【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机定位系统电磁效应分析，特别涉及一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法及系统。
技术介绍
1、无人机技术是航空领域的重要发展方向，具有广阔的应用前景和潜力。无人机具备高效率、高精度、高灵活性、低成本等优点，能够胜任各种复杂环境下的任务，已经成为各行各业的重要新兴工具。无人机定位系统作为集成化的复杂系统，包含了多个次级子系统，电磁干扰耦合通道复杂，为探究无人机的电磁耦合问题制造了困难。
2、电磁拓扑学利用拓扑的概念将一个复杂的电子系统进行分解，从而降低整个系统分析的复杂性。基本思想是将研究对象空间分解成不同大小的区域，各个区域之间通过系统的拓扑图相联系，这样就可以把整个复杂的电磁耦合问题分解成一组相对独立的小的电磁问题来解决。如何利用电磁拓扑学对无人机定位系统进行分模块之间的关联是对无人机定位系统进行电磁效应分析的基础，目前国内外针对无人机定位系统的电磁拓扑模型研究较少，有学者探究了电磁拓扑分析中的blt方程及其应用；有学者提出了屏蔽系统hpm效应的拓扑图分析与防护加固方法；国防科技大学团队基于电磁拓扑理论，建立了多层电磁屏蔽模型，并利用线性规划给出了模型中薄弱路径的优化方法；信息工程大学通过电磁拓扑模型分析干扰耦合方式，分析不同耦合路径下辐照干扰耦合机理和作用机制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决针对无人机定位系统的高复杂性，电磁效应分析困难的问题，提出一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法及系统，实现了对复杂无人机定位
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
3、一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，包含：
4、利用电磁拓扑方法，将强电磁脉冲对无人机定位系统的耦合分解为若干个耦合环节，建立无人机定位系统的电磁拓扑模型和干扰序列图；
5、通过干扰序列图推导出无人机gps模块内部任一子模块对强电磁脉冲的瞬态响应；
6、基于电磁拓扑模型设置敏感点，利用solid work软件构建无人机gps模块的物理模型；
7、利用ansys maxwell仿真软件对solid work软件生成的step文件进行导入，分析gps模块子模块、gps模块以及预置的敏感点受到不同干扰源激励后的电磁效应，从仿真分析中得到无人机gps模块的电磁分布特征和电磁薄弱环节。
8、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，所述建立无人机定位系统的电磁拓扑模型包含：
9、基于无人机gps模块的内部结构，利用拓扑图论经过点、线所组成的图形以及图所表示出来的点、边关系，建立无人机gps电磁拓扑模型；在该模型中命名规则为：v表示子区域，s表示屏蔽外壳，vi,j的两个下标表示第i层屏蔽外壳内的区域和该区域内的第j层子区域，sk,h:i,j的四个下标表示vk,h和vi,j两个子区域的分界面，也表示屏蔽外壳。
10、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，在干扰序列图中，传导链路为gps模块正常工作时的信号传输链路，电磁干扰通过两条链路耦合进入gps模块，干扰通过前门耦合进入射频前端，以传导的方式耦合至gps模块；干扰还通过后门耦合进入gps模块内部，经过区域之间场到场的耦合，以场-线耦合的方式进入传导链路。
11、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，所述无人机gps模块内部任一子模块对强电磁脉冲的瞬态响应的计算公式如下：
12、
13、其中，ωp表示电磁拓扑图中不同子区域的耦合系数，ei表示第i层屏蔽外壳内区域的电场强度，hi表示第i层屏蔽外壳内区域的磁场强度；表示从第k层屏蔽外壳内第h层子区域到第i层屏蔽外壳内第j层子区域的转移函数，r表示过区域耦合路径，c表示过导线的耦合路径。
14、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，所述无人机gps模块中低噪声放大器对强电磁脉冲的响应表达式如下：
15、
16、代表强电磁脉冲通过天线耦合直接作用在低噪声放大器的电磁脉冲响应，代表通过滤波器外壳及滤波器耦合路径，代表通过低噪声放大器外壳耦合进入。
17、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，所述无人机gps模块中时序模块对强电磁脉冲的响应表达式如下：
18、
19、代表强电磁脉冲通过天线耦合作用在时序模块的电磁脉冲响应，代表通过滤波器外壳及滤波器耦合路径，代表通过低噪声放大器外壳耦合进入，代表强电磁脉冲通过数字电路对时序模块产生的干扰影响。
