一種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁兼容性測試領(lǐng)域，具體涉及一種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化 仿真設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著軍用產(chǎn)品、汽車、航空工業(yè)產(chǎn)品的輻射抗擾度對場強(qiáng)強(qiáng)度、以及測試均勻性和 入射輻射場具有方向、極化隨機(jī)等要求，混響室相比于傳統(tǒng)的測試場地（如開闊場地、半電 波暗室、全電波暗室等），具有測試頻帶寬、重復(fù)性好、測試時(shí)間短以及在測試過程中采用較 小的功率就能產(chǎn)生很高的場強(qiáng)等特點(diǎn)，許多相關(guān)學(xué)者開始對混響室及其設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研 究。此外包括CISPR、美國軍用標(biāo)準(zhǔn)以及我國的國家標(biāo)準(zhǔn)等在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)也已逐漸將混 響室測試內(nèi)容納入標(biāo)準(zhǔn)中，并不斷修正和完善。
[0003] 混響室內(nèi)部電場均勻特性是衡量混響室性能的重要指標(biāo)?；祉懯仪惑w結(jié)構(gòu)與尺寸 確定以后，攪拌器的材料、形狀、大小、個(gè)數(shù)都是影響混響室內(nèi)部電場均勻性的重要因素。因 此攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)就成為進(jìn)一步改善混響室場均勻性的重要手段。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng) 在攪拌器的外形、葉片夾角、場均勻性區(qū)域的選擇等方面展開了大量的研究，但這些研究大 部分是對給定的幾種攪拌器方案進(jìn)行比較選擇，得出了各自因素對混響室場均勻性獨(dú)立影 響的結(jié)論。
[0004] 但在攪拌器優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，仍然需要對攪拌器和混響室的聯(lián)立模型進(jìn)行仿真。由 于混響室一般均為超電大尺寸，且為高諧振結(jié)構(gòu)，目前仿真分析混響室內(nèi)的電場分布過程 中計(jì)算量巨大、耗費(fèi)時(shí)間漫長，且對計(jì)算機(jī)硬件配置要求高等難點(diǎn)，特別在某些高頻段，有 時(shí)用計(jì)算平臺實(shí)現(xiàn)仿真分析幾乎是不可能的，因此更加無法實(shí)現(xiàn)攪拌器快速優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法，首先 設(shè)計(jì)該攪拌器的外形結(jié)構(gòu)，并確定要求優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)；其次選取多個(gè)等效入射源， 確定每個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向和極化角；采用混響室測試標(biāo)準(zhǔn)中的混響室均勻 性統(tǒng)計(jì)方法，對攪拌器的所有觀察點(diǎn)的電場矢量平均結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；根據(jù)不同的優(yōu)化 設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)，選擇攪拌器的最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)組形成的設(shè)計(jì)模型。本發(fā)明 能夠提高攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)效率，避免攪拌器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和設(shè)計(jì)局限 性；并且本發(fā)明公開的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)效率提高的量級與其應(yīng)用到的混響室具 體尺寸相關(guān)，混響室尺寸越大，設(shè)計(jì)效率越尚。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法，該仿真設(shè)計(jì)方法包含：
[0008] S1，根據(jù)攪拌器的設(shè)計(jì)要求參數(shù)，設(shè)計(jì)該攪拌器的外形結(jié)構(gòu)，并確定要求優(yōu)化設(shè)計(jì) 的攪拌器參數(shù)；
[0009] S2,選取多個(gè)等效入射源，在確保所有等效入射源能夠模擬混響室內(nèi)部隨機(jī)電磁 環(huán)境的前提下，確定每個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向和極化角；
[0010] S3,針對每個(gè)所述等效入射源進(jìn)行仿真計(jì)算，獲取以所述攪拌器為中心的球面上 各個(gè)觀察點(diǎn)的電場矢量分布計(jì)算結(jié)果；
[0011] S4,對所有所述等效入射源的電場矢量分布計(jì)算結(jié)果進(jìn)行矢量平均計(jì)算，采用混 響室測試標(biāo)準(zhǔn)中的混響室均勻性統(tǒng)計(jì)方法，對所述攪拌器的所有觀察點(diǎn)的電場矢量平均結(jié) 果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；
[0012] S5,修改所述步驟Sl中的所述要求優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)，并重復(fù)執(zhí)行所述步驟 S3-S4,獲取在多組不同優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)下，對應(yīng)的多組攪拌器參數(shù)的所有觀察點(diǎn)的 電場矢量平均結(jié)果的累加標(biāo)準(zhǔn)偏差；
[0013] S6,以電場矢量累加標(biāo)準(zhǔn)偏差越小、所述攪拌器的攪拌性能越好為評判原則，篩選 獲得所述攪拌器的最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)組形成的設(shè)計(jì)模型。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟Sl包含：
[0015] 所述攪拌器的設(shè)計(jì)要求參數(shù)包含：攪拌器的旋轉(zhuǎn)空間參數(shù)、攪拌器的回轉(zhuǎn)直徑、攪 拌器的最大尺寸及攪拌器的表面材料；
[0016] 根據(jù)上述攪拌器的設(shè)計(jì)要求參數(shù)設(shè)計(jì)該攪拌器的外形結(jié)構(gòu)，并確定要求優(yōu)化設(shè)計(jì) 的攪拌器參數(shù)為：所述攪拌器的槳葉長度、槳葉寬度及相鄰槳葉之間的夾角。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟S2包含：
