CN113076675B - 一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法 - Google Patents

一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁防护技术领域，更具体而言，涉及一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，包括登陆艇电磁模型建模、登陆艇天线电磁模型建模、登陆艇线缆spice模型建模、登陆艇甲板及舱室电磁环境仿真、线缆耦合电压和电流仿真，将登陆艇甲板及舱室电磁环境、多天线之间的隔离度和登陆艇耦合电压和电流的仿真数据进行后处理，并进行仿真优化，最终得出气垫登陆艇电磁环境效应仿真结果。本发明通过电磁仿真平台建立分析不同类型线缆的传输线模型，采取“场”和“路”相结合的方式研究传输线电磁兼容性，在TLM算法、电路分析以及全波算法全覆盖的电磁仿真软件平台上，实现场路协同仿真。

Description

一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法
技术领域
本发明涉及电磁防护技术领域，更具体而言，涉及一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法。
背景技术
气垫登陆艇作为运送登陆兵及其武器装备在岸滩直接登陆的登陆作战舰艇，承担着输送人员、车辆、坦克和物资直接登岸作战使命，已成为海上作战并极具特色的特种船只。由于气垫登陆艇甲板面积狭小，甲板面天线布置密集，因此气垫登陆艇电磁兼容性设计显得尤为重要。
目前，我国在气垫登陆艇设计领域，尚未形成系统的登陆艇电磁环境效应仿真方法，不具备登陆艇电磁环境效应防护自顶向下设计能力，设计师在登陆艇设计阶段很难规避电磁防护的过设计和欠设计问题。因此，有必要提出一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，提供一种可实现气垫登陆艇总体电磁兼容设计的气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，包括：
S1、登陆艇电磁模型建模：
S11、将登陆艇按1:1建模并将模型导入仿真平台；
S12、对登陆艇模型进行自适应网格划分；
S13、设定仿真参数，包括设定材料电磁参数、仿真频率、仿真边界条件及仿真背景；
S2、登陆艇天线电磁模型建模：建立登陆艇天线数据库，将天线模型导入仿真平台并进行电磁特性参数设置；
S3、登陆艇线缆spice模型建模：建立登陆艇线缆数据库，将登陆艇线缆路径导入仿真平台并设置电磁特性信息；
S4、登陆艇甲板及舱室电磁环境仿真：
S41、设置仿真激励源；
S42、采用有限积分法和高频弹跳射线法进行求解，仿真计算得出登陆艇甲板及舱室电磁环境；
S5、多天线隔离度仿真：通过多端口S参数或高频弹跳射线法对登陆艇天线电磁模型进行求解，仿真计算得出多天线之间的隔离度；
S6、线缆耦合电压和电流仿真：通过TLM Solver算法对登陆艇线缆spice模型进行求解，仿真计算得出登陆艇耦合电压和电流；
S7、将登陆艇甲板及舱室电磁环境、多天线之间的隔离度和登陆艇耦合电压和电流的仿真数据进行后处理，并进行仿真优化，最终得出气垫登陆艇电磁环境效应仿真结果。
进一步的，所述S11中，导入仿真平台之前对登陆艇模型进行简化，去除与电磁仿真无关的结构，减少仿真计算量。
进一步的，所述S41中，仿真激励源采用单级子短波发射天线，天线设置于登陆艇后区，天线尺寸10m，直径100mm，工作频率为3MHz～30MHz，工作方向为水平全向，极化方式为垂直极化。
进一步的，所述S42中，采用Time Domain Solver求解器对短波发射天线对甲板及舱室电磁环境的影响进行仿真计算。
进一步的，所述S2中，天线模型包括100W短波鞭状发射天线、1000W短波鞭状发射天线和短波鞭状接收天线。
进一步的，所述S6中，电缆耦合电压和电流仿真包括：
