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基于测量数据的电磁环境分析软件开发

技术应用 | 来源:本网 | 发布日期:2018-04-02 查看次数:315

核心提示:  随着信息化建设在社会各领域的快速推进,先进的电子设备和一体化平台带来了信息化水平的迅速提升。在此过程中,电磁环境日渐复杂,成为影响系统综合性能发挥的重要因素。  近年来,多家单位开展了电磁环境相关

  随着信息化建设在社会各领域的快速推进,先进的电子设备和一体化平台带来了信息化水平的迅速提升。在此过程中,电磁环境日渐复杂,成为影响系统综合性能发挥的重要因素。

  近年来,多家单位开展了电磁环境相关研究,探讨了电磁环境的构成要素,研究了电磁环境表征方法,分析了复杂电磁环境对于通信、导航和雷达探测等的影响,研究了电磁环境建模与仿真方法。

  对电磁环境进行测试测量是掌握环境特征的可靠手段。这里探讨对电磁环境测量数据的综合应用方法,以测量数据为基础,归纳电磁环境中的电磁信号变化规律。在此基础上,设计并开发了分析及预测软件,对于把握环境现状并预测将来的发展趋势,进而指导电子系统运用,具有重要应用价值。

  1电磁环境分析及预测基于测量数据的电磁环境建模、分析和预测工作,主要通过对测量数据的总结和归纳,建立数学模型,提炼电磁环境演变特点。对于特定区域的电磁环境,可预测其电磁信号频率分量及强度分布变化情况。对测量数据进行充分和有效的利用,从多批次、多种类的电磁环境测量获得的大量数据中挖掘隐含在数据背后的规律,为电磁环境预测提供支撑。

  对于特定对象,可以根据测量数据将模型中的系数归纳出来,从而得到这一对象的具体描述。对于没有经典数学模型描述的电磁参数规律,可依托本系统建立新模型,即基于测量数据综合出描述其规律的数学模型。

  为确保环境预测的准确性和可靠性,要求测量过程具有良好的重复性和可比性。因此,在测量规范中,需明确指出所用仪器信息(名称、型号和序号等)、天线、探头、电缆及接插件,以及系统连接方式和布局、测试参数设置等,每次测量均需按照规范执行。

  对于配套的数据库,要求其具备开放性接口,能够实时提供所需的原始数据,并方便地存储计算结果及生成的模型。

  环境参数预测所应用的算法包括数理统计和神经网络2类。前者主要涉及拟合和插值的各种方法,后者主要运用了后向传播(BackPropagation,BP)神经网络和广义回归神经网络(GeneralizedRegressionNeuralNetwork,GRNN)。

  2工作流程对电磁环境进行信息综合及预测,主要工作包括:通过对特定区域多次测量获得的数据进行分析,总结归纳该区域电磁环境信号频谱分布情况,研究频谱占用情况,并针对典型信号进行计算,预测其将来的强度等,算法流程如所示。

  电磁环境模型综合算法流程程序根据测量数据,调用算法计算并绘制曲线。

  横轴是时间,按自然年份从左到右递增。

  在此基础上可以绘制三维图,轴为时间,轴为频率,轴为信号幅度,这样可以直观地观察各频率分量随时间的变化趋势并加以对比。

  算法实现的基本步骤如下:对特定的某一区域,读取对其电磁环境历次测量获得的数据,将第i次的数据作为2个数组:频率/;月和幅度幻。

  〗',对其中每一个幅度大于某―设定门限t的元素,读取并记录为新数组m,并据此得到对应的新数组/,m.对所有的b,m取并集,得到新数组cn,并据此得到对应的新数组/n.其中,对具有相同自变量的多个数据,仅保留幅度最大的那组,绘制根据用户指定,对数组/n中的任意元素,查找原始数据A,中所有对应数据,形成新数组dp.以dp为基础,调用算法对其进行数据分析及预测,并据此绘制预测曲线。

  电磁环境信息综合软件实现流程如所示。

  3编程设计与软件实现1测量数据预处理对于读取到的测量数据,首先进行预处理,主要包括以下工作:进行单位转换。根据软件接口文件规定,把从数据库读取到的数据转换为相应的物理量的基本单位。

