CN110441618A - 一种飞行航路hirf环境数据采集与处理的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统及方法，采用不同频段的小型接收天线对飞机运行各阶段时的HIRF环境数据进行连续快速采集，采集的数据经信号频谱仪中内置的实时分析模块对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和实时处理，获得舱室内采集HIRF环境数据的包络曲线，试验机降落后测试获取试验机客舱的屏蔽衰减特性，根据舱室内的包络曲线和屏蔽衰减特性，反推回试验机外部航路的真实HIRF环境值。该方法能够实现我国领空航路HIRF环境数据的自主获取，有效提高试验评估的有效性，同时可用于飞机级HIRF试验中低电平到高电平的数据外推处理。

Description

一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统及方法
技术领域
本发明涉及电磁环境效应技术领域，具体涉及一种应用于飞机级试验的航路HIRF环境数据的采集与处理的系统及方法。
背景技术
高强度辐射场(HIRF)是指来自地面、舰船、海上平台或航空器上的雷达、无线电、导航、广播等高功率发射机的辐射，具有频带宽、峰值高和作用时间长等特点，使得飞机系统内电子设备面临潜在的电磁损伤，主要体现在外部强电磁场与电子系统的耦合，从而影响飞机关键/重要电子系统的正常工作。从飞行安全性考虑，美国联邦适航局(FAA)、欧洲联合适航局(JAA)相继颁布了条款，强制规定各类飞机必须满足HIRF适航认证要求，我国民航总局参照FAA和JAA的相关要求，也颁布了相应专用条件和问题纪要，论证研制的新型国产飞机，无论是国内使用还是出口，都需要满足HIRF安全性评估要求。
区别于内部电磁环境要求的全机电磁兼容性(EMC)试验和评估，国内在外部电磁环境要求的全机高强度辐射场(HIRF)效应试验与评估方面的研究开展较晚。目前，可查询的相关知识产权有国家发明专利《一种低电平扫描场的高强辐射场测试系统及其测试方法》(专利授权号：ZL201310218837.9)，通过建立低电平扫描场的等效方法获取舱体内部场强。发明专利《一种HIRF测试中地面多路径反射干扰误差的消除方法》(专利授权号：ZL201410706144.9)，提出一种地面多路径干扰消除方法，提高HIRF试验的测试精度。
前期HIRF适航符合性试验仍需委托国外机构来完成，严重制约了我国飞机的研制进程，且不利于对核心技术的掌握与控制。针对飞机级HIRF试验，国内外比较公认的方法是低电平耦合等效的方式。通过对试验数据的归一化处理，并利用标准中规定的HIRF环境要求对归一化数据进行外推处理，获取实际HIRF环境下的试验结果。但是，标准中规定的HIRF环境数据来自于欧美国家大量试验总结，其结果主要依据欧美地区领空的飞行航路HIRF环境数据，而我国领空飞行航路的HIRF环境数据严重缺失，造成飞机级HIRF试验评估考核不全面，安全系统难以保障的弊端。
发明内容
本发明目的在于提供一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统及方法，自主获取我国领空航路的HIRF环境数据，提高试验评估的有效性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统，其特征在于，包含：
小型接收天线，其用于采集飞机在机场静态、跑道起飞、空中航路、飞行降落断电后等运行全过程的HIRF环境数据；
信号与频谱分析仪，连接小型接收天线，其用于对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和数据实时处理；
控制计算机，连接信号与频谱分析仪，其用于对信号与频谱分析仪采集的数据进行处理和自动化控制；
机上供电系统，连接信号与频谱分析仪、控制计算机，其用于对信号与频谱分析仪、控制计算机进行供电。
所述的信号与频谱分析仪内置有实时分析模块，用于辅助信号与频谱分析仪完成时域连续采样。
所述的小型接收天线数量为至少一个，涵盖10kHz～18GHz的采集频带。
所述的机上供电系统包含机上电源和/或蓄电池逆变器。
本发明还提供了一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，包含以下步骤：
确定试验机及其飞行航路；
确认试验采集频带，并根据根据小型接收天线适用范围划分为数量相对应的分频段；
采集试验机运行全过程中的HIRF环境数据，计算获得舱室内采集频段的包络曲线En(f)；
试验机降落后，测试获取试验机客舱的屏蔽衰减特性SE(f)；
根据舱室内的包络曲线En(f)和屏蔽衰减特性SE(f)，反推回试验机外部航路的真实HIRF环境值Ew(f)；
Ew(f)＝En(f)+SE(f)。
所述的试验采集频带为10kHz～18GHz。
所述的每个分频段内，小型接收天线根据信号与频谱分析仪的实时分析模块的带宽，将分频段细分为若干个子频段。
进一步，所述的子频段带宽不大于信号与频谱分析仪的实时分析模块的带宽。
进一步，所述的信号与频谱分析仪的实时分析模块的带宽通常为160MHz或320MHz或640MHz。
所述的HIRF环境数据采集过程中利用峰值检波的方式对试验机运行全过程的HIRF环境数据进行连续重复测试与存储。
