射频领域积聚在载人航天飞行器使用小说的演算法

文摘

射频(RF)字段映射和分析车辆舱室内部空间,虽然意义重大,由于其固有的凹度代表一个复杂的问题。进一步混合表面建模所需这样凹附件导致光线扩散,从而使问题难以计算。摘要空间飞行器建模为双曲抛物面将军的革命(GPOR)平截头体,是谁的船尾部分匹配一个节流直圆柱。三维射线跟踪包开发涉及统一ray-launching计划,一个智能方案射线束线,和一个自适应接收算法获取射径内凹空间飞行器的细节。由于nonavailability凹曲率表面图像的方法,验证了文中算法提出对RF领域积聚在一个封闭的有损长方体使用图像的方法。空间飞行器内的射频场建设决定使用射线路径的细节和材料参数。结果射频领域积聚在metal-backed介质空间飞行器相比高金属平行和垂直偏振。车辆内的射频场的收敛性分析对反射射线的传播时间和经历在到达接收之前的观点。

1。介绍

在前部分的空间飞行器,宇航员在多个散热源的存在。这使得宇航员舱空间飞行器的一个重要的室内环境,需要射频领域的映射。航天器舱本质上是一个凹结构。在过去的几十年里,光线追踪已用于特定场地室内传播模型(1- - - - - -3),它已经表明,多次反射是显性的腔内的射频场建设相比,衍射现象(4]。尽管射线跟踪之前用于电磁(EM)分析飞机cabin-like附件,仔细观察会发现这些主要采用测量仅仅适合他们的预测或验证实证模型(5- - - - - -7]。

航天飞机内部电磁环境分析(有效载荷湾区),早已经试图克服计算复杂度通过近似曲面与大型平面面板(8]。然而,这导致一个完全不同的射线解集,这未必近似的情况下考虑曲率的表面。进一步的空间有部分车辆,不能由胀形近似表面(例如,圆形和椭圆柱面)和需要建模与双曲表面(如球面、抛物面和椭球部分)。凸结构的电磁分析,包括双曲结构,使用高频方法已经完成和分析射线跟踪技术等测地线常数的方法(GCM) [9]。但这是仅限于外部几何图形,即凸这样的航空航天结构的一部分。

射线跟踪变得极其繁琐的裂缝和凹陷的重要的应用在一个外壳(如空间车辆、飞机发动机、驾驶室,和乘客舱)由于光线扩散,引起的多次反射,透射和绕射。事实上射线跟踪可用的唯一途径在这种情况下雷铸造(7),提高了预测只有当空间光线越来越密集,导致计算棘手。因此,需要一个可行的射线追踪方法为实际应用产生射线路径数据。

在目前的工作,为射频领域开发的一种新型精炼文中算法计算在一个太空交通工具包括GHz的微波频率区域。开发一个全面的三维射线跟踪包结合分析表面建模生成射线路径数据在一个典型的太空交通工具。验证了文中算法提出对RF领域积聚在一个封闭的有损长方体使用图像的方法。这是因为图像方法对平面表面被认为是有效的,而凹曲率表面像空间车辆或飞机的客舱大多非平面的表面。空间飞行器建模为一个混合直圆柱和革命的一般抛物面(GPOR)平截头体。尾部分由节流模仿直圆柱(图1)。目前使用的维度空间飞行器对射频模拟(10]。测试射线发射的辐射来源位于太空交通工具和传播在空间飞行器。每个表面的反射点和相应的反射光线使用参数方程得到的表面和表面正常(9在每次事件点)。的表面参数建模太空交通工具通过分析方程,定义射径计算时间大大减少。

累积的射线路径数据th反弹包括直接射线用于射频场的估计车辆内部空间。它包括每个射线路径遍历的细节在太空交通工具到达接收。此外太空交通工具材料的本构参数考虑在计算总在接受点反射功率。众所周知,与凸表面,射频场映射内凹结构的扩散是一个极其复杂的问题由反射线的解决方案。因此在本文中,一个空的空间飞行器座舱被认为是分析凹度的问题。发射和接收天线作为一个定向天线(半波偶极子)。接收机的射频场累积放置在载人航天飞行器是垂直与平行偏振报道。总场积聚在接收的一点是通过一个连贯的总和与每个射线到达接收器关联字段后接受多个车辆从墙上反弹的空间。金属太空飞行器的结果与metal-backed介质空间飞行器。射频场建设的融合研究对反射射线的传播时间和数量发生在到达接收之前的观点。

