Алгоритмическое и программно-методическое обеспечение для математического моделирования рассеяния и излучения электромагнитного поля в бортовой аппаратуре космических аппаратов

• Автор: Костарев, Игорь Степанович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Оглавление
Введение.

1. Анализ методов и комплексов программ для расчета

электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры

1.1. Численные методы анализа электромагнитной совместимости

1.1.1. Метод конечных разностей.

1.1.2. Метод конечных элементов.

1.1.3. Метод моментов.

1.2. Способы дискретизации геометрических моделей в задачах рассеяния.

1.3. Решение задачи электромагнитного рассеяния на основе интегральных уравнений электрического поля

1.4. Обзор методов уменьшения времени перемножения матрицы

на вектор.
1.4.1. Метод сопряженных градиентов с использованием
быстрого преобразования Фурье.
1.4.2. Быстрый метод многополюсника.
1.4.3. Многоуровневый быстрый алгоритм многополюсника.
1.4.4. Матричный декомпозиционный алгоритм и
многоуровневый матричный декомпозиционный алгоритм
1.5. Обзор комплексов программ для анализа электромагнитной совместимости.
1.6. Цель работы и формулировка задач исследования
2. Совершенствование решения задачи рассеяния электромагнитной
волны поверхностями произвольной формы
2.1. Оценка погрешности аппроксимации.
2.2. Аналитическое вычисление поверхностных интегралов в
модели рассеяния
2.3. Алгоритм расчета рассеяния электромагнитной волны поверхностями произвольной формы
2.4. Усовершенствованный алгоритм расчета рассеяния электромагнитной волны поверхностями произвольной формы
2.5. Решение системы линейных алгебраических уравнений итерационным метолом с использованием быстрого
преобразования Фурье при перемножении матрицы на вектор
2.6. Основные результаты главы.
3. Разработка комплекса программ.
3.1. Программная реализация алгоритмов расчета рассеяния электромагнитной волны поверхностями произвольной формы
3.2. Тестирование программной реализации разработанных алгоритмов.
3.3. Основные результаты главы
4. Проектный анализ электромагнитной совместимости системы электроснабжения космических аппаратов
4.1. Методика проектного анализа электромагнитной
совместимости.
4.2. Расчет электромагнитных помех комплекса автоматики и стабилизации космического аппарата на основе проектного
анализа электромагнитной совместимости
4.2.1. Создание моделей комплекса автоматики и стабилизации
в программном комплексе i.
4.2.2. Результаты моделирования комплекса автоматики и стабилизации по разработанной методике
4.3. Экспериментальное исследование комплекса автоматики и стабилизации космического аппарата
4.4. Основные результаты главы
Заключение
Список литературы


С повышением быстродействия и плотности монтажа элементов обеспечение ЭМС радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) становится всё более важным. РЭА и увеличивается плотность компоновки, что приводит к увеличению уровня излучаемых ЭМП. Анализ и экспериментальные исследования характеристик ЭМС различных РЭА привели к созданию инженерных методов расчета и научному обоснованию возможности совершенствования этих характеристик. Наиболее эффективным средством исследования ЭМС является имитационное моделирование. Сущность методов имитационного моделирования ЭМС состоит в том, что эксперимент проводится не с реальным прибором, а с его математической моделью. Основные трудности применения данного метода анализа ЭМС - сложность и недостаточная изученность математических моделей электромагнитной обстановки и широкого круга источников и приемников помех. При распространении в пространстве ЭМ поле взаимодействует с различными объектами окружающей среды, в частности, этими объектами могут быть какие-либо проводящие структуры. В результате взаимодействия с ними ЭМ поле будет изменяться. ЭМС. Задача рассеяния является одной из основных задач ЭМ теории. Рассеяние ЭМ поля дает представление о взаимодействии какого-либо физического объекта с любым источником ЭМ воздействия, например, позволяет исследовать отражение, увеличение, уменьшение ЭМ ноля источника. Результаты таких исследований можно использовать для расчета эффективности экранирования приборов. Для моделирования электромагнитных процессов разработаны десятки программных пакетов. В их основе лежит численное решение уравнений Максвелла в интегральной или дифференциальной форме следующими методами: метод конечных разностей, метод моментов, метод конечных элементов, а также так называемые «гибридные» методики (например, пакет Omega PLUS [2] использует для решения задачи электромагнитного моделирования совмещенную методику метода моментов и метода граничных элементов; пакет ЕМ АР 5 [3] использует совмещенную методику метода моментов и метода конечных элементов). Однако все эти пакеты обладают, своего рода, ограничениями и не могут решить всех задач, которые стоят перед разработчиком [4]. Гак, например, ELNEC [5], SUPERNEC [6J, Singula [7] - программы электродинамического моделирования и анализа проволочных антенн, которые позволяют моделировать конструкции разнообразных антенн. Система CONCEPT II [8J дает численное представление электромагнитного излучения и задач рассеивания в частотной области. Такие программные продукты, как FLO/EMC [9], MicroStripes [] позволяют получать параметры излучение от одного отдельно взятого элемента схемы, анализировать поле и распределение токов в схеме и излучения и токи законченного, целостного комплекса элементов и схем устройства, но при этом расчет проводится для частот, которых может не хватить для решения поставленной задачи []. Еще одним недостатком такого программного обеспечения является его высокая стоимость. В настоящей главе приведен обзор основных численных методов расчета, методов создания моделей рассеяния ЭМ волны и комплексов программ, применяемых для анализа ЭМС. Основными численными методами, применяемыми для анализа ЭМС являются метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод моментов, а также так называемые «гибридные» методики []. Данные методы имеют реализации как в частотной, так и во временной областях. В них решение представляется набором численных значений, описывающим поведение РЭА в целом, в точках рассчитываемой конструкции, или функций, описывающих поведение этого параметра на отдельных участках конструкции. Особенности этих методов хорошо изучены и, поэтому, выбор каждого программиста сводится к их анализу и выбору необходимого подхода для решения поставленной задачи. Метод конечных разностей (МКР) представляет собой развертываемую во времени процедуру, в ходе которой реальные непрерывные волны имитируются дискретными числовыми аналогами []. Для упрощения решений вместо системы уравнений (1. Принятые обозначения центрально-разностной аппроксимации пространственных и временных составляющих векторов поля в частных производных представлены в выражениях (1.