S61、剖分网格，把复杂线缆分成均匀直线段，仿真程序自动检测每一小段线缆周围金属结构；
S62、根据传输线建模，抽取传输线等效电路模型，根据线缆结构和布线相关数据抽取电路仿真所需的二维传输线模型，从“路”角度分析整个系统的线缆。
进一步的，还包括：
S63、对提取的电路模型进行分析计算，在电路仿真中使用等效线缆模型，将模型传输到电路仿真器，定义负载，运行仿真计算得到时域或频域线缆终端负载上的传输特性。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、本发明通过运用电磁干扰分析仿真算法和隔离度仿真算法对甲板面的天线进行电磁干扰分析，通过运用有限积分法和高频弹跳射线仿真算法对登陆艇大功率辐射天线对甲板面和舱室电磁环境影响仿真分析，通过“场”和“路”协同的电磁仿真设计技术进行传输线电磁兼容性仿真分析，为气垫登陆艇总体电磁兼容设计涉及提供依据。
2、本发明可以对高频率宽频段电磁环境下电大尺寸登陆艇电磁环境效应仿真，完成自顶向下登陆艇电磁防护指标量化分解，解决电磁防护存在的过设计和欠设计问题，实现气垫登陆艇总体电磁兼容设计的优化。
3、本发明电磁仿真预测设计精准高效、仿真设计方法适用性强，成本较低。
附图说明
下面将通过附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
图1为气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计流程图；
图2为短波天线仿真模型；
图3为短波天线垂直方向图(3MHz)(E面)；
图4为短波天线水平方向图(3MHz)(H面)；
图5为短波天线三维方向图(3MHz)；
图6为短波天线加载后天线垂直方向图(E面)；
图7为短波天线加载后天线水平方向图(3MHz)(H面)；
图8为短波天线加载后天线三维方向图(3MHz)；
图9为登陆艇甲板面电场强度分布；
图10为甲板通道电场强度；
图11为甲板舱室平台电场强度；
图12为舱室内电场强度；
图13为短波通信天线布置图；
图14为天线隔离度仿真结果；
图15为不同间距(10mm-90mm)线缆串扰情况图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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：
如图1至图15所示，一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，包括：
S1、登陆艇电磁模型建模：
S11、将登陆艇按1:1建模并将模型导入仿真平台，实际登陆艇结构及其复杂，机体内外均由大量的细小结构和精密单元构成，在电磁仿真中，首先需要对登陆艇进行简化，保持登陆艇的基本信息，去除与电磁仿真无关的结构，减少仿真计算量，保证仿真计算的效率和准确性；
S12、对登陆艇模型进行自适应网格划分；
S13、设定仿真参数，包括设定材料电磁参数、仿真频率、仿真边界条件及仿真背景；
S2、登陆艇天线电磁模型建模：建立登陆艇天线数据库，将天线模型导入仿真平台并进行电磁特性参数设置，天线模型如图13所示，1天线为100W短波鞭状发射天线，2天线为1000W短波鞭状发射天线，3天线、4天线为短波鞭状接收天线。
S3、登陆艇线缆spice模型建模：建立登陆艇线缆数据库，将登陆艇线缆路径导入仿真平台并设置电磁特性信息；
S4、登陆艇甲板及舱室电磁环境仿真：
S41、设置仿真激励源，仿真激励源采用单级子短波发射天线，单级子短波发射天线采用10m鞭状天线，天线设置于登陆艇后区，天线尺寸10m，直径100mm，工作频率为3MHz～30MHz，工作方向为水平全向，极化方式为垂直极化；
如图3至图8所示，通过短波发射天线加载在舰艇上的远场方向图和加载前远场方向图对比可以得出，舰艇结构对天线方向性的影响很大，导致天线方向图发生很大的变化，主要辐射方向变为舰艇前方和后方。
S42、通过Time Domain Solver求解器采用有限积分法和高频弹跳射线法对短波天线对舰面电磁环境影响进行求解，仿真计算得出登陆艇甲板及舱室电磁环境，仿真结构如图9至图12所示。
