CN110275075A - 一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统 - Google Patents

一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，包括：若干强电磁脉冲场测试传感器、移动式测试装置、多路信号采集模块和数据处理及显示单元；所述强电磁脉冲场测试传感器设置在移动式测试装置上，并与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接。本发明能实现强电磁脉冲场多点协同监测，还可灵活移动以满足不同场景的测试需求。

Description

一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统
技术领域
本发明涉及微波与电磁测试技术领域，尤其是一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统。
背景技术
随着雷达、通信、导航技术的快速发展以及大功率、高功率微波发射机的应用，使得空间电磁环境越来越恶劣，不仅覆盖的频率范围越来越宽，电磁场的强度也越来越高；另一方面，随着电子设备信息化、智能化程度的提高，其电磁敏感度越来越高，易受外界电磁干扰而出现不同程度的电磁环境效应，如：干扰、扰乱、系统性能降级、损伤甚至毁伤等。因此，需要对目标电子设备周围的电磁环境进行监测，感知电磁态势分布，进而选择合适的工作方式/工作模式，抑或作为电子设备防护加固的输入，保证电子设备能够适应外部电磁环境、可靠的发挥效能。
目前，电磁环境监测与态势感知的研究热点主要集中在通信、导航等领域，研制的电磁场监测系统只是满足弱场环境(最大场强仅达百V/m)的监测与展示。对于强电磁脉冲场环境，监测手段还十分匮乏。强电磁脉冲场环境具有场强高(峰值场强一般为几十kV/m，甚至几百kV/m)、瞬态等特点，目前市面上的场强测试探头或传感器难以满足要求。此外，相比小功率源，强电磁辐射源输出脉冲一致性较差(瞬变特性)，场强幅度存在较大、无规律的变化，单点多次测试法难以满足区域电磁环境监测要求，并且还存在测试效率低下的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，该系统能实现强电磁脉冲场多点协同监测，还可灵活移动以满足不同场景的测试需求。
本发明采用的技术方案如下：
一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，包括：若干强电磁脉冲场测试传感器、移动式测试装置、多路信号采集模块和数据处理及显示单元；所述强电磁脉冲场测试传感器设置在移动式测试装置上，并与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接。
进一步地，所述强电磁脉冲场测试传感器与多路信号采集模块间可采用电缆或光纤连接；当采用电缆互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接；当采用光纤互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器经电光转换模块和光电转换模块后，与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接。
进一步地，所述强电磁脉冲场测试传感器，包括：依次连接的强电磁脉冲场感应单元、能量衰减单元和信号包络提取单元。
进一步地，所述强电磁脉冲场感应单元为小型宽带平面单极子天线，包括：辐射单元、介质板、地板和SMA接头；辐射单元和地板分别设置在介质板相对的两面，SMA接头设置在介质板的一端并与辐射单元和地板相连接；SMA接头用于连接能量衰减单元。
进一步地，所述辐射单元的上部为水滴形结构，下部为渐变结构。
进一步地，所述移动式测试装置，包括：测试框架、若干测试区域调控装置、测试区域方位调节装置和移动支撑平台；所述测试区域方位调节装置一端固定设置在移动支撑平台上，另一端与测试框架连接；所述测试区域调控装置设置在测试框架上；若干所述强电磁脉冲场测试传感器一一设置在测试区域调控装置上。
进一步地，所述测试框架为中空结构。
进一步地，所述测试区域方位调节装置，包括：定位螺母、单轴滑块、方位调节臂和支撑臂；支撑臂顶端与测试框架之间通过轴承互连；方位调节臂通过单轴滑块跨接在测试框架和支撑臂之间。
进一步地，所述的测试区域调控装置，包括：定位螺母、双轴滑块和传感器支撑杆；传感器支撑杆通过双轴滑块与测试框架连接。
进一步地，所述多路信号采集模块包括多个相互独立的信号采集端口，用于同时连接多个所述强电磁脉冲场测试传感器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明能实现强电磁脉冲场多点协同监测，还可灵活移动以满足不同场景的测试需求，可在一定程度上填补电磁环境监测与态势感知领域中强电磁协同测试的技术空白，具有十分重要的意义。
