CN113092915B - 一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法,包括以下步骤：S1：开展射频设备电磁敏感辐照试验，找到其电磁环境适应性边界；S2：建立射频设备天线端口电磁特性参数集；S3：建立射频设备工作场景电磁环境指标参数集；S4：建立射频设备工作场景电磁信号传播模型；S5：根据边界测试结果，结合天线端口响应等效，对试验边界对应的工作场景进行快速推演。本发明依据射频设备端口对各类电磁信号的响应特性，在试验得到电磁适应性边界的基础上，通过设备端口响应，对边界所对应的工作场景进行快速推演，并提高了射频设备电磁环境适应性评估全面性和可信度。

Description

一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法
技术领域
本发明涉及电磁环境适应性领域，特别是涉及一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法。
背景技术
射频设备面临的复杂电磁环境组成极为复杂，具有时域跳变、空域尺度大、能量极强、频谱覆盖范围广、信号种类多的特点，除与任务功能相关的电磁环境外还包括各类背景电磁环境和威胁电磁环境，是一个随时间、空间、工作方式改变而在频率、幅度和相位上连续变化的物理场。
由于受仪器和试验水平的限制，要完全遍历模拟射频设备面临的电磁环境比较困难。根据射频设备工作指标及性能，通过开展试验可以得到在某些场景或某些信号下射频设备的电磁适应性边界，难以满足射频设备实际工作场景下电磁环境适应性边界摸边探底的需求，对射频设备电磁环境适应性评估不全面且可信度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，依据射频设备端口对各类电磁信号的响应特性，在试验得到电磁适应性边界的基础上，通过设备端口响应，对边界所对应的工作场景进行快速推演，并提高了射频设备电磁环境适应性评估全面性和可信度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，包括以下步骤：
S1：开展射频设备电磁敏感辐照试验，找到其电磁环境适应性边界；
S2：建立射频设备天线端口电磁特性参数集；
S3：建立射频设备工作场景电磁环境指标参数集；
射频设备工作场景由多个运动的辐射源对外辐射电磁信号形成；射频设备工作场景电磁环境指标参数集包括每一个辐射源的信息和每一个辐射源的辐射信号信息；
辐射源的信息包括辐射源的位置信息和速度信息；
辐射源的辐射信号信息包括辐射源辐射信号的时域信息、频域信息、能域信息以及信号传播过程中路径损耗信息；
S4：建立射频设备工作场景电磁信号传播模型；
S5：根据边界测试结果，结合天线端口响应等效，对试验边界对应的工作场景进行快速推演：
通过试验得到的边界，其本质是射频设备敏感时对应信号的输出功率，因此试验边界对应的工作场景快速推演的本质是：根据射频设备的工作场景，推演出试验边界对应的，在该工作场景下，会造成射频设备敏感的电磁信号功率；
考虑到天线端口自身的电磁参数，以及从试验角度出发，天线端口能够测试的主要是天线接收信号功率，因此采用电磁辐照敏感试验手段测试天线端口的边界，并采用如下公式推演：
Figure BDA0003016044300000021
其中，Pi为工作场景中第i个辐射源的辐射功率，Gui为工作场景中第i个辐射源的发射增益，Gri为天线端口接收工作场景中第i个辐射源时的增益，λi为工作场景中第i个辐射源对应的波长，与辐射源频率相关，pi为工作场景中第i个辐射源与射频端口的极化匹配因子，Ri为工作场景中第i个辐射源与射频端口距离，Li为工作场景中第i个辐射源的电磁环境信号传播至天线端口的路径传输损耗，Prad为试验得到的射频设备电磁环境适应性边界，
Figure BDA0003016044300000022