  进行数据选择。从读取到的数据中,选择本次任务需要的字段。

  进行数据平均。遍历读取到的数据,如果有日期处于同一个月的2组或多组数据,将其取平均值,作为一组数据,用于后续计算。

  3.2变量与函数的命名空间下。其中环境综合所对应的类为FormEnviSynthesis:Form.这个类需从主框架里面读取的变量为:时变量,关键区域名称其在主框架里的读取语句为:这个类需从数据库中读取和存储数据,因此需环境综合从数据库读取数据的过程为:transDataOutput.magnitudel读取频率以及所对应的场强大小。

  数据读取及预处理模块主要由2个函数组成:publicvoidGetdata,完成读取所有测量时间里的所有频率,并选择出超过门限值的频率及场强的功能,将所有超过门限值的频率和场强存储在List,首先将超过门限值的所有频率和场强合并,然后滤除相同的频率值,接下来按从小到大的顺序排序,将合并后的频率和场强存储为ArrayList型的变量fre(频率)和mag(场强)。

  图形可视化模块主要由2个函数构成:public RegionName),完成某个超过门限值的环境信号变化图的绘制。

  软件界面中给出了2幅图,关键区域电磁环境模型综合结果如和所示。

  软件界面中以下拉菜单的形式显示了读取到的所有高于设定门限的电磁信号。默认的显示格式为以GHz为单位的频率数值。在这里选择不同的频率数值,点击“确定”,界面下方的曲线将刷新,显示该频点信号随时间的变化曲线。如果选中的频率分量仅有一组测量结果,由于数据少,不足以实现预测,将绘制出条直线。

  软件开发过程中,在数据结构设计、数据预处理和后处理、算法设计与实施等环节,注意到了精度、容错性和效率等指标的折中。从用户的角度考虑,精简了软件操作步骤,尽可能地减少了用户干预,降低了对用户的专业知识要求。在实现基本功能的同时,兼顾了方便易用的原则。

  如果数据库中不存在符合条件的测量数据,无法执行后续任务时,将弹出提示对话框。

  如果读取到的数据较少,将弹出对话框,提示数据较少,可能导致误差较大。用户可选择增加测量数据后再执行此操作。如果选择继续执行,程序可调用算法,正常给出预测结果。

  4结束语针对多次测量获得的电磁环境数据,以数据挖掘技术为基础实现规律综合。综合出的模型可以用于电磁环境和电磁兼容分析评估,可以用于电磁环境模拟与生成,以支撑电磁敏感度测试和复杂电磁环境下的训练,可以用于预测电磁环境的发展变化,对于电子信息设备的使用提供指导。

  (下转第64页)信息系统与网络4播拟-试验其他厂家如表1所示。从表1中可以看出,加工精度较高,关键尺寸加工精度小于3pm.表1加工尺寸表设计值/mm测量值/mm设计值/mm测量值/mm由于滤波器工作频率很高,达到Ka频段,测试平台的使用对测试结果影响很大。本次测试中,滤波器通过导电胶粘接在屏蔽盒中,滤波器两端与Rogers公司Duroid 5880微带线通过金丝键合连接。由于陶瓷基板的固定和接地通过用导电胶粘接来完成,因此导电胶的粘接质量对滤波器的性能有重要影响。如果导电胶粘接的基板不能粘接完全,会导致接地不充分,将严重影响滤波器的带外抑制和驻波等指标。因此,在导电胶粘接过程中,严格控制粘接的胶厚和烘烤温度等参数,控制粘接后的质量。

  测试采用RS公司的矢量网络分析仪RSZVA50,其工作频率为10MHz ~50GHz.经过测试,滤波器指标如所示。所测得的带内插损在5dB以内,驻波比优于2:1,带内波动矣2dB,在带外27GHz和33GHz处时抑制50dBc.滤波器S21测试结果测试曲线与仿真曲线存在定的差异,特别是插损指标,由于该损耗包含了滤波器两端的软基片微带线部分和键合金丝部分的插损,所以滤波器本身的插入损耗比测试指标小。进步改进测试系统采用探针台测试,可以更加准确地得到滤波器本身的性能指标。更为重要的是,由于该款滤波器主要关注的指标为带外抑制,在带外27GHz和33GHz处时抑制50dBc,可以满足系统的使用要求。与其他厂家加工的产品性能进行比较,在27GHz带外抑制方面存在较大的优势。

  5结束语通过对Ka频段微带带通滤波器的设计、分析和加工,得到可以广泛应用于微波电路中的一种器件。该滤波器具有良好的应用前景,对高性能、小型化电路的设计和制造有重要意义。

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