一种选取飞机舱外天线安装点的方法、装置和智能终端与流程

本发明涉及计算机仿真领域，特别涉及一种选取飞机舱外天线安装点的方法、装置和智能终端。

背景技术：

对于大型飞机平台，通常需要安装大量的通信、导航、监视用无线电设备，这些无线电设备主要集中安装于电子设备舱、驾驶舱，这些舱室被定义为敏感舱室。在飞机上进行无线电设备加改装时，很重要的一项工作就是保证加装设备天线辐射的电磁干扰对原机无线电设备正常工作不产生任何影响，因此，使加装设备天线辐射的电磁干扰对敏感舱室干扰最小就是确定加装设备天线最佳安装点的重要依据。

解决此类问题，通常采取的方式是在仿真阶段不断调整加装设备天线的安装点，在天线所有可能的安装点设置激励源，通过大量正向仿真获取敏感舱室的辐射强度，比较所获得的辐射强度，以判断天线在哪一个安装点时，对敏感舱室的辐射干扰最小。这种方法代价很大，需要对所有可能的安装点进行仿真，特别是对于飞机这类大尺寸模型，一次仿真就需要消耗大量超级计算机cpu计算资源和计算时间。

技术实现要素：

本发明提供的一种选取飞机舱外天线安装点的方法、装置和智能终端，以解决或部分解决上述的问题。

根据本发明的一个方面，提出了一种选取飞机舱外天线安装点的方法，所述方法包括：

对飞机的目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；

利用所述局部模型进行交叉极化误差和机体材料误差的仿真分析,判断所述飞机是否适用于线性系统互异性原理；

当判断所述飞机适用于线性系统互异性原理时，进一步对所述飞机的整个机体进行建模获得全机模型；

将激励源设置在所述全机模型内的所述目标敏感舱室内进行电磁场仿真，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点。

可选地，所述利用所述局部模型进行交叉极化误差和机体材料误差的仿真分析,判断所述飞机是否适用于线性系统互异性原理包括：

利用所述局部模型，判断所述飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性，以及判断所述飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性；

当所述飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性且机体材料也不影响飞机所在电磁场系统的线性时，判断所述飞机适用于线性系统互异性原理。

可选地，所述判断所述飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性包括：

将激励源和响应记录器对应设置在所述局部模型的内部和外部，进行第一次仿真，得到第一时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第二次仿真，得到第二时域响应信号；

根据所述第一时域响应信号和所述第二时域响应信号获取交叉极化误差，若所述交叉极化误差不大于预设第一误差阈值，判断所述飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性。

可选地，所述判断所述飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性包括：

将所述局部模型的理想材料替换为有损材料，将激励源和响应记录器对应设置在所述局部模型的内部和外部，进行第三次仿真，得到第三时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第四次仿真，得到第四时域响应信号；

根据所述第三时域响应信号和所述第四时域响应信号，获取机体材料误差，若所述机体材料误差不大于预设第二误差阈值，判断所述飞机的机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性。

根据本发明的另一个方面，提出了另一种选取飞机舱外天线安装点的装置，所述装置包括：

局部模型建立单元，用于对飞机的目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；

互异性判断单元，利用所述局部模型进行交叉极化误差和机体材料误差的仿真分析,判断所述飞机是否适用于线性系统互异性原理；

全机模型建立单元，用于当判断所述飞机适用于线性系统互异性原理时，进一步对所述飞机的整个机体进行建模获得全机模型；

安装点确定单元，用于将激励源设置在所述全机模型内的所述敏感舱室内进行电磁场仿真，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点。

可选地，所述互异性判断单元包括：

第一判断单元，用于利用所述局部模型进行交叉极化误差的仿真分析，判断所述飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性；

第二判断单元，用于利用所述局部模型进行机体材料误差的仿真分析,，判断所述飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性；

线性确定单元，用于当所述飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性且机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性时，判断所述飞机适用于线性系统互异性原理。

可选地，所述第一判断单元具体用于：

将激励源和响应记录器对应设置在所述局部模型的内部和外部，进行第一次仿真，得到第一时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第二次仿真，得到第二时域响应信号；

根据所述第一时域响应信号和所述第二时域响应信号获取交叉极化误差，若所述交叉极化误差不大于预设第一误差阈值，判断所述飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性。

可选地，所述第二判断单元具体用于：

将所述局部模型的理想材料替换为有损材料，将激励源和响应记录器对应设置在所述局部模型的内部和外部，进行第三次仿真，得到第三时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第四次仿真，得到第四时域响应信号；

根据所述第三时域响应信号和所述第四时域响应信号，获取机体材料误差，若所述机体材料误差不大于预设第二误差阈值，判断所述飞机的机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性。

