CN105372507A - 一种电磁环境实时监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁环境监测技术领域，本发明公开了一种电磁环境实时监测方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、在需要监测场强的区域中设置多个监测点，所述监测点用于实时监测场强；步骤二、根据步骤一监测到的场强、监测点的位置坐标以及该区域的地理环境信息，对辐射源进行实时定位，并计算出辐射源的发射功率；步骤三、根据步骤二计算出的辐射源参数以及需要监测的区域的地理环境信息计算出待监测区域的电磁环境分布情况。通过上述步骤，不需要事先知道辐射源参数也能够实时监测电磁环境分布情况，解决了对非配合式辐射源产生的电磁环境计算问题，还节约人力成本。

Description

一种电磁环境实时监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电磁环境监测技术领域，本发明公开了一种电磁环境实时监测方法及系统。

背景技术

随着电磁技术在民用、军用领域的广泛应用，对复杂环境下的电磁波传播特性及整个区域的场强分布的研究有重大的意义。

现有的电磁波传播特性预测主要分为经验性模型分析法、半经验半确定性模型分析法和确定性模型分析法。经验模型分析法根据大量的实际电波测量结果统计推导获得传播模型，方法简单，对环境信息要求不高，但计算精度较差。确定性模型分析法是基于对无线传播基本原理研究，是一种理论性模型，其优点是适用性广、计算精度高等，但运算量很大，运算速度较慢。半经验半确定性模型分析法介于两者之间，在运算量、计算精度、适用范围上做了一定权衡，是一种折中的做法。

但目前所有算法都是针对配合式辐射源进行的，即预先设置辐射源的位置、信号强度、频率等参数，因为现有做法不能实时对空间中电磁环境的变化做出响应，大大限制了该技术的应用范围。

如CN201310754210.5公开了一种基站的环境电磁辐射的估算方法和装置。所述基站的环境电磁辐射的估算方法包括：获取基站在一预测点的广播波束的第一辐射量估计值和所述基站在所述预测点的业务波束的第二辐射量估计值；根据所述第一辐射量估计值和所述第二辐射量估计值，生成所述基站在所述预测点的环境电磁辐射估计值。实现该方法的前提是确定地知道该基站是辐射源，并具体知道该辐射源的参数。

再比如CN201510329815.9公开了一种仿真强电磁脉冲环境下的电磁分布情况仿真方法。该方法使用双曲余弦函数模拟时域下的电磁脉冲波形，使用时域有限差分算法对环境的电磁场变化进行仿真模拟，使用GPU实现时域有限差分方法的加速，得到时域上的电磁分布情况，最后通过快速傅里叶变换，得到频率域上的电磁分布情况，解决了电磁脉冲武器攻击下超电大尺寸对象的电磁环境分布特性计算问题。同样，实现该方法的前提也是是确定地知道辐射源以及知道该辐射源的参数。

发明内容

本发明的目的在于解决计算电磁环境时需要预先知道辐射源参数，无法实时体现电磁环境变化的难题，达到能够针对非配合式辐射源，实时反映空间电磁环境变化的目的。本发明公开了一种电磁环境实时监测方法，本发明还公开了一种电磁环境实时监测系统。

本发明的技术方案如下

本发明公开了一种电磁环境实时监测方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、在需要监测场强的区域中设置多个监测点，所述监测点用于实时监测场强；步骤二、根据步骤一监测到的场强、监测点的位置坐标以及该区域的地理环境信息，对辐射源进行实时定位，并计算出辐射源的发射功率；步骤三、根据步骤二计算出的辐射源参数以及需要监测的区域的地理环境信息计算出待监测区域的电磁环境分布情况。

更进一步地，上述步骤二具体包括以下的步骤：(1)对辐射源定位；(2)结合各个监测点的位置和确定的辐射源位置，分别计算各个监测点与辐射源之间的信号传播路径，所述传播路径包括直射路径、反射路径和绕射路径；(3)计算不同路径传播的信号在监测点处合成信号的传播衰减，并结合监测点测量的接收信号强度，估计辐射源至各个监测点方向上的辐射功率；(4)结合辐射源到各个监测点方向上的辐射功率，综合评估辐射源的发射功率。

更进一步地，上述定位具体为采用时差定位或交叉定位来确定辐射源的位置。

更进一步地，上述步骤三具体包括：(a)结合地理环境信息查找出定位后的辐射源的电磁波的传播路径；(b)将地理环境平均划分为多个接收点，根据不同的传播路径计算出该地理环境中每个接收点的场强。

