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空间电磁环境计算与仿真系统的开发

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值线段构成网格等值线。
单元线性内插法的实现如下：
构成一个网格单元的四个数据点分别为 （ ｉ，ｊ） 、（ Ｉ，
ｊ＋１） 、（ ｉ＋１，ｊ） 、（ ｉ＋１，ｊ＋１） 。
如 果 在 数 据 点 （ ｉ，ｊ） 和 （ ｉ＋１，ｊ） 之 间 存 在 某 个 定 值
（ 即其中一条等值线的数值） Ｗ 的话， 则必然有：
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｖｉｒ ｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒ ｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔ，ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｔｅｒ ｒ ａｉｎ ｇｅｎｅｒ ａｔｉｏｎ Nhomakorabea创
引言
新 近年来， 伴随着我国经济实力的逐步增强， 国防、 航空航天等事业得到飞速发展， 火箭、卫星、导弹和飞 机等飞行器大量投入使用。保障飞行器的安全飞行， 直 接 关 系 到 人 民 的 生 命 、财 产 安 全 和 国 防 安 全 。 在 影 响飞行器飞行安全的众多因素中， 空间电磁环境的干 扰和威胁不容忽视。 民用设施、自然环境和气象 因素等都可 能发射出 不同强度和频率的电磁信号， 构成近地空间复杂的电 磁环境。分析影响近地空间电磁环境的主要因素， 研 究不同来源电磁场的计算仿真方法， 运用三维可视化 技 术 ， 直 观 表 现 近 地 空 间 的 地 理 环 境 、设 施 装 备 和 电 磁场分布情况， 最终建立近地空间电磁计算与仿真系 统， 对于保障近地飞行器的安全飞行具有重要意义。
《 Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 －１４９－
仿真技术
中文核心期刊《 微计算机信息》（测控自动化）２００６ 年第 ２２ 卷第 １０－１ 期
布的包络面。当飞行器接近该区域时， 可以根据包络
面的提示躲避， 以保证飞行器的安全飞行； 同时， 提供
二维等值线及彩色云图的显示功能， 方便分析决策。
１ 系统总体结构
近地空间电磁环境计算与仿真系统采用面向对 象分析的程序设计方法。结合工程应用软件的特点， 将 整 个 系 统 分 为 前 处 理 、数 值 计 算 、后 处 理 和 数 据 库 四个模块， 图 １ 为系统整体框架。
作为计算分析软件必不可少的重要部分， 前处理 模块通过简便易用的操作界面， 从用户那里获得计算 分析必需的数据。该模块在 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０ 开发环境中 开 发 ， 借 助 其 应 用 程 序 向 导 、类 向 导 及 强 大 的 资 源 编
２．２ 前处理模块设计 ２．２．１ 参数输入 采用一系列的数据输入向导对话框实现参数输 入功能。 首先， 利用 Ｘｔｒｅｍｅ Ｔｏｏｌｋｉｔ 界面开发工具包提供的 诸多控件， 构造每一个参数输入对话框， 在每一个对 话框中加入“上一步”和“下一步”按钮， 以向导形式引 导用户按部就班地完成数据输入。 其次， 将相同物理特性的参数放置在同一个参数 输入对话框中， 根据已输入数据对后续关联输入进行 动态调整， 使参数输入工作简单、高效。 最后， 利用 ＭＦＣ 的 ＤＤＶ 机制， 对输入参数进行校 验， 保证输入参数满足规定要求， 以尽量减少人为输 入错误。 ２．２．２ 地形地物模拟 孤立地展示近地空间的电磁场分布情况是缺乏 表现力的， 以近地空间的地形作为背景， 直观地依附 产生电磁场的地物， 计算结果就可以转化为用户身临 其境的感受。 三维真实感地形生成是近地空间环境仿真必须 要做的准备工作之一。 结合随机生成和以 ＤＥＭ 数据为 基础生成两 种方 法生成的三维真实感地形， 一方面， 可以加载 ＤＥＭ 数 据文件及其纹理图片生成真实感地形； 另一方面， 对 随机生成地形的参数予以量化， 以有限个参数为基础 生成随机地形的 ＤＥＭ 数据文件， 以统一的文件格 式 来共享同一真实感地形生成程序。 在读 取 统 一 格 式 的 地 形 输 入 文 件 后 ， 采 用 ＤＥＭ 数据三角剖分方法生成三维地形。即采用数字高程模 型中的数据构建网格面片， 用多个面片组成的曲面逼 近地形表面。根据地形格网序列， 对 ＤＥＭ 细化和三角 剖分处理， 计算每个格网点的法向量， 生成三维地形。 由 于 三 角 形 数 量 很 多 ， 需 要 运 用 地 形 分 块 、层 次 细 节 简化（ ＬＯＤ） 等技术对 ＤＥＭ 地形数据进行预处理， 以节 省计算机资源。 （ １） 地形分块 对大规模地形进行分块， 有利于地形数据的读 取、纹理的处理和并行绘制。其基本思想是 将整个地 形区域划分为一些适当大小的地形块， 在实时交互过 程中， 只处理观察者视线范围内的地形模块。 （ ２） 层次细节简化（ ＬＯＤ） 从视觉的角度看， 距离视点越近， 对细节看得越 清楚， 而距离视点越远， 则细节的可视性就越差。层次 细节简化技术是在不影响画面视觉效果的条件下， 通 过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂
腾云飞：硕士研究生 基金项目：武器装备预研基金（ 编号不公开）
辑器， 为用户提供一个友好的操作平台。
图 １ 系统总体框架 数值计算模块作为系统的核心部分， 利用采集到的
数据进行大规模的运算。该模块采用 Ｆｏｒｔｒａｎ 进行开发。 后处理模块也是计算分析软件所必不可少的重
