电磁环境仿真与可视化研究综述

电磁环境仿真与可视化研究在民用通信及电子战领域的应用不断发展.在介绍了电磁环境基本概念和分类的基础上,较为系统的阐述了电磁环境建模与仿真的理论方法与技术.分析了国内外电磁环境仿真与可视化的研究现状,包括仿真系统框架设计、复杂环境下电磁仿真的现状、并行计算在电磁仿真中的应用、电磁环境仿真相关软件以及电磁环境可视化研究情况等五个方面.最后对未来的研究方向进行了展望.     

虚拟战场环境中电磁信号的可视化技术研究

对虚拟战场环境中电磁信号的可视化技术进行了初步的研究,介绍了几种通信信号和干扰信号的时域和空间域的绘制方法.重点研究了利用圆台逼近波束绘制方法和逐点计算波束表面曲线采样点绘制方法,利用OpenGL函数实现对电磁信号的空间域的绘制,实现了通信过程中多径现象的可视化绘制,并将其嵌入到Vega搭建的虚拟战场环境中.最后本文对绘制效率进行了初步的探讨,并提出了绘制效率的改进方法.     

基于多层等值面的电磁环境三维可视化研究

电磁环境三维可视化是目前虚拟战场环境中亟待解决的问题之一,提出多层等值面的方法来表现三维电磁环境。数据生成采用了Longley Rice电波传播模型,该模型考虑地形遮挡以及大气影响,计算生成了用频设备的三维空间电磁波强度值。为了直观表现电磁波强度在空间中的分布范围,采用多层Marching Tetrahedra(MT)等值面的方法,表现了多个不同强度大小的电磁环境分布,解决了面绘制方法在对体数据内部数据细节表现不够的缺陷。为了提高电磁环境的可视化性能,充分利用现在图形处理器(graphic processing unit, GPU)的通用计算能力,实现了硬件加速多层等值面一起提取输出的方法,降低CPU计算负荷,加快了等值面提取速度。最后实现了一个可实时交互的电磁环境三维可视化系统,实验结果表明该方法表现了用频设备在虚拟战场环境中的三维电磁态势,对于用频设备选址和无线通信规划都有一定的辅助作用。     

基于效能评估的复杂电磁环境探索性仿真方法

提出了基于效能评估的复杂电磁环境探索性仿真方法,该方法以利用精细的电磁对抗分析模型和构造基于复杂电磁环境不确定性Shannon概率熵测度的参数不确定空间为基础,采用可视化和探索性分析手段,从武器装备效能角度对复杂电磁环境问题进行了仿真分析研究;最后,结合雷达探测效能分析给出了一个应用该方法来刻画复杂电磁环境特征的应用示例.     

电磁环境复杂度评估算法研究与仿真实现

针对目前电磁环境监测系统只是利用虚拟或真实平台完成电磁信号监测而不对其进行评估的现状,设计并实现了一种可以实时评估电磁环境复杂度的系统。该评估系统在分析影响电磁环境复杂度因素的基础上建立了评估指标,利用模糊综合评判模型获取各指标的权重系数,根据复杂度评估等级标准对复杂度评估综合值给出复杂度等级。仿真结果表明,该评估算法可以对电磁环境复杂度实施实时或历史的电磁环境复杂度评估,在军用或民用电磁环境复杂度评估等领域具有重要的应用价值。     

联合作战想定中的复杂电磁环境建模技术研究

针对在复杂电磁环境条件下联合作战的特点,提出一种联合作战想定中的电磁环境模型.模型综合考虑了复杂电磁环境的组成和作战模拟仿真的需求,采用文档类型定义语言进行描述.在该模型的基础上,设计实现了一个电磁环境下联合作战模拟想定生成系统.     

