专利名称：一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁兼容指标分配的方法，具体地说，是一种基于数字化模型结 合最大效用原则来对电磁兼容指标进行优化分配方法。
背景技术：
机载通信平台系统包括多套发射和接收设备，大功率的发射机和高灵敏度的接收 机都安装在有限的空间内，电磁信号密集，使得在这一局部空间内通信设备间可能形成严 重的相互干扰，导致通信设备工作性能下降。为了改善电磁兼容性能，通常要从电磁兼容三 要素干扰设备、干扰途径、受扰设备着手。针对一般电子电器设备，对经过电磁兼容预测、 仿真、分析、测试后，针对已出现电磁兼容问题的频点进行整改工作，需要将总体整改指标 分配到整个干扰耦合路径的可调整要素中去。在以往的电磁兼容整改中，没有明确量化的 分配标准，使得对于分配的指标在实施过程中，很难达到最优化。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，该电磁 兼容指标分配基于一种基于数字化模型结合最大效用原则的方法，数字化模型是将许多复 杂系统中多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起来模型，作 为供进一步数据挖掘的支撑性模型。在该方法中，针对电磁兼容三要素中各要素整改时所 涉及的效用-耗费比关系的数字化模型，提取其中每个整改要素的边际效用。根据实际情 况中整改效果边际效用递减的原理，在各个分指标之和符合总体指标要求的情况下，当各 要素的边际效用相等时，可达到指标分配的最优化效果。本发明的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其分配方法是针对 电磁兼容三要素中各要素整改时所涉及的效用-耗费比关系的数字化模型，提取其中每个 可整改要素的边际效用；然后根据实际情况中整改效果边际效用递减的原理，在各个分指 标之和符合总体指标要求的情况下，当各要素的边际效用相等时，达到指标分配的最优化 效果；指标优化分配包括有下列四个处理步骤第一步骤分析干扰频点的频率并通过计算机仿真得到整改总体指标；第二步骤对各可调整要素进行优化仿真，结合工程实际，拟合效用_耗费比关系 数字化模型；第三步骤提取各可调整要素的边际效用曲线；第四步骤依据等边际效用理论得出最佳分配指标。
图1是构建各可整改要素效用_耗费比关系数字化模型图。图2是各可整改要素边际效用递减关系图。图3是本发明等边际效应原理图。
图4是本发明等边际效应下整改指标分配图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。本发明的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，通过四个步骤进行 指标优化分配，在该方法中，针对电磁兼容三要素中各要素整改时所涉及的效用-耗费比 关系的数字化模型，提取其中每个整改要素的边际效用。根据实际情况中整改效果边际效 用递减的原理，在各个分指标之和符合总体指标要求的情况下，当各要素的边际效用相等 时，可达到指标分配的最优化效果。四个步骤是指第一步骤分析干扰频点的频率并通过计算机仿真得到整改总体指标；第二步骤对各可调整要素进行优化仿真，结合工程实际，拟合效用_耗费比关系 数字化模型；第三步骤提取各要素的边际效用曲线；第四步骤依据等边际效用理论得出最佳分配指标。下面将对各个步骤的处理进行详细的说明第一步分析干扰频点的频率并通过计算机仿真得到整改总体指标在有噪工作环境下，干扰设备的带外发射Pt落入受扰设备工作频带范围之内时， 就会对受扰设备产生潜在干扰可能。当这一带外发射要经过干扰设备线缆损耗Atl、干扰设 备天线增益Gt、空间衰减Aspare、受扰设备天线增益&、受扰设备线缆损耗Ari等5个过程会 对受扰设备产生端口处的干扰，可得dB(噪声的能量单位)形式表达的链路噪声干扰关系 式Pi = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Ari⑴当等效到受扰设备输入端口的链路噪声Pi (简称为等效噪声干扰Pi)超过受扰设 备的干扰门限NT时，受扰设备就会受到干扰。而Pi-NT就是要整改的系统总整改指标T，即 T = Pi-NT ；利用计算机仿真软件ADS (2008U2版)对干扰设备、传输线、受扰设备进行建模仿 真，得到带外发射Pt、干扰设备线缆损耗Atl、受扰设备线缆损耗Ari以及受扰设备干扰门限 NT等四个值。利用计算机仿真软件FEKO(5. 4版)对收发两端天线、空间传输进行建模仿真 可得到发射机天线增益Gt、空间衰减Aspare、受扰设备天线增益4。