S5、多天线隔离度仿真：通过多端口S参数或高频弹跳射线法对登陆艇天线电磁模型进行求解，仿真计算得出多天线之间的隔离度；
通过隔离度仿真，分析天线间干扰情况，隔离度仿真结果如图14所示。
S6、线缆耦合电压和电流仿真：通过TLM Solver算法对登陆艇线缆spice模型进行求解，仿真计算得出登陆艇耦合电压和电流，包括：
S61、剖分网格，把复杂线缆分成均匀直线段，仿真程序自动检测每一小段线缆周围金属结构；
S62、根据传输线建模，抽取传输线等效电路模型，根据线缆结构和布线相关数据抽取电路仿真所需的二维传输线模型，从“路”角度分析整个系统的线缆；
S63、对提取的电路模型进行分析计算，在电路仿真中使用等效线缆模型，将模型传输到电路仿真器，定义负载，运行仿真计算得到时域或频域线缆终端负载上的传输特性。
仿真结构如图15所示。
S7、将登陆艇甲板及舱室电磁环境、多天线之间的隔离度和登陆艇耦合电压和电流的仿真数据进行后处理，并进行仿真优化，最终得出气垫登陆艇电磁环境效应仿真结果。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，其特征在于：包括
S1、登陆艇电磁模型建模：
S11、将登陆艇按1:1建模并将模型导入仿真平台；
S12、对登陆艇模型进行自适应网格划分；
S13、设定仿真参数，包括设定材料电磁参数、仿真频率、仿真边界条件及仿真背景；
S2、登陆艇天线电磁模型建模：建立登陆艇天线数据库，将天线模型导入仿真平台并进行电磁特性参数设置；
S3、登陆艇线缆spice模型建模：建立登陆艇线缆数据库，将登陆艇线缆路径导入仿真平台并设置电磁特性信息；
S4、登陆艇甲板及舱室电磁环境仿真：
S41、设置仿真激励源；
S42、采用有限积分法和高频弹跳射线法进行求解，仿真计算得出登陆艇甲板及舱室电磁环境；
S5、多天线隔离度仿真：通过多端口S参数或高频弹跳射线法对登陆艇天线电磁模型进行求解，仿真计算得出多天线之间的隔离度；
S6、线缆耦合电压和电流仿真：通过TLM Solver算法对登陆艇线缆spice模型进行求解，仿真计算得出登陆艇耦合电压和电流；
S61、剖分网格，把复杂线缆分成均匀直线段，仿真程序自动检测每一小段线缆周围金属结构；
S62、根据传输线建模，抽取传输线等效电路模型，根据线缆结构和布线相关数据抽取电路仿真所需的二维传输线模型，从“路”角度分析整个系统的线缆；
S63、对提取的电路模型进行分析计算，在电路仿真中使用等效线缆模型，将模型传输到电路仿真器，定义负载，运行仿真计算得到时域或频域线缆终端负载上的传输特性；
S7、将登陆艇甲板及舱室电磁环境、多天线之间的隔离度和登陆艇耦合电压和电流的仿真数据进行后处理，并进行仿真优化，最终得出气垫登陆艇电磁环境效应仿真结果。
2.根据权利要求1所述的一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，其特征在于：所述S11中，导入仿真平台之前对登陆艇模型进行简化，去除与电磁仿真无关的结构，减少仿真计算量。
3.根据权利要求1所述的一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，其特征在于：所述S41中，仿真激励源采用单级子短波发射天线，天线设置于登陆艇后区，天线尺寸10m，直径100mm，工作频率为3MHz～30MHz，工作方向为水平全向，极化方式为垂直极化。
4.根据权利要求1所述的一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，其特征在于：所述S42中，所述有限积分法采用Time Domain Solver求解器对短波发射天线进行仿真计算。
5.根据权利要求1所述的一种气垫登陆艇电磁环境效应仿真设计方法，其特征在于：所述S2中，天线模型包括100W短波鞭状发射天线、1000W短波鞭状发射天线和短波鞭状接收天线。
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