CN111458577B - 一种复杂电磁环境构建方法 - Google Patents

一种复杂电磁环境构建方法 Download PDF

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CN111458577B CN202010143106.2A CN202010143106A CN111458577B CN 111458577 B CN111458577 B CN 111458577B CN 202010143106 A CN202010143106 A CN 202010143106A CN 111458577 B CN111458577 B CN 111458577B
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Abstract

本发明公开了一种复杂电磁环境构建方法，包括：步骤1，进行空间复杂电磁环境矢量分解，得到矢量分解信号波形集；步骤2，对矢量分解信号波形集进行矢量信号波形剪裁；步骤3，对剪裁后的矢量分解信号波形集进行归一化处理得到矢量构建信号波形集，然后转换成实际电磁信号并放大；步骤4，利用放大后的矢量构建信号波形集进行空间复杂电磁环境矢量合成重构。本发明的一种复杂电磁环境构建方法，无需复杂的运动模拟机构，在效应物静止状态下，即可完成效应物运动过程中遭遇的复杂电磁环境模拟，大大简化了复杂电磁环境构建难度，提高了构建逼真度。

Description

一种复杂电磁环境构建方法
技术领域
本发明涉及电磁环境效应技术领域，尤其是一种复杂电磁环境构建方法。
背景技术
现今，由于雷达、通信系统、导航设备的大量使用，在工作时向空间辐射各种频率不同、能量各异的电磁波，使得空间电磁环境越来越恶劣；特别地，随着大功率干扰机、高功率微波发射机的应用，空间电磁场的强度也越来越高。与此同时，大部分系统中的电子设备数量呈指数形式增长，且信息化、智能化程度快速提高，导致系统电磁敏感度提升，容易受到电磁波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，影响其效能发挥。为保证系统能够适应外部电磁环境、稳定可靠的工作，需开展电磁环境适应性测试，研究、验证电子系统在电磁环境下的生存能力，发展电磁加固技术。而开展上述工作的基础是构建高逼真度的复杂电磁环境。
目前，复杂电磁环境构建的主要方法有全实物模拟、全数字模拟和半实物模拟。其中，半实物模拟采用数字和实物相结合的方式完成复杂电磁环境构建，具有动态性强、逼真度高、成本相对较低等优点，因而应用最为广泛。当前，现有的复杂电磁环境半实物模拟构建一般都需要借助运动模拟机构，如：转台、姿态模拟器等，以完成辐射天线与效应物之间的相对运动模拟及效应物的空间姿态重构，从而重现复杂电磁环境的时空演变过程。然而，对于高逼真度复杂电磁环境构建而言，特别是在效应物体积、重量较大的情况下，对运动模拟机构的力学性能、运动精度提出了极高要求，极大地增加了复杂电磁环境构建的难度和复杂程度。
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，提供一种复杂电磁环境构建方法，该方法无需复杂的运动模拟机构，在效应物静止状态下，即可完成效应物运动过程中遭遇的复杂电磁环境模拟，以简化复杂电磁环境构建难度，同时提高构建逼真度。
本发明采用的技术方案如下：
一种复杂电磁环境构建方法，包括：
步骤1，进行空间复杂电磁环境矢量分解，得到矢量分解信号波形集；
步骤2，对矢量分解信号波形集进行矢量信号波形剪裁；
步骤3，对剪裁后的矢量分解信号波形集进行归一化处理得到矢量构建信号波形集，然后转换成实际电磁信号并放大；
步骤4，利用放大后的矢量构建信号波形集进行空间复杂电磁环境矢量合成重构。
进一步地，步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1，根据效应物的外形尺寸，确定一个外切长方体区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω；
步骤1.2，确定所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω中所有6个面
Figure BDA0002399778820000021
的水平矢量方向和垂直矢量方向；
步骤1.3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的第i个面
Figure BDA0002399778820000022
对空间电磁环境进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到
Figure BDA0002399778820000023
面的水平矢量信号波形
Figure BDA0002399778820000024
和垂直矢量信号波形
Figure BDA0002399778820000025
步骤1.4，重复步骤1.3，得到空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω所有6个面的矢量分解信号波形集Δ(1)，其中：
Figure BDA0002399778820000031
其中，
Figure BDA0002399778820000032
为
Figure BDA0002399778820000033
面的矢量分解信号波形组，且
Figure BDA0002399778820000034
式中，i＝1,2,…,6，
Figure BDA0002399778820000035
为水平矢量分解信号，
Figure BDA0002399778820000036
为垂直矢量分解信号。
进一步地，步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行频率剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)；
步骤2.2，根据效应物敏感电平A，对频率剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行幅度剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)；
进一步地，步骤2.1包括如下子步骤：
步骤2.11，通过傅里叶变换，将步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000037
的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000038
和垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000039
变换至频域，分别得到水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000310
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000311
步骤2.12，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000312
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000313
进行频率剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000314