无人机系统的电磁环境效应分析

战场环境的不断恶化和电磁环境自身的复杂,要求无人机系统具有良好的环境适应能力。分析了战场电磁环境对无人机系统的影响,建立了与无人机系统相关的典型电磁环境模型,提出了系统分析电磁环境效应的方法,并依据电磁兼容性标准和系统性能,为无人机系统电磁环境效应仿真和预测提供了一个评估准则。     

电磁方舱的发展概况及结构

根据现代战争中电子战的特点,本文论述了电磁屏蔽方舱的重要性,归纳了几种战场可能出现的电磁环境,介绍了一些国家的电磁屏蔽方舱发展概况,重点探讨电磁屏蔽方舱的结构。文中指出方舱不仅可以做为电磁屏蔽,用于保护电子设备和人员安全,还可以做为一种进攻武器对敌方实施电磁干扰,用于破坏敌方的监控、通信等系统。     

基于环境适应性的无人机电磁仿真研究

电磁环境的日益恶化使得无人机面临着前所未有的威胁。本文通过分析可能遭遇的电磁信号，结合战场电磁环境数据库和任务飞行规划，对基于环境适应性的无人机电磁半实物仿真技术进行了研究，并依据外界电磁环境对无人机的威胁途径，在一定程度上可归结为天线端口和机载电缆，提出了天线端口注入和机载电缆注入的电磁环境仿真方法，从而克服了传统全实物仿真中无法动态仿真电磁环境的弊端，降低了对仿真试验设备和场地的要求。     

复杂电磁环境下虚拟现实模拟训练系统的开发

针对模拟复杂电磁环境下的装备训练及联动操作,设计与实现了一种将虚拟现实技术与分布式仿真技术相结合的模拟训练系统.采用分布式虚拟仿真技术实现了整个武器系统之间的交互与联动,完成了从单个战车内成员的单独操作训练到全武器系统综合作战演练的全过程.针对几类典型电磁干扰,设计了一系列训练中使用的电磁干扰策略,给出了电磁干扰的模拟方式.采用"虚实结合"的思想,利用仿真实物键盘配合眼镜式显示屏的方式,建立了训练操作的虚拟现实环境,具有较高的沉浸感.实际的训练操作表明,系统能够满足日常操作训练及模拟特殊电磁环境下的训练需求.     

航天器电磁兼容预测系统设计与实现

为使航天器上电子设备互不干扰地工作,必须保证整个系统的电磁兼容性.介绍了航天器电磁兼容预测系统的设计思路,分析了系统的体系结构,着重阐述了各组成模块的工作机理和电磁干扰及电磁兼容预测的计算流程.最后通过一个实例分析表明该系统能够完成对航天器进行电磁兼容预测的任务.     

不同车载天线电磁特性的仿真研究

研究不同天线的电磁特性对于选择合适的车用天线以及对于车载天线的电磁兼容性研究都是十分重要的.依据实际车型建立了逼真的汽车模型,利用有限积分法(FIT)对三种不同车载天线的增益方向图及其在车内的电磁场分布情况进行了仿真研究,并分析了改变天线增益曲线的方法.这些工作可为车载天线的电磁兼容性研究及车载天线的设计提供一定的参考.     

复杂电磁环境生灭模型及特征生成

复杂电磁环境主要由各类辐射源辐射的电磁信号交互作用而产生。应用随机理论,建立了辐射源的生灭过程模型,采用蒙特卡洛方法动态仿真辐射源状态;建立了给定目标点的有效辐射源筛选、功率密度计算和辐射脉冲流密度计算模型;给出了仿真流程。满足电磁环境仿真的适应性、动态性和实时性需求。

Abstract：

Complex electromagnetic environment comes from many different radiations and their interaction. A birth-death model of radiant points was built on the stochastic theory, and then the states of radiant points were dynamically simulated by Monte Carlo. Some characters creating models were built, including model of filtering valid radiant points, model of power density computing and model of pulse steam density computing. Finally, a simulation process was proposed. All of those have met electromagnetic environment simulation requirement in adaptability, dynamic and real-time.     

变频洗衣机系统中电磁干扰模型仿真与分析

在变频洗衣机中,通过变频模块产生的PWM信号,在控制直流无刷电机中,会产生严重的电磁噪声,将影响电磁兼容测试中的指标.因为变频洗衣机的调制频率一般在7k-18kHz之间。这样具有一定频率和一定能量的信号,会在空间形成高频干扰信号,也会对电网形成电磁干扰,并将影响电磁兼容测试中的电压传导和功率辐射两项指标。这是目前一个急需解决的问题,本文采用理论分析和仿真试验得出了一种抑制干扰的可行性方法,解决了电磁兼容中的EMS问题。     