利用公式(1)，可以得到 受扰设备输入端口的等效噪声干扰Pi,进一步可得到需要调整的系统总整改指标T，其中T = Pi-NT = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Arl_NT(2)在此步骤中，可以量化地预测到准确数值的电磁兼容总体指标，并将该电磁兼容 总体指标分配到七个(带外发射Pt、干扰设备线缆损耗Atl、干扰设备天线增益Gt、空间衰减 Aspare、受扰设备天线增益4、受扰设备线缆损耗Ari、受扰设备干扰门限NT)可以分配电磁兼 容指标的可调整要素中去。第二步对各可调整要素进行优化仿真，结合工程实际，拟合效用-耗费比关系数 字化模型由公式(1)可知一方面当减小带外发射Pt、干扰设备天线增益Gt、受扰设备天线 增益另一方面当增大干扰设备传输线线缆损耗Atl、空间衰减Asp_、受扰设备传输线线缆损耗Ari、受扰设备干扰门限NT时，都会有益于改善系统的电磁兼容性能，在指标分配时 就需要将系统总整改指标T分配到以上七个具体可调整要素中去。系统总整改指标分配关 系式如下T= (- Δ Pt) + Δ Atl+ (- Δ Gt) + Δ Aspace+ (- Δ Gr) + Δ Arl+ Δ NT= - (Δ Pt+Δ Gt+Δ Gr) + Δ Atl+ Δ Aspace+ Δ Arl+ Δ NT(3)令1\=(-APt),T2= AAtl, T3= (-Δ Gt)，T4 = AAspace, T5= (-AGr),T6= Δ Arl, T7 = Δ ΝΤ，则系统总整改指标分配关系简化表示为T = Τ1+Τ2+Τ3+Τ4+Τ5+Τ6+Τ7(4)式中，-△ Pt表示干扰设备的带外发射分配指标，Δ Atl表示干扰设备的传输线线缆 的损耗分配指标，-AGt表示干扰设备的天线增益分配指标，AAspace表示干扰途径的空间衰 减分配指标，-AGr表示受扰设备天线增益分配指标，Δ Arl表于受扰设备的传输线线缆的损 耗分配指标，ΔNT表于受扰设备的干扰门限分配指标。针对以上七个可调整要素，每一个可调整要素都有特定的工程特性，包括干扰设 备的干扰特性、干扰途径的隔离度特性，受扰设备的敏感度特性。在本发明中的-△ Pt特性，对于改善此类特性，一般可采取带外滤波，增强机箱屏 蔽效果，良好接地等整改措施。这些不同整改措施效果不尽相同，根据相应措施在计算机仿 真软件ADS中对实际工程可调整措施进行仿真从而验证并得出调整的效用-耗费比值。将 这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到小进行排序，形成对于干扰设备的带外 发射Pt进行整改的效用_耗费比曲线U1 (C)，即第一效用-耗费比曲线U1 (C)。在本发明中的△ Atl特性，对于改善此类特性，一般可采用更换传输线缆，增强带 外衰减效果，优化机上线缆布局等整改措施，这些不同整改措施效果不尽相同，根据相应 措施在计算机仿真软件ADS中对实际工程可调整措施进行仿真从而验证并得出调整的效 用-耗费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到小进行排序，形成对 于干扰设备传输线线缆损耗Atl进行整改的效用_耗费比曲线U2 (C)，即第二效用-耗费比 曲线U2 (C)。在本发明中的_ Δ Gt特性(隔离度)，对于改善此类特性，一般可采用更换天线类 型或采用天线阵，改善天线方向图，增强带抑制减效果等整改措施，这些不同整改措施效果 不尽相同，根据相应措施在计算机仿真软件FEKO中对实际工程可调整措施进行仿真从而 验证并得出调整的效用-耗费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到 小进行排序，形成对于干扰设备天线增益Gt进行整改的效用_耗费比曲线U3(C)，即第三效 用-耗费比曲线U3(C)。在本发明中的AAspare特性(隔离度)，对于改善此类特性，一般可采用更改收发天 线装机位置，增加屏蔽装置等整改措施，这些不同整改措施效果不尽相同，根据相应措施在 计算机仿真软件FEKO中对实际工程可调整措施进行仿真从而验证并得出调整的效用-耗 费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到小进行排序，形成对于干扰 设备天线增益Gt进行整改的效用_耗费比曲线U4 (C)，即第四效用-耗费比曲线U4 (C)。在本发明中的_ Δ &特性(隔离度)，对于改善此类特性，一般可采用更换天线类 型或采用天线阵，改善天线方向图，增强带抑制减效果等整改措施，这些不同整改措施效果 不尽相同，根据相应措施在计算机仿真软件FEKO中对实际工程可调整措施进行仿真从而验证并得出调整的效用-耗费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到 小进行排序，形成对于受扰设备天线增益Gr进行整改的效用-耗费比曲线U5(C)，即第五效 用-耗费比曲线U5(C)。