要 部 分 ， 其 功 能 是 将 计 算 分 析 的 结 果 以 准 确 、生 动 的 形式表现出来。该模块是在 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０ 开发环境中 调用 ＯｐｅｎＧＬ 三维图形开发标准库实现的。
（ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］－ Ｗ）（ｖａｌｕｅ［ｉ＋１，ｊ］－ Ｗ）＜０
同理， 如果数据点（ ｉ，ｊ） 和（ ｉ，ｊ＋１） 之间存在定值 Ｗ，
技 也必然有：
（ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］－ Ｗ）（ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ＋１］－ Ｗ）＜０
术
采用线性插值， 求得等值点的坐标。
创 假设 ｎｅｗＰｏｓＸ［ｉ］表示数据点（ ｉ，ｊ） （ 横纵坐标分别为 ｐｏｓＸ［ｉ］和 ｐｏｓＹ［ｉ］） 和（ ｉ＋１，ｊ） （ 横纵坐标分别为 ｐｏｓＸ［ｉ＋１］
性， 从而提高绘制的效率。它通常对每一原始多面体 模型建立几个不同逼近精度的几何模型， 与原模型相 比每个模型均保留了一定层次细节。从近处观察物体 时， 采用精细模型， 而从远处观察物体时， 则采用较为 粗糙的模型。
为了提高地形实时显示的效率， 从视点的角度对 地形框架进行可见性判断。对于视野不可及的地方， 不予显示； 对于视点附近的地面， 则通过增加面片或 线框来提高精细度。
２．４．１ 二维电磁场等值线及彩色云图显示
（ １） 二维等值线绘制
电场强度、磁场强度的二维 等值线算法 主要以四
边形单元为基础形成。
假设基础数据可以按照长方形元划分， 那么等值
线生成算法的主要步骤如下： 首先， 逐个计算每一个
网格单元与等值线的交点； 其次， 连接单元内等值线
的各交点， 生成单元等值线段； 最后， 由一系列单元等
行 物 等 ， 采 用 实 体 建 模 工 具 ３Ｄ ＭＡＸ 和 Ｍｕｌｔｉｇｅｎ
Ｃｒｅａｔｏｒ 制作， 制作完毕的三维实体模型以．３ｄｓ 格式或．
ｆｌｔ 格式予以保存。当生成场景时， 可以利用鼠标点选，
将地物添加到场景中的某一位置处。加入纹理贴图可
以使添加到场景中的地物模型显得更加完整。
加入地物后的三维场景效果如图 ３ 所示。
图 ３ 加入地物后的三维场景图
２．３ 计算模块设计 计算模块主要包括高压输 电线路电磁 场计算、电 视塔射频场计算以及雷电瞬态电磁场计算等功能。 采用 Ｆｏｒｔｒａｎ 语言编写。计算模块作为外部可执行 程序， 通过 ＡＰＩ 函数 ＳｈｅｌｌＥｘｅｃ（）调用， 完成计算功能。 ２．４ 后处理模块设计 后处理模块要求在相应地物周围， 生成电磁场分
新 和 ｐｏｓＹ［ｉ＋１］） 边上的等值点横坐标， ｎｅｗＰｏｓＹ［ｉ］表示其 纵坐标， 则有：
ｎｅｗＰｏｓＸ［ｉ］＝（（Ｗ－ ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］）／（ｖａｌｕｅ［ｉ＋１，ｊ］－ ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］）
＊ＣＸ＋ ｐｏｓＸ［ｉ］
ｎｅｗＰｏｓＹ［ｉ］＝（（Ｗ－ ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］）／（ｖａｌｕｅ［ｉ＋１，ｊ］－ ｖａｌｕｅ［ｉ，ｊ］）
（华中科技大学）滕 云 飞 杨 新 华 王 乘
Ｔｅｎｇ ，Ｙｕｎ－ｆｅｉ Ｙａｎｇ ，Ｘｉｎｈｕａ Ｗａｎｇ ，Ｃｈｅｎｇ
摘要：本 文 构 建 了 近 地 空 间 电 磁 环 境 计 算 与 仿 真 系 统 的 总 体 框 架 ， 将 系 统 划 分 为 前 处 理 、数 值 计 算 、后 处 理 和 数 据 库 四 个 模
仿真技术
文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）１０－ １－ ０１４８－ ０３
中文核心期刊《 微计算机信息》（测控自动化）２００６ 年第 ２２ 卷第 １０－１ 期
近地空间电磁环境计算与仿真系统的开发
Ｄｅ ｖｅ ｌｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃｏ ｍ ｐ ｕ ｔｉｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉｍ ｕ ｌａ ｔｉｏ ｎ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ ｆｏ ｒ Ｅｌｅ ｃｔｒｏ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔｉｃ Ｅｎ ｖｉｒｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉｎ Ｎｅ ａ ｒ－ Ｅａ ｒｔｈ Ｓ ｐ ａ ｃｅ
块，介绍了系统界面及各模块的设计和实现方法，完成了系统的总体开发和集成，可以实现近地空间电磁环境计算和仿真，为
近 地 飞 行 器 安 全 飞 行 提 供 正 确 、直 观 的 信 息 指 导 。
关键词：虚拟仿真；电磁环境；科学计算可视化；地形生成
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３９１．９
文献标识码：Ｂ
三维真实感地形生成过程如图 ２ 所示。
随机地形参数输入
ＤＥＭ文件生成 ＤＥＭ文件获取
ＤＥＭ文件加载 是
大地形 地形分块
否
ＤＥＭ三解剖分 ＬＯ Ｄ 简 化
地形实时显示
技 术
图 ２ 三维真实感地形生成过程
创
（ ３） 地物生成
新 在三维场景中加入地物， 可以使电磁场计算结果
显得更加真实。系统中的地物， 如电视塔、电线塔、飞