基于强电磁脉冲的车辆电磁屏蔽效能仿真分析

强电磁脉冲对车辆电子设备的破坏效应是十分严重的,而电磁屏蔽是有效减少电磁干扰的方法。利用传输线方法（TLM）研究车辆整体在强电磁脉冲（EMP）作用下增加屏蔽材料对电磁屏蔽产生的效果,分析了入射平面波入射方向和极化方向对此电磁环境下屏蔽效能的影响。仿真实验表明车体上增加金属材料屏蔽层对电磁脉冲屏蔽的影响是比较显著的,且电磁脉冲激励源的传播方向和极化方向是影响屏蔽效能的重要因素。

Abstract：

The destructive effect of electronic equipment in vehicle is quite serious in high power electromagnetic pulse.The electromagnetic shielding is an effective way to reduce electromagnetic interference.The electromagnetic shielding effectiveness of whole vehicles under the condition of high power electromagnetic pulse （EMP） was analyzed by transmission line method （TLM）.The impact analysis of shielding effectiveness of the incident plane wave direction and polarization direction was given.Simulation results show that adding metal shielding layers on vehicle body has significant effect on the reduction of high power electromagnetic pulse,and the shielding effectiveness is related to incident wave propagation direction and polarization direction.     

无人机数据链对雷达电磁干扰的适应性研究

通常评估电磁环境对数据链性能的影响是在"最坏"情况的假设下进行的,这对于由雷达辐射所引发的电磁干扰来讲,显得过于"严格",不仅不能反映数据链的实际适应能力,而且还可能引发系统的"过设计",造成不必要的浪费.基于雷达电磁干扰的时间离散性和数据链设计的时间冗余能力,给出了一种简便有效的电磁干扰综合分析方法.该方法通过天线耦合概率模型和干扰源与数据链间可能的最大耦合损失,可以计算出干扰概率或接收干扰脉冲数,并且可以与数据链容错能力进行比对,从而较为真实便捷地判断出数据链的环境适应能力.该方法还适用于任意形状方向图天线间的耦合分析.     

毫米波探测器的超宽带耦合特性

探测器是近程探测系统的目标敏感装置, 容易受到电磁脉冲干扰。针对某型毫米波探测器超宽带(ultra-wideband, UWB)电磁脉冲抗扰度不清的实际情况, 围绕UWB辐照环境展开该型探测器的电磁脉冲耦合特性研究。将时域有限积分算法(finite integration technology, FIT)应用于探测器腔体耦合特性研究, 并结合UWB试验系统对探测器开展了辐照试验, 验证了FIT算法的有效性。仿真和试验结果表明, 探测器在竖直状态下的腔体屏蔽效能最差, 仿真试验中其屏蔽效能为20.40 dB; 试验得出探测器的效应场强阈值约为150 kV/m, 在辐照下会出现死机、虚警和硬损伤3种现象, 其中死机现象可通过电源复位恢复, 虚警和硬损伤为不可逆效应现象。     

电磁辐射发射现场测试中基于空域对消的背景电磁干扰抑制方法

在进行电磁兼容现场测试时,从环境电磁信号中准确地提取出待测设备的电磁辐射信号是迫切需要解决的难点问题之一。基于空域对消的原理,本文使用新型的时域测量和接收体制,嵌入时域信号处理方法,在缺失环境电磁干扰源的数量和方位分布等先验信息的情况下,依然能够等效地创造出一个暗室环境,滤除测量现场的环境电磁干扰并获得待测设备的真实辐射特性。仿真和测试结果表明,该方法不仅能够抑制窄带和宽带稳态干扰,而且对瞬态干扰也有很好的抑制效果,此外多径干扰也能够得到有效抑制,为电磁兼容现场测试带来较好的可操作性和便利性。     

铜基复合型四极轨道电磁特性仿真分析

四轨电磁发射器在工作过程中, 电流集中引起的热效应会影响发射精度和轨道寿命。为缓解大电流带来的轨道热损伤及机械磨损问题, 提出铜基复合型四轨电磁发射器模型并对其电磁特性进行了研究。采用有限元方法, 对复合型和普通型四轨电磁发射器的电流密度和磁场分布进行了仿真对比; 分析了复合层参数对电流密度、磁场强度和电枢受力三方面的影响。仿真结果表明，复合型四轨电磁发射器能够降低电枢和轨道接触面的电流密度, 改善接触面的电流分布状况; 复合型四轨电磁发射器在特定位置处具有更大的磁场屏蔽范围, 能为智能弹药提供良好的磁场环境; 电流密度、磁场强度和电枢推力均随着铜-钢厚度比的增加而增大。