Алгоритмы, методика и система компьютерного моделирования и оптимизации электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры космических аппаратов

• Автор: Мелкозеров, Александр Олегович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 209 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ .
1. ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ .

1.1. Актуальность проблемы

1.2. Обзор методов и систем электродинамического моделирования .

1.2.1. Метод моментов

1.2.2. Метод конечных разностей во временной области .

1.2.3. Метод матрицы линий передачи

1.2.4. Метод конечных элементов

1.2.5. Метод конечного интегрирования.

1.2.6. Выводы по разделу

1.3. Обзор эволюционных стратегий

1.3.1. История эволюционных стратегий.
1.3.2. Канонические варианты эволюционных стратегий .
1.3.3. Стандартная эволюционная стратегия
с усредняющей рекомбинацией и самоадалтацией интенсивности мутации
1.3.4. Анализ эволюционных стратегий
1.3.5. Эволюционные стратегии с адаптацией ковариационной матрицы.
1.3.6. Выводы по разделу
1.4. Постановка задач исследования
2. АЛГОРИТМЫ И МОДЕЛИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
2.1. Алгоритм эволюционной стратегии с взвешенной мультирекомбинацией и самоадаптацией интенсивности мутации .
2.1.1. Теоретический анализ эволюционных стратегий . .
2.1.2. Анализ мультирекомбинационной эволюционной стратегии.
2.1.3. Анализ , ЛаСАЭС
2.1.4. Пространства поиска конечной размерности .
2.1.5. Сравнение с цд, АЭС и Аор1ЭС с кумулятивной адаптацией длины шага
2.2. Разработка 1тюметрических моделей конструктивных
элементов печатных плат и корпусов бортовой аппаратуры космических аппаратов для квазистатического и электродинамического анализа электромагнитной совместимости .
2.2.1. Геометрические модели печатных плат
2.2.2. Геометрические модели корпусов.
2.3. Моделирование электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры космических аппаратов
2.4. Выводы но главе
3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ .
3.1. Структура системы
3.2. Ядро системы.
3.3. Язык скриптов
3.4. Динамические модули
3.5. Клиенты системы
3.6. Тестирование системы
3.6.1. Сравнение результатов натурного и вычисли
тельного экспериментов на примере связанных линий печатной платы.
3.6.2. Сравнение результатов электродинамического анализа в системах и
на примере корпуса бортовой аппаратуры . .
3.6.3. Моделирование одиночной микрополосковой
линии в диапазоне параметров
3.6.4. Моделирование дифференциальной пары
в диапазоне параметров .
3.7. Программная реализация модуля эволюционных стратегий
3.7.1. Скриптовые команды
3.7.2. Алгоритм выполнения скриптовых команд . .
3.7.3. Алгоритм вычисления целевой функции . . .
3.7.4. Алгоритм параллельного вычисления целевой функции.
3.7.5. Тестирование алгоритма параллельного вычисления целевой функции
3.7.6. Тестирование модуля эволюционных стратегий
3.8. Программная реализация алгоритма неявного фильтрования
3.9. Выводы по главе
4. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СОВМЕСТИМОСТИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.
4.1. Оптимизация параметров полосковых линий
4.1.1. Математическая модель.
4.1.2. Целевая функция.
4.1.3. Сравнение алгоритмов оптимизации
4.1.4. Подбор параметров алгоритма неявного
фильтрования
4.2. Оптимизация параметров проводных структур
4.2.1. Математическая модель.
4.2.2. Целевая функция.
4.2.3. Сравнение алгоритмов оптимизации
4.3. Оптимизация параметров математической модели резистора
4.4. Оптимизация параметров многопроводной линии передачи .
4.4.1. Математическая модель.
4.4.2. Целевая функция.
4.4.3. Исследование производительности ЭС
4.5. Структурная и параметрическая оптимизация многокаскадного модального фильтра
4.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Литература


ВАК работ в трудах зарубежных конференций 4 патента на полезную модель и 3 патента на изобретения 4 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Структура и объем диссертации. В состав диссертации входят введение, 4 главы, заключение, список литературы из 5 наименований и приложения. Объм диссертации составляет 9 стр. Личный вклад. Все результаты работы получены автором лично или при непосредственном его участии. Постановка задач по теоретическому анализу ЭС выполнена совместно с профессором Х. Г. Байером, вывод формул выполнен автором лично. ЭМС БА КА выполнена автором лично, вычислительных модулей под руководством Т. Р. Газизова совместно с А. М. Заболоцким и С. П. Куксенко. Постановка практических задач оптимизации выполнена совместно с Т. Р. Газизовым. Реализация целевых функций и экспериментальные исследования выполнены автором лично при участии Х. Г. Байера и А. М. Заболоцкого. Обзор систем электродинамического моделирования выполнен совместно с С. II. Куксенко. Экспериментальное исследование точности результатов имитационного моделирования проведено совместно с Л. М. Заболоцким и М. К. Смирновой. Оптимизация параметров математической модели резистора выполнена автором совместно с И. Ф. Калимулиным и А. М. Заболоцким. Выбор параметра самообучения по полученной формуле обеспечивает более быструю в среднем в 1,,8 раза сходимость усовершенствованной эволюционной стратегии к минимуму сферической модели целевой функции с числом параметров по сравнению со стандартной эволюционной стратегией. Методика оптимизации электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры космических аппаратов позволяет с помощью разработанной программной системы выбирать алгоритмы, обеспечивающие оптимизацию задач за минимальное количество вычислений целевой функции. Программная система обеспечивает, за счет реализованных моделей двух и трехмерные квазистатические модели сложных структур проводников и диэлектриков, электродинамические модели проводных структур и алгоритмов, моделирование конструктивных элементов бортовой аппаратуры космических аппаратов и позволяет добавлять новые модели и алгоритмы без перекомпиляции. Краткое содержание работы. В главе 1 выполнен обзор проблемы моделирования и оптимизации ЭМС БА КА. БА КА. В главе 3 описана программная реализация системы компьютерного моделирования и оптимизации ЭМС БА КА, в том числе модуля ЭС и алгоритма неявною фильтрования. В главе 4 представлена методика оптимизации ЭМС БА КА и результаты ее применения для решения практических задач оптимизации. В заключении сделаны выводы по работе. Далее приведн список литературы. В приложениях представлены копии подтверждающих документов. В настоящее время системы компьютерного моделирования относятся к основным рабочим инструментам разработчика радиоэлектронных устройств 1. В частности, весь процесс разработки бортовой аппаратуры современных космических аппаратов БА КА ведется в специализированных системах автоматизированного проектирования. Однако, постоянный рост сложности и плотности компоновки ВА КА приводит к увеличению требований к квалификации разработчиков, росту затрат на проектирование и тестирование систем управления КА, замедлению процесса создания перспективных КА. Эти тенденции могут привести к отставанию отечественных разработчиков КА от мирового уровня в области технологий создания ракетнокосмической техники нового поколения, которые относятся к перечню критических технологий Российской Федерации. Поэтому проблема создания технологий проектирования КА нового поколения требует разработки новых комплексов программ для моделирования и оптимизации БА КА с целью улучшения их технических характеристик. БА КА, включая низкочастотные блоки, подвержена внешним воздействиям в очень широком спектре частот. В работе 2 результаты измерений напряженности электрического поля, полученные со спутника на расстоянии 0 км от поверхности Земли, показывают, что напряженность электрического поля превышает 0 Вм в области ГГц, а спектр излучений простирается до 0 ГГц.