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电磁环境模拟仿真系统研究与实现

电磁环境模拟仿真系统研究与实现


１ — 工 作模 式 １ —
为 了使 训 练 场更 加 接 近 战场 环 境 条件 ．采 用计 算 机模 拟 与仿 真 技术 来模 拟 未 来 战争 中武 器装 备 系 统 的 性 能 指标 、 战 效 能 、 作 战场 环 境 、 力 部 署 以 及 模 拟 战 兵 斗 态势 和 战斗 过 程 ．也是 比较 常 见 的一 种环 境 构 建方 法 。 现代 联 合作 战 条件 下 ， 了构 建 更大 规模 的联合 在 为 作 战环 境 ． 还可 采用 分 布交 互 仿真 技 术 ． 产生 复 杂 战场 电磁 环 境 。 目前 ． 该技 术 还处 于研 究 发展 之 中 ． 复杂 在 电磁 环 境模 拟 与仿 真 中应 用还 有 一定 困难 仍 有许 多 技术 难 题有 待解 决 ． 外还 有成 本 问题等 另 ２３本 系 统仿 真 构建 ．
Ｘ ＭＡ Ｅ类 库 Ｉ Ｇ
４实 验 结 果 及 结 论 ．
图 ４是模 拟实际 的装 备 ．按照在 编辑 阶段 所指 定 的 方式 ， 指 定 的平 台 ， 定 的装备 ， 用 指 在指 定 的 时 问段 内， 发射特 定 的信号 的过 程 。在 图 中的上部 分 ． 是一 张 模 拟实 际地 图的位 图 ．上面有 一个红 色 的矩形 框 里有 个 飞机 ． 表 平 台 ， 代 在推 演过 程 中 ． 它会 按 照你 在 编 辑 阶段 时 ， 台的编 辑过 程 中指 定 的飞行 轨迹 ． 特定 平 在 的 时间点 ， 移动 到相 应 的位 置
特 殊 意义 。 系统通 过 与 电子对 抗 实装 的 不 间 断链接 ， 有任 务规 划 、 务推 演 、 务加 栽 、 号 导调 和数 据 管 任 任 信
理 等 功 能 ， 满足 电子 对抗 部 队训 练 需要 ， 合 训 战 结合 的指 导 思 想 ， 提 高部 队在 复 杂 电磁 环 境 下 的作 能 符 对 战 能 力具 有 重要 意义 。 【 关键 词 】 电磁环 境 ， 真 ， 演 ， 拟 器 ： 仿 推 模
复杂电磁环境下无人机数据链可靠性仿真系统设计

