一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，它提出了一種采用 幅度譜重構(gòu)電磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，仿真超電大尺寸對(duì)象強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境的方法， 解決了電磁脈沖武器攻擊下超電大尺寸對(duì)象的電磁環(huán)境分布特性計(jì)算問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 超電大尺寸對(duì)象上裝備大量電子設(shè)備，當(dāng)面臨電磁脈沖福射下的復(fù)雜電磁環(huán)境 時(shí)，設(shè)備性能會(huì)降級(jí)甚至造成永久性損壞。同時(shí)，高強(qiáng)度的電磁福射引起的超電大尺寸對(duì)象 上金屬結(jié)構(gòu)感應(yīng)電流，可能對(duì)人員造成灼傷；同時(shí)會(huì)在金屬結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生飛弧，引起燃油自燃 等，電磁脈沖引起的電磁脈沖效應(yīng)問題，對(duì)超電大尺寸對(duì)象正常工作造成了潛在威脅。
[0003] 信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，必須符合一些限定條件，或附加一些時(shí)域采樣值及頻域信息，才 能使恢復(fù)的信號(hào)是唯一的。P.L. Van化ve等人的研究成果表明，對(duì)于一個(gè)因果的有限長(zhǎng)實(shí) 序列，可添加一個(gè)比特的相位信息，利用符號(hào)化的幅度譜來重構(gòu)該個(gè)離散信號(hào)；S. H. Naw油 則提出利用有限長(zhǎng)離散信號(hào)的前半部分采樣點(diǎn)和已知的幅度譜來重構(gòu)原信號(hào)，并成功應(yīng)用 在語音信號(hào)處理中；于鳳芹在李衍達(dá)等人的基礎(chǔ)上，提出了一種迭代算法，該算法對(duì)高斯白 噪聲污染下的幅度譜和部分的時(shí)域信號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行外推，重構(gòu)了時(shí)域波形，具有一定的抗噪 性能。王永忠提出了一種適用于有限長(zhǎng)序列的重構(gòu)方法，可W通過其頻譜的模值進(jìn)行多次 迭代，收斂后得到相位譜，并將該種方法的應(yīng)用擴(kuò)展到了連續(xù)信號(hào)。施慧君對(duì)僅由相位譜重 構(gòu)信號(hào)的超松弛條件進(jìn)行了討論，提出了一種僅由相位譜重構(gòu)幅度譜的迭代算法，并得到 初始幅度譜對(duì)迭代結(jié)果基本沒有影響的結(jié)論。張善文提出了由一種迭代算法，將適用于一 維信號(hào)的迭代算法推廣到二維信號(hào)，能夠僅由幅度譜對(duì)帶限二維信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并將該個(gè) 迭代算法推廣到多維信號(hào)。
[0004] 電磁脈沖具有寬頻譜和高能量特性，能通過線纜、縫隙等禪合到電子系統(tǒng)中，導(dǎo)致 電子系統(tǒng)性能降級(jí)甚至損壞。因此，研究復(fù)雜電子系統(tǒng)所處的電磁脈沖環(huán)境，對(duì)提高復(fù)雜電 子系統(tǒng)對(duì)電磁脈沖的防護(hù)能力具有重要的意義。電磁脈沖環(huán)境的實(shí)測(cè)具有一定困難性，并 且，由于研究對(duì)象是幾十米乃至上百米的電大尺寸復(fù)雜目標(biāo)，使用普通商用軟件或全波算 法，只能進(jìn)行低頻情況下的整體電磁環(huán)境模擬，和高頻情況下的局部結(jié)構(gòu)電磁特性分析，無 法討論高頻情況下的整體電磁脈沖環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種基于頻-時(shí)變換仿真超電大尺寸對(duì)象強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境 的方法，解決電磁脈沖武器攻擊下超電大尺寸對(duì)象的電磁環(huán)境分布特性計(jì)算問題。
[0006] 本發(fā)明所述的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，它提出了一種采用幅度譜重構(gòu) 電磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，仿真超電大尺寸對(duì)象強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境的方法，包括如下步 驟： (1) 通過相關(guān)建模軟件，建立超電大尺寸對(duì)象的幾何模型，將幾何模型導(dǎo)入電磁仿真軟 件中，選擇合適的面元剖分方式，生成相應(yīng)的電磁模型； (2) 采用電磁仿真軟件對(duì)超電大尺寸對(duì)象的頻域電磁環(huán)境進(jìn)行了仿真計(jì)算； (3) 通過超電大對(duì)象復(fù)雜電磁脈沖環(huán)境仿真的頻域響應(yīng)反演出時(shí)域脈沖。