[0018] S2. 1，設(shè)定第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角為θη、Α，第m個(gè)所述等效入 射源的隨機(jī)極化角為H ni;其中，每個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角、極化角均要求滿 足均勻分布統(tǒng)計(jì)特性的要求；
[0019] S2. 2,要求第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角Θ 隨機(jī)取值應(yīng)在[0°， 180° ]之間；要求第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角巧的隨機(jī)取值應(yīng)在[0°， 360° ]之間；
[0020] S2. 3,要求第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)極化角Tl ,的隨機(jī)取值應(yīng)在[0°，360° ] 之間。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟S2. 2包含：
[0022] S2.2.1，對于第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角θη，在[0，1]內(nèi)抽取隨機(jī) 數(shù)作為隨機(jī)入射方向角G ni的系數(shù)六，則θ η=Α·180° ;
[0023] S2. 2. 2,對于第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)入射方向角A的計(jì)算方法為：
為隨機(jī)取值，當(dāng)?shù)哪骋浑S機(jī)值使得與其對應(yīng)的I值落在
[0°，360° ]之間，則保留該P(yáng)U直。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟S2. 3包含：
[0025] 對于第m個(gè)所述等效入射源的隨機(jī)極化角Tl"，在[0, 1]內(nèi)抽取隨機(jī)數(shù)作為隨機(jī)入 射方向角H111的系數(shù)B，則η "= B · 360°。
[0026] 優(yōu)選地，所述步驟S3包含：
[0027] 分別針對每個(gè)所述等效入射源進(jìn)行仿真計(jì)算，其中每次仿真計(jì)算對象僅為攪拌器 模型，從而獲取以所述攪拌器為中心的球面上所有觀察點(diǎn)的電場矢量分布計(jì)算結(jié)果。
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟S4包含：
[0029] S4. I，對所有所述等效入射源分別激勵(lì)下的電場矢量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行矢量平均；
[0030] S4. 2,采用混響室測試標(biāo)準(zhǔn)中的混響室均勻性統(tǒng)計(jì)方法，對所述攪拌器的所有觀 察點(diǎn)X、y、z三個(gè)極化方向進(jìn)行計(jì)算獲得三個(gè)極化方向的電場矢量標(biāo)準(zhǔn)偏差D x、Dy& D z，并 計(jì)算上述三個(gè)極化方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差Dtotal。
[0031] 優(yōu)選地，所述步驟S5包含：
[0032] 用戶根據(jù)所述攪拌器的槳葉長度、槳葉寬度及相鄰槳葉之間的夾角的不同，重復(fù) 執(zhí)行所述步驟S3-S4 ;獲取多組不同優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)情況下，對應(yīng)的多個(gè)電場矢量 平均結(jié)果的X、y、z三個(gè)極化方向的電場矢量標(biāo)準(zhǔn)偏差Dx、D y、Dz及上述三個(gè)極化方向的標(biāo) 準(zhǔn)偏差Dtotal。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟S6包含：
[0034] S6. 1，將所述步驟S5獲取的每組優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)對應(yīng)的電場矢量平均結(jié) 果的X、y、z三個(gè)極化方向的電場矢量標(biāo)準(zhǔn)偏差D x、Dy、Dz及上述三個(gè)極化方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差 Dtotal進(jìn)行如下處理計(jì)算，獲取攪拌器電場矢量累加標(biāo)準(zhǔn)偏差D :
[0035] D = Dx+Dy+Dtotal；
[0036] S6. 2,通過比較所述步驟S5獲取多組不同優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)對應(yīng)的攪拌器 電場矢量累加標(biāo)準(zhǔn)偏差D，根據(jù)電場矢量累加標(biāo)準(zhǔn)偏差越小、所述攪拌器的攪拌性能越好為 評判原則，篩選獲得所述攪拌器的最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)組形成的設(shè)計(jì)模型。
[0037] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0038] 本發(fā)明公開的一種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法，首先設(shè)計(jì)該攪 拌器的外形結(jié)構(gòu)，并確定要求優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)；其次選取多個(gè)等效入射源，確定每個(gè) 所述等效入射源的隨機(jī)入射方向和極化角；采用混響室測試標(biāo)準(zhǔn)中的混響室均勻性統(tǒng)計(jì)方 法，對攪拌器的所有觀察點(diǎn)的電場矢量平均結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；根據(jù)不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪 拌器參數(shù)，選擇攪拌器的最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)的攪拌器參數(shù)組形成的設(shè)計(jì)模型。本發(fā)明能夠提高 攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)效率，避免攪拌器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和設(shè)計(jì)局限性；并且 本發(fā)明公開的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)效率提高的量級與其應(yīng)用到的混響室具體尺寸 相關(guān)，混響室尺寸越大，設(shè)計(jì)效率越高。本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)用性、操作性以及良好的應(yīng)用 前景，特別在電磁兼容性測試、航空航天器高強(qiáng)輻射場測試中艙室攪拌器設(shè)計(jì)、混響室內(nèi)部 攪拌器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明一種用于混響室內(nèi)攪拌器的快速優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)方法的整體流程示