所述的采集频段的包络曲线En(f)的计算过程为：
分别对每个频段内试验机运行某阶段时各个子频段所采集的数据进行组合，形成试验机运行该阶段时每个分频段所采集的完整数据En(fi(tm))，其中i表示分频带数，m表示试验机运行的阶行的阶段数；
分别对每个分频段内试验机运行全过程中所采集的各个阶段的完整数据En(fi(t1))、En(fi(t2))、...、En(fi(tm))取最大值包络，形成各个分频段的最大值包络En(f1)、En(f2)、...、En(fi)；
对各个分频段的最大值包络进行合成，获得试验机运行全过程的全频带包络曲线En(f)。
本发明的有益效果是：
本发明中采用飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统对飞机级试验的航路HIRF环境数据进行高速实时采集与处理，通过不同频段的小型接收天线对飞机运行各阶段时的HIRF环境数据进行连续快速采集，采集的数据经信号频谱仪中内置的实时分析模块对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和实时处理。该方法能够实现我国领空航路HIRF环境数据的自主获取，有效提高试验评估的有效性，同时可用于飞机级HIRF试验中低电平到高电平的数据外推处理。
附图说明
图1为飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统图；
图2为本发明提供的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理方法的流程图；
图3为分频段在试验机运行全过程的测试曲线最大值包络图；
图4为试验机客舱屏蔽衰减特性测试图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明提供了一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统，包含：
小型接收天线1，其负责采集飞机在机场静态、跑道起飞、空中航路、飞行降落断电后等运行全过程的HIRF环境数据；
信号与频谱分析仪2，其连接小型接收天线1，用于对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和数据实时处理；
控制计算机3，其连接信号与频谱分析仪2，用于对信号与频谱分析仪数据接收和处理的自动化控制；
机上供电系统4，其连接信号与频谱分析仪2、控制计算机3，用于对信号与频谱分析仪、控制计算机进行供电。
进一步，所述的小型接收天线1分为三个，涵盖10kHz～18GHz采集频带。
进一步，所述的信号与频谱分析仪2内置有实时分析模块。
进一步，所述的机上供电系统主要有机上电源41和蓄电池逆变器42两种方式。
如图2所示，本发明提供了一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，包含以下步骤：
步骤S1、确定试验机及其飞行航路；
试验机飞行航路包括试验机飞行高度、飞行速度与飞行路线；
步骤S2、确认试验采集频带，并根据小型接收天线适用范围划分为数量相对应的分频段；
在试验机舱室内选取环境采集区域，安全固定飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统，以客舱为例，需在客舱区域提供数据采集与处理系统的安装位置或稳固的安装接口，主要用于试验机在起飞、降落等阶段数据采集与处理系统的安全固定；试验采集频带为10kHz～18GHz，根据天线适用范围划分为三个分频带，分别为第一分频带f1(10kHz～30MHz)、第二分频带f2(30MHz～1GHz)和第三分频带f3(1GHz～18GHz)。
步骤S3、采集试验机运行全过程中的HIRF环境数据，计算获得舱室内采集频段的包络曲线En(f)；
数据采集与处理系统开机加电，完成机上数据采集与处理系统调试，确保数据采集与处理系统在上机状态下工作正常，之后，通过控制计算机上的软件程序对数据采集与处理系统实施控制，开展航路HIRF环境数据采集；试验状态涵盖试验机在机场静态、跑道起飞、空中航路、飞行降落断电后等运行全过程，确保能够获取试验机在运行过程的各个阶段所有可能遭遇的外部HIRF环境，保障采集数据的完整性；
在整个过程中，不同类型的小型接收天线分别用于完成f1、f2和f3各个分频段内的数据采集，在f1或f2或f3的每个分频段内充分利用信号与频谱分析仪的实时分析模块的带宽，将分频段细分为若干个子频段，完成各自分频段内的快速测试，如实时分析模块的带宽为320MHz，则可将f2分频段细分为30MHz～350MHz、350MHz～670MHz、670MHz～990MHz、990MHz～1310MHz四个子频段，试验时采用峰值检波，在整个过程中对这四个子频段进行连续重复测试与数据存储；同理，可按照所采用的实时分析模块的带宽对f1和f3进行分频段细分；
将试验机运行某阶段分频段f2四个子频段内所采集的数据进行组合，形成试验机运行某阶段的f2频段内的完整结果En(f2(t1))，之后，对试验机从机场静态至飞行降落断电后整个运行过程所采集的测试曲线En(f2(t1))、En(f2(t2))、...、En(f2(tm))取最大值包络，如图3所示，表示为En(f2)：
