的，而认为在同一飞行阶段里的不同时隙里优先级别是相同的。由于设备数只有四个，可用6位二进制码表示优先级，二进制序列矩阵可用每行前四位代表飞行的阶段类型，即(0，0，0，1)表示起飞阶段，(0，0，1，0)表示平飞阶段，(0，1，0，0)表示任务阶段，(1，0，0，0)表示任务阶段；每行后两位表示S1，S2，S3，S4在该阶段工作优先级。假设在起飞阶段设备S1，S2，S3，S4的工作优先级排序为S1＞S2＞S3＞S4；在平飞阶段的工作优先级排序为S4＞S1＞S3＞S2；在任务阶段的工作优先级排序为S4＞S3＞S1＞S2；在下降阶段的工作优先级排序为S1＞S2＞S3＞S4。优先级顺序为(0，0)＞(0，1)＞(1，0)＞(1，1)。由此可为互扰射频设备S1，S2，S3，S4分别分配一个二进制序列矩阵 SP ( S 1 ) , SP ( S 2 ) , SP ( S 3 ) , SP ( S 4 ) .
SP ( S 1 ) = 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 ;
SP ( S 2 ) = 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 ;
SP ( S 3 ) = 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 ;
SP ( S 4 ) = 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 .
互扰射频设备S1，S2，S3，S4分别分配正常工作时隙数Nwork(S1)、Nwork(S2)、Nwork(S3)、Nwork(S4)用于表示四个设备在飞机一次完整模拟飞行分析过程中正常工作的时隙数，其初值为0。即Nwork(S1)＝0、Nwork(S2)＝0、Nwork(S3)＝0、Nwork(S4)＝0。
互扰射频设备S1，S2，S3，S4分别分配请求工作时隙数Nask(S1)、Nask(S2)、Nask(S3)、Nask(S4)用于表示四个设备在飞机一次完整模拟飞行分析过程中请求工作的时隙数，其初值为0。即Nask(S1)＝0、Nask(S2)＝0、Nask(S3)＝0、Nask(S4)＝0。
第二步：工作时隙分配
如表1所示，假设一个工作时隙的时间为τ，起飞阶段为τ1～τ4，平飞阶段为τ5～τ8，任务阶段为τ9～τ12，下降阶段为τ13～τ16。
表1飞机一次完整模拟飞行分析过程中时隙分布
Figure BDA00001637566600124
表2在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各互扰射频设备在起飞阶段的工作时隙分配情况
Figure BDA00001637566600125
Figure BDA00001637566600131
表3在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各互扰射频设备在平飞阶段的工作时隙分配情况
Figure BDA00001637566600132
表4在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各互扰射频设备在任务阶段的工作时隙分配情况
  时隙   τ9   τ10   τ11   τ12
  是否发Free   是   否   是   否
  需要工作的设备   S2   S2，S4   S4   S4
  Ask指令   (0，1，0，0，1，1)   无   (0，1，0，0，0，0)   无
  Nask(S1)   6   6   6   6
  Nask(S2)   4   5   5   5
  Nask(S3)   5   5   5   5
  Nask(S4)   3   4   5   6
  Answer指令   (0，1，0，0，1，1)   无   (0，1，0，0，0，0)   无
  Nwork(S1)   5   5   5   5
  Nwork(S2)   1   2   2   2
  Nwork(S3)   1   1   1   1
  Nwork(S4)   2   2   3   4
  是否Release   否   是   否   是
表5在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，各互扰射频设备在下降阶段的工作时隙分配情况
Figure BDA00001637566600141
Figure BDA00001637566600151
第三步：时间可用度计算
从表2至表5中得到的Nask(S1)＝6、Nask(S2)＝7、Nask(S3)＝7、Nask(S4)＝8、Nwork(S1)＝5、Nwork(S2)＝4、Nwork(S3)＝2和Nwork(S4)＝5。
由计算时间可用度 TU ( S n ) = N work ( S n ) N ask ( S n ) × 100 % , 可算得：
TU ( S 1 ) = N work ( S 1 ) N ask ( S 1 ) × 100 % = 83.3 % ;
TU ( S 2 ) = N work ( S 2 ) N ask ( S 2 ) × 100 % = 57.1 % ;
TU ( S 3 ) = N work ( S 3 ) N ask ( S 3 ) × 100 % = 28.5 % ;
TU ( S 4 ) = N work ( S 4 ) N ask ( S 4 ) × 100 % = 62.5 % .