为试验天线发射增益，Rs为试验期间试验天线与射频设备天线端口距离，Ls为试验期间电磁信号传播到射频端口的路径传输损耗；通过Prad推导得到的Pi即为推演结果。
本发明的有益效果是：本发明通过对各类辐射源特点、变化规律以及射频设备端口响应的分析，在复杂电磁环境下射频设备端口对应的敏感剖面是不变的。因此，依据射频设备端口对各类电磁信号的响应特性，在试验得到电磁适应性边界的基础上，通过设备端口响应，对边界所对应的工作场景进行快速推演。本发明可实现射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演，有效解决现有方法存在的射频设备实际工作场景难构建、难遍历、电磁环境适应性评估不全面等难题。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为寻找射频设备电磁环境适应性边界的流程图；
图3为射频设备天线端口电磁特性参数集的示意图；
图4为射频设备工作场景电磁环境指标参数集的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：开展射频设备电磁敏感辐照试验，找到其电磁环境适应性边界；
S2：建立射频设备天线端口电磁特性参数集；
S3：建立射频设备工作场景电磁环境指标参数集；
S4：建立射频设备工作场景电磁信号传播模型；
S5：根据边界测试结果，结合天线端口响应等效，对试验边界对应的工作场景进行快速推演。
如图2所示，所述步骤S1包括：
S101.射频设备开机预热；
S102.射频设备系统校准；
S103.构建射频设备功能电磁环境，判断射频设备是否可以正常工作：
若否，则返回步骤S102,重新进行射频设备系统校准；
若是，则在射频设备天线端口后端连接频谱分析仪，用于测量天线端口接受的信号功率值，并进入步骤S104；
上述判断过程能够确保没有干扰的情况下，射频设备可以正常工作，以便于后续的边界测试；
S104.设置试验环境信号参数，对射频设备开展辐照测试；此处的试验环境其实就是干扰环境，与之前的功能环境不同，主要是为了判断干扰环境能否对射频设备产生干扰；试验环境信号参数很多，需要根据射频设备的情况进行设定；
S105.调节信号输出功率，判断射频设备是否出现敏感现象：
若否，继续调节信号输出功率直至射频设备出现敏感现象；
若是，进入步骤S106；
S106.根据试验需要，判断是否继续针对此类信号重新设置试验环境信号参数(出现敏感时的输出功率，其实对应于设置试验环境信号参数，当改变其中某一个参数，出现敏感时的输出功率也会随之改变)：
若是，则返回步骤S104；
若否，则记录此时频谱分析仪接收功率值，将其作为射频设备对当前环境的适应性边界，也称为敏感边界。
如图3所示，步骤S2中所述的射频设备天线端口电磁特性参数集包括天线端口信息和天线端口的接收信号信息；
所述天线端口信息包括天线端口相对于地面的方位角信息、天线端口相对于地面的俯仰角信息、天线端口的位置信息以及天线端口的速度信息；
天线端口的接收信号信息包括天线端口接收信号的方向图信息、时域信息以及信号传播过程中路径损耗信息。
其中，天线端口可以用于接收或对外辐射电磁信号，要根据射频设备的工作需求。在电磁环境适应性边界测试中，天线端口主要是接收外部电磁环境。方向图是天线最主要的电磁参数，通过方向图可以知道天线在空间中的辐射或接收情况，通过方向图，可以得到天线在工作频点下，不同俯仰角和方位角对应的增益，接收天线增益可以用Gr(f，θ，Φ)表示，其中，f代表所接收电磁环境信号时的频率信息，θ，Φ代表天线接收电磁环境信号时的方位角和俯仰角。从电磁信号空间分布考虑，电磁环境中的信号除了被天线的主瓣接收，也有可能通过天线的副瓣接收；从电磁信号频段分布考虑，天线接收的信号既有带内信号，也有带外信号，这些情况下天线接收信号情况都可以通过Gr(f，θ，Φ)进行表征。因此，天线自身的电磁参数，使得我们对射频设备天线端口电磁特性参数集分为天线端口信息和天线端口的接收信号信息。