[000引據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，其特征是： 所述步驟（1)合適的面元剖分方式是采用=角形及四邊形平面片擬合超電大尺寸對(duì)象表 面，將其剖分成面元網(wǎng)格。
[0009] 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，其特征是： 所述步驟（3)采用的方法是基于幅度譜重構(gòu)電磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，包括如下步 驟： (3a)分解電磁脈沖為頻域不同頻率的連續(xù)波； (3b)基于適用于超電大尺寸對(duì)象的電磁工程仿真軟件，對(duì)單一頻率點(diǎn)進(jìn)行仿真，得到 該頻點(diǎn)響應(yīng)； (3c)重復(fù)第二步，得到各頻點(diǎn)的頻率響應(yīng)，計(jì)算幅度譜； (3d)由相位信息重構(gòu)算法，得到敏感點(diǎn)處時(shí)域電磁脈沖。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法的流程圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法的時(shí)域波形 恢復(fù)算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 通過相關(guān)建模軟件，建立超電大尺寸對(duì)象的幾何模型，將幾何模型導(dǎo)入電磁仿真 軟件中，選擇合適的面元剖分方式，生成相應(yīng)的電磁模型；建立超電大尺寸對(duì)象模型后，需 要對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的電磁建模：采用=角形及四邊形平面片擬合超電大尺寸對(duì)象的表 面，將其剖分成面元網(wǎng)格。同時(shí)，由于面元網(wǎng)格的大小直接影響數(shù)值計(jì)算的效率與精度，建 模過程中，對(duì)超電大尺寸對(duì)象進(jìn)行了分層剖分，復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用了較小的剖分步長(zhǎng)，確保仿 真精度。
[0013] 采用電磁仿真軟件對(duì)超電大尺寸對(duì)象的頻域電磁環(huán)境進(jìn)行了仿真計(jì)算，基于適用 于超電大尺寸對(duì)象的電磁工程仿真軟件，采用頻域方法，對(duì)每個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行逐一仿真，得到 超電大尺寸復(fù)雜電磁環(huán)境下，觀測(cè)點(diǎn)的電磁脈沖幅度譜。
[0014] 由信號(hào)處理相關(guān)理論得到，當(dāng)電磁脈沖信號(hào)滿足某些限定條件時(shí)，相位譜可由幅 度譜的希爾伯特變換唯一的確定，即信號(hào)時(shí)域波形可僅由幅度譜重構(gòu)得到。并通過該種方 法恢復(fù)了敏感觀測(cè)點(diǎn)處電磁脈沖信號(hào)時(shí)域波形。
[0015] 由信號(hào)相關(guān)理論可知，任意因果穩(wěn)定信號(hào)，其傅氏變換的實(shí)部和虛部，構(gòu)成希爾伯 特變換對(duì)?？捎善涮摬?，唯一地確定實(shí)部，用幅度譜恢復(fù)信號(hào)的步驟分為=步。
[0016] 第一步；對(duì)穩(wěn)定因果的實(shí)信號(hào)x[n]，定義其復(fù)倒譜為.4/7：!，有
[0017] 第二步：若復(fù)倒譜xH是因果穩(wěn)定的，其傅氏變換的實(shí)部Inlx(ej'un) I和虛部 arg技(ejun)]，構(gòu)成希爾伯特變換對(duì)，
[0018] 第S步：當(dāng)且僅當(dāng)x[n]是最小相位信號(hào)時(shí)，復(fù)倒譜iH是因果穩(wěn)定的；又 ln|X(eJ'。n)|即信號(hào)x[n]傅里葉變換幅度譜的對(duì)數(shù)，argレレ".'")|即信號(hào)x[n]傅里葉變換的 相位譜，即可推導(dǎo)出，x[n]滿足最小相位條件時(shí)，x[n]的相位譜可通過希爾伯特變換，由幅 度譜唯一的確定，從而僅從幅度譜恢復(fù)信號(hào)。
[0019] 信號(hào)滿足最小相位條件時(shí)，可由希爾伯特變換，從幅度譜恢復(fù)相位信息，采用FFT 方法，實(shí)現(xiàn)由離散幅度譜構(gòu)造相位譜的最小相位逼近，進(jìn)而重構(gòu)時(shí)域波形。
[0020]假定信號(hào)的幅度譜為|H(?) I，由離散幅度譜構(gòu)造離散相位譜，從而恢復(fù)離散時(shí)域 信號(hào)x[n]的具體實(shí)現(xiàn)步驟分為走步。
[0021] 第一步：對(duì)幅度譜|H(w)|進(jìn)行采樣，得到采樣后的幅度譜|H似I，k = 1，2,. . . N/2,其中N/2是2的整數(shù)次幕。
[0022] 第二步；計(jì)算離散化的幅度譜|H化）|的自然對(duì)數(shù)ln|H化）|，將其相對(duì)于N/2點(diǎn)進(jìn) 行反折，并和原In IH化）I疊加，得到N點(diǎn)的對(duì)數(shù)譜，記為F似.