En(f2)＝max{En(f2(t1)),En(f2(t2)),...,En(f2(tm))}
同理，f1和f3频段的最大值包络可表示为En(f1)和En(f3)；对各频段的最大值包络En(f1)、En(f2)和En(f3)进行合成，获得全频带的包络曲线En(f)；
步骤S4、试验机降落后，测试获取试验机客舱的屏蔽衰减特性SE(f)；
试验机降落后，将其停置于开阔场地，如图4所示，在试验机一定距离处放置发射天线，试验机客舱测试区域放置接收天线，发射天线产生一定频率的电磁波并均匀照射试验机客舱，由接收天线进行场强监测，记录为E1；将试验机移除，发射天线与接收天线位置不变，发射天线再次产生辐射电磁波，发射功率与之前保持一致，接收天线进行场强监测并记录为E2，计算获取客舱的屏蔽衰减特性SE(f)：
步骤S5、根据舱室内的包络曲线En(f)和屏蔽衰减特性SE(f)，反推回试验机外部航路的真实HIRF环境值Ew(f)：
Ew(f)＝En(f)+SE(f)
其中，Ew(f)可作为我国部分地区领空航路HIRF环境值，也用于飞机级HIRF试验中低电平至高电平的数据外推处理。
本发明中采用基于飞行航路HIRF环境数据采集与处理的系统对飞机级试验的航路HIRF环境数据进行高速实时采集与处理，通过不同频段的小型接收天线对飞机运行各阶段时的HIRF环境数据进行连续快速采集，采集的数据经信号频谱仪中内置的实时分析模块对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和实时处理。该方法能够实现我国领空航路HIRF环境数据的自主获取，有效提高试验评估的有效性，同时可用于飞机级HIRF试验中低电平到高电平的数据外推处理。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统，其特征在于，包含：
小型接收天线，其用于采集飞机在机场静态、跑道起飞、空中航路、飞行降落断电后等运行全过程的HIRF环境数据；
信号与频谱分析仪，连接小型接收天线，其用于对频段范围内的HIRF环境数据进行时域连续采样和数据实时处理；
控制计算机，连接信号与频谱分析仪，其用于对信号与频谱分析仪采集的数据进行处理和自动化控制；
机上供电系统，连接信号与频谱分析仪、控制计算机，其用于对信号与频谱分析仪、控制计算机进行供电。
2.如权利要求1所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统，其特征在于，所述的信号与频谱分析仪内置有实时分析模块，用于辅助信号与频谱分析仪完成时域连续采样。
3.如权利要求1所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统，其特征在于，所述的小型接收天线数量为至少一个，涵盖10kHz～18GHz的采集频带。
4.如权利要求1所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统，其特征在于，所述的机上供电系统包含机上电源和/或蓄电池逆变器。
5.一种利用如权利要求1所述的飞行航路HIRF环境数据采集与处理系统来进行的飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，包含以下步骤：
确定试验机及其飞行航路；
确认试验采集频带，并根据小型接收天线适用范围划分为数量相对应的分频段；
采集试验机运行全过程中的HIRF环境数据，计算获得舱室内采集频段的包络曲线En(f)；
试验机降落后，测试获取试验机客舱的屏蔽衰减特性SE(f)；
根据舱室内的包络曲线En(f)和屏蔽衰减特性SE(f)，反推回试验机外部航路的真实HIRF环境值Ew(f)；
Ew(f)＝En(f)+SE(f)。
6.如权利要求5所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，其特征在于，所述的试验采集频带为10kHz～18GHz。
7.如权利要求5所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，其特征在于，所述的每个分频段内，小型接收天线根据信号与频谱分析仪的实时分析模块的带宽，将分频段细分为若干个子频段。
8.如权利要求5所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，其特征在于，所述的HIRF环境数据采集过程中利用峰值检波的方式对试验机运行全过程的HIRF环境数据进行连续重复测试与存储。
9.如权利要求5所述的一种飞行航路HIRF环境数据采集与处理的方法，其特征在于，所述的采集频段的包络曲线En(f)的计算过程为：
分别对每个频段内试验机运行某阶段时各个子频段所采集的数据进行组合，形成试验机运行该阶段时每个分频段所采集的完整数据En(fi(tm))，其中i表示分频带数，m表示试验机运行的阶段数；
分别对每个分频段内试验机运行全过程中所采集的各个阶段的完整数据En(fi(t1))、En(fi(t2))、...、En(fi(tm))取最大值包络，形成各个分频段的最大值包络En(f1)、En(f2)、...、En(fi)；
对各个分频段的最大值包络进行合成，获得试验机运行全过程的全频带包络曲线En(f)。
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