更进一步地，上述步骤(a)中的传播路径具体包括直射传播路径的判断、反射传播路径的查找以及绕射传播路径的查找。

更进一步地，上述步骤(b)具体包括：分别计算每条路径上的直射、绕射和/或反射传播衰减，并将每条路径上得到的场强进行叠加，从而得到每个接收点的场强。

更进一步地，直射电场衰减的计算公式为：k＝2π/λ，其中，E₀为发射射线场强，d为直达波接收点的射线传播路径长度，λ为波长。

更进一步地，反射场E_r和绕射场E_d的计算公式分别为：E_r＝E₀×A_s×R×e^-jkd，E_d＝E₀×A_d×D×e^-jkd，其中，A_s、A_d分别为反射波和绕射波的扩散因子，R、D分别为反射系数和绕射系数，对计算的每条传播路径得到的场强进行叠加，求得总场强E_total，即可得到该接收点的场强。

本发明还公开了一种电磁环境实时监测系统，其具体包括监测点和计算单元，所述监测点设置电磁探测仪，用于监测该位置点的电磁场；所述计算单元用于根据监测的值以及地理环境信息计算出辐射源的位置及辐射源的发射参数，并根据计算出的辐射源结合地理位置信息计算出接收点的场强。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果为：解决了电磁环境计算实时性的问题。原有做法需要事先设置辐射源参数，没法结合实际环境实时计算，不能对实际环境的变化做出快速的响应，该方法可以很好的解决这些问题，实时反映电磁环境的变化。解决了对非配合式辐射源产生的电磁环境计算问题。原有做法只能针对配合式的辐射源，但实际应用中为了掌控区域空间电磁环境，需要能够计算出配合式和非配合式辐射源引起的电磁环境变化，本发明很好的解决了该问题。节约人力成本。该发明可以在无人操控的情况下自行计算区域电磁环境，不需要花费人力对新出现的辐射源进行调查、设置，大大提高了系统的应用性。

附图说明

图1为本发明的电磁环境实时监测处理流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式。

本发明公开了一种电磁环境实时监测方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、在需要监测场强的区域中设置多个监测点，监测点的数量根据区域大小、定位方式来确定，所述监测点用于实时监测场强，一般情况下需要测量的参数包括信号频率、接收信号强度等参数，并根据定位方法的不同，有的时候还需测量时差或测向，具体测定哪些参数技术人员可以根据需要进行设定，这里不进行限定；步骤二、根据步骤一监测到的场强、监测点的位置坐标以及该区域的地理环境信息，对辐射源进行实时定位，并计算出辐射源的发射射线场强；具体步骤为：(1)对辐射源定位；(2)结合各个监测点的位置和确定的辐射源位置，分别计算各个监测点与辐射源之间的信号传播路径，包括直射路径、反射路径和绕射路径；(3)计算不同路径传播的信号在监测点处合成信号的传播衰减，并结合监测点测量的接收信号强度，估计辐射源在辐射源至各个监测点方向上的辐射功率；(4)结合辐射源到各个监测点方向上的辐射功率，综合评估辐射源的发射功率，例如对于使用全向天线的辐射源可用各方向上的平均功率作为辐射功率，对于使用定向天线的辐射源，可结合先验方向图，采用拟合的方式估计辐射功率。步骤三、根据步骤二计算出的辐射源参数以及需要监测的区域的地理环境信息计算出待监测区域的电磁环境分布情况。通过上述步骤，不需要事先知道辐射源参数也能够实时监测电磁环境分布情况，解决了对非配合式辐射源产生的电磁环境计算问题，还节约人力成本。该方法可以在无人操控的情况下自行计算区域电磁环境，不需要花费人力对新出现的辐射源进行调查、设置，大大提高了应用范围。如图1所示的电磁环境实时监测处理流程图，其包括以下的几个步骤：首先进行辐射源的定位和辐射源辐射参数的提取，然后根据已知的地理环境信息确定电磁波的传播路径，根据电磁波在不同传播路径下的衰减计算出不同位置点的场强。

更进一步地，上述对辐射源进行实时定位具体为采用时差定位或交叉定位来确定辐射源的位置。采用时差定位至少需要三个监测点，且每个监测点间高精度时统，监测点按照时差定位要求分布，视实际应用环境，可以分布区域四周也可以分布在一侧；采用交叉定位至少需要两个监测点，每个监测点需具有测向功能，根据实际应用环境确定监测点位置。

更进一步地，上述步骤三具体包括：(a)结合地理环境信息查找出定位后的辐射源的电磁波的传播路径；(b)将地理环境划分为多个接收点，根据不同的传播路径计算出该地理环境中每个接收点的场强。将地理环境划分为多个接收点，根据辐射源的参数以及地理信息就可以快速计算出每个接收点的场强，以便实时监测到环境中的电磁。

