文档介绍：南京航空航天大学
博士学位论文
无人机电磁兼容专家系统软件平台中若干关键问题的研究
姓名:李勃
申请学位级别:博士
专业:信号与信息处理
指导教师:谢求成
2009-12
南京航空航天大学博士学位论文
摘要
由于无人机对机载设备体积、重量、功耗的限制,使许多电磁兼容性设计方案都无法实施,
而且并没有现存的标准和设计规范可以参考。在此背景下,承担了某“十五”科学技术预先研
究项目,其中一部分就是无人机电磁兼容专家系统软件平台的研究。根据无人机电磁兼容性的
特点,对该专家系统中几个具有重要意义的关键问题进行了分析。
首先,分析了国军标 GJB151A、GJB152A 所提出的理论依据,这也是一切无人机电磁兼容
设计的出发点。充分理解国军标中各项指标的意义和极限值的合理性,有利于对国军标进行合
理的剪裁和应用。
其次,提出了一种新的设备级电磁兼容测试法――六基组测试法。这一新的测试法方法可
以极大地节省设备级电磁兼容测试的时间和费用。
分析了实际电磁环境对无人机的影响,通过在实际飞行环境中对各地面发射机的辐射和场
地电磁环境的测试,得到对无人机造成伤害的电磁环境场强极限值在 ~8×103MHz 频段中
为 60~200V/m。将不同频段下传导干扰与辐射干扰进行结合分析,并根据无人机中存在的辐
射干扰和传导干扰的共性特征,得到无人机系统级电磁辐射极限场强在 ~2×103MHz 频段
中为 60dBμV/m~100dBμV/m。该指标的制定为无人机系统的电磁兼容设计提供了一个有效的评
估准则。并由此提出了无人机系统级电磁兼容测试法。
基于偶极子的相关性运算法则,计算得出了在不同测试场地中辐射发射测试结果的相关系
数,该系数对于提高无人机电磁兼容测试的精度有极大的帮助。
根据各种电磁兼容设计手册和多位无人机设计专家的经验,总结出了各种有效的无人机电
磁兼容设计方法。在设计初期就采用这些方法,可以有效地降低电磁干扰,提高系统的电磁兼
容性,明显的缩短设计周期和减少设计经费。
然后,根据无人机电磁兼容专家系统的要求,提出了几种新颖有效的计算方法,可以对无
人机电磁兼容设计的各个方面进行准确的分析和预测。
⑴提出了机载天线——天线之间电磁干扰分析的数学模型,该模型的计算误差在通常使用
的范围内小于 2%。
⑵提出了对复杂电路结构的布线间距的计算方法,该方法的误差在取值很大的情况下也不
会超过 9%。
⑶采用分布元素法的原理,提出了一种新的预测电路板辐射的方法,它的计算结果和实际
测试结果十分相近,证明了该计算方法是比较准确的。
⑷提出了一种基于非标准曲线算子的三维高阶FDTD算法,用于解决复杂介质结构的电磁兼
容性问题。通过计算结果可以看出,高阶非标准FDTD算法的准确度极高,而且没有任何色散情
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无人机专家系统中若干关键问题的研究
况出现,并且高阶非标准FDTD算法还可以节省大约85%的CPU和内存使用。
最后,提出了无人机系统级电磁兼容专家系统的设想,它力图模拟电磁兼容专家的思考过程
而且不需要使用者具有丰富的设计经验。由于专家系统的复杂性,只是给出了该专家系统的基本
结构及一些关键问题的解决方法和主要的计算方法。
关键词:电磁兼容,专家系统,无人机,系统级测试,系统设计法,计算方法,时域有限差分法
II
南京航空航天大学博士学位论文
Abstract
Many patibility (EMC) design methods cannot be applied on unmanned
aerial vehicle (UAV)for volume, weight and power restrictions of airborne equipments. And there is
no existing standard or design criterion of UAV to follow. Therefore, the EMC pre-research task of
UAV was advanced, which included research on EMC expert system of UAV. Based on characteristics
of EMC of UAV, author analyses several important problems in EMC expert system of UAV.
Firstly , the theory foundation of national military standard is analyz