根据本发明的又一个方面，提出了一种选取飞机舱外天线安装点的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现上述的选取飞机舱外天线安装点的方法。

根据本发明的又一个方面，提出了一种智能终端，所述智能终端包括上述的选取飞机舱外天线安装点的装置。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供的选取飞机舱外天线安装点的方案，只需对用户想要测试的目标敏感舱室进行局部建模，双向仿真后判断飞机是否适用于线性系统互异性原理，若符合，则进行全机建模，将激励源设置在目标舱室内进行仿真，机身外电磁场场值最低的位置即为天线的最佳安装点，无需对飞机外天线所有可能的安装点进行测试，节约超级计算机cpu计算资源和计算时间，降低经济成本和人力成本；实现的方法简单易行，可操作性强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种选取飞机舱外天线安装点的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种选取飞机舱外天线安装点的方法流程图；

图3为对驾驶舱所在的部位建模得到的局部模型示意图；

图4为激励源和响应位置交换示意图；

图5为激励源在局部模型内部和外部时分别在x极化方向的时域响应信号对比图；

图6为激励源分别在模型内部和外部时在y极化方向得到的时域响应信号对比图；

图7为激励源分别在有损材料模型内部和外部时电磁波在x极化方向的时域响应信号对比图；

图8为全机1:1仿真模型示意图；

图9为激励源设置在敏感区，225mhz辐射频率时得到的辐射场一维分布图；

图10为本发明实施例提供的一种选取飞机舱外天线安装点的装置图；

图11为本发明实施例提供的另一种选取飞机舱外天线安装点的装置图；

图12为本发明实施例提供的又一种选取飞机舱外天线安装点的装置图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种选取飞机舱外天线安装点的方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤s11：对飞机的目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；

步骤s12：利用局部模型进行交叉极化误差和机体材料误差的仿真分析,判断飞机是否适用于线性系统互异性原理；具体为：利用局部模型，判断飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性，以及判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性；当飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性且机体材料也不影响飞机所在电磁场系统的线性时，判断飞机适用于线性系统互异性原理。

步骤s13：当判断飞机适用于线性系统互异性原理时，进一步对飞机的整个机体进行建模获得全机模型；

步骤s14：将激励源设置在全机模型内的目标敏感舱室内进行电磁场仿真，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点。

其中，步骤s12中“判断飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性”具体方法为：将激励源和响应记录器对应设置在局部模型的内部和外部，进行第一次仿真，得到第一时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第二次仿真，得到第二时域响应信号；根据第一时域响应信号和第二时域响应信号获取交叉极化误差，若交叉极化误差不大于预设第一误差阈值，判断飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性。

步骤s12中“判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性”具体方法为；将局部模型的理想材料替换为有损材料，将激励源和响应记录器对应设置在局部模型的内部和外部，进行第三次仿真，得到第三时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第四次仿真，得到第四时域响应信号；根据第三时域响应信号和第四时域响应信号，获取机体材料误差，若机体材料误差不大于预设第二误差阈值，判断飞机的机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性。

线性系统是指系统对任一组同时作用的激励的响应是该组内每一激励单独作用时系统的响应的线性叠加，非线性系统不满足叠加原理，输出不与其输入成正比，而飞机平台处于开放电磁场，是一类典型的非线性系统，线性系统的互异性原理一般不适用。经研究发现，导致处于开放电磁场的平台非线性的两个主要因素为：平台物理构型对电磁波的交叉极化和平台所用的复杂材料，通过对由该平台物理构型引起的交叉极化误差和平台复杂材料引起的多介质材料误差进行计算与分析，只要误差在容忍范围内，就可以利用线性系统互异性原理，实现激励源与响应互换，为选取飞机舱外天线的最佳安装点提供依据。

因此，影响飞机所在电磁场系统非线性的主要因素为：飞机构型对电磁波的交叉极化和飞机的机体材料，针对这两个影响因素，设计了飞机舱外天线安装点选取的详细流程图，如图2所示，图2为本发明实施例提供的另一种选取飞机舱外天线安装点的方法流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤s21：对目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；飞机中的敏感舱室有多个，比如，驾驶舱、电子设备舱等，用户可以根据需要选择想要测试的敏感舱室，本实施例选择对电磁敏感度要求最高的驾驶舱作为目标敏感舱室，对该目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型，如图3所示，图3为对驾驶舱所在的部位建模得到的局部模型示意图，该局部模型为机舱头部，驾驶舱位于机舱头部区域；

