CN117668058A - 一种带有改进型复杂电磁环境构设装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种改进型复杂电磁环境构设装置及操作方法，包括：三维可视化模块、数据处理模块、地理数据更新模块、地形测量计算模块及电磁信号和地理形貌数据库；数据处理模块包含：远场电磁功率测量模块、近场电磁信号测量模块和输入模块；地理数据更新模块通过网络获取各地区的地形地理信息并转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；地形测量计算模块用于将实地测量的地形地理信息转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；三维可视化模块生成用于显示的三维地形图和叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图。
Description
技术领域
本发明属于电磁辐射技术领域，尤其涉及一种带有改进结构的复杂电磁环境构设装置。
背景技术
电磁辐射是工程电磁场理论和环境电磁特性研究领域中最为人们广泛关注和研究的方向。由于地表特性十分复杂决定了地表上的电磁辐射构成一个复杂电磁环境，电磁波在诸如海面、湖(河)面、干燥地面、潮湿地面等各种不同的地表形态和诸如山地、平原、丘陵和高大建筑物等起伏不平的地势地貌中传播时会表现出反射、折射、绕射、透射和散射等不同的传播机理。由于这些机理的发生具有很大的随机性，要准确预测复杂环境下的电磁辐射特性是相当困难的。
中国专利公开CN111355544A公开了一种城市环境电波路径预测方法和装置，该方法包括从基于地理信息系统和建筑信息模型联合构建的三维城市模型中获取有效建筑物和地理实体信息；获取电磁参数，将电磁参数、有效建筑物和地理实体信息以特定数据结构表示，构建三维电磁城市模型；根据收发射机参数、电磁波传播原理及多径信道的稀疏特性，结合电磁参数、有效建筑物和地理实体信息预测起到主要作用的电磁波，计算得到一个电传稀疏矩阵；根据电传稀疏矩阵预测目标预测场景中各个位置点的接收信号信息。
中国专利公开CN111355546A公开了一种无线电磁辐射的三维可视化方法，方法包括：获取无线电波的传播环境中物体的物理信息；基于物理信息，建立传播环境的三维虚拟模型，并确定物体在三维虚拟模型中的位置坐标；基于无线电波的信号发送点、无线电波的信号接收点及物体在三维虚拟模型中的位置坐标，确定无线电波的传播路径；基于信号发送点对应的电场强度及相位以及传播路径中目标位置的坐标，确定传播路径对应的电场强度及相位；基于传播路径及其对应的电场强度及相位，建立传播路径的三维虚拟模型；在传播环境的三维虚拟模型中显示传播路径的三维虚拟模型。
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，而开展上述工作的基础是构建高逼真度的复杂电磁环境。
当今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，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。现有技术需要提出一种结构简单，能够用于三维地理地图的复杂电磁环境构设设备。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提出一种改进型复杂电磁环境构设装置，所述装置包括：三维可视化模块、数据处理模块、地理数据更新模块、地形测量计算模块及电磁信号和地理形貌数据库；
其中数据处理模块包含：远场电磁功率测量模块、近场电磁信号测量模块和输入模块；
远场电磁功率测量模块根据电磁信号传播模型与输入到数据处理模块待测设备位置高程生成远场电磁信号功率测量结果；
近场电磁信号测量测量模块根据输入的待测设备位置高程生成近场电磁信号三维分布图形；
地理数据更新模块通过网络获取各地区的地形地理信息并转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
地形测量计算模块用于将实地测量的地形地理信息转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
三维可视化模块生成用于显示的三维地形图和叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述装置还包括计算机、存储在计算机存储装置中的数据库的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；
所述地理数据包括经纬度数据、气候数据、植被覆盖数据；
