技术领域
[0001] 本发明涉及电磁环境效应技术领域，尤其是一种复杂电磁环境构建方法。
相关背景技术
[0002] 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，发展电磁加固技术。而开展上述工作的基础是构建高逼真度的复杂电磁环境。
[0003] 目前，复杂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而言，特别是在效应物体积、重量较大的情况下，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。
具体实施方式
[0077] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0078] 如图1所示，本发明的一种复杂电磁环境构建方法，包括：空间复杂电磁环境矢量分解，矢量信号波形剪裁，矢量信号生成，以及空间复杂电磁环境矢量合成重构4个步骤，具体为：
[0079] 步骤1，进行空间复杂电磁环境矢量分解，得到矢量分解信号波形集；
[0080] 步骤2，对矢量分解信号波形集进行矢量信号波形剪裁；
[0081] 步骤3，对剪裁后的矢量分解信号波形集进行归一化处理得到矢量构建信号波形集，然后转换成实际电磁信号并放大；
[0082] 步骤4，利用放大后的矢量构建信号波形集进行空间复杂电磁环境矢量合成重构。
[0083] 1、空间复杂电磁环境矢量分解：
[0084] 步骤1.1，根据效应物的外形尺寸，确定一个外切长方体区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω；
[0085] 在本实施例中，所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω既可以是仿真环境，也可以是实际物理空间环境。
[0086] 步骤1.2，确定所述空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω中所有6个面的水平矢量方向和垂直矢量方向；
[0087] 步骤1.3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω的第i个面 对空间电磁环境进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到 面的水平矢量信号波形 和垂直矢量信号波形
[0088] 步骤1.4，重复步骤1.3，得到空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω所有6个面的矢量分解信号波形集Δ(1)，其中：
[0089]
[0090] 其中， 为 面的矢量分解信号波形组，且
[0091]
[0092] 式中，i＝1,2,…,6， 为水平矢量分解信号， 为垂直矢量分解信号。
[0093] 2、矢量信号波形剪裁：
[0094] 步骤2.1，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行频率剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)；
[0095] 具体地：
[0096] 步骤2.11，通过傅里叶变换，将步骤1得到的矢量分解信号波形集Δ(1)中的第i个矢量分解信号波形组 的水平矢量分解信号 和垂直矢量分解信号 变换至频域，分别得到水平矢量分解信号频域波形 和垂直矢量分解信号频域波形
[0097] 步骤2.12，根据效应物敏感频率范围[fL,fU]，对水平矢量分解信号频域波形和垂直矢量分解信号频域波形 进行频率剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号频域波形 和剪裁后的垂直矢量分解信号频域波形
[0098] 步骤2.13，通过逆傅里叶变换，将剪裁后的水平矢量分解信号频域波形 和垂直矢量分解信号频域波形 变换至时域，得到水平矢量分解信号 和垂直矢量分解信号
[0099] 步骤2.14，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组 其中：
[0100]
[0101] 步骤2.15，重复步骤2.11～2.14，直至对所有Δ(1)中所有矢量分解信号波形组完成频率剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)，其中：
[0102]
[0103] 步骤2.2，根据效应物敏感电平A，对频率剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(2)中每个元素的水平矢量信号波形和垂直矢量信号波形进行幅度剪裁，得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)；
[0104] 具体地：
[0105] 步骤2.21，根据效应物敏感电平A，对矢量分解信号波形集Δ(2)中的第i个矢量分解信号波形组 的水平矢量分解信号 和垂直矢量分解信号 进行幅度剪裁，得到剪裁后的水平矢量分解信号 和剪裁后的垂直矢量分解信号
[0106] 步骤2.22，更新剪裁后的矢量分解信号波形组，得到矢量分解信号波形组 其中：
[0107]
[0108] 步骤2.23，重复步骤2.21～2.22，直至对所有Δ(2)中所有矢量分解信号波形组完成幅度剪裁，并得到剪裁后的矢量分解信号波形集Δ(3)，其中：
[0109]
[0110] 在本实施例中，所述效应物敏感频率范围[fL,fU]，以及效应物敏感电平A可通过电磁环境效应试验获取。
[0111] 3、矢量信号生成：
[0112] 步骤3.1，对矢量分解信号波形集Δ(3)中的每个矢量信号进行幅值归一化处理，得到矢量构建信号波形集Λ；
[0113] 具体地：
[0114] 步骤3.11，对第i个矢量分解信号波形组 的水平矢量分解信号 进行幅值归一化处理，得到水平矢量构建信号Vix：
[0115]
[0116] 其中， 表示求取 绝对值的最大值；
[0117] 步骤3.12，对第i个矢量分解信号波形组 的垂直矢量分解信号 进行幅值归一化处理，得到垂直矢量构建信号Viy：
[0118]
[0119] 其中， 表示求取 绝对值的最大值；
[0120] 步骤3.13，得到第i个矢量构建信号波形组Λi，其中：
[0121] Λi＝{Vix,Viy}(9)
[0122] 步骤3.14，重复步骤3.11～3.13，完成所有矢量分解信号波形组的幅值归一化处理，并得到矢量构建信号波形集Λ，其中：
[0123] Λ＝{Λ1,Λ2,Λ3,Λ4,Λ5,Λ6}(10)