和剪裁后的垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000315
步骤2.13，通过逆傅里叶变换，将剪裁后的水平矢量分解信号波形频域波形
Figure BDA00023997788200000316
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000317
变换至时域，得到水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200000318
和垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200000319
步骤2.14，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000041
其中：
Figure BDA0002399778820000042
步骤2.15，重复步骤2.11～2.14，直至对所有Δ(1)中所有矢量分解信号波形组完成频率剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)，其中：
Figure BDA0002399778820000043
进一步地，步骤2.2包括如下子步骤：
步骤2.21，根据效应物敏感电平A，对矢量分解信号波形集Δ(2)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000044
的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000045
和垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000046
进行幅度剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000047
和剪裁后的垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000048
步骤2.22，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000049
其中：
Figure BDA00023997788200000410
步骤2.23，重复步骤2.21～2.22，直至对所有Δ(2)中所有矢量分解信号波形组完成幅度剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)，其中：
Figure BDA00023997788200000411
进一步地，步骤3包括如下子步骤：
步骤3.1，对矢量分解信号波形集Δ(3)中的每个矢量信号进行幅值归一化处理，得到矢量构建信号波形集Λ；
步骤3.2，通过信号模拟设备，将矢量构建信号波形集Λ中每个矢量信号转换成实际电磁信号；
步骤3.3，通过信号放大设备，将步骤3.2中转换成电磁信号的矢量构建信号波形集Λ进行放大。
进一步地，步骤3.1包括如下子步骤：
步骤3.11，对第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000051
的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000052
进行幅值归一化处理，得到水平矢量构建信号Vix：
Figure BDA0002399778820000053
其中，
Figure BDA0002399778820000054
表示求取
Figure BDA0002399778820000055
绝对值的最大值；
步骤3.12，对第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000056
的垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000057
进行幅值归一化处理，得到垂直矢量构建信号Viy：
Figure BDA0002399778820000058
其中，
Figure BDA0002399778820000059
表示求取
Figure BDA00023997788200000510
绝对值的最大值；
步骤3.13，得到第i个矢量构建信号波形组Λi，其中：
Λi＝{Vix,Viy}(9)
步骤3.14，重复步骤3.11～3.13，完成所有矢量分解信号波形组的幅值归一化处理，并得到矢量构建信号波形集Λ，其中：
Λ＝{Λ1,Λ2,Λ3,Λ4,Λ5,Λ6}(10)
进一步地，步骤4包括如下子步骤：
步骤4.1，在空间中，确定一个与空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω尺寸相同的区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ，同时保持重构区域Θ与分解区域Ω各面的水平矢量方向和垂直矢量方向相同；
步骤4.2，在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ周围，距离每个平面d米处设置一个双极化天线，所述双极化天线的工作频率覆盖效应物敏感频率范围[fL,fU]，且d满足：
Figure BDA0002399778820000061
其中，D为双极化天线口径，c为真空中光速；
步骤4.3，通过双极化天线将放大后的矢量构建信号波形组的水平矢量信号、垂直矢量信号对相应的重构区域面进行辐射，实现重构区域各面电磁环境空间合成构建。
进一步地，所述双极化天线的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时双极化天线的水平极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的水平矢量方向相同，垂直极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的垂直矢量方向相同。
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、本发明的一种复杂电磁环境构建方法，可同时实现效应物周围6个方向的空间电磁环境构建，环境模拟逼真度高；
2、本发明的一种复杂电磁环境构建方法，无需复杂的运动模拟机构，即可在效应物静止状态下，完成其周围空间电磁环境构建，构建方法简单；
3、本发明的一种复杂电磁环境构建方法，可实现空间电磁环境时空演变特征模拟，提高环境模拟真实度；
4、本发明的一种复杂电磁环境构建方法，采用矢量分解再合成的方式重构电磁环境，可实现效应物周围任意极化方向的电磁环境模拟构建；
5、本发明的一种复杂电磁环境构建方法，采用效应物敏感频率范围和敏感电平对效应物周围电磁环境进行剪裁，可大大降低复杂电磁环境构建的复杂程度。
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为本发明的一种复杂电磁环境构建方法的流程图；
图2为本发明实施例中所构建的空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的示意图；
图3为本发明实施例中空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的水平矢量方向和垂直矢量方向示意图；
图4为本发明实施例中示例面矢量分解得到的水平矢量信号和垂直矢量信号的时域波形；
图5为本发明实施例中示例面的矢量分解信号敏感频率剪裁前的频域波形；