步骤s22：预设第一误差阈值；根据实际安装情况，对结果精确度的要求不同，误差阈值的大小就不同；

步骤s23：将激励源设置在模型的内部，将响应记录器设置在模型的外部，如图3所示，图3中1为激励源，2为响应记录器；

步骤s24：进行第一次仿真；

步骤s25：输出第一时域响应信号；

步骤s26：将激励源和响应记录器交换位置；如图4所示，图4为激励源和响应记录器位置交换示意图，图4中1为激励源，2为响应记录器；

步骤s27：进行第二次仿真；

步骤s28：输出第二时域响应信号；

步骤s29：对比分析第一时域响应信号和第二时域响应信号，获取交叉极化误差，交叉极化误差是将激励源放在飞机外与激励源放在飞机内时的时域响应信号的最高值相减的绝对值与未交换位置时的激励源时域响应信号的最高值作比获得；如图5和图6所示，图5为激励源在局部模型内部和外部时分别在x极化方向的时域响应信号对比图，横坐标为计算步数，指计算机仿真算法的迭代步数，单位是1.66e-12(秒)，从图5中可以看出，激励源在局部模型内部和外部时分别在x极化方向的时域响应信号曲线完全重合，可见交换激励源与响应的位置对在x极化方向的时域响应毫无影响；图6为激励源分别在模型内部和外部时在y极化方向得到的时域响应信号对比图，从图6中可以看出，激励源在局部模型内部和外部时分别在y极化方向的时域响应信号曲线几乎完全重合，仅存在的细微差别是：激励源放在飞机外时比激励源放在飞机内时的时域响应信号的最高值高2％；

步骤s210：判断交叉极化误差是否不大于第一误差阈值，若是，则运行步骤s211，若否，则结束运行；在本实施例中，2％的误差满足不大于第一误差阈值的要求；

步骤s211：判断飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性；

步骤s212：将局部模型的理想材料替换为有损耗材料；在实际生产中，飞机的机体材料均为有损耗材料，本实施例采用损耗角正切为0.05的有损耗材料。关于损耗角正切，损耗角正切是指电介质在单位时间内每单位体积中，将电能转化为热能(以发热形式)而消耗的能量，表征电介质材料在施加电场后介质损耗大小的物理量，该损耗角正切参数在飞机的技术手册等资料可直接获取到；

步骤s213：预设第二误差阈值；

步骤s214：将激励源设置在模型的外部，将响应记录器设置在模型的内部；

步骤s215：进行第三次仿真；

步骤s216：输出第三时域响应信号；

步骤s217：将激励源和响应记录器交换位置；

步骤s218：进行第四次仿真；

步骤s219：输出第四时域响应信号；

步骤s220：对比分析第三时域响应信号和第四时域响应信号，获取机体材料误差；如图7所示，图7为激励源分别在有损材料模型内部和外部时电磁波在x极化方向的时域响应信号对比图，由于电磁波在x极化方向的幅度较电磁波在x极化方向的幅度大，且比较有代表性，故选取电磁波在x极化方向的时域响应，从图7中可以看出，在交换激励源与响应记录器的位置后，电磁波的时域响应信号几乎一致。

步骤s221：判断机体材料误差是否不大于第二误差阈值，若是，则运行步骤s222，若否，则结束运行；在本实施例中，机体材料误差满足不大于第二误差阈值的要求；

步骤s222：判断飞机的机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性；

步骤s223：判断飞机适用于线性系统互异性原理，当飞机构型对电磁波的交叉极化和飞机的机体材料都判断为不影响飞机所在电磁场系统的线性，此时，飞机可近似认为是线性系统，可适用线性系统互异性原理；

步骤s224：对飞机的整个机体进行建模获得全机模型，如图8所示，图8为全机1:1仿真模型示意图；

步骤s225：将激励源设置在全机模型内的驾驶舱内；关于激励源在驾驶舱内的位置，尽量选择比较开阔的地方，比如中间位置，不要设置在驾驶舱的角落；

步骤s226：进行第五次仿真；

步骤s227：对全机辐射场分布图进行分析，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点，如图9所示，图9为激励源设置在敏感区，225mhz辐射频率时得到的辐射场一维分布图，横坐标对应机身长度，从图9中可以看出，横坐标为1400左右的电磁场场值最低，大致确定在机尾附近，通过查飞机技术手册等资料，确定在飞机sta727d位置，电磁场场值最低，也就是说选取sta727d作为飞机舱外天线的安装点，可以使加装设备天线辐射的电磁干扰对敏感舱室干扰最小，该安装点为最佳安装点。

关于判断飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性和判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性，考虑到判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性时要替换建模时的理想材料，为了简化流程，这两个判断顺序一般为先判断飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性，再进行判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性。