所述地形数据包括：河流湖泊、山脉走向及影响电磁信号传播的矿藏。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述三维可视化模块能够从数据库提取指定区域的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；生成并显示叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述三维可视化模块生成的叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像具有三维的放大、缩小、漫游功能；
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的数据库还包括：电磁信号传播模型数据库、测量设备数据库和带外电磁辐射数据库。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的数据处理模块根据输入的数据，在三维地形图上显示待测电磁辐射设备和测量设备的参数设置，待测电磁辐射设备和测量设备的天线参数能够手动设置。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的天线参数包括天线类型、辐射方位角、高度；待测电磁辐射设备和测量设备各项参数由人工设置，所述的参数包括：频率、带宽、电磁辐射样式和电磁辐射功率。
本发明的第二方面提出一种用于所述的改进型复杂电磁环境构设装置的操作方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，参数设置
1.1设置待测电磁辐射设备的发射参数，所述发射参数包括：发射频率、发射天线仰角、发射天线架高、发射天线位置、发射天线指向及发射天线极化方式；
1.2设置测量设备的接收参数，所述接收参数包括：接收频率带宽、接收天线仰角、接收天线架高、接收天线位置、接收天线指向、接收天线极化方式和接收天线天线主瓣范围；
1.3设置复杂电磁环境构设装置中数据处理模块的计算参数，包括电磁辐射角度计算间隔、电磁波主瓣计算距离、电磁波副瓣计算距离及测量区域大气折射率；
1.4待测电磁辐射设备的位置通过卫星导航设备获取或在三维地图上指定；
步骤2，电磁环境的计算
2.1所述的数据处理模块根据步骤1中输入参数按照给定的角度间隔和计算距离，生成电磁波的传播数据；
2.2所述的数据处理模块从数据库中提取传播路径上的地表形貌数据、植被覆盖数据和接收设备的天线参数，输入电波传播模型进行计算，得到不同传播路径的电磁信号衰减数据集；
2.3将每一射线按预定的采样间隔取点，得一系列三维坐标点，构成该射线对应的地形剖面；
2.4将天线参数和地形剖面等参数导入辐射计算模型，计算出每一个采样点对应的电磁波衰减数据集；
步骤3，计算结果可视化，
3.1三维可视化模块将电磁信号衰减数据集的各点进行栅格化，然后以栅格数据的形式实现区域整体可视化。
如本发明第二方面所述的操作方法，所述步骤2.2包括如下子步骤：
2.21所述的数据处理模块根据输入判断是否同时计算电磁信号的主瓣和副瓣，如果要求计算主瓣，则根据天线主瓣范围值按角度计算距离，生成电磁射线，每一个角度对应一条射线；
2.22当要求计算副瓣，则将天线主瓣范围之外的角度按角度计算间隔和副瓣计算距离，生成若干条射线。
如本发明第二方面所述的操作方法，所述步骤3还包括：三维可视化模块根据各个采样计算点的坐标，计算出测量区域的边界图形然后转换成图像，将图像进行地理配准，使之与真实计算区域相匹配；输出显示图像。
本发明基于三维地理信息技术，通过地理信息系统强大的数据管理和数据分析功能，整合地理高程模型数据、地表覆盖数据，利用高效的数据查询引擎为电磁辐射辐射衰减计算提供数据支持，建立统一的电波传输辐射衰减计算平台，使用三维地理信息系统独有的地理大场景三维可视化技术，融合卫星影像底图和高程模型数据，建立虚拟数字地球展示平台，同时配置电磁辐射辐射衰减计算结果三维化可视化方案，通过地理位置映射进行电磁环境构设的三维可视化展示。
附图说明
图1为本发明提出的改进型负载电磁环境构设结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本发明的第一方面提出一种改进型复杂电磁环境构设装置，所述装置包括：三维可视化模块、数据处理模块、地理数据更新模块、地形测量计算模块及电磁信号和地理形貌数据库；
其中数据处理模块包含：远场电磁功率测量模块、近场电磁信号测量模块和输入模块；
远场电磁功率测量模块根据电磁信号传播模型与输入到数据处理模块待测设备位置高程生成远场电磁信号功率测量结果；
近场电磁信号测量测量模块根据输入的待测设备位置高程生成近场电磁信号三维分布图形；
地理数据更新模块通过网络获取各地区的地形地理信息并转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
地形测量计算模块用于将实地测量的地形地理信息转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
三维可视化模块生成用于显示的三维地形图和叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述装置还包括计算机、存储在计算机存储装置中的数据库的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；
