艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法
【專利摘要】艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，包括以下步驟：1)根據(jù)艦船短波系統(tǒng)用頻設(shè)備中輻射用頻設(shè)備與敏感用頻設(shè)備之間的交互作用，建立艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣；2)求解短波系統(tǒng)敏感用頻設(shè)備收到輻射用頻設(shè)備輻射的干擾能量；3)建立短波系統(tǒng)中敏感用頻設(shè)備接收到的干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)；4)基于艦船短波系統(tǒng)中電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)，利用四步分級篩選預(yù)測方法完成短波系統(tǒng)干擾矩陣生成的“粗篩選”階段，形成艦船短波系統(tǒng)初步干擾矩陣；5)完成短波系統(tǒng)干擾矩陣生成的“細(xì)篩選”階段，最終建立艦船短波系統(tǒng)干擾矩陣。本發(fā)明采用“粗篩選和細(xì)篩選”相結(jié)合逐次細(xì)化實(shí)現(xiàn)短波系統(tǒng)干擾矩陣快速生成，效率高、準(zhǔn)確性高。
【專利說明】艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁兼容性預(yù)測領(lǐng)域，具體涉及一種艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生 成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了實(shí)現(xiàn)艦船與岸、艦船與艦船間的正常通信，艦船平臺上都裝有若干工作于不 同頻段的天線，連同導(dǎo)航、電子戰(zhàn)和雷達(dá)天線以及各式各樣的電子設(shè)備和武器系統(tǒng)構(gòu)成了 艦船平臺的復(fù)雜電磁環(huán)境。在各類天線中，短波通信天線由于數(shù)量多、布置受限、頻段資源 有限、發(fā)射功率大等因素，不但是全艦電磁輻射危害控制的重點(diǎn)，也是開展全艦電磁兼容控 制設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為此，迫切需要根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的組成、電磁收發(fā)特性、短波天線布置位 置等信息，能實(shí)現(xiàn)短波系統(tǒng)間干擾關(guān)聯(lián)關(guān)系的量化分析，并以短波系統(tǒng)間的干擾矩陣形式 進(jìn)行表述，是實(shí)現(xiàn)艦船總體進(jìn)行短波天線優(yōu)化布局、方案調(diào)整的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的基于四步分級 篩選技術(shù)的干擾矩陣生成方法存在準(zhǔn)確性不足，基于精確場/路預(yù)測方法的干擾矩陣生成 方法存在效率低下問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種艦船短波 系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的組成、電磁收發(fā)特性、短波天線布置位 置等信息自動生成艦船短波系統(tǒng)的干擾矩陣，為艦船等武器平臺短波系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè) 計(jì)及優(yōu)化布置提供技術(shù)支撐。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的各個(gè)用頻設(shè)備的構(gòu)成，梳理用頻設(shè)備中輻射用頻設(shè)備與敏 感用頻設(shè)備之間的交互作用，通過建立艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣表達(dá)出艦船短波系統(tǒng)存 在的干擾對；
[0007] 2)基于艦船短波系統(tǒng)的輻射用頻設(shè)備電磁兼容性參數(shù)化模型和步驟1)中的艦船 短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣，求解短波系統(tǒng)敏感用頻設(shè)備收到輻射用頻設(shè)備輻射的干擾能量；