2。空间飞行器的表面建模

通用旋转抛物面等混合二次方程式论(GPOR)截锥体和有限直圆柱足够足够为射频分析模型典型的太空交通工具。在分析表面建模中,表面是由参数方程和相应的成型参数计算表面向完美匹配。

2.1。几何空间的车辆

空间飞行器的示意图如图1。车辆被建模为一个双曲抛物面的革命(GPOR)平截头体,是谁的船尾部分匹配一个节流直圆柱。描述分析建模,一个典型的空间的维度车辆认为[10采取了如下:圆柱形机身长度:7.50米;直圆柱体直径:4.50米;匹配GPOR直径:4.50米;GPOR截锥体高度:5.00米。

2.2。计算成形参数的混合结构

直圆柱的参数方程是由(9] 在哪里直圆柱体的半径,是它的方位角变化从0到360°,和()代表了有限长度的圆柱体。模型的混合结构,需要确定的成型参数结构。GPOR由[给出的参数方程11] 在哪里现在的方位角GPOR不同从0到360°,是GPOR基础参数,成型参数,代表GPOR的锐度/平面度。

3所示。传播在空间飞行器

小说精制的演算法为射线传播分析开发内凹陷了。发达算法验证使用图像方法对有损长方体作为凹表面图像方法是不可用的。提出了精炼的演算法以及射频场验证下面。

3.1。精制的演算法的验证

图像方法是不用于弯曲凹陷如太空交通工具、射频场由于射线通过现有的映像方法在有损长方体(2.70米×2.38米×2.40米)和精制文中算法获得的内部开发进行了比较。射频场累积分析是在2.4 GHz。源是保持在原点。接收方在。累计15反射射线路径被认为是仿真研究。长方体的有损墙壁的本构参数考虑而估计净积累。图2介绍了射频领域积聚在接受点在有损长方体(,毫米)为垂直极化。可能观察到精炼的演算法与图像具有良好的协议方法提供射线路径描述射频领域的封闭腔内积聚。

3.2。精制射线追踪车辆内部空间

如上所述,一个封闭的解析建模的混合空间飞行器考虑ray-propagation分析和空间内的发射机和接收机位于车辆不失一般性和。图3说明了相同的示意图。

最初的一个制服ray-launching方案(12)使用从各向同性源(发射器),随后用于收敛的射线在接收机方案。每个定义的射线是独一无二的值。机舱内的射线就被允许传播。第一个交点是由线之间的交集公式和相应的混合结构的表面13]。

混合结构有四个不同的二次表面在不同高度,初始交点关于检查采用坐标和表面方程的计算第一个事件的观点。单元表面法向量(图4)在第一个交点计算使用以下方程对表面(9]。

单元曲面法线方程二次曲面片是由第二个学位 这直圆柱表示为 虽然GPOR,它是由 单元表面正常对应上面的四个组成部分表面的混合结构如图4。

一旦表面正常点确定(ray事件),反映了光通过反射利用斯奈尔定律。这个过程被重复随后的反弹。

一种自适应接收范围被认为是捕捉光线。到达接收球的射线视为所需的射频场的射线车内积聚。进一步说,一个聪明ray-bunching计划用于避免重复射线的解决方案。

3.3。结果和射线路径的可视化

内射径传播特性建模空间车辆检查的条件反射,和射线路径数据高达40反弹(累积)生成。的角距0.1°。这是观察到除了直接雷只有66射线到达接待领域累计,4反弹。66年这些射线的射线路径可视化图所示5。

相应数量的光线汇聚接收器对N弹跳和程序执行时间的表1。

指出了射频场映射应用考虑,正如在下一节中所讨论的,它能充分考虑射线路径数据高达40反弹。

4所示。射频领域积聚在空间飞行器

射频场映射问题是制定在三个步骤,即,(i)分析空间飞行器外壳表面建模和(2)射线路径数据生成圈地内使用精炼的演算法,其次是(3)频率和极化依赖性的射频电磁场计算字段映射在空间飞行器。