在本发明中的AAri特性(敏感度)，对于改善此类特性，一般可采用更换传输线 缆，增强带外衰减效果，优化机上线缆布局等整改措施，这些不同整改措施效果不尽相同根 据相应措施在计算机仿真软件ADS中对实际工程可调整措施进行仿真从而验证并得出调 整的效用-耗费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其比值从大到小进行排序， 形成对于受扰传输线线缆损耗Ari进行整改的效用_耗费比曲线U6 (C)，即第六效用-耗费 比曲线U6 (C)。在本发明中的ΔΝΤ特性(敏感度)，对于改善此类特性，一般可采用减小低噪声放 大器的噪声系数，提高接收机系统的带外抑制比，增强机箱屏蔽效果等整改措施，这些不同 整改措施效果不尽相同，根据相应措施在计算机仿真软件ADS中对实际工程可调整措施进 行仿真从而验证并得出调整的效用-耗费比值。将这些整改措施的效用-耗费曲线依照其 比值从大到小进行排序，形成对于干扰设备传输线线缆损耗NT进行整改的效用-耗费比曲 线U7 (C)，即第七效用-耗费比曲线U7 (C)。通过该步骤，能够以一种仿真结合工程实际的简单方式来得到针对每个可整改要 素的效用-耗费比曲线，如图1所示。第三步提取各可调整要素的边际效用曲线针对步骤二中的任意一条效用-耗费比曲线Un (C)求取一阶导数，可以得到边际 效用递减曲线关系式公开(5)中，η = 1，2，3，4，5，6，7，八钆表示第11个整改要素效用的变动量，八(表 示耗费变动量，dUn表示第η个整改要素效用的微分变动量，dC表示耗费微分变动量。该一阶导数就是整改时所涉及的边际效用曲线，也就是单位耗费下，所得到的整 改效用的量值。由于第二步中各可调整要素的效用-耗费曲线都是由具体可调整操作按照 效用-耗费比值从大到小排列而得的，如图2所示，这符合边际效用递减的模型，即每多一 单位耗费起到的改进效用都是会递减，这符合工程实际情况。通过对效用-耗费比曲线的一次求导，就能提取出各可调整要素的边际效用曲 线。这种方式操作简单、容易实现。第四步依据等边际效用理论得出最佳分配指标在微观经济学中，根据边际效用递减原理和总效用最大化建立起来的效用理论， 负责顶层指标分配的理性决策者，被视为在一系列约束条件下最求效用最大化的个体，而 且是合乎理性的。这些决策者理性地希望以最小的代价换取效用最大化，而这个最大化的 效用能满足系统的总体整改指标。如果达到了这个目的，就实现了最佳指标分配方法。为了实现最佳指标分配，需要在任何时刻将每多一单位的耗费都花在最大边际效 用的可整改要素上，也就是要使最后一单位的耗费对于任何可整改要素的边际效用都相 等，这就是等边际原理。干扰链路中有七个可调整要素。U1 (C)、U2 (C)、U3 (C)、U4 (C)··· U7 (C)分别为这七个可调整要素的效用-耗费函数。那么它们的边际效用值可由总调整效用值求一次导数而 得，调整干扰设备的带外发射Pt的边际效用值可由下式得到 Γ
权利要求
一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特征在于该分配方法是针对电磁兼容三要素中各要素整改时所涉及的效用 耗费比关系的数字化模型，提取其中每个可整改要素的边际效用；然后根据实际情况中整改效果边际效用递减的原理，在各个分指标之和符合总体指标要求的情况下，当各要素的边际效用相等时，达到指标分配的最优化效果；指标优化分配包括有下列四个处理步骤第一步骤分析干扰频点的频率并通过计算机仿真得到整改总体指标；第二步骤对各可调整要素进行优化仿真，结合工程实际，拟合效用 耗费比关系数字化模型；第三步骤提取各可调整要素的边际效用曲线；第四步骤依据等边际效用理论得出最佳分配指标。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特 征在于在第一步骤中，若存在有噪工作环境条件下，干扰设备的带外发射Pt落入受扰设 备工作频带范围之内时，就会对受扰设备产生潜在干扰，应用可得dB形式表达的链路噪声 干扰关系为Pi = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Ari ；当等效到受扰设备输入端口的链路噪声Pi超过受 扰设备的干扰门限NT时，受扰设备就会受到干扰；而Pi-NT就是要整改的系统总整改指标 T = Pi-NT ；利用dB形式表达的链路噪声干扰关系Pi = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Arl能够得到受 扰设备输入端口的等效噪声干扰Pi,进一步得到需要调整的系统总整改指标T = Pi-NT = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Ari"NT ；Pt表示带外发射，Atl表示带外发射经过干扰设备线缆的损耗，Gt表示干扰设备天线增 益，Aspace表示空间衰减，Gr表示受扰设备天线增益，Arl表示受扰设备线缆损耗。