最后将分析计算得到的时间可用度数值TU(S1)、TU(S2)、TU(S3)和TU(S4)分别与电磁兼容性要求进行对比，判断飞机的设计是否能符合各设备电磁兼容工作的要求。若由电磁兼容性要求得TU(YQ)＝60％，则互扰射频设备S1、S4符合电磁兼容工作要求；而互扰射频设备S2、S3不符合电磁兼容工作要求，存在电磁兼容性问题。

Claims (1)

1.一种基于时间可用度的飞机射频设备间电磁兼容性分析方法，其特征在于包括有下列处理步骤：
第一步：设置时间可用度关联参数
所述时间可用度关联参数包括有优先级矩阵
Figure FDA00001637566500011
请求工作时隙数Nask(Sn)、正常工作时隙数Nwork(Sn)；
步骤101：在飞机的设计阶段，对于所有机载互扰射频设备记为S总＝{S1，S2，…，Sn}；根据互扰射频设备工作优先级的设计需要，为S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn分配一个代表Sn的工作优先级二进制序列矩阵，即设备Sn优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv ;
步骤102：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置请求工作的时隙数，即设备Sn请求工作时隙数Nask(Sn)；所述Nask(Sn)的初始值设置为0；
步骤103：任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中，设置能够正常工作的时隙数，即设备Sn正常工作时隙数Nwork(Sn)；所述Nwork(Sn)的初始值设置为0；
第二步：工作时隙分配
飞机一次完整模拟飞行分析过程所需总时间T，将总时间T分成等时间间隔的工作时隙记为τ，总工作时隙数记为Z，任意一个工作时隙记为τZ；
步骤201：在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中所有设备均未工作，则处理器P会给各个互扰设备发一个空闲指令Free，并执行步骤202；
所述空闲指令Free为二进制序列记为(1，…，1)k+v，k表示设备Sn优先级别组数的二进制位数，v表示二进制的位数；
反之，在任意一个工作时隙τZ的开始，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中存在有任意一个设备处于工作状态，则处理器P不给各个互扰设备发空闲指令Free；在处理器P不发空闲指令Free时，若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的另外一个互扰射频设备需要工作时，则所述需要工作的互扰射频设备的请求工作时隙数自加1；重复步骤201；
步骤202：若总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中的任意一个互扰射频设备Sn需要工作时，则所述的任意一个互扰射频设备Sn的请求工作时隙数Nask(Sn)自加1；并从设备Sn优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中选取相应行(Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv)；该Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv行将作为在工作时隙τZ的工作优先级PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv，然后将所述PP(Sn)＝Yj1，…，Yjk，Xj1，…，Xjv作为请求工作指令Ask发送给处理器P，并执行步骤203；
将总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中经步骤202处理发送请求工作指令Ask的互扰射频设备集合记为请求工作集
Figure FDA00001637566500022
步骤203：处理器P依据二叉树遍历中的先序遍历方式，判断出经步骤202处理得到的请求工作集
Figure FDA00001637566500023
中各设备的优先级，并得到请求工作集中优先级最高的设备
Figure FDA00001637566500025
并执行步骤204；
步骤204：处理器P向总互扰射频设备S总＝{S1，S2，…，Sn}发送应答指令Answer；
当总互扰设备S总＝{S1，S2，…，Sn}中任意一个互扰射频设备Sn监听到处理器P发送应答指令Answer时，Sn对比自身拥有的优先级矩阵 SP ( S n ) = Y 11 . . . Y 1 k X 11 . . . X 1 v . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y j 1 . . . Y jk X j 1 . . . X jv . . . . . . . . . . . . . . . . . . Y m 1 . . . Y mk X m 1 . . . X mv 中的第j行，若所述第j行与应答指令Answer相匹配，则将Sn记为应答设备SEn；
若应答设备SE与优先级最高设备匹配相符，则
Figure FDA00001637566500028
进入工作，的正常工作时隙数
Figure FDA000016375665000210
自加1，并执行步骤205；
所述Answer指令为步骤203中得到的优先级最高的设备
Figure FDA000016375665000211
的优先级PP(Sw)；
步骤205：当
Figure FDA000016375665000212
工作完成后向处理器P发送释放指令Release，至此设备
Figure FDA000016375665000213
完成一次工作；
所述释放指令Release为二进制序列记为(0，…，0)k+v；
步骤206：在下一个工作时隙的开始时，重复步骤201至步骤205，直至飞机一次完整模拟飞行分析过程所需时间T，从而结束飞机一次完整模拟飞行分析过程；
第三步：时间可用度计算
步骤301：在完成飞机一次完整模拟飞行分析过程后，计算任意一个互扰射频设备Sn在飞机一次完整模拟飞行分析过程中的时间可用度
Figure FDA000016375665000214
Nwork(Sn)为在飞行一次完整模拟过程中互扰射频设备Sn正常工作的时隙数；Nask(Sn)为在飞行一次完整模拟过程中互扰射频设备Sn需要工作的时隙数；
当Nask(Sn)＝0时，在飞机一次完整模拟飞行过程中互扰射频设备Sn未请求工作，则TU(Sn)＝100％；因此，0≤TU(Sn)≤100％，TU(Sn)越大即互扰射频设备Sn的时间可用度越高，则互扰射频设备Sn的正常工作越能得以保证；否则TU(Sn)越小即设备Sn的时间可用度越低，则互扰射频设备Sn的正常工作越难以得到保证；
步骤302：将
Figure FDA00001637566500031
与电磁兼容性要求TU(YQ)进行比较，若TU(Sn)≥TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn能达到飞机设计要求；反之，若TU(Sn)＜TU(YQ)，说明任意一个互扰射频设备Sn未达到飞机设计要求；TU(YQ)表示电磁兼容性要求，该电磁兼容性要求是指国军标GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》中第5.2节中对系统内电磁兼容性的要求。
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