图6为本发明实施例中示例面的矢量分解信号敏感频率剪裁后的频域波形；
图7为本发明实施例中示例面的矢量分解信号敏感频率剪裁后的时域波形；
图8为本发明实施例中示例面的矢量分解信号敏感电平剪裁后的时域波形；
图9为本发明实施例中示例面的矢量构建信号时域波形；
图10为本发明实施例中的复杂电磁环境矢量合成构建示意图。
附图标记：1-效应物，2-空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω，3-矢量方向规则，4-信号矢量分解示例面，5-双通道任意波形发生器，6-微波功率放大器，7-双极化喇叭天线，8-空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ。
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。
如图1所示，本发明的一种复杂电磁环境构建方法，包括：空间复杂电磁环境矢量分解，矢量信号波形剪裁，矢量信号生成，以及空间复杂电磁环境矢量合成重构4个步骤，具体为：
步骤1，进行空间复杂电磁环境矢量分解，得到矢量分解信号波形集；
步骤2，对矢量分解信号波形集进行矢量信号波形剪裁；
步骤3，对剪裁后的矢量分解信号波形集进行归一化处理得到矢量构建信号波形集，然后转换成实际电磁信号并放大；
步骤4，利用放大后的矢量构建信号波形集进行空间复杂电磁环境矢量合成重构。
1、空间复杂电磁环境矢量分解：
步骤1.1，根据效应物的外形尺寸，确定一个外切长方体区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω；
在本实施例中，所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω既可以是仿真环境，也可以是实际物理空间环境。
步骤1.2，确定所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω中所有6个面
Figure BDA0002399778820000091
的水平矢量方向和垂直矢量方向；
步骤1.3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的第i个面
Figure BDA0002399778820000092
对空间电磁环境进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到
Figure BDA0002399778820000093
面的水平矢量信号波形
Figure BDA0002399778820000094
和垂直矢量信号波形
Figure BDA0002399778820000095
步骤1.4，重复步骤1.3，得到空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω所有6个面的矢量分解信号波形集Δ(1)，其中：
Figure BDA0002399778820000096
其中，
Figure BDA0002399778820000097
为
Figure BDA0002399778820000098
面的矢量分解信号波形组，且
Figure BDA0002399778820000099
式中，i＝1,2,…,6，
Figure BDA00023997788200000910
为水平矢量分解信号，
Figure BDA00023997788200000911
为垂直矢量分解信号。
2、矢量信号波形剪裁：
步骤2.1，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行频率剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)；
具体地：
步骤2.11，通过傅里叶变换，将步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA00023997788200000912
的水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200000913
和垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200000914
变换至频域，分别得到水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000915
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000916
步骤2.12，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000917
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA00023997788200000918
进行频率剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA0002399778820000101
和剪裁后的垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA0002399778820000102
步骤2.13，通过逆傅里叶变换，将剪裁后的水平矢量分解信号频域波形
Figure BDA0002399778820000103
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure BDA0002399778820000104
变换至时域，得到水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000105
和垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000106
步骤2.14，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000107
其中：
Figure BDA0002399778820000108
步骤2.15，重复步骤2.11～2.14，直至对所有Δ(1)中所有矢量分解信号波形组完成频率剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)，其中：
Figure BDA0002399778820000109
步骤2.2，根据效应物敏感电平A，对频率剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行幅度剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)；
具体地：
步骤2.21，根据效应物敏感电平A，对矢量分解信号波形集Δ(2)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA00023997788200001010
的水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001011
和垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001012
进行幅度剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001013
和剪裁后的垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001014