射频场估计在一个外壳需要射线路径的细节,反射点,和辐射发射和接收天线的模式。摘要射线路径的细节和反射点的坐标(s)获得使用一种新颖的自适应三维射线追踪过程中,在前一节中解释。当多个反射和许多被认为是射线路径,射线追踪计算激烈和复杂。然而,对于任意凹环境、体积射线跟踪仍为射频仿真提供了一种有效的方法。

在接收点产生的电场在外壳(14)是由 在哪里由于的电场是吗雷在接收机。这束光经验有限数量的反映在其路径从源到接收器。反射射线的数量将取决于角度的光发射的来源。

源作为一个点光源。腔内的射线发射是加权根据发射天线的辐射方向图。同样在接收机,射线是加权按照接收天线的辐射方向图。(表达的长期有效的领域4)的相干场贡献的总和个人射线到达接收器。每个阶段的射线(到达接收不同瞬间的时间点)相应调整。在源和是初始字段值吗和相应的字段值拦截在光线的方向。这些字段值是基于发射和接收天线的辐射模式,分别。的反射系数是吗th接口/墙(15- - - - - -17),是总射径长度,是波数,是路径损耗(14]。材料的反射系数的依赖属性,即介电常数、电导率、厚度、入射角,适当合并。

5。结果与讨论

射频模拟进行的金属(S / m)航天器和metal-backed介质(;毫米)太空交通工具。发射和接收天线假定为定向(如半波偶极子)。

发射光线在一个外壳可以有效地完成对任何角分离。然而,如果相邻发射射线之间的角距太大,更少的测试射线发射和射频场不收敛。这意味着测试发射射线的要求越来越小角度,而在另一个极端是困扰计算棘手的问题。已经观察到存在一个权衡的问题被分析,最理想的是在0.1°到0.25°的范围。在这项研究中,射频领域积聚在接受点在空间飞行器获得的射线角间距0.1°发射太空交通工具。操作的频率的影响射频场建设也进行了研究。模拟的两个不同的频率进行6和8 GHz平行和垂直偏振。指出这些不同的频率通常用于空间和卫星通信的应用程序。

首先,射频领域积聚估计的内部高度金属太空交通工具。规范化射频领域积聚在接收金属太空飞行器内部指向6 GHz数据所示6(一)和6 (b)分别垂直、平行极化。8 GHz给出相应的结果数据7(一)和7 (b),分别。对于一个给定的光线反弹,全套的射线的特征是不同的和。在这里,指的是(最短)射线路径的最小时间对于一个给定的反弹。同样的,对应的最大时间(最长)射线的射线中相同数量的反弹。指出,预设数量的反弹,可能超过几个射线的传播时间的反弹类型,甚至低于一些高弹跳射线的类型。因此本研究的一个重点是分析射频场收敛对累计反弹(即可行的射线路径。,所有的射线路径累计到一定数量的反射)。

在垂直极化的情况下(数字6(一)和7(一)),该领域融合需要大量的反弹,因此时间轴应该是非常大的。然而,考虑到1.2的时间窗口μ证交会是满足实际应用如图所示。结果报告直到40反弹(累积),收敛计算易处理的范围内。

自空间飞行器的墙壁被认为是高金属(S / m),在每个反射射线不受显著衰减到达接收器。它可以观察到从数据6(一)和7(一)水平垂直极化倾向于广泛的射频场建设增加的数量反弹。这是归因于这样一个事实:随着反弹的数量增加,射线到达接收器的数量也增加了。这些大量的射线到达接收机从不同的方向,因此倾向于到大幅取消只留下一个小净(正面或负面)射频场。这个小净场有助于早期阈值的射频场增量意义上的积累,从而导致极其缓慢的收敛速度的金属。这是预期的线路,因为还未达到收敛在一个高度金属混响chamber-like环境(18]。

相比之下,平行极化(数字6 (b)和7 (b)),尽管金属墙壁,射频领域积累迅速收敛。这是由于这一事实,平行极化电矢量的方向不断变化(17)后连续倾斜入射反射。当电场与多个射线到达接收器是前后一致地叠加,反相的领域往往相互抵消,从而导致总领域积累的快速收敛对反弹的数量。