天线端口信息中的天线端口相对于地面的方位角信息、天线端口相对于地面的俯仰角信息，会影响天线自身的方向图方向，进而影响天线的接收增益；天线端口的位置信息以及天线端口的速度信息主要是影响天线与外部电磁环境的极化匹配(极化匹配程度可以影响天线接收信号的功率值，当天线与外部辐射源极化方向一致时，接收信号功率值最大)以及天线自身的方向图方向。
天线端口的接收信号信息中的天线端口接收信号的方向图信息，主要是天线接收信号时方向图指向，以及外部电磁环境的频率对应的天线自身的方向图特性；时域信息主要是天线接收信号时的时间分布信息；信号传播过程中路径损耗信息主要是由于信号在传递过程中带来的传播损耗。
所述步骤S3中，射频设备工作场景由多个运动的辐射源对外辐射电磁信号形成；如图4所示，射频设备工作场景电磁环境指标参数集包括每一个辐射源的信息和每一个辐射源的辐射信号信息；
辐射源的信息包括辐射源的位置信息和速度信息(影响辐射源方向图指向、辐射源与天线端口距离以及辐射源与天线端口的极化匹配程度)；
辐射源的辐射信号信息包括辐射源辐射信号的时域信息(辐射源运动时间、辐射源电磁参数随时间分布信息)、频域信息(辐射源的工作频率，这个对应于天线端口的方向图信息，有些辐射源的工作频率位于天线端口工作频段内，有些辐射源的工作频率位于天线端口工作频段外，影响天线端口的接收增益)、能域信息(即辐射源的对外辐射功率)以及信号传播过程中路径损耗信息。
进一步地，所述步骤S4中，建立的射频设备工作场景电磁信号传播模型用于表征电磁信号从辐射源到射频设备天线端口的电波传播特性；
在一些实施例中，电磁信号传播模型可以采用经验传播模型，经验传播模型通过在不同传播环境中通过大量的实测数据进行统计来获得；
在另外一些实施例中，电磁信号传播模型也可以采用确定性模型，所述确定性模型的建立主要基于对环境的描述和电磁波传播损耗，环境的描述由不同的精度等级的地形地物数据库中得到；确定性模型通常会直接查找相关的数据库来进行获取。
进一步地，所述步骤S5中通过试验得到的边界，其本质是射频设备敏感时对应信号的输出功率，因此试验边界对应的工作场景快速推演的本质是：根据射频设备的工作场景，推演出试验边界对应的，在该工作场景下，会造成射频设备敏感的电磁信号功率；
考虑到天线端口自身的电磁参数，以及从试验角度出发，天线端口能够测试的主要是天线接收信号功率，因此采用电磁辐照敏感试验手段测试天线端口的边界，并采用如下公式推演：
Figure BDA0003016044300000051
其中，Pi为工作场景中第i个辐射源的辐射功率，Gui为工作场景中第i个辐射源的发射增益，Gri为天线端口接收工作场景中第i个辐射源时的增益，λi为工作场景中第i个辐射源对应的波长，与辐射源频率相关，pi为工作场景中第i个辐射源与射频端口的极化匹配因子，Ri为工作场景中第i个辐射源与射频端口距离，Li为工作场景中第i个辐射源的电磁环境信号传播至天线端口的路径传输损耗，Prad为试验得到的射频设备电磁环境适应性边界，
Figure BDA0003016044300000052
为试验天线发射增益，Rs为试验期间试验天线与射频设备天线端口距离，Ls为试验期间电磁信号传播到射频端口的路径传输损耗；通过Prad推导得到的Pi即为推演结果。
综上，本发明通过对各类辐射源特点、变化规律以及射频设备端口响应的分析，在复杂电磁环境下射频设备端口对应的敏感剖面是不变的。因此，依据射频设备端口对各类电磁信号的响应特性，在试验得到电磁适应性边界的基础上，通过设备端口响应，对边界所对应的工作场景进行快速推演。本发明可实现射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演，有效解决现有方法存在的射频设备实际工作场景难构建、难遍历、电磁环境适应性评估不全面等难题。