步骤2.22，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure BDA00023997788200001015
其中：
Figure BDA00023997788200001016
步骤2.23，重复步骤2.21～2.22，直至对所有Δ(2)中所有矢量分解信号波形组完成幅度剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)，其中：
Figure BDA0002399778820000111
在本实施例中，所述效应物敏感频率范围[fL,fU]，以及效应物敏感电平A可通过电磁环境效应试验获取。
3、矢量信号生成：
步骤3.1，对矢量分解信号波形集Δ(3)中的每个矢量信号进行幅值归一化处理，得到矢量构建信号波形集Λ；
具体地：
步骤3.11，对第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000112
的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000113
进行幅值归一化处理，得到水平矢量构建信号Vix：
Figure BDA0002399778820000114
其中，
Figure BDA0002399778820000115
表示求取
Figure BDA0002399778820000116
绝对值的最大值；
步骤3.12，对第i个矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000117
的垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000118
进行幅值归一化处理，得到垂直矢量构建信号Viy：
Figure BDA0002399778820000119
其中，
Figure BDA00023997788200001110
表示求取
Figure BDA00023997788200001111
绝对值的最大值；
步骤3.13，得到第i个矢量构建信号波形组Λi，其中：
Λi＝{Vix,Viy}(9)
步骤3.14，重复步骤3.11～3.13，完成所有矢量分解信号波形组的幅值归一化处理，并得到矢量构建信号波形集Λ，其中：
Λ＝{Λ1,Λ2,Λ3,Λ4,Λ5,Λ6}(10)
步骤3.2，通过信号模拟设备，将矢量构建信号波形集Λ中每个矢量信号转换成实际电磁信号；在本实施例中，所述信号模拟设备可以是任意波形发生器；
步骤3.3，通过信号放大设备，将步骤3.2中转换成电磁信号的矢量构建信号波形集Λ进行放大；在本实施例中，所述信号放大设备为微波功率放大器。
4、空间复杂电磁环境矢量合成重构：
步骤4.1，在空间中，确定一个与空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω尺寸相同的区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ，同时保持重构区域Θ与分解区域Ω各面的水平矢量方向和垂直矢量方向相同；
在本实施例中，所述空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ为实际物理空间环境，一般处于微波暗室中或开阔场环境中。
步骤4.2，在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ周围，距离每个平面d米处设置一个双极化天线，所述双极化天线的工作频率覆盖效应物敏感频率范围[fL,fU]，且d满足：
Figure BDA0002399778820000121
其中，D为双极化天线口径，c为真空中光速；
此外，所述双极化天线的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时双极化天线的水平极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的水平矢量方向相同，垂直极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的垂直矢量方向相同。
步骤4.3，通过双极化天线将放大后的矢量构建信号波形组的水平矢量信号、垂直矢量信号对相应的重构区域面进行辐射，实现重构区域各面电磁环境空间合成构建。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
步骤1，以得到矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000131
为例，详细说明空间复杂电磁环境矢量分解过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行空间复杂电磁环境矢量分解，步骤如下：
步骤1.1，如图2所示，根据效应物1最大尺寸，确定构建的空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω2的尺寸为3m×1m×1m；
步骤1.2，按照如图3所示的矢量方向规则3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω2各面的水平矢量方向和垂直矢量方向进行定义；
步骤1.3，以信号矢量分解示例面4为例，详细说明空间电磁环境矢量分解过程，其余5个面参照该示例进行矢量分解；对空间电磁环境在信号矢量分解示例面上进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000132
垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000133
步骤1.4，如图4所示，得到矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000134
其中
Figure BDA0002399778820000135
步骤2，以矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000136
为例，详细说明矢量信号波形剪裁过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行矢量信号波形剪裁，步骤如下：
步骤2.1，频率剪裁：
步骤2.11，将信号
Figure BDA0002399778820000137
Figure BDA0002399778820000138
采用傅里叶变换变换至频域，得到敏感频率剪裁前的频域波形
Figure BDA0002399778820000139
和
Figure BDA00023997788200001310
如图5所示；
步骤2.12，根据敏感频率范围[200MHz,500MHz]，将
Figure BDA00023997788200001311
和
Figure BDA00023997788200001312
中200MHz以下、500MHz以上的信号幅度置为0，保留200MHz至500MHz以内的信号，得到敏感频率剪裁后的频域波形
Figure BDA00023997788200001313
和
Figure BDA00023997788200001314
如图6所示；
步骤2.13，通过逆傅里叶变换将
Figure BDA00023997788200001315
和
Figure BDA00023997788200001316