[0124] 步骤3.2，通过信号模拟设备，将矢量构建信号波形集Λ中每个矢量信号转换成实际电磁信号；在本实施例中，所述信号模拟设备可以是任意波形发生器；
[0125] 步骤3.3，通过信号放大设备，将步骤3.2中转换成电磁信号的矢量构建信号波形集Λ进行放大；在本实施例中，所述信号放大设备为微波功率放大器。
[0126] 4、空间复杂电磁环境矢量合成重构：
[0127] 步骤4.1，在空间中，确定一个与空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω尺寸相同的区域，该区域即为空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ，同时保持重构区域Θ与分解区域Ω各面的水平矢量方向和垂直矢量方向相同；
[0128] 在本实施例中，所述空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ为实际物理空间环境，一般处于微波暗室中或开阔场环境中。
[0129] 步骤4.2，在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ周围，距离每个平面d米处设置一个双极化天线，所述双极化天线的工作频率覆盖效应物敏感频率范围[fL,fU]，且d满足：
[0130]
[0131] 其中，D为双极化天线口径，c为真空中光速；
[0132] 此外，所述双极化天线的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时双极化天线的水平极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的水平矢量方向相同，垂直极化方向与空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ的垂直矢量方向相同。
[0133] 步骤4.3，通过双极化天线将放大后的矢量构建信号波形组的水平矢量信号、垂直矢量信号对相应的重构区域面进行辐射，实现重构区域各面电磁环境空间合成构建。
[0134] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0135] 步骤1，以得到矢量分解信号波形组 为例，详细说明空间复杂电磁环境矢量分解过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行空间复杂电磁环境矢量分解，步骤如下：
[0136] 步骤1.1，如图2所示，根据效应物1最大尺寸，确定构建的空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω2的尺寸为3m×1m×1m；
[0137] 步骤1.2，按照如图3所示的矢量方向规则3，对空间复杂电磁环境矢量分解区域Ω2各面的水平矢量方向和垂直矢量方向进行定义；
[0138] 步骤1.3，以信号矢量分解示例面4为例，详细说明空间电磁环境矢量分解过程，其余5个面参照该示例进行矢量分解；对空间电磁环境在信号矢量分解示例面上进行投影，并进行水平矢量和垂直矢量分解，得到水平矢量分解信号 垂直矢量分解信号[0139] 步骤1.4，如图4所示，得到矢量分解信号波形组 其中
[0140] 步骤2，以矢量分解信号波形组 为例，详细说明矢量信号波形剪裁过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行矢量信号波形剪裁，步骤如下：
[0141] 步骤2.1，频率剪裁：
[0142] 步骤2.11，将信号 采用傅里叶变换变换至频域，得到敏感频率剪裁前的频域波形 和 如图5所示；
[0143] 步骤2.12，根据敏感频率范围[200MHz,500MHz]，将 和 中200MHz以下、500MHz以上的信号幅度置为0，保留200MHz至500MHz以内的信号，得到敏感频率剪裁后的频域波形 和 如图6所示；
[0144] 步骤2.13，通过逆傅里叶变换将 和 变换至时域，得到剪裁后的水平矢量分解信号 垂直矢量分解信号
[0145] 步骤2.14，如图7所示，进而得到剪裁后的矢量分解信号波形组 其中[0146] 步骤2.2，幅度剪裁：
[0147] 步骤2.21，根据敏感电平1200V/m，将矢量分解信号波形组 中各矢量信号进行幅度剪裁，将1200V/m以下的信号幅度置为0，保留1200V/m以上的信号，得到剪裁后的水平矢量分解信号 垂直矢量分解信号
[0148] 步骤2.22，如图8所示，进而得到剪裁后的矢量分解信号波形组 其中[0149] 步骤3，以矢量分解信号波形组 为例，详细说明矢量信号波形生成过程，其余矢量分解信号波形组参考该示例进行矢量信号波形生成；步骤如下：
[0150] 步骤3.1，对矢量分解信号波形组 中的每个矢量信号进行幅值归一化处理：
[0151] 步骤3.11，根据式(7)对水平矢量分解信号 进行归一化处理，得到水平矢量构建信号V1x；
[0152] 步骤3.12，根据式(8)对垂直矢量分解信号 进行归一化处理，得到垂直矢量构建信号V1y；
[0153] 步骤3.13，如图9所示，进而得到矢量构建信号波形组Λ1；
[0154] 步骤3.2，通过双通道任意波形发生器5将矢量构建信号波形组Λ1各矢量信号转换成实际电磁信号；
[0155] 步骤3.3,通过微波功率放大器6将步骤3.2中的转换成电磁信号的矢量构建信号波形组Λ1进行放大；
[0156] 步骤4，以矢量构建信号波形组Λ1为例，详细说明空间复杂电磁环境矢量合成重构过程，其余矢量构建信号波形组参考该示例进行空间复杂电磁环境矢量合成重构，步骤如下：
[0157] 步骤4.1，如图10所示，在微波暗室中确定空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ8；
[0158] 步骤4.2，在距离信号矢量分解示例面5米处设置一个双极化喇叭天线7，双极化喇叭天线7的中心点与面的中心点重合，天线端面与面平行；同时天线的水平极化方向与重构区域的水平矢量方向相同，垂直极化方向与重构区域的垂直矢量方向相同；
[0159] 步骤4.3，将步骤3.3中放大后的水平矢量构建信号馈入双极化喇叭天线的水平极化信号输入端口，将放大后的垂直矢量构建信号馈入双极化喇叭天线的垂直极化信号输入端口；
[0160] 步骤4.4，调节双通道任意波形发生器5各通道输出功率，使得在空间复杂电磁环境矢量重构区域Θ8对应面水平矢量信号电平幅度、垂直矢量信号电平幅度与矢量分解信号波形组 相应矢量信号电平幅度相同。
[0161] 至此，完成空间复杂电磁环境矢量分解再合成构建。
[0162] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
