CN108875239B - 一种航天器射频电磁兼容性分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天器射频电磁兼容性分析系统，包括获取转换工具、分析工具和中心计算机，获取转换工具获取分析所需的模型并进行模型处理和转换数据格式，将模型存储在中心中心计算机上；分析工具基于分析输入进行射频电磁兼容性分析；中心中心计算机承担载体功能，用户通过在中心中心计算机上输入相应的指令执行分析。本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统，建立了航天器射频兼容性分析的内容和分析流程，实现了航天器射频系统的全面的和流程化的电磁兼容性分析，是针对航天器系统的专门性的射频兼容性分析系统。

Description

一种航天器射频电磁兼容性分析系统

技术领域

本发明属于电磁兼容性传导发射领域，尤其是涉及一种航天器射频电磁兼容性分析系统。

背景技术

射频信号是航天器用来进行通信的主要媒介。随着航天器技术的发展，尤其是微波载荷航天器技术的发展和应用，使得航天器射频系统越来越复杂，涉及到的射频信号形式和频率也越来越复杂。这种应用在提高航天器性能和能力的同时，也带来了航天器电磁兼容性问题。为保证航天器的电磁兼容性，指导航天器总体设计，必须对航天器射频电磁兼容性进行分析设计。

通常，航天器电磁兼容性通过后期系统级的电磁兼容性试验进行验证，但对于电磁环境复杂的航天器，在后期发现电磁干扰问题，如果想要整改所花费的代价是非常大的，甚至是不可实现的。因此需要在航天器系统论证和设计阶段，即开展系统级的射频电磁兼容性分析，及早发现电磁兼容性问题并进行设计改进。对于航天器射频系统进行电磁兼容性分析，目前尚缺少针对性的分析项目和分析流程，容易导致分析内容的缺失，以及带来较大的随意性。在具体的分析过程中，现在已有多种电磁仿真分析商用软件，但这些软件一方面偏重于通用性，在底层的电磁计算方法方面有很多优点，但对于具体的航天器系统而言，缺乏针对性，无法覆盖航天器射频兼容性分析的全部方面和全流程，在很多分析方面是缺失的；另一方面，对于大量电磁兼容性试验数据的应用缺失，也是这类分析软件的一个不足之处。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种航天器射频电磁兼容性分析系统，以提供一种针对性强、能够对航天器系统的射频电磁兼容性进行全流程的分析，通过对电磁兼容性试验系统测试数据和三维电磁仿真分析软件的调用，有效提高测试数据的利用率和分析精度的航天器射频电磁兼容性分析系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种航天器射频电磁兼容性分析系统，包括获取转换工具、分析工具和中心计算机，所述获取转换工具包括三维模型获取转换模块和电磁兼容性测试数据获取转换模块；所述分析工具包括射频方案模块、电磁兼容性分析方案模块、三维电磁仿真分析模块和电磁兼容性性能评估模块，在应用过程中，当前工作模块与其它三个模块处于互锁状态，保证分析过程中的确定性；用户通过所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，通过所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上，用户启动所述射频方案模块后，可通过直接输入或导入的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，并分别存储在所述中心计算机上，在提交航天器射频方案后，激活所述电磁兼容性分析方案模块，同时锁定所述射频方案模块；当所述电磁兼容性分析方案模块被激活后，用户主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，并将分析结果保存在所述中心计算机上，在提交分析结果后，激活所述三维电磁仿真分析模块，同时锁定所述电磁兼容性分析方案模块；所述三维电磁仿真分析模块被激活后，用户启动电磁场仿真分析软件，并将存储在所述中心计算机上的航天器三维结构模型和电磁兼容性测试数据导入到所述仿真分析软件中进行仿真分析，分析完成后提交分析结果，并激活电磁兼容性性能评估模块，同时锁定三维电磁仿真分析模块；所述电磁兼容性性能评估模块被激活后，根据所述三维电磁仿真分析模块的结果对航天器系统级射频电磁兼容性进行评估。