[0008] 3)根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)要求，建立短波系統(tǒng)中敏感用頻設(shè)備接收 到的干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)；
[0009] 4)基于艦船短波系統(tǒng)中敏感用頻設(shè)備敏感性模型和步驟3)中敏感用頻設(shè)備接收 到的干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)，結(jié)合短波系統(tǒng)配置情況、空間位置布局及工作頻 率、射功率、靈敏度和抗干擾等特性參數(shù)，利用四步分級篩選預(yù)測方法完成短波系統(tǒng)干擾矩 陣生成的"粗篩選"階段，形成艦船短波系統(tǒng)初步干擾矩陣；
[0010] 5)針對步驟4)中艦船短波系統(tǒng)初步干擾矩陣中處于臨界干擾狀態(tài)的干擾對，采 用精確場/路預(yù)測方法（如矩量法）或船模/實(shí)船測試數(shù)據(jù)對步驟1)中的艦船短波系統(tǒng) 干擾關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行修正，并繼續(xù)執(zhí)行步驟2)?步驟4)，完成短波系統(tǒng)干擾矩陣生成的"細(xì) 篩選"階段，最終建立艦船短波系統(tǒng)干擾矩陣。
[0011] 按上述方案，所述步驟1)中艦船短波系統(tǒng)存在的干擾對包括輻射用頻設(shè)備對敏 感用頻設(shè)備的單向干擾、輻射用頻設(shè)備與敏感用頻設(shè)備之間的雙向干擾。
[0012] 按上述方案，所述步驟1)中艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣采用隔離度矩陣表達(dá)，考 慮輻射用頻設(shè)備i端口 &和敏感用頻設(shè)備j端口 & 一一對應(yīng)的關(guān)系，設(shè)的，Rp為輻射用 頻設(shè)備i端口 Ei和敏感用頻設(shè)備j端口 &之間的能量傳輸關(guān)系，設(shè)& ;f)為輻射用 頻設(shè)備i端口 Ei和敏感用頻設(shè)備j端口 &之間的隔離度，I (Ei，& ;f)為敏感用頻設(shè)備j受 福射用頻設(shè)備i干擾的隔尚度矩陣或干擾矩陣：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的各個(gè)用頻設(shè)備的構(gòu)成，梳理用頻設(shè)備中輻射用頻設(shè)備與敏感用 頻設(shè)備之間的交互作用，通過建立艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣表達(dá)出艦船短波系統(tǒng)存在的 干擾對； 2) 基于艦船短波系統(tǒng)的輻射用頻設(shè)備電磁兼容性參數(shù)化模型和步驟1)中的艦船短波 系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣，求解短波系統(tǒng)敏感用頻設(shè)備收到輻射用頻設(shè)備輻射的干擾能量； 3) 根據(jù)艦船短波系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)要求，建立短波系統(tǒng)中敏感用頻設(shè)備接收到的 干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)； 4) 基于艦船短波系統(tǒng)中敏感用頻設(shè)備敏感性模型和步驟3)中敏感用頻設(shè)備接收到的 干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)，結(jié)合短波系統(tǒng)配置情況、空間位置布局及工作頻率、射 功率、靈敏度和抗干擾等特性參數(shù)，利用四步分級篩選預(yù)測方法完成短波系統(tǒng)干擾矩陣生 成的"粗篩選"階段，形成艦船短波系統(tǒng)初步干擾矩陣； 5) 針對步驟4)中艦船短波系統(tǒng)初步干擾矩陣中處于臨界干擾狀態(tài)的干擾對，采用精 確場/路預(yù)測方法或船模/實(shí)船測試數(shù)據(jù)對步驟1)中的艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行 修正，并繼續(xù)執(zhí)行步驟2)?