更进一步地，上述步骤(a)具体包括直射传播路径的判断、反射传播路径的查找以及绕射传播路径的查找。直射传播路径的判断：

直射传播路径是结合辐射源的位置、接收设备的位置和地理环境信息，判断辐射源与接收设备之间是否被环境中的建筑等物体遮挡，是否存在直射的情况。

反射传播路径的查找

若信号被遮挡，会在遮挡面发生反射，反射传播路径是结合反射面，查找辐射源关于反射面的镜像点，以镜像点做为新的起始点，按照直射传播方式确定反射射线的传播路径。反射传播又分为一次反射、二次反射等情况，多次反射是反射射线再次被遮挡时，通过再次寻找镜像点的方式分别确定每次反射的传播路径。

绕射传播路径的查找

绕射发生在建筑等物体的边缘处，发生绕射的区域和衰减可以按绕射理论进行计算。绕射分为一次绕射、二次绕射等情况，多次绕射发生在绕射后的传播路径再次经过物体边缘时，多次绕射是通过按照绕射理论进行多次计算来确定的。

反射、绕射等情况会混合发生，如辐射源到接收设备的传播路径可能会包含一次绕射和一次反射，此时按照射线传播过程中反射、绕射的发生顺序依次计算。

更进一步地，上述步骤(b)具体包括：分别计算每条路径上的直射、绕射和/或反射传播衰减，并将每条路径上得到的场强进行叠加，从而得到每个接收点的场强。

直射电场衰减计算基本公式为：

$E_L=E_0\frac{e^{-jkd}}{d}$

k＝2π/λ

其中，E₀为发射射线场强，d为直达波接收点的射线传播路径长度，l为波长。

反射场E_r和绕射场E_d的基本计算公式为：

E_r＝E₀×A_s×R×e^-jkd

E_d＝E₀×A_d×D×e^-jkd

其中，A_s、A_d分别为反射波和绕射波的扩散因子，R、D分别为反射系数和绕射系数。

对计算的每条传播路径得到的场强进行叠加，求得总场强E_total

$E_{total}=\underset{i}{\Σ}{E}_i$

即可得到该接收点的场强。

本发明还公开了一种电磁环境实时监测系统，其具体包括监测点和计算单元，所述监测点设置电磁探测仪，用于监测该位置点的电磁场；所述计算单元用于根据监测的值以及地理环境信息计算出辐射源的位置及辐射源的发射参数，并根据计算出的辐射源结合地理位置信息计算出接收点的场强。

通过上述系统，只需要设置监测点就可以直接计算出辐射源，不需要事先知道辐射源的位置和参数就可以自动得到，方便了用户的使用。

上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用发明的，发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离发明的思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种电磁环境实时监测方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、在需要监测场强的区域中设置多个监测点，所述监测点用于实时监测场强；步骤二、根据步骤一监测到的场强、监测点的位置坐标以及该区域的地理环境信息，对辐射源进行实时定位，并计算出辐射源的发射功率；步骤三、根据步骤二计算出的辐射源参数以及需要监测的区域的地理环境信息计算出待监测区域的电磁环境分布情况。

2.如权利要求1所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于所述步骤二具体包括以下的步骤：（1）对辐射源定位；（2）结合各个监测点的位置和确定的辐射源位置，分别计算各个监测点与辐射源之间的信号传播路径，所述传播路径包括直射路径、反射路径和绕射路径；（3）计算不同路径传播的信号在监测点处合成信号的传播衰减，并结合监测点测量的接收信号强度，估计辐射源至各个监测点方向上的辐射功率；（4）结合辐射源到各个监测点方向上的辐射功率，综合评估辐射源的发射功率。

3.如权利要求1所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于所述定位具体为采用时差定位或交叉定位来确定辐射源的位置。

4.如权利要求1所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于所述步骤三具体包括：（a）结合地理环境信息查找出定位后的辐射源的电磁波的传播路径；（b）将地理环境平均划分为多个接收点，根据不同的传播路径计算出该地理环境中每个接收点的场强。

5.如权利要求4所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于所述步骤（a）中的传播路径具体包括直射传播路径的判断、反射传播路径的查找以及绕射传播路径的查找。

6.如权利要求4所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于所述步骤（b）具体包括：分别计算每条路径上的直射、绕射和反射传播衰减，并将每条路径上得到的场强进行叠加，从而得到每个接收点的场强。

7.如权利要求6所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于直射电场衰减的计算公式为：，，其中，为发射射线场强，为直达波接收点的射线传播路径长度，为波长。

8.如权利要求7所述的电磁环境实时监测方法，其特征在于反射场和绕射场的计算公式分别为：，，其中，、分别为反射波和绕射波的扩散因子，R、D分别为反射系数和绕射系数，对计算的每条传播路径得到的场强进行叠加，求得总场强，，即可得到该接收点的场强。

9.一种电磁环境实时监测系统，其特征在于具体包括监测点和计算单元，所述监测点设置电磁探测仪，用于监测该位置点的电磁场；所述计算单元用于根据监测的值以及地理环境信息计算出辐射源的位置及辐射源的发射参数，并根据计算出的辐射源结合地理位置信息计算出接收点的场强。