一種狹小艙段內(nèi)部電磁環(huán)境的表征和獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電磁環(huán)境的表征和獲取方法，特別是一種狹小艙段內(nèi)部電磁環(huán)境 的表征和獲取方法，屬于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于尺寸狹小的艙段結(jié)構(gòu)（例如10cm*10cm*10cm的測(cè)試空間），其內(nèi)部電子設(shè)備 安裝密度大，艙壁及設(shè)備外殼等金屬結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的近場(chǎng)耦合、折反射作用明顯，加之電子 設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的信號(hào)樣式、功率大小等不斷變化，從而使狹小艙段內(nèi)部的電磁環(huán) 境非常復(fù)雜。
[0003] 艙內(nèi)電磁環(huán)境如何界定和獲取，目前尚沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)及相對(duì)應(yīng)的獲取方法和手 段。主要存在如下難點(diǎn)：
[0004] 1.艙段內(nèi)部電磁環(huán)境隨設(shè)備工作流程時(shí)序、不同位置狀態(tài)不斷變化，電磁環(huán)境重 點(diǎn)關(guān)注的頻段、位置、量值沒有明確界定，艙段內(nèi)部電磁環(huán)境如何去表征需要明確。
[0005] 2.艙段內(nèi)部空間狹小，可用于測(cè)試的空間有限，且小空間使得艙內(nèi)電磁環(huán)境影響 因素增多，目前在測(cè)試方法和測(cè)試手段上均無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依，需要明確艙內(nèi)電磁環(huán)境的獲 取方法及相應(yīng)的小型化測(cè)試設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種狹小艙段內(nèi)部電磁 環(huán)境的表征和獲取方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天器狹小艙段內(nèi)電磁環(huán)境分布情況的準(zhǔn)確表征。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種狹小艙段內(nèi)部電磁環(huán)境的表征和獲取方法，包括 以下步驟：
[0008] (1)確定艙段內(nèi)的電磁環(huán)境來源和電磁環(huán)境來源參數(shù)，進(jìn)而確定艙段內(nèi)的電磁環(huán) 境；
[0009] (2)根據(jù)步驟（1)中確定的艙段內(nèi)的電磁環(huán)境、被測(cè)艙段結(jié)構(gòu)尺寸和被測(cè)艙段內(nèi) 部?jī)x器設(shè)備的安裝位置，分析每個(gè)敏感設(shè)備的被測(cè)區(qū)域空間大小，若某一個(gè)敏感設(shè)備的被 測(cè)區(qū)域空間滿足測(cè)試條件，則進(jìn)入步驟（3)，對(duì)該敏感設(shè)備的電磁環(huán)境進(jìn)行測(cè)試；否則，不 對(duì)該敏感設(shè)備的電磁環(huán)境進(jìn)行測(cè)試；
[0010] (3)確定敏感設(shè)備測(cè)試項(xiàng)目，并選擇不同測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的傳感器；所述測(cè)試項(xiàng)目 包括綜合電場(chǎng)測(cè)試、頻域電場(chǎng)測(cè)試和傳導(dǎo)電流測(cè)試；所述綜合電場(chǎng)測(cè)試對(duì)應(yīng)的傳感器為綜 合電場(chǎng)探頭，所述頻域電場(chǎng)測(cè)試對(duì)應(yīng)的傳感器為天線，所述傳導(dǎo)電流測(cè)試對(duì)應(yīng)的傳感器為 電流探頭；
[0011] (4)根據(jù)步驟（3)確定的測(cè)試項(xiàng)目和傳感器，構(gòu)建電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)；
[0012] (5)利用步驟（4)構(gòu)建的電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)，獲取艙段內(nèi)電磁環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)；所述 數(shù)據(jù)包括綜合電場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)、頻域電場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和傳導(dǎo)電流測(cè)試數(shù)據(jù)；