进一步的，所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，具体步骤为：

1)用户控制所述三维模型获取转换模块读取航天器结构模型数据进行分析；

2)所述三维模型获取转换模块针对分析频率对航天器结构模型进行删减、修补和结构替代；

3)所述三维模型获取转换模块将修正后的模型进行格式转换和导出，导出的数据存储在所述中心计算机上。

进一步的，所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上，具体步骤为：

1)所述电磁兼容性测试数据获取转换模块读取电磁兼容性测试系统中的电磁辐射发射测试数据；

2)所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对测试频段进行判断，当测试频段为十进制显示频段时，直接读取频率和幅度信息，当测试频段为十六进制显示频段时，进行进制转换，获取频率和幅度信息；

3)获取垂直极化和水平极化测试数据并转换后，进一步转化为分析工具支持的数据格式；

4)将转化后的数据格式导出存储在所述中心计算机上。

进一步的，所述射频方案模块主要输入航天器系统的射频信息，当用户启动所述射频方案模块后，可分别通过直接输入或导入的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，用户可通过所述射频方案模块对航天器系统射频发射信息和射频接收信息进行修改，当确认无误后，用户可提交航天器系统射频方案，并将航天器系统射频发射信息和射频接收信息分别存储在所述中心计算机上，在所述航天器系统射频方案提交后，激活所述电磁兼容性分析方案模块，同时锁定所述射频方案模块。

进一步的，所述电磁兼容性分析方案模块主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，当激活所述电磁兼容性分析方案模块后，用户可选择频率分析内容和分析阶数，包括基波干扰分析、谐波干扰分析、互调干扰分析和组合干扰分析，当用户确定进行分析项目后，所述电磁兼容性分析方案模块解析航天器射频发射信息和射频接收信息，以矩阵形式给出电磁兼容性分析矩阵，其中存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以红色表示，不存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以绿色表示，频率分析结果保存至所述中心计算机上并提交，分析结果提交后，用户激活所述三维电磁仿真分析模块，同时锁定所述电磁兼容性分析方案模块。

进一步的，所述三维电磁仿真分析模块主要调用电磁场仿真分析软件，进行三维电磁场仿真分析，在所述三维电磁仿真分析模块中，启动电磁场仿真分析软件，将存储在所述中心计算机上的航天器模型和测试数据导入到分析软件中进行分析，分析完成后，提交分析结果，激活所述电磁兼容性性能评估模块，同时锁定所述三维电磁仿真分析模块。

进一步的，所述电磁兼容性性能评估模块主要进行航天器系统级射频电磁兼容性进行评估，在所述电磁兼容性性能评估模块激活后，解析电磁兼容性分析矩阵，建立电磁兼容性评估矩阵，导入三维电磁场仿真分析的结果，给出航天器系统级射频兼容性分析结果，对不满足电磁兼容性要求的，给出设计改进要求，对于评估结果，可以调用所述中心计算机上的打印机进行打印输出。

相对于现有技术，本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统具有以下优势：

(1)本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统，建立了航天器射频兼容性分析的内容和分析流程，实现了航天器射频系统的全面的和流程化的电磁兼容性分析，是针对航天器系统的专门性的射频兼容性分析系统。

(2)本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统，有效利用航天器系统电磁兼容性的试验数据，提高了分析数据的有效性。

(3)本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统，在分析方面，采用了数据传递、解析以及任务模块的互斥设计，保证了分析过程中的流程性、有效降低了各个过程发生不一致的概率。

(4)本发明所述的航天器射频电磁兼容性分析系统，在一台中心计算机上，综合了电磁兼容性测试和航天器结构设计等任务过程，可以实现航天器电磁总体设计和数字化协同设计。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的航天器射频电磁兼容性分析系统的结构图；