步驟4)，完成短波系統(tǒng)干擾矩陣生成的"細(xì)篩選"階段，最終建 立艦船短波系統(tǒng)干擾矩陣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟1)中艦船短波系統(tǒng)存在的干擾對包括輻射用頻設(shè)備對敏感用頻設(shè)備的單向干擾、輻 射用頻設(shè)備與敏感用頻設(shè)備之間的雙向干擾。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所 述步驟1)中艦船短波系統(tǒng)干擾關(guān)聯(lián)矩陣采用隔離度矩陣表達(dá)，考慮輻射用頻設(shè)備i端口 Ei 和敏感用頻設(shè)備j端口 & 一一對應(yīng)的關(guān)系，設(shè)的，Rp為輻射用頻設(shè)備i端口 Ei和敏感用 頻設(shè)備j端口 &之間的能量傳輸關(guān)系，設(shè)Ii^Ei，& ;f)為輻射用頻設(shè)備i端口 Ei和敏感用 頻設(shè)備j端口 &之間的隔離度，I (Ei，& ;f)為敏感用頻設(shè)備j受輻射用頻設(shè)備i干擾的隔 離度矩陣或干擾矩陣：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟2)中，輻射用頻設(shè)備電磁兼容性參數(shù)化模型由發(fā)射機(jī)模型和天線模型組成，具體如 下： (a)發(fā)射機(jī)模型，由基波功率、諧波功率和雜散功率組成：
其中：基波功率
〇?，Pti為基波輸出功率的各次測量值，m為測試次數(shù)；諧 波功率jlg.V+β，為\?次諧波的平均功率，N為諧波次數(shù)，A和B為發(fā)射 機(jī)常數(shù)；雜散功率= + +政，為雜散發(fā)射平均功率，f。,為基波頻率，A'和 B'為特定發(fā)射機(jī)的常數(shù)，f為計(jì)算頻率； (b)天線模型，是頻率的函數(shù)： G(f, p) =G(fot, P〇) + [Clgf/fot+D] 其中：G(f，P)為其它頻點(diǎn)處的增益；G(f；t，Ρ(ι)為在基波頻率f；t和極化狀態(tài) Ρ(ι下的 增益；C和D為給定天線型號的常數(shù)，f為計(jì)算頻率；
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟2)中，干擾能量采用有效干擾功率PKj表示，所述P Kj滿足下式：
(2) 式（2)中，Pw為頻率fa到fb范圍內(nèi)從輻射用頻設(shè)備i耦合到敏感用頻設(shè)備j的有效 干擾功率；L (f)為輻射用頻設(shè)備i的端口輸出功率譜密度；為敏感用頻設(shè)備j對 不同調(diào)制信號的響應(yīng)函數(shù)；11.1? ;f)為式⑴中輻射用頻設(shè)備i端口 Ei和敏感用頻設(shè) 備j端口 &之間的隔離度； 當(dāng)敏感用頻設(shè)備j處于輻射用頻設(shè)備i遠(yuǎn)場區(qū)域時(shí)，基于遠(yuǎn)場等效傳播模型法，利用下 面的近似公式進(jìn)行分析計(jì)算PKj :
(3)
(4) 式⑶?⑷中： D為輻射用頻設(shè)備和敏感用頻設(shè)備間距離； Gt(f，P)、4(f，P)分別為輻射用頻設(shè)備和敏感用頻設(shè)備天線增益； LP()w(f·)為輻射用頻設(shè)備和敏感用頻設(shè)備間極化不匹配損耗； Ldiff(f)為輻射用頻設(shè)備和敏感用頻設(shè)備間繞射損耗； PT (i) (f，t)為輻射用頻設(shè)備i的輻射功率，是頻率的函數(shù)； Lta(i) (f)為輻射用頻設(shè)備i在分析頻點(diǎn)的發(fā)射衰減量，是頻率的函數(shù)； LM(i) (f)為敏感用頻設(shè)備j在接收頻點(diǎn)的接收抑制量，是頻率的函數(shù)； Lt (i，f)為發(fā)射饋線損耗，指輻射用頻設(shè)備i輸出端口到天線輸入端口間饋線的傳輸損 耗； k (i，f)為接收饋線損耗，指敏感用頻設(shè)備j天線輸出端口到敏感用頻設(shè)備j輸入端口 間饋線的傳輸損耗。