复杂电磁环境下无人机数据链可靠性仿真系统设计

• 150•针对复杂电磁环境对无人机数据链干扰繁多、理论分析困难、对数据链系统可靠性影响大等问题，本文提出了一种基于任务剖面的无人机数据链可靠性仿真分析方法，设计并构建多元动态的多维电磁环境仿真系统，建立电磁环境中各要素模型，结合可靠性分析方法对无人机数据链的可靠性进行仿真分析。

结果表明：该系统可以快速地构建多元的复杂电磁环境，操作简单，为数据链系统的可靠性分析与仿真提供了一定的支撑。

复杂电磁环境是一定空间内，时域、频域、能域和空域上分布密集、数量繁多、样式复杂、动态随机的多种电磁信号交叠而成。

而无人机数据链系统是无人机系统的重要组成部分，其性能决定着无人机的整体作战水平。

因此，必须对复杂电磁环境的构成和影响作用进行深入分析，采取更有效的建模和仿真方法，研究其对无人机数据链系统可靠性的影响作用。

国外早在20世纪40年代初就提出了可靠性的概念，最初始于军用电子管和火箭设备，随后逐步向通信系统等复杂系统发展。

Shahbaz Khan 等人提出了一种利用OPNET 对网络可靠性仿真的方法；Aysegul Aglargoz 等人对飞行器系统中无线数据通信的可靠性和安全性做了详细分析。

国内对可靠性的研究起步较晚，近些年才有学者研究复杂系统和数据链系统的可靠性。

针对这种情况，本文提出的一种基于任务剖面的无人机数据链的可靠性仿真分析方法，通过构建较为真实的测试场景，建立数据链模型、信号模型及传播模型，由数学模型联接构成闭合回路，由此构成一个多元动态的多维复杂电磁环境，为无人机数据链路提供一个仿真环境，实现系统性能参数及可靠性的仿真测试。

复杂电磁环境下无人机数据链可靠性仿真系统设计中国电子科技集团第二十研究所 耿 岩图2 系统仿真数据流程图图1 无人机数据链可靠性仿真软件框架设计1 基于任务剖面的数据链可靠性仿真系统设计1.1 系统框架设计面向对象程序设计技术具有独立性、通用性、灵活性，与面向过程程序设计相比，它具有更高级的抽象能力和设计模式，代码重用也更容易，具有良好的可扩展性。

电磁仿真软件flux教程

电磁仿真软件flux教程

这里还是着重介绍电磁场方面。在该软件的电磁场部分，它主要设计以下几个方面：2D、3D及轴对称静磁场分析及轴对称时变磁场交流磁场分析。静电场、AC电场分析，电路分析：包括电阻、电容、电感等。电路、磁场耦合分析。电磁兼容分析。高频电磁场分析。计算洛伦磁力和焦耳热/力。主要应用于：螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、天线辐射、等离子体装置、磁悬浮装置磁成像系统、电解槽及无损检测装置等。
1.1.4. ANSYS
ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。该软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
由于这里意在着重于电磁场分析，所以仅涉及“EMSight”模拟器。下面是它的具体功能：
“EMSight”模拟器是一个完整的三维电磁场模拟程序包,它可用于平面高频电路和天线结构的分析。模拟器分析的电路都安装在一个矩形的金属包装盒内,对于电路的层数和端口数并没有限制。它还具有显示微波平面电路内金属上电流和空间电场力线的能力。“EMSight”模拟器可以对微波平面电路进行许多种类的计算, (在该软件中称计算为测量)。除了可以计算电路的阻抗参量,导纳参量,散射参量,传输参量,混合参量之外,对于线性电路,它能计算辅助稳定因子,输入电容,群延迟,偶/奇模传输常数/阻抗/导纳,电压驻波比,端口输入阻抗/导纳,增益等。具有计算各种线/圆极化微带天线的电场方向图和功率方向图的能力,在计算天线时矩形的金属包装盒边界可以改变,顶部和底部可以改为自由空间阻抗,而侧壁可以拉远。在“EMSight”模拟器内也设有一个元件库,其特点是列入了大量的微带元件的资料如各种弯头,开路线,短截线,耦合器,阶梯, T形接头等。还包括了许多传输线的资料。
系统仿真技术发展现状

系统仿真技术发展现状

系统仿真技术发展现状和趋势工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。

从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。

控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。

随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。

相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。

AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。

从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。

一、系统仿真技术发展的现状工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。

因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。

其主要特征表现为：1、控制器和被控对象的联合仿真：MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。

2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL ＋电磁分析3、实时仿真技术实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。

4、集成进设计平台现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM 系统已经成为信息化建设的潮流。