图2为本发明实施例所述的获取转换工具的结构图；

图3为本发明实施例所述的分析工具的结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种航天器射频电磁兼容性分析系统，如图1至图3所示，包括获取转换工具、分析工具和中心计算机，所述中心计算机上承载获取转换工具和分析工具，利用电磁兼容性测试数据和三维电磁仿真分析软件的航天器射频电磁兼容性分析，所述获取转换工具包括三维模型获取转换模块和电磁兼容性测试数据获取转换模块；所述分析工具包括射频方案模块、电磁兼容性分析方案模块、三维电磁仿真分析模块和电磁兼容性性能评估模块，在应用过程中，当前工作模块与其它三个模块处于互锁状态，保证分析过程中的确定性；用户通过所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，通过所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上，用户启动所述射频方案模块后，可通过直接输入或导入的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，并分别存储在所述中心计算机上，在提交航天器射频方案后，激活所述电磁兼容性分析方案模块，同时锁定所述射频方案模块；当所述电磁兼容性分析方案模块被激活后，用户主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，并将分析结果保存在所述中心计算机上，在提交分析结果后，激活所述三维电磁仿真分析模块，同时锁定所述电磁兼容性分析方案模块；所述三维电磁仿真分析模块被激活后，用户启动电磁场仿真分析软件，并将存储在所述中心计算机上的航天器三维结构模型和电磁兼容性测试数据导入到所述仿真分析软件中进行仿真分析，分析完成后提交分析结果，并激活电磁兼容性性能评估模块，同时锁定三维电磁仿真分析模块；所述电磁兼容性性能评估模块被激活后，根据所述三维电磁仿真分析模块的结果对航天器系统级射频电磁兼容性进行评估。

所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，具体步骤为：

1)启动数据转换工具程序，进入系统界面；

2)进入三维模型获取转换模块界面，用户控制所述三维模型获取转换模块读取航天器结构模型数据进行分析；

3)打开航天器结构模型，对模型进行修正，删减太阳翼等结构，根据分析频率对小结构部件和小孔进行删减和修补，对航天器表面与射频系统无关的设备，采用实体结构模型代替。

4)所述三维模型获取转换模块将修正后的模型进行格式转换和导出，导出的数据存储在所述中心计算机上。

所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上，具体步骤为：

1)启动数据转换工具程序，进入系统界面；

2)进入电磁兼容性测试数据获取转换模块界面，选择电磁兼容性测试系统EMC32电磁兼容性辐射发射测试结果目录；

3)所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对测试频段进行判断，当测试频段≤30MHz时，直接读取频率和幅度信息；当测试频段＞30MHz时，进行数据进制转换，获取频率和幅度信息；

4)重复2)和3)，分别读取垂直极化和水平极化测试数据，转换为分析工具支持的数据格式；

5)将转化后的数据格式导出存储在所述中心计算机上。

分析工具包括射频方案模块、电磁兼容性分析方案模块、三维电磁仿真分析模块和电磁兼容性性能评估模块，主要基于分析模型对航天器系统级射频电磁兼容性进行分析评估，具体实现步骤为：

1)启分析工具程序，进入系统启动界面；

2)输入用户名和密码，如果用户名或密码与设定不一致，则无法登陆系统；如果用户名的密码一致，则登陆系统分析主界面(在每一条中心中心计算机上安装分析工具，均会设定一个用户名和密码)；

3)在分析主界面，用户新建分析工程，将分析工程保存在中心中心计算机上，同时显示射频方案模块、电磁兼容性分析方案模块、三维电磁仿真分析模块和电磁兼容性性能评估模块，并激活射频方案模块；

4)为保证分析过程中的流程性，调用函数，实施当前模块与其它三个模块处于互锁状态，即在当前模块运行期间，后续未进行分析的模块不能工作，之前已完成分析的模块不允许修改。