变换至时域，得到剪裁后的水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001317
垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001318
步骤2.14，如图7所示，进而得到剪裁后的矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000141
其中
Figure BDA0002399778820000142
步骤2.2，幅度剪裁：
步骤2.21，根据敏感电平1200V/m，将矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000143
中各矢量信号进行幅度剪裁，将1200V/m以下的信号幅度置为0，保留1200V/m以上的信号，得到剪裁后的水平矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000144
垂直矢量分解信号
Figure BDA0002399778820000145
步骤2.22，如图8所示，进而得到剪裁后的矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000146
其中
Figure BDA0002399778820000147
步骤3，以矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000148
为例，详细说明矢量信号波形生成过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行矢量信号波形生成；步骤如下：
步骤3.1，对矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000149
中的每个矢量信号进行幅值归一化处理：
步骤3.11，根据式(7)对水平矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001410
进行归一化处理，得到水平矢量构建信号V1x；
步骤3.12，根据式(8)对垂直矢量分解信号
Figure BDA00023997788200001411
进行归一化处理，得到垂直矢量构建信号V1y；
步骤3.13，如图9所示，进而得到矢量构建信号波形组Λ1；
步骤3.2，通过双通道任意波形发生器5将矢量构建信号波形组Λ1各矢量信号转换成实际电磁信号；
步骤3.3,通过微波功率放大器6将步骤3.2中的转换成电磁信号的矢量构建信号波形组Λ1进行放大；
步骤4，以矢量构建信号波形组Λ1为例，详细说明空间复杂电磁环境矢量合成重构过程，其余矢量构建信号波形组参考该示例进行空间复杂电磁环境矢量合成重构，步骤如下：
步骤4.1，如图10所示，在微波暗室中确定空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ8；
步骤4.2，在距离信号矢量分解示例面5米处设置一个双极化喇叭天线7，双极化喇叭天线7的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时天线的水平极化方向与重构区域的水平矢量方向相同，垂直极化方向与重构区域的垂直矢量方向相同；
步骤4.3，将步骤3.3中放大后的水平矢量构建信号馈入双极化喇叭天线的水平极化信号输入端口，将放大后的垂直矢量构建信号馈入双极化喇叭天线的垂直极化信号输入端口；
步骤4.4，调节双通道任意波形发生器5各通道输出功率，使得在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ8对应面水平矢量信号电平幅度、垂直矢量信号电平幅度与矢量分解信号波形组
Figure BDA0002399778820000151
相应矢量信号电平幅度相同。
至此，完成空间复杂电磁环境矢量分解再合成构建。
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 (8)

1.一种复杂电磁环境构建方法，其特征在于，包括：
步骤1，进行空间复杂电磁环境矢量分解，得到矢量分解信号波形集；
步骤2，对矢量分解信号波形集进行矢量信号波形剪裁；
步骤3，对剪裁后的矢量分解信号波形集进行归一化处理得到矢量构建信号波形集，然后转换成实际电磁信号并放大；
步骤4，利用放大后的矢量构建信号波形集进行空间复杂电磁环境矢量合成重构；
步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1，根据效应物的外形尺寸，确定一个外切长方体区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω；
步骤1.2，确定所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω中所有6个面
Figure FDA0003454368770000011
的水平矢量方向和垂直矢量方向；
步骤1.3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的第i个面
Figure FDA0003454368770000012
对空间电磁环境进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到
Figure FDA0003454368770000013
面的水平矢量信号波形
Figure FDA0003454368770000014
和垂直矢量信号波形
Figure FDA0003454368770000015
步骤1.4，重复步骤1.3，得到空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω所有6个面的矢量分解信号波形集Δ(1)，其中：
Figure FDA0003454368770000016
其中，
Figure FDA0003454368770000017
为
Figure FDA0003454368770000018
面的矢量分解信号波形组，且
Figure FDA0003454368770000019
式中，i＝1,2,…,6，
Figure FDA00034543687700000110
为水平矢量分解信号，
Figure FDA00034543687700000111
为垂直矢量分解信号。
2.根据权利要求1所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行频率剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)；
步骤2.2，根据效应物敏感电平A，对频率剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行幅度剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)。
3.根据权利要求2所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤2.1包括如下子步骤：
步骤2.11，通过傅里叶变换，将步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure FDA0003454368770000021
的水平矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000022