2、本发明的强电磁脉冲场测试传感器可实现对亚ns级上升沿、百kV/m强电磁脉冲场的准确测量。
3、本发明的测试框架采用中空设计，以减小对被测强电磁脉冲场的影响。
4、本发明的测试区域灵活可调。
5、本发明采用多路信号采集模块可同时采集、记录多路感应信号。
6、本发明可以直观展示测试结果。
7、本发明可以采用电缆和光纤等多种连接方式，采用光纤连接时，消除了“场-线”耦合对测试结果的影响，可提升强电磁脉冲环境，特别是可提高“场-线”耦合较为严重的低频强电磁脉冲环境测试的准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统的结构示意图。
图2为本发明采用的强电磁脉冲场感应单元正面结构图。
图3为本发明采用的强电磁脉冲场感应单元背面结构图。
图4为本发明采用的测试区域方位调节装置结构图。
图5为本发明采用的测试区域调控装置结构图。
图6为本发明的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统的测试区域示例一。
图7为采用本发明具体示例对中心频率为1.35GHz的强电磁脉冲场的监测结果。
图8为采用本发明具体示例对中心频率为2.88GHz的强电磁脉冲场的监测结果。
附图标记：1-强电磁脉冲场测试传感器，2-移动式测试装置，3-测试框架，4-测试区域调控装置，5-测试区域方位调节装置，6-移动支撑平台，7-多路信号采集模块，8-数据处理及显示单元，9-辐射单元，10-介质板，11-地板，12-SMA接头，13-定位螺母，14-单轴滑块，15-方位调节臂，16-支撑臂，17-双轴滑块，18-传感器支撑杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，如图1所示，包括：若干强电磁脉冲场测试传感器1、移动式测试装置2、多路信号采集模块7和数据处理及显示单元8；所述强电磁脉冲场测试传感器1设置在移动式测试装置2上，并与多路信号采集模块7和数据处理及显示单元8依次连接。
可选地，所述强电磁脉冲场测试传感器1与多路信号采集模块7间可采用电缆或光纤连接；当采用电缆互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器1与多路信号采集模块7和数据处理及显示单元8依次连接；当采用光纤互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器1经电光转换模块和光电转换模块后，与多路信号采集模块7和数据处理及显示单元8依次连接。
进一步地，所述强电磁脉冲场测试传感器1，包括：强电磁脉冲场感应单元、能量衰减单元和信号包络提取单元。可选地，所述强电磁脉冲场感应单元为小型宽带平面单极子天线，如图2-3所示，包括：辐射单元9、介质板10、地板11和SMA接头12；辐射单元9和地板11分别设置在介质板10相对的两面，SMA接头12设置在介质板10的一端并与辐射单元9和地板11相连接。其中，所述辐射单元9上部设计为水滴形结构，下部设计为渐变结构，以提高工作带宽；所述介质板10为FR4材料印刷电路基板；所述地板11设计为圆形陷波结构，以进一步扩展工作带宽；能量衰减单元为宽带同轴衰减器，如TNC-200，信号包络提取单元为宽带同轴检波器，如AV10318。本发明的所述强电磁脉冲场测试传感器1响应时间小于强电磁脉冲上升沿，测试带宽大于强电磁脉冲带宽，可实现对亚ns级上升沿、百kV/m强电磁脉冲场的准确测量。
进一步地，所述移动式测试装置2，包括：测试框架3、若干测试区域调控装置4、测试区域方位调节装置5和移动支撑平台6；所述测试区域方位调节装置5连接在移动支撑平台6与测试框架3之间；所述测试区域调控装置4设置在测试框架3上；若干所述强电磁脉冲场测试传感器1一一设置在测试区域调控装置4上。
可选地，所述移动式测试装置2采用增强尼龙制作而成：其下方为移动支撑平台6，截面可以设计成尺寸为3.2m×3.6m(宽×高)的长方形，在实际应用中根据需要支撑的测试框架的尺寸进行设计，移动支撑平台6的下方安装有万向轮，便于测试装置的灵活移动。其中部为测试区域方位调节装置5，带动测试框架3围绕平行于移动支撑平台6的水平中心轴灵活转动，进而实现测试区域朝向的灵活调节。其上方为测试框架3，设计为中空结构，可减小对被测强电磁脉冲场的影响。优选地，将测试框架3设计为正方形、圆形、矩形或其他任意形状，在实际应用中，所述测试框架3的形状和尺寸根据需求可调，仅需要保持中空结构即可。测试框架3上设置的测试区域调控装置4，可以带动安装在其上的强电磁脉冲场测试传感器1进行垂直和水平移动。
其中，所述测试区域方位调节装置5，如图4所示，其主要包括：定位螺母13、单轴滑块14、方位调节臂15和支撑臂16；支撑臂16顶端与测试框架3之间通过轴承互连；方位调节臂15通过单轴滑块14跨接在测试框架3和支撑臂16之间，配合定位螺母13改变其与测试框架3、支撑臂16之间的夹角，进而实现测试框架3的方位调节。