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟3)中敏感用頻設(shè)備接收到的干擾對電磁兼容狀態(tài)的多因素判據(jù)依據(jù)下式（5)和（6) 建立，具體為： 對于短波系統(tǒng)的每個(gè)敏感用頻設(shè)備j，在其耦合端口都存在一個(gè)可容忍的敏感功率限 值，即干擾門限功率Ps，有效干擾功率Ρκ與干擾門限功率Ps的差值定義為電磁干擾安全裕 度IM，即干擾余量： IM (f, t, d, p) = PE (f, t, d, p) -Ps (f, t) (5) PK/(Jj+Nj) > (S/N)mJ 和 PKJ) Psmin (6) 其中，P&為敏感用頻設(shè)備j接收到的有效干擾功率，1為敏感用頻設(shè)備j接收到的外 部干擾功率，％為敏感用頻設(shè)備j的內(nèi)部噪聲功率； 對每個(gè)敏感用頻設(shè)備j來說，如果式（5)中IM < 0時(shí)，則認(rèn)為敏感用頻設(shè)備j為安全 的，否則有可能出現(xiàn)干擾或減敏現(xiàn)象；如果敏感用頻設(shè)備j同時(shí)滿足式（6)中兩項(xiàng)，則其能 夠正常工作，而不會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，但是可能會出現(xiàn)減敏現(xiàn)象，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)也會下降。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟4)中敏感用頻設(shè)備敏感性模型由敏感度閾值模型和頻率選擇模型組合構(gòu)成，具體如 下： Ps(f,t) =Pr(for；f) U S(f ；Af) (a) 敏感度閾值模型，由同頻道敏感度閾值模型和帶外敏感度閾值模型組成： Pr(f〇r；f) = Pr(f〇r)+Pr(f) 其中，同頻道敏感度閾值模型p,(f?) = 30+101g(FKTB,)，F(xiàn)為接收機(jī)噪聲系數(shù)，K為玻 爾茲曼常數(shù)，Τ為開氏溫度，為接收機(jī)帶寬；帶外敏感度閾值模型Pjf) = PjfOT)+Ilg(f/ +J，I和J為每一接收機(jī)型號確定的常數(shù)，f為計(jì)算頻率，for為敏感用頻設(shè)備工作頻率； (b) 頻率選擇性模型，由同頻干擾頻率模型和鄰道干擾頻率模型組成： S (f ； Δ f) = s (f) +S ( Δ f) 其中，同頻干擾頻率模型S(f) =f；，f；為接收頻率；鄰道干擾頻率模型S(Af)= S( Λ Λ f/Λ 4)，Si為可用區(qū)選擇性曲線斜率，Λ &為可用區(qū)帶寬，S( Λ A)為接收 機(jī)可用區(qū)帶寬選擇性，Af = |f-fOT|。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的艦船短波系統(tǒng)間干擾矩陣快速生成方法，其特征在于，所述 步驟4)中，四步分級篩選預(yù)測方法依次分成幅度篩選、頻率篩選、詳細(xì)分析篩選、性能預(yù)測 四個(gè)步驟： i) 幅度篩選不考慮頻率的影響，對輻射用頻設(shè)備電磁兼容性參數(shù)化模型采用簡單、保 守的近似式，計(jì)算出干擾余量，使得式（3) *PT(i) (f，t)中的頻率取常量，利用式（1)?（5) 分析計(jì)算IM(f, t, d, p)后進(jìn)行篩選； ii) 頻率篩選以步驟（i)幅度篩選結(jié)果作基礎(chǔ)，通過考慮附加的干擾抑制處理頻率變 量；即使得式（3)中PT(i) (f，t)中的頻率掃頻，利用式（1)?（5)分析計(jì)算IM(f，t，d，p)后 進(jìn)行篩選； iii) 詳細(xì)分析篩選用于對步驟（i)幅度篩選和步驟（ii)頻率篩選后的潛在干擾設(shè) 備進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，完成天線極化不匹配和電波實(shí)際傳播情況的修正，確定干擾狀況；即使 得式（3)計(jì)算時(shí)考慮到極化和電波實(shí)際傳播情況的修正，利用式（1)?（5)進(jìn)行分析計(jì)算 IM(f, t, d, p)后進(jìn)行篩選； iv) 性能預(yù)測考慮諸如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的調(diào)諧特性和響應(yīng)以及性能分析，即通過式 (1)?（5)計(jì)算出干擾余量頂江3，(1，？），然后利用（6)進(jìn)行敏感用頻設(shè)備敏感狀態(tài)判定。
【文檔編號】H04B17/00GK104253660SQ201410553922
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】劉其鳳, 奚秀娟, 吳為軍, 方重華, 宋東安 申請人:中國艦船研究設(shè)計(jì)中心