[0013] (6)對(duì)步驟（5)中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和篩選，獲得不同位置和時(shí)間艙內(nèi)電磁環(huán) 境分布情況。
[0014] 所述電磁環(huán)境來源包括：
[0015] (1-1)發(fā)射天線的有意發(fā)射及其旁瓣和背瓣，通過孔縫泄漏進(jìn)入艙內(nèi)；
[0016] (1-2)艙內(nèi)發(fā)射機(jī)以及電子設(shè)備通過傳導(dǎo)或輻射的泄漏；
[0017] (1-3)艙段內(nèi)部非電類設(shè)備由于電離效應(yīng)產(chǎn)生的瞬態(tài)輻射發(fā)射，所述非電類設(shè)備 包括電爆裝置和火工品；
[0018] (1-4)艙內(nèi)電纜沖擊電流注入時(shí)，通過線-場(chǎng)耦合方式影響艙內(nèi)電磁環(huán)境；
[0019] (1-5)外界電磁信號(hào)通過孔縫泄漏進(jìn)入艙內(nèi)，所述外部電磁信號(hào)包括雷電、靜電、 電磁脈沖和外界跟蹤雷達(dá)信號(hào)。
[0020] 所述確定電磁環(huán)境來源參數(shù)，具體為：
[0021] (2-1)發(fā)射天線的參數(shù)包括：工作時(shí)段、工作頻率范圍、發(fā)射機(jī)功率、天線數(shù)量和 天線安裝位置；
[0022] (2-2)艙內(nèi)發(fā)射機(jī)以及電子設(shè)備的參數(shù)包括：頻率、功率、本振、時(shí)鐘、頻譜包絡(luò)、 脈沖波形上升沿、脈沖波形下降沿、脈沖寬度以及設(shè)備在艙段內(nèi)和艙段上的安裝位置；
[0023] (2-3)非電類設(shè)備的參數(shù)包括：非電類設(shè)備安裝位置和點(diǎn)火瞬態(tài)時(shí)序；
[0024] (2-4)艙內(nèi)電纜沖擊電流參數(shù)包括：電流峰值、電流波形上升沿、電流波形下降 沿、脈沖寬度和工作時(shí)段；
[0025] (2-5)外界電磁信號(hào)的參數(shù)為預(yù)先給定的各外界電磁信號(hào)的參數(shù)。
[0026] 所述步驟⑵中被測(cè)區(qū)域空間滿足測(cè)試條件，具體為：
[0027] 若對(duì)敏感設(shè)備的電磁環(huán)境進(jìn)行電場(chǎng)頻域測(cè)試，則當(dāng)天線與敏感設(shè)備的距離大于等 于天線工作波長(zhǎng)時(shí)，該敏感設(shè)備的被測(cè)區(qū)域空間滿足測(cè)試條件；
[0028] 若對(duì)敏感設(shè)備的電磁環(huán)境進(jìn)行綜合電場(chǎng)測(cè)試，則當(dāng)綜合電場(chǎng)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)該敏感 設(shè)備的接觸測(cè)試時(shí)，該敏感設(shè)備的被測(cè)區(qū)域空間滿足測(cè)試條件；
[0029] 若對(duì)敏感設(shè)備的電磁環(huán)境進(jìn)行傳導(dǎo)電流測(cè)試，則當(dāng)電流傳感器實(shí)現(xiàn)將敏感設(shè)備置 于電流傳感器卡環(huán)內(nèi)進(jìn)行接觸測(cè)試時(shí)，該敏感設(shè)備的被測(cè)區(qū)域空間滿足測(cè)試條件。
[0030] 所述步驟⑷中根據(jù)步驟（3)確定的測(cè)試項(xiàng)目和傳感器，構(gòu)建電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)， 具體為：
[0031] 若為綜合電場(chǎng)測(cè)試，則其電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)包括綜合電場(chǎng)探頭、電場(chǎng)監(jiān)視儀和處 理計(jì)算機(jī)；所述綜合電場(chǎng)探頭用于獲取敏感設(shè)備電磁環(huán)境中的電場(chǎng)，并將獲取的電場(chǎng)信號(hào) 轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后輸出給電場(chǎng)監(jiān)視儀進(jìn)行采集和處理，所述處理計(jì)算機(jī)接收電場(chǎng)監(jiān)視儀輸出 的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)和分析；
[0032] 若為頻域電場(chǎng)測(cè)試，則其電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)包括天線、頻譜分析儀/接收機(jī)和處 理計(jì)算機(jī)；所述天線用于接收敏感設(shè)備電磁環(huán)境中的電場(chǎng)信號(hào)，并通過頻譜分析儀/接收 機(jī)傳輸給處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，將天線的接收功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為敏感設(shè)備所在位置處 的場(chǎng)強(qiáng)；