[002引第立步；計(jì)算F似的IFFT得到時(shí)間序列f (n)。
[0024] 第四步：令
[002引第五步：計(jì)算f' (n)的FFT，得到F' (k)=FFT[f'似]，其虛部是對(duì)信號(hào)x[n] 最小相位的逼近。
[0026] 第六步：已知最小相位譜和幅度譜，得到信號(hào)的頻譜H(k) = exp[F'化)]。
[0027] 第^;：步；由頻譜通過IFFT反演時(shí)域離散信號(hào)x[n] = IFFUHW ]。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，它提出了一種采用幅度譜重構(gòu)電 磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，仿真超電大尺寸對(duì)象強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境的方法，包括如下步驟： (1) 通過相關(guān)建模軟件，建立超電大尺寸對(duì)象的幾何模型，將幾何模型導(dǎo)入電磁仿真軟 件中，選擇合適的面元剖分方式，生成相應(yīng)的電磁模型； (2) 采用電磁仿真軟件對(duì)超電大尺寸對(duì)象的頻域電磁環(huán)境進(jìn)行了仿真計(jì)算； (3) 通過超電大對(duì)象復(fù)雜電磁脈沖環(huán)境仿真的頻域響應(yīng)反演出時(shí)域脈沖。2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，其特征是： 所述步驟（1)合適的面元剖分方式是采用三角形及四邊形平面片擬合超電大尺寸對(duì)象表 面，將其剖分成面元網(wǎng)格。3. 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，其特征是： 所述步驟（3)采用的方法是基于幅度譜重構(gòu)電磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，包括如下步 驟： (3a)分解電磁脈沖為頻域不同頻率的連續(xù)波； (3b)基于適用于超電大尺寸對(duì)象的電磁工程仿真軟件，對(duì)單一頻率點(diǎn)進(jìn)行仿真，得到 該頻點(diǎn)響應(yīng)； (3c)重復(fù)第二步，得到各頻點(diǎn)的頻率響應(yīng)，計(jì)算幅度譜； (3d)由相位信息重構(gòu)算法，得到敏感點(diǎn)處時(shí)域電磁脈沖。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頻-時(shí)變換的強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境仿真方法，它提出了一種采用幅度譜重構(gòu)電磁脈沖波形進(jìn)行頻-時(shí)變換，仿真超電大尺寸對(duì)象強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境的方法，包括如下步驟：(1)通過相關(guān)建模軟件，建立超電大尺寸對(duì)象的幾何模型，將幾何模型導(dǎo)入電磁仿真軟件中，選擇合適的面元剖分方式，生成相應(yīng)的電磁模型；(2)采用電磁仿真軟件對(duì)超電大尺寸對(duì)象的頻域電磁環(huán)境進(jìn)行了仿真計(jì)算；(3)通過超電大對(duì)象復(fù)雜電磁脈沖環(huán)境仿真的頻域響應(yīng)反演出時(shí)域脈沖。解決了電磁脈沖武器攻擊下超電大尺寸對(duì)象的電磁環(huán)境分布特性計(jì)算問題。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN104951606
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510329906
【發(fā)明人】姜弢, 曹小東, 李文興, 段瀚林
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日