在接收机总射频场的振幅增加,尤其是最初,波动的反弹。这可能是由于这样的事实,本研究强调对预设累积数量的反弹,这是用作截止,忽略了所有higher-bounce射线路径。虽然高反弹往往导致越来越多的减少(因此可以忽略不计)电场的贡献,他们的贡献在最初的射频累积并不一定如此,从而导致观察到的射频波动。然而,随着时间的增加,这种错误往往本身抵消。

挑剔的读者可能会注意到总射频领域积聚在一个金属太空交通工具高6 GHz相比8 GHz的偏振。这是解释这一事实几何腔长解决方案(源和接收器之间的点)是独立的频率。因此8 GHz相比,每个雷少遍历电子波长固定几何路径6 GHz,导致较小的衰减,因此一般高射频场建立的价值观。

metal-backed介质空间的车辆被认为是下一个。这个介电实际上在本质上是高度吸收剂。因此,一个典型的吸收器介电常数是带到这里,;毫米。这些墙材料的本构参数用于反射系数估计(17]的射线路径,极化和所有的函数连续的入射角度。因此,每个射线路径到达接收机的贡献在空间飞行器可以连贯地总结调整后阶段。

结果规范化射频领域积聚在空间飞行器6和8 GHz数据所示8和9,分别。的设在在这些领域标准化的情节,仅限于0.20促进仔细审查。它很容易观察到,metal-backed介电空间飞行器,射线贡献垂直与平行偏振收敛迅速,随着时间的推移和反射的数量。这是归因于metal-backed介电损耗特性的墙,射线是事件,导致衰减,从而降低射频场幅度和快速收敛19]。

6。结论

射频环境在一个空间飞行器的小说进行了分析的基础上,应用一个精炼的演算法以及混合空间飞行器表面建模。精制射线跟踪产量所需的射线路径数据,这也促进了可视化的射线达到一个特定subcube放置在空间飞行器小屋。一个ray-bunching算法区分线解决方案开发的射线束,旅行几乎达到接待subcube平行。一个细化算法然后用来确认这个射线的射线路径,最终收敛到接受点。

该算法生成所有射线路径的完整的数据累计到一个给定数量的反弹。在应用程序需要更高的反弹,密集的射线需要推出达到收敛,这常常会计算棘手。在这项研究中,射频领域积聚在接受点在空间飞行器获得的射线发射角分离空间内的0.1°。再次,航天器舱类的问题分析了工作,融合射频场的建设,这是充分考虑累计高达40反射射线路径,计算易处理的范围内。

RF领域积聚在接受点在空间飞行器是由加法与每个射线到达接收器关联字段后调整阶段。操作频率的射频场建设的影响也进行了研究。模拟是进行两种不同的(上行/下行)6和8 GHz的频率。射频领域累积的结果相比金属太空飞行器和metal-backed介质空间飞行器。由于波长穿过了一线固定几何路径是频率的函数,频率越低,小的波长数量乘坐一线,导致较小的衰减,因此较高的射频场累积值。这是由于这一事实,总射频领域积聚在一个金属太空交通工具高发现6 GHz相比8 GHz的偏振。

射线到达接收器的数量增加与射线弹跳。这些无数来自不同方向的射线事件往往消掉了,离开但净(正/负)射频场。尽管大量的射线,只有这个小网射频领域,有助于增量上升/下降在RF领域积累的门槛。这导致了缓慢的收敛速度。在垂直极化,射频领域积聚在一个金属太空交通工具往往普遍增加的数量反弹。预计这一趋势的线,因为众所周知,射频场收敛内没有达到一个高度金属混响室。相比之下,平行极化,电矢量的方向不断变化后倾斜入射反射。当电场与多个射线到达接收器是前后一致地叠加,反相的领域往往相互抵消,从而导致总领域积累的快速收敛对反弹的数量。

metal-backed介电太空飞行器,在考虑实际情况,射频领域积累迅速收敛对运行时间和数量的反弹。这是真正的平行和垂直偏振。这是由于metal-backed电介质的损耗特性空间飞行器的外壳。

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