所述地理数据包括经纬度数据、气候数据、植被覆盖数据；
所述地形数据包括：河流湖泊、山脉走向及影响电磁信号传播的矿藏。
所述装置能够进行地理信息的输入、存储、编辑、查询、分析和模拟。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述三维可视化模块能够从数据库提取指定区域的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；生成并显示叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述三维可视化模块生成的叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像具有三维的放大、缩小、漫游功能；
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的数据库还包括：电磁信号传播模型数据库、测量设备数据库和带外电磁辐射数据库。
电磁信号测试软件是整个装置的一部分，电磁干扰计量测试功能包括：
1，建立带外杂散电磁辐射数据库，电磁辐射常用的数据包括：工作频率、频带宽度、辐射电平(功率)、二次谐波电平、三次谐波电平、杂散平均电平等。主要用于设备数据检索和测试记录存储。
2，进行带外杂散强度分析；
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的数据处理模块根据输入的数据，在三维地形图上显示待测电磁辐射设备和测量设备的参数设置，待测电磁辐射设备和测量设备的天线参数能够手动设置。
所述的改进型复杂电磁环境构设装，能够在数字地图上进行待测电磁辐射设备和测量设备参数设置及显示；待测电磁辐射设备和测量设备的天线参数(包括天线类型、辐射方位角、高度)能够手动设置，并在数字地图显示；待测设备参数能够保存为模板，再次使用时自动加载缺省值，也能够人工选择模板；待测设备和测量设备位置信息自动获取或在三维地图上指定。
地理位置信息能够通过卫星定位获取，包括gps，北斗卫星、伽利略和格罗纳斯系统获得地理位置信息。
如本发明第一方面所述的改进型复杂电磁环境构设装置，所述的天线参数包括天线类型、辐射方位角、高度；待测电磁辐射设备和测量设备各项参数由人工设置，所述的参数包括：频率、带宽、电磁辐射样式和电磁辐射功率。
本发明的第二方面提出一种用于所述的改进型复杂电磁环境构设装置的操作方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，参数设置
1.1设置待测电磁辐射设备的发射参数，所述发射参数包括：发射频率、发射天线仰角、发射天线架高、发射天线位置、发射天线指向及发射天线极化方式；
1.2设置测量设备的接收参数，所述接收参数包括：接收频率带宽、接收天线仰角、接收天线架高、接收天线位置、接收天线指向、接收天线极化方式和接收天线天线主瓣范围；
1.3设置复杂电磁环境构设装置中数据处理模块的计算参数，包括电磁辐射角度计算间隔、电磁波主瓣计算距离、电磁波副瓣计算距离及测量区域大气折射率；
1.4待测电磁辐射设备的位置通过卫星导航设备获取或在三维地图上指定；
步骤2，电磁环境的计算
2.1所述的数据处理模块根据步骤1中输入参数按照给定的角度间隔和计算距离，生成电磁波的传播数据；
2.2所述的数据处理模块从数据库中提取传播路径上的地表形貌数据、植被覆盖数据和接收设备的天线参数，输入电波传播模型进行计算，得到不同传播路径的电磁信号衰减数据集；
2.3将每一射线按预定的采样间隔取点，得一系列三维坐标点，构成该射线对应的地形剖面；
2.4将天线参数和地形剖面等参数导入辐射计算模型，计算出每一个采样点对应的电磁波衰减数据集；
步骤3，计算结果可视化，
3.1三维可视化模块将电磁信号衰减数据集的各点进行栅格化，然后以栅格数据的形式实现区域整体可视化。
如本发明第二方面所述的操作方法，所述步骤2.2包括如下子步骤：
2.21所述的数据处理模块根据输入判断是否同时计算电磁信号的主瓣和副瓣，如果要求计算主瓣，则根据天线主瓣范围值按角度计算距离，生成电磁射线，每一个角度对应一条射线；
2.22当要求计算副瓣，则将天线主瓣范围之外的角度按角度计算间隔和副瓣计算距离，生成若干条射线。
如本发明第二方面所述的操作方法，所述步骤3还包括：三维可视化模块根据各个采样计算点的坐标，计算出测量区域的边界图形然后转换成图像，将图像进行地理配准，使之与真实计算区域相匹配；输出显示图像。
本发明的操作方法用于计算不规则地形环境下VHF-UHF频段的对流层电磁辐射衰减。频率范围：40MHz-6GHz；极化方式：水平和垂直极化。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述装置包括：三维可视化模块、数据处理模块、地理数据更新模块、地形测量计算模块及电磁信号和地理形貌数据库；
其中数据处理模块包含：远场电磁功率测量模块、近场电磁信号测量模块和输入模块；