关于局部模型和全机模型的建立，对建模准确度要求不高，不需要展现飞机内部的全部细节，降低了仿真和分析的难度。

图10为本发明实施例提供的一种选取飞机舱外天线安装点的装置图，如图10所示，该装置100包括：

局部模型建立单元1001，用于对飞机的目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；

互异性判断单元1002，利用局部模型进行交叉极化误差和机体材料误差的仿真分析,判断飞机是否适用于线性系统互异性原理；

全机模型建立单元1003，用于当判断飞机适用于线性系统互异性原理时，进一步对飞机的整个机体进行建模获得全机模型；

安装点确定单元1004，用于将激励源设置在全机模型内的敏感舱室内进行电磁场仿真，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点。

图11为本发明实施例提供的另一种选取飞机舱外天线安装点的装置图，如图11所示，该装置110包括：局部模型建立单元1001；互异性判断单元1002；全机模型建立单元1003；安装点确定单元1004，其中局部模型建立单元1001、全机模型建立单元1003和安装点确定单元1004在图10所述实施例中已经作了详细阐述，在此不再赘述；

互异性判断单元1002包括：第一判断单元1101，用于利用局部模型进行交叉极化误差的仿真分析，判断飞机构型对电磁波的交叉极化是否影响飞机所在电磁场系统的线性；第二判断单元1102，用于利用局部模型进行机体材料误差的仿真分析，判断飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性；线性确定单元1103，用于当飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性且机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性时，判断飞机适用于线性系统互异性原理。

其中，第一判断单元1101具体用于：将激励源和响应记录器对应设置在局部模型的内部和外部，进行第一次仿真，得到第一时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第二次仿真，得到第二时域响应信号；根据第一时域响应信号和第二时域响应信号获取交叉极化误差，若交叉极化误差不大于预设第一误差阈值，判断飞机构型对电磁波的交叉极化不影响飞机所在电磁场系统的线性。

第二判断单元1102具体用于：将局部模型的理想材料替换为有损材料，将激励源和响应记录器对应设置在局部模型的内部和外部，进行第三次仿真，得到第三时域响应信号，将激励源和响应记录器互换位置，进行第四次仿真，得到第四时域响应信号；根据第三时域响应信号和所述第四时域响应信号，获取机体材料误差，若机体材料误差不大于预设第二误差阈值，判断飞机的机体材料不影响飞机所在电磁场系统的线性。

图12为本发明实施例提供的又一种选取飞机舱外天线安装点的装置图，如图12所示，该装置120包括存储器1201和处理器1202，存储器1201和处理器1202之间通过内部总线1203通讯连接，存储器1201存储有能够被处理器1202执行的计算机程序，计算机程序被处理器1202执行时能够实现如图1和图2所述的选取飞机舱外天线安装点的方法。

在不同的实施例中，存储器1201可以是内存或者非易失性存储器。其中非易失性存储器可以是：存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。内存可以是：ram(radomaccessmemory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存。进一步，非易失性存储器和内存作为机器可读存储介质，其上可存储由处理器1202执行的计算机程序，实现前述的选取飞机舱外天线安装点的方法，该方法在图1和图2给出的实施例中已经作了详细阐述，在此不再赘述。

本发明还提供了一种智能终端，该智能终端包括上述的选取飞机舱外天线安装点的装置。

综上所述，本发明通过对飞机的目标敏感舱室所在的部位进行建模获得局部模型；进行误差分析，判断交叉极化误差和机体材料误差是否不大于误差阈值，从而判断飞机构型对电磁波的交叉极化和飞机的机体材料是否影响飞机所在电磁场系统的线性，进而判断飞机是否适用于线性系统互异性原理；当判断飞机适用于线性系统互异性原理时，进一步对飞机的整个机体进行建模获得全机模型；将激励源设置在全机模型内的目标敏感舱室内进行电磁场仿真，找到机身外部电磁场场值最低的位置，将该位置选取为飞机舱外天线安装点。该方法只需对用户想要测试的目标敏感舱室进行局部建模，双向仿真后判断飞机是否适用于线性系统互异性原理，若符合，则进行全机建模，将激励源设置在目标舱室内进行仿真，机身外电磁场场值最低的位置即为天线的最佳安装点，无需对飞机外天线所有可能的安装点进行测试，节约超级计算机cpu计算资源和计算时间，降低经济成本和人力成本；实现的方法简单易行，可操作性强；进行误差分析时，误差阈值根据对结果精确度的要求高低可控可选，适用于粗略选择和精确选择的不同要求；进行建模时，对建模准确度要求不高，降低了仿真和分析的难度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。