射频方案模块主要输入航天器系统的射频信息，当用户启动射频方案模块后，分别可通过直接输入或从中心计算机上导入文件的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，其中，射频发射信息包括名称、频率、带宽、发射功率和带外抑制能力；射频接收信息包括名称、频率、带宽、本振频率、本振带宽、中频频率、中频带宽、设备类别、抗干扰能力、灵敏度和带外抑制能力；航天器系统射频发射信息和射频接收信息可分别存储在中心计算机上，在当前模块，用户可对航天器系统射频发射信息和射频接收信息进行修改。当确认无误后，用户可提交航天器系统射频方案。提交后，激活电磁兼容性分析方案模块，同时锁定射频方案模块。

电磁兼容性分析方案模块主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，当激活电磁兼容性分析方案模块后，用户可选择频率分析内容和分析阶数，包括基波干扰分析、谐波干扰分析、互调干扰分析和组合干扰分析；当用户确定进行分析后，解析航天器射频发射信息和射频接收信息文件，并进行相应项目的分析，分析结果保存在相应项目的文件中，频率分析结果可导出为保存到中心中心计算机上。对于整个分析过程，以矩阵形式给出电磁兼容性分析矩阵，其中存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以红色表示，不存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以绿色表示，分析完成后，提交分析结果，激活三维电磁仿真分析模块，同时锁定电磁兼容性分析方案模块。

三维电磁仿真分析模块主要调用电磁场仿真分析软件，进行三维电磁场仿真分析。在所述模块中，配置电磁场仿真分析软件CST2012软件的安装路径，启动电磁场仿真分析软件CST2012，将存储在中心中心计算机上的航天器模型和测试数据导入到分析软件中，设置电磁仿真分析软件，启动仿真分析，分析完成后，导出分析结果，分析结果提交后，激活电磁兼容性性能评估模块，同时锁定三维电磁仿真分析模块。

电磁兼容性性能评估模块主要进行航天器系统级射频电磁兼容性进行评估，在电磁兼容性性能评估模块激活后，解析电磁兼容性分析矩阵，针对存在频率干扰的发射设备和接收设备，调用函数建立电磁兼容性评估矩阵，导入三维电磁场仿真分析的结果，给出航天器系统级射频兼容性分析结果。其中发射设备评估矩阵包括发射设备、对应受扰设备、发射功率、隔离度、设备类别、EMI安全裕度、抗干扰能力、接收灵敏度、带外抑制度、干扰裕量、带外抑制要求和频率；接收设备评估矩阵包括接收设备、对应干扰设备、发射功率、隔离度、设备类别、EMI安全裕度、抗干扰能力、接收灵敏度、带外抑制度、干扰裕量、带外抑制要求和频率。对不满足电磁兼容性要求的，在带外抑制要求一列中给出设计改进要求。对于评估结果，可以调用中心中心计算机上的打印机，进行打印输出。

电磁兼容性评估矩阵即为航天器系统级射频电磁兼容性分析结果，在带外抑制要求一列中给出的，即为不满足系统射频电磁兼容性要求的发射设备或接收设备的改进要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种航天器射频电磁兼容性分析系统，其特征在于：包括获取转换工具、分析工具和中心计算机，

所述获取转换工具包括三维模型获取转换模块和电磁兼容性测试数据获取转换模块；所述分析工具包括射频方案模块、电磁兼容性分析方案模块、三维电磁仿真分析模块和电磁兼容性性能评估模块，在应用过程中，当前工作模块与其它三个模块处于互锁状态，保证分析过程中的确定性；

用户通过所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进行修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，通过所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上；用户启动所述射频方案模块后，可通过直接输入或导入的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，并分别存储在所述中心计算机上，在提交航天器射频方案后，激活所述电磁兼容性分析方案模块，同时锁定所述射频方案模块；当所述电磁兼容性分析方案模块被激活后，用户主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，并将分析结果保存在所述中心计算机上，在提交分析结果后，激活所述三维电磁仿真分析模块，同时锁定所述电磁兼容性分析方案模块；所述三维电磁仿真分析模块被激活后，用户启动电磁场仿真分析软件，并将存储在所述中心计算机上的航天器三维结构模型和电磁兼容性测试数据导入到所述仿真分析软件中进行仿真分析，分析完成后提交分析结果，并激活电磁兼容性性能评估模块，同时锁定三维电磁仿真分析模块；所述电磁兼容性性能评估模块被激活后，根据所述三维电磁仿真分析模块的结果对航天器系统级射频电磁兼容性进行评估；