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特征 在于在第二步骤中，由dB形式表达的链路噪声干扰关系Pi = Pt-Atl+Gt-Aspace+Gr-Arl可知， 一方面当减小带外发射Pt、干扰设备天线增益Gt、受扰设备天线增益& ；另一方面当增大干 扰设备传输线线缆损耗Atl、空间衰减Aspare、受扰设备传输线线缆损耗Ari、受扰设备干扰门 限NT时，都会有益于改善系统的电磁兼容性能，在指标分配时就需要将机载通信平台系统 总整改指标T分配到以上七个具体可调整要素中去；则系统总整改指标分配关系为T = (“Δ Pt) + Δ Atl+ (- Δ Gt) + Δ Aspace+ (- Δ Gr) + Δ Arl+ Δ NT ；=-(Δ Pt+ Δ Gt+ Δ Gr) + Δ Atl+ Δ Aspace+ Δ Arl+ Δ NT令1\= (-APt), T2= AAtl, T3= (-AGt), T4= AAspace, T5 = (-AGr), T6= ΔArl，T7 =Δ ΝΤ，则系统总整改指标分配关系简化为T = Τ1+Τ2+Τ3+Τ4+Τ5+Τ6+Τ7 ； -APt表示干扰设备的带外发射分配指标， AAtl表示干扰设备的传输线线缆的损耗分配指标， -Δ Gt表示干扰设备的天线增益分配指标， AAspace表示干扰途径的空间衰减分配指标， -AGr表示受扰设备天线增益分配指标， AArl表于受扰设备的传输线线缆的损耗分配指标， Δ NT表于受扰设备的干扰门限分配指标。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特征 在于将所述干扰设备的带外发射分配指标-△ Pt依照实际工程中可调整措施的效用-耗费 比值从大到小进行排序，形成第一效用-耗费比曲线U1 (C)；将所述干扰设备的传输线线缆的损耗分配指标AAtl依照实际工程中可调整措施的效 用-耗费比值从大到小进行排序，形成第二效用-耗费比曲线U2 (C)；将所述干扰设备的天线增益分配指标_ Δ Gt依照实际工程中可调整措施的效用_耗费 比值从大到小进行排序，形成第三效用-耗费比曲线U3 (C)；将所述干扰途径的空间衰减分配指标ΔAspare依照实际工程中可调整措施的效用-耗 费比值从大到小进行排序，形成第四效用-耗费比曲线U4(C)；将所述受扰设备天线增益分配指标_ Δ &依照实际工程中可调整措施的效用_耗费比 值从大到小进行排序，形成第五效用-耗费比曲线U5 (C)；将所述受扰设备的传输线线缆的损耗分配指标ΔΑη依照实际工程中可调整措施的效 用-耗费比值从大到小进行排序，形成第六效用-耗费比曲线U6 (C)；将所述受扰设备的干扰门限分配指标△ NT依照实际工程中可调整措施的效用-耗费 比值从大到小进行排序，形成第七效用_耗费比曲线U7(C)。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特征 在于在第三步骤中针对第二步骤中的任意一条效用-耗费比曲线Un (C)求取一阶导数，得到边际效用递减曲线
6.根据权利要求1所述的一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其特 征在于在第四步骤中干扰链路上的U1(C)、U2(C)、U3(C)、U4(C)、U5(C)、U6(C)和U7(C)分 别为这七个可调整要素的效用-耗费函数，那么它们的边际效用值可由总调整效用值求一次导数而得，调整干扰设备的带外发射Pt的边际效用值MZ1 ^'(C)=·^^全文摘要
本发明公开了一种基于数字化模型的电磁兼容指标优化分配方法，其技术方案为首先分析干扰频点的频率并通过计算机仿真得到整改总体指标；然后对各可调整因素进行优化仿真，结合工程实际中所需的耗费，得到效用-耗费比关系的数字化模型；基于该模型提取各调整因素的边际效用曲线；最后依据等边际效用理论得出最佳分配指标。在本发明的指标分配中，主要是针对电磁兼容三要素中各要素整改时所涉及的效用-耗费比关系，提取其中每个整改要素的边际效用。根据实际情况中整改效果边际效用递减的原理，在各分指标之和符合总体指标要求的情况下，当各要素的边际效用相等时，可达到指标分配的最佳效果。
文档编号H04B17/00GK101957890SQ201010274288
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者倪子楠, 廖意, 戴飞, 王涛, 白天明, 苏东林, 陈文青, 麻智超 申请人:北京航空航天大学