[0033] 若為傳導(dǎo)電流測(cè)試，則其電磁環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)包括電流探頭、示波器和處理計(jì)算機(jī)， 所述電流探頭用于獲取傳導(dǎo)電流并輸出給示波器進(jìn)行顯示，處理計(jì)算機(jī)接收示波器傳輸?shù)?傳導(dǎo)電流并進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。
[0034] 所述將天線的接收功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為敏感設(shè)備所在位置處的場(chǎng)強(qiáng)；具體為由公式：
[0035]E(dBuV/m)=P(dBm) +107 (dB)+AF(dB/m)
[0036] 給出，所述E為敏感設(shè)備所在位置處的場(chǎng)強(qiáng)，P為天線的接收功率，AF為天線轉(zhuǎn)換 系數(shù)。
[0037] 所述天線轉(zhuǎn)換系數(shù)AF具體為：
[0038] 若天線與敏感設(shè)備的距離大于等于天線工作波長(zhǎng)的3倍，則天線轉(zhuǎn)換系數(shù)AF由公 式：
[0039] AF(dB/m) = 201og10 (fMHz)-Gr (dB)-29. 79dB
[0040] 給出，其中f為天線工作頻率，為天線增益；
[0041] 若天線與敏感設(shè)備的距離大于等于天線工作波長(zhǎng)，且小于天線工作波長(zhǎng)的3倍， 則天線轉(zhuǎn)換系數(shù)AF的獲取方法為：
[0042] (7-1)根據(jù)待求轉(zhuǎn)換系數(shù)的頻率范圍f，在電磁仿真軟件中建立喇叭天線的模型， 所述喇叭天線的工作頻段覆蓋待求轉(zhuǎn)換系數(shù)的頻率范圍f;
[0043] (7-2)根據(jù)預(yù)先給定的測(cè)量天線的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和電氣性能指標(biāo)，在電磁仿真軟 件中建立測(cè)量天線的模型，所述電氣性能指標(biāo)包括天線的電壓駐波比和增益，所述測(cè)量天 線的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)包括介質(zhì)基板尺寸、輻射貼片尺寸、饋電探針位置和材料特性；
[0044] (7-3)在電磁仿真軟件中，利用步驟（7-2)中建立的測(cè)量天線模型，仿真計(jì)算出測(cè) 量天線的電壓駐波比和增益，并與步驟（2)中預(yù)先給定的天線電壓駐波比和增益比較，若 達(dá)到指標(biāo)要求，則進(jìn)入步驟（7-4);否則，對(duì)測(cè)量天線模型的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后再進(jìn) 行仿真計(jì)算和比較，直到達(dá)到指標(biāo)要求后進(jìn)入步驟（7-4);
[0045] (7-4)以步驟（7-1)中的喇叭天線模型作為發(fā)射天線，步驟（7-3)中的測(cè)量天線模 型作為接收天線，建立收發(fā)鏈路模型，所述喇叭天線模型口面與接收天線模型口面之間的 距離為L(zhǎng);
[0046] (7-5)在步驟（7-3)中建立的測(cè)量天線模型結(jié)構(gòu)包絡(luò)上建立N個(gè)電場(chǎng)探針；
[0047] (7-6)設(shè)置L=L1 ;
[0048](7-7)設(shè)置喇叭天線和測(cè)量天線的饋電端口為波導(dǎo)端口，喇叭天線端口饋電功率 為Ριη，求解頻率為f，仿真計(jì)算收發(fā)鏈路模型；
[0049](7-8)在收發(fā)鏈路模型仿真計(jì)算完成后，從計(jì)算結(jié)果中獲取喇叭天線到測(cè)量天線 端口的傳輸系數(shù)，并進(jìn)行Round數(shù)學(xué)求整，記為S21，則測(cè)量天線端口接收功率由公式：
[0050] Pout=Pin+S21
[0051] 給出；
[0052](7-9)從計(jì)算結(jié)果中獲取測(cè)量天線結(jié)構(gòu)包絡(luò)的N個(gè)電場(chǎng)探針的數(shù)值，去除N個(gè)值中 的最大值和最小值，將剩余N-2個(gè)電場(chǎng)值取平均數(shù)，并進(jìn)行Round數(shù)學(xué)求整，記為Eav;
[0053] (7-10)將步驟⑶中獲得的值設(shè)為X軸，步驟（9)中獲得的電場(chǎng)平均值Eav設(shè) 為Y軸，在直角坐標(biāo)系中描出此點(diǎn)；
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