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：开展射频设备电磁敏感辐照试验，找到其电磁环境适应性边界；
S2：建立射频设备天线端口电磁特性参数集；
S3：建立射频设备工作场景电磁环境指标参数集；
S4：建立射频设备工作场景电磁信号传播模型；
S5：根据边界测试结果，结合天线端口响应等效，对试验边界对应的工作场景进行快速推演；
试验边界的本质是射频设备敏感时对应信号的输出功率，因此试验边界对应的工作场景快速推演的本质是：根据射频设备的工作场景，推演出试验边界对应的，在该工作场景下，会造成射频设备敏感的电磁信号功率；
考虑到天线端口自身的电磁参数，以及从试验角度出发，天线端口能够测试的主要是天线接收信号功率，因此采用电磁辐照敏感试验手段测试天线端口的边界，并采用如下公式推演：
Figure FDA0003209122940000011
其中，Pi为工作场景中第i个辐射源的辐射功率，Gui为工作场景中第i个辐射源的发射增益，Gri为天线端口接收工作场景中第i个辐射源时的增益，λi为工作场景中第i个辐射源对应的波长，与辐射源频率相关，pi为工作场景中第i个辐射源与射频端口的极化匹配因子，Ri为工作场景中第i个辐射源与射频端口距离，Li为工作场景中第i个辐射源的电磁环境信号传播至天线端口的路径传输损耗，Prad为试验得到的射频设备电磁环境适应性边界，
Figure FDA0003209122940000012
为试验天线发射增益，Rs为试验期间试验天线与射频设备天线端口距离，Ls为试验期间电磁信号传播到射频端口的路径传输损耗；通过Prad推导得到的Pi即为推演结果。
2.根据权利要求1所述的一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
S101.射频设备开机预热；
S102.射频设备系统校准；
S103.构建射频设备功能电磁环境，判断射频设备是否可以正常工作：
若否，则返回步骤S102,重新进行射频设备系统校准；
若是，则在射频设备天线端口后端连接频谱分析仪，用于测量天线端口接受的信号功率值，并进入步骤S104；
S104.设置试验环境信号参数，对射频设备开展辐照测试；
S105.调节信号输出功率，判断射频设备是否出现敏感现象：
若否，继续调节信号输出功率直至射频设备出现敏感现象；
若是，进入步骤S106；
S106.根据试验需要，判断是否继续针对此类信号重新设置试验环境信号参数：
若是，则返回步骤S104；
若否，则记录此时频谱分析仪接收功率值，将其作为射频设备对当前环境的适应性边界。
3.根据权利要求1所述的一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：步骤S2中所述的射频设备天线端口电磁特性参数集包括天线端口信息和天线端口的接收信号信息；
所述天线端口信息包括天线端口相对于地面的方位角信息、天线端口相对于地面的俯仰角信息、天线端口的位置信息以及天线端口的速度信息；
天线端口的接收信号信息包括天线端口接收信号的方向图信息、时域信息以及信号传播过程中路径损耗信息。
4.根据权利要求1所述的一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：所述步骤S3中，射频设备工作场景由多个运动的辐射源对外辐射电磁信号形成；射频设备工作场景电磁环境指标参数集包括每一个辐射源的信息和每一个辐射源的辐射信号信息；
辐射源的信息包括辐射源的位置信息和速度信息；
辐射源的辐射信号信息包括辐射源辐射信号的时域信息、频域信息、能域信息以及信号传播过程中路径损耗信息。
5.根据权利要求1所述的一种射频设备电磁环境适应性边界场景快速推演方法，其特征在于：所述步骤S4中，建立的射频设备工作场景电磁信号传播模型用于表征电磁信号从辐射源到射频设备天线端口的电波传播特性。
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