所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对电磁兼容性测试系统的测试数据进行转换，并存储在所述中心计算机上，具体步骤为：1)所述电磁兼容性测试数据获取转换模块读取电磁兼容性测试系统中的电磁辐射发射测试数据；2)所述电磁兼容性测试数据获取转换模块对测试频段进行判断，当测试频段为十进制显示频段时，直接读取频率和幅度信息，当测试频段为十六进制显示频段时，进行进制转换，获取频率和幅度信息；3)获取垂直极化和水平极化测试数据并转换后，进一步转化为分析工具支持的数据格式；4)将转化后的数据格式导出存储在所述中心计算机上；

所述电磁兼容性分析方案模块主要通过频率分析建立电磁兼容性分析矩阵，当激活所述电磁兼容性分析方案模块后，用户可选择频率分析内容和分析阶数，包括基波干扰分析、谐波干扰分析、互调干扰分析和组合干扰分析，当用户确定进行分析项目后，所述电磁兼容性分析方案模块解析航天器射频发射信息和射频接收信息，以矩阵形式给出电磁兼容性分析矩阵，其中存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以红色表示，不存在频率干扰的射频发射设备和射频接收设备之间以绿色表示，频率分析结果保存至所述中心计算机上并提交，分析结果提交后，用户激活所述三维电磁仿真分析模块，同时锁定所述电磁兼容性分析方案模块。

2.根据权利要求1所述的一种航天器射频电磁兼容性分析系统，其特征在于：所述三维模型获取转换模块对航天器三维结构模型进行修正处理，并转换为电磁兼容性分析所需的模型存储在所述中心计算机上，具体步骤为：

1)用户控制所述三维模型获取转换模块读取航天器结构模型数据进行分析；

2)所述三维模型获取转换模块针对分析频率对航天器结构模型进行删减、修补和结构替代；

3)所述三维模型获取转换模块将修正后的模型进行格式转换和导出，导出的数据存储在所述中心计算机上。

3.根据权利要求1所述的一种航天器射频电磁兼容性分析系统，其特征在于：所述射频方案模块主要输入航天器系统的射频信息，当用户启动所述射频方案模块后，可分别通过直接输入或导入的方式建立航天器系统的射频发射信息和射频接收信息，用户可通过所述射频方案模块对航天器系统射频发射信息和射频接收信息进行修改，当确认无误后，用户可提交航天器系统射频方案，并将航天器系统射频发射信息和射频接收信息分别存储在所述中心计算机上，在所述航天器系统射频方案提交后，激活所述电磁兼容性分析方案模块，同时锁定所述射频方案模块。

4.根据权利要求1所述的一种航天器射频电磁兼容性分析系统，其特征在于：所述三维电磁仿真分析模块主要调用电磁场仿真分析软件，进行三维电磁场仿真分析，在所述三维电磁仿真分析模块中，启动电磁场仿真分析软件，将存储在所述中心计算机上的航天器模型和测试数据导入到分析软件中进行分析，分析完成后，提交分析结果，激活所述电磁兼容性性能评估模块，同时锁定所述三维电磁仿真分析模块。

5.根据权利要求1所述的一种航天器射频电磁兼容性分析系统，其特征在于：所述电磁兼容性性能评估模块主要进行航天器系统级射频电磁兼容性进行评估，在所述电磁兼容性性能评估模块激活后，解析电磁兼容性分析矩阵，建立电磁兼容性评估矩阵，导入三维电磁场仿真分析的结果，给出航天器系统级射频兼容性分析结果，对不满足电磁兼容性要求的，给出设计改进要求，对于评估结果，可以调用所述中心计算机上的打印机进行打印输出。

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