20、根据本专利技术基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，进一步地，所述gps模块中中频模块对强电磁脉冲的响应表达式如下：
21、
22、在时序模块基础上增加了的耦合路径，并在此基础上增加了强电磁脉冲由数字电路直接耦合进入中频模块的路径
23、一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析系统，包含电磁拓扑及干扰序列图模块、瞬态响应模块、物理模型构建模块和仿真模块，其中：
24、电磁拓扑及干扰序列图模块，用于利用电磁拓扑方法，将强电磁脉冲对无人机定位系统的耦合分解为若干个耦合环节，建立无人机定位系统的电磁拓扑模型和干扰序列图；
25、瞬态响应模块，用于通过干扰序列图推导出无人机gps模块内部任一子模块对强电磁脉冲的瞬态响应；
26、物理模型构建模块，用于基于电磁拓扑模型设置敏感点，利用solid work软件构建无人机gps模块的物理模型；
27、仿真模块，用于利用ansys maxwell仿真软件对solid work软件生成的step文件进行导入，分析gps模块子模块、gps模块以及预置的敏感点受到不同干扰源激励后的电磁效应，从仿真分析中得到无人机gps模块的电磁分布特征和电磁薄弱环节。
28、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
29、本专利技术基于电磁拓扑理论，建立了无人机定位系统的电磁拓扑模型和干扰序列图，利用干扰序列图推导出gps模块各子模块对强电磁脉冲的瞬态响应，实现了复杂无人机定位系统的电磁效应分析。利用solid work软件构建无人机gps模块的物理模型，并利用ansys maxwell仿真软件导入模型后进行电磁效应仿真，通过对gps模块子模块、gps模块以及预先设置的敏感点的电磁脉冲效应分析，得到了无人机gps模块的电磁分布特征和电磁薄弱环节，为所提出的无人机定位系统的电磁拓扑模型提供试验论证。
30、本专利技术通过设计电磁拓扑模型解决了单独用试验或者数值方法分析整个系统干扰耦合的局限性的问题，从而实现无人机定位系统的定性与定量分析，为无人机的机理效应分析与评估提供了可靠的理论依据。
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1.一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述建立无人机定位系统的电磁拓扑模型包含：
3.根据权利要求2所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，在干扰序列图中，传导链路为GPS模块正常工作时的信号传输链路，电磁干扰通过两条链路耦合进入GPS模块，干扰通过前门耦合进入射频前端，以传导的方式耦合至GPS模块；干扰还通过后门耦合进入GPS模块内部，经过区域之间场到场的耦合，以场-线耦合的方式进入传导链路。
4.根据权利要求3所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述无人机GPS模块内部任一子模块对强电磁脉冲的瞬态响应的计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述无人机GPS模块中低噪声放大器对强电磁脉冲的响应表达式如下：
6.根据权利要求4所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述无
7.根据权利要求6所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述GPS模块中中频模块对强电磁脉冲的响应表达式如下：
8.一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析系统，其特征在于，包含电磁拓扑及干扰序列图模块、瞬态响应模块、物理模型构建模块和仿真模块，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述建立无人机定位系统的电磁拓扑模型包含：
3.根据权利要求2所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，在干扰序列图中，传导链路为gps模块正常工作时的信号传输链路，电磁干扰通过两条链路耦合进入gps模块，干扰通过前门耦合进入射频前端，以传导的方式耦合至gps模块；干扰还通过后门耦合进入gps模块内部，经过区域之间场到场的耦合，以场-线耦合的方式进入传导链路。
4.根据权利要求3所述的基于电磁拓扑图无人机定位系统电磁效应分析方法，其特征在于，所述无人机gps模...
【专利技术属性】
技术研发人员：余道杰，白艺杰，胡赟鹏，张治强，刘广怡，柴梦娟，周佳乐，王怡澄，李涛，汪果果，
申请(专利权)人：中国人民解放军网络空间部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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