和垂直矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000023
变换至频域，分别得到水平矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000024
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000025
步骤2.12，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对水平矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000026
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000027
进行频率剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000028
和剪裁后的垂直矢量分解信号频域波形
Figure FDA0003454368770000029
步骤2.13，通过逆傅里叶变换，将剪裁后的水平矢量分解信号频域波形
Figure FDA00034543687700000210
和垂直矢量分解信号频域波形
Figure FDA00034543687700000211
变换至时域，得到水平矢量分解信号
Figure FDA00034543687700000212
和垂直矢量分解信号
Figure FDA00034543687700000213
步骤2.14，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure FDA00034543687700000214
其中：
Figure FDA00034543687700000215
步骤2.15，重复步骤2.11～2.14，直至对所有Δ(1)中所有矢量分解信号波形组完成频率剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)，其中：
Figure FDA0003454368770000031
4.根据权利要求2或3所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤2.2包括如下子步骤：
步骤2.21，根据效应物敏感电平A，对矢量分解信号波形集Δ(2)中的第i个矢量分解信号波形组
Figure FDA0003454368770000032
的水平矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000033
和垂直矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000034
进行幅度剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000035
和剪裁后的垂直矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000036
步骤2.22，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组
Figure FDA0003454368770000037
其中：
Figure FDA0003454368770000038
步骤2.23，重复步骤2.21～2.22，直至对所有Δ(2)中所有矢量分解信号波形组完成幅度剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)，其中：
Figure FDA0003454368770000039
5.根据权利要求1所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤3包括如下子步骤：
步骤3.1，对矢量分解信号波形集Δ(3)中的每个矢量信号进行幅值归一化处理，得到矢量构建信号波形集Λ；
步骤3.2，通过信号模拟设备，将矢量构建信号波形集Λ中每个矢量信号转换成实际电磁信号；
步骤3.3，通过信号放大设备，将步骤3.2中转换成电磁信号的矢量构建信号波形集Λ进行放大。
6.根据权利要求5所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤3.1包括如下子步骤：
步骤3.11，对第i个矢量分解信号波形组
Figure FDA0003454368770000041
的水平矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000042
进行幅值归一化处理，得到水平矢量构建信号Vix：
Figure FDA0003454368770000043
其中，
Figure FDA0003454368770000044
表示求取
Figure FDA0003454368770000045
绝对值的最大值；
步骤3.12，对第i个矢量分解信号波形组
Figure FDA0003454368770000046
的垂直矢量分解信号
Figure FDA0003454368770000047
进行幅值归一化处理，得到垂直矢量构建信号Viy：
Figure FDA0003454368770000048
其中，
Figure FDA0003454368770000049
表示求取
Figure FDA00034543687700000410
绝对值的最大值；
步骤3.13，得到第i个矢量构建信号波形组Λi，其中：
Λi＝{Vix,Viy} (9)
步骤3.14，重复步骤3.11～3.13，完成所有矢量分解信号波形组的幅值归一化处理，并得到矢量构建信号波形集Λ，其中：
Λ＝{Λ1,Λ2,Λ3,Λ4,Λ5,Λ6} (10)。
7.根据权利要求1所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，步骤4包括如下子步骤：
步骤4.1，在空间中，确定一个与空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω尺寸相同的区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ，同时保持重构区域Θ与分解区域Ω各面的水平矢量方向和垂直矢量方向相同；
步骤4.2，在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ周围，距离每个平面d米处设置一个双极化天线，所述双极化天线的工作频率覆盖效应物敏感频率范围[fL,fU]，且d满足：
Figure FDA0003454368770000051
其中，D为双极化天线口径，c为真空中光速；
步骤4.3，通过双极化天线将放大后的矢量构建信号波形组的水平矢量信号、垂直矢量信号对相应的重构区域面进行辐射，实现重构区域各面电磁环境空间合成构建。
8.根据权利要求7所述的复杂电磁环境构建方法，其特征在于，所述双极化天线的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时双极化天线的水平极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的水平矢量方向相同，垂直极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的垂直矢量方向相同。
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