远场电磁功率测量模块根据电磁信号传播模型与输入到数据处理模块待测设备位置高程生成远场电磁信号功率测量结果；
近场电磁信号测量测量模块根据输入的待测设备位置高程生成近场电磁信号三维分布图形；
地理数据更新模块通过网络获取各地区的地形地理信息并转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
地形测量计算模块用于将实地测量的地形地理信息转换为地理经纬数据和地表形貌数据输入到地理形貌数据库；
三维可视化模块生成用于显示的三维地形图和叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图。
2.权利要求1所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述装置还包括计算机、存储在计算机存储装置中的数据库的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；
所述地理数据包括经纬度数据、气候数据、植被覆盖数据；
所述地形数据包括：河流湖泊、山脉走向及影响电磁信号传播的矿藏。
3.如权利要求2所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述三维可视化模块能够从数据库提取指定区域的地理数据、三维地形数据，地形图象模拟数据；生成并显示叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像。
4.如权利要求3所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述三维可视化模块生成的叠加在三维地形图上的电磁辐射传播图像具有三维的放大、缩小、漫游功能。
5.如权利要求2所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述的数据库还包括：电磁信号传播模型数据库、测量设备数据库和带外电磁辐射数据库。
6.如权利要求5所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述的数据处理模块根据输入的数据，在三维地形图上显示待测电磁辐射设备和测量设备的参数设置，待测电磁辐射设备和测量设备的天线参数能够手动设置。
7.如权利要求6所述的改进型复杂电磁环境构设装置，其特征在于：所述的天线参数包括天线类型、辐射方位角、高度；待测电磁辐射设备和测量设备各项参数由人工设置，所述的参数包括：频率、带宽、电磁辐射样式和电磁辐射功率。
8.一种用于权利要求1-7中任一项所述的改进型复杂电磁环境构设装置的操作方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1，参数设置
1.1设置待测电磁辐射设备的发射参数，所述发射参数包括：发射频率、发射天线仰角、发射天线架高、发射天线位置、发射天线指向及发射天线极化方式；
1.2设置测量设备的接收参数，所述接收参数包括：接收频率带宽、接收天线仰角、接收天线架高、接收天线位置、接收天线指向、接收天线极化方式和接收天线天线主瓣范围；
1.3设置复杂电磁环境构设装置中数据处理模块的计算参数，包括电磁辐射角度计算间隔、电磁波主瓣计算距离、电磁波副瓣计算距离及测量区域大气折射率；
1.4待测电磁辐射设备的位置通过卫星导航设备获取或在三维地图上指定；
步骤2，电磁环境的计算
2.1所述的数据处理模块根据步骤1中输入参数按照给定的角度间隔和计算距离，生成电磁波的传播数据；
2.2所述的数据处理模块从数据库中提取传播路径上的地表形貌数据、植被覆盖数据和接收设备的天线参数，输入电波传播模型进行计算，得到不同传播路径的电磁信号衰减数据集；
2.3将每一射线按预定的采样间隔取点，得一系列三维坐标点，构成该射线对应的地形剖面；
2.4将天线参数和地形剖面等参数导入辐射计算模型，计算出每一个采样点对应的电磁波衰减数据集；
步骤3，计算结果可视化，
3.1三维可视化模块将电磁信号衰减数据集的各点进行栅格化，然后以栅格数据的形式实现区域整体可视化。
9.如权利要求8所述的操作方法，其特征在于：所述步骤2.2包括如下子步骤：
2.21所述的数据处理模块根据输入判断是否同时计算电磁信号的主瓣和副瓣，如果要求计算主瓣，则根据天线主瓣范围值按角度计算距离，生成电磁射线，每一个角度对应一条射线；
2.22当要求计算副瓣，则将天线主瓣范围之外的角度按角度计算间隔和副瓣计算距离，生成若干条射线。
10.如权利要求8所述的操作方法，其特征在于：所述步骤3还包括：三维可视化模块根据各个采样计算点的坐标，计算出测量区域的边界图形然后转换成图像，将图像进行地理配准，使之与真实计算区域相匹配；输出显示图像。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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