其中，所述的测试区域调控装置4，如图5所示，包括：定位螺母13，双轴滑块17和传感器支撑杆18；传感器支撑杆18通过双轴滑块17与测试框架3连接。强电磁脉冲场测试传感器1设置在传感器支撑杆18的顶端；通过调节定位螺母13，使得双轴滑块17沿测试框架3滑动，传感器支撑杆18垂直于测试框架3滑动，进而实现强电磁脉冲场测试传感器1在测试区域内的水平、垂直移动。
进一步地，所述多路信号采集模块7包括多个相互独立的信号采集端口，用于同时连接多个所述强电磁脉冲场测试传感器1，即同时采集、记录多路强电磁脉冲场测试传感器1感应的信号。
可选地，所述数据处理及显示单元8，用于对接收到的多路强电磁脉冲信号进行处理，并以图、表的形式展示出来，可以是现成的计算机、工业平板等，也可以是自研的信号处理及显示系统等等。
具体示例：
测试框架3的尺寸设计为3.0m×3.0m，在测试框架3上设置9个测试区域调控装置4，对应安装9个强电磁脉冲场测试传感器1，调节测试区域调控装置4使9个强电磁脉冲场测试传感器1在测试框架3的中空结构中形成1.5m×1.5m的测试区域，如图6所示。采用的多路信号采集模块7的带宽为500MHz、采样率为2GS/s、信号采集端口为10个，可同时采集、记录9路强电磁脉冲场测试传感器1感应的信号。
采用该示例进行强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示：
如图7所示，对中心频率为1.35GHz的强电磁脉冲场的9点协同监测；
如图8所示，对中心频率为2.88GHz的强电磁脉冲场的9点协同监测；
由此，本发明的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，能实现强电磁脉冲场多点协同监测。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，包括：若干强电磁脉冲场测试传感器、移动式测试装置、多路信号采集模块和数据处理及显示单元；所述强电磁脉冲场测试传感器设置在移动式测试装置上，并与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接。
2.根据权利要求1所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述强电磁脉冲场测试传感器与多路信号采集模块间可采用电缆或光纤连接；当采用电缆互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接；当采用光纤互连时，所述强电磁脉冲场测试传感器经电光转换模块和光电转换模块后，与多路信号采集模块和数据处理及显示单元依次连接。
3.根据权利要求1所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述强电磁脉冲场测试传感器，包括：依次连接的强电磁脉冲场感应单元、能量衰减单元和信号包络提取单元。
4.根据权利要求3所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述强电磁脉冲场感应单元为小型宽带平面单极子天线，包括：辐射单元、介质板、地板和SMA接头；辐射单元和地板分别设置在介质板相对的两面，SMA接头设置在介质板的一端并与辐射单元和地板相连接；SMA接头用于连接能量衰减单元。
5.根据权利要求4所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述辐射单元的上部为水滴形结构，下部为渐变结构。
6.根据权利要求1所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述移动式测试装置，包括：测试框架、若干测试区域调控装置、测试区域方位调节装置和移动支撑平台；所述测试区域方位调节装置一端固定设置在移动支撑平台上，另一端与测试框架连接；所述测试区域调控装置设置在测试框架上；若干所述强电磁脉冲场测试传感器一一设置在测试区域调控装置上。
7.根据权利要求6所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述测试框架为中空结构。
8.根据权利要求6所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述测试区域方位调节装置，包括：定位螺母、单轴滑块、方位调节臂和支撑臂；支撑臂顶端与测试框架之间通过轴承互连；方位调节臂通过单轴滑块跨接在测试框架和支撑臂之间。
9.根据权利要求6所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述的测试区域调控装置，包括：定位螺母、双轴滑块和传感器支撑杆；传感器支撑杆通过双轴滑块与测试框架连接。
10.根据权利要求1所述的移动式强电磁脉冲场多点协同监测与态势展示系统，其特征在于，所述多路信号采集模块包括多个相互独立的信号采集端口，用于同时连接多个所述强电磁脉冲场测试传感器。
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