應急通信車電磁兼容網(wǎng)格預剖分技術的優(yōu)化研究

陳峰

摘要：在應急通信車技術更新?lián)Q代的進展中，電磁兼容（EMC）分析起到了很大的作用，讓產(chǎn)品的抗干擾能力更強、輻射污染更少。此研究的思想是綜合幾何特性的自適應網(wǎng)格劃分技術，實現(xiàn)有限元高精度，減少經(jīng)驗和人為地判斷，在三角形評價中實現(xiàn)自動化，通過幾何及力學特征知識庫，進行自適應性網(wǎng)格劃分。并基于網(wǎng)格三角形劃分評價體系進行了電磁兼容分析，并提出了三角形劃分的優(yōu)化方案。

關鍵詞：應急通信車；電磁兼容；網(wǎng)格三角形

0引言

近年來應急通信車（EMC）在世界范圍內受到政府部門的重視，廣泛被用于應急救助場所。我國EMC研究起步較晚，但是目前已陸續(xù)建立了一些相關的評價體系。

在眾多的分析法中，網(wǎng)格預剖分技術成為近期的研究熱點之一，為實現(xiàn)應急通信車電磁兼容布局分析提供了自動化、信息化的可能性。本研究著重對應急通信車電子設備的布局進行電磁兼容分析，以期在動態(tài)環(huán)境下通過軟件自動實現(xiàn)布局的優(yōu)化。

1網(wǎng)絡預剖分在應急通信車電磁兼容的應用背景及平臺

電磁兼容是指電子設備在特定的電磁環(huán)境中穩(wěn)定地工作，且不對該環(huán)境中的其它設備正常運行造成干擾。其中設備布局研究是近年來應急通信車電磁兼容研究的熱點，通過自動化、信息化手段來進行快速的布局分析，找出最佳的優(yōu)化方案，能夠改善電磁兼容性。

本研究采用了計算機程序進行網(wǎng)格自動優(yōu)化，實現(xiàn)了動態(tài)環(huán)境下的網(wǎng)格自適應，有利于應急通信車在野外或者緊急情況下的通信流暢。

研究中使用美國Spatial Technology公司的通用ACIS開發(fā)平臺完成了幾何對象的模擬和分析，能夠實現(xiàn)三維的構圖以及圖形的轉換。ACIS的以上這些功能包含了全套的C類數(shù)據(jù)成員、方法及函數(shù)，可以很便利地通過現(xiàn)成的類、函數(shù)來構建一個適用于終端的2D或3D軟件系統(tǒng)。

2應急通信車電磁網(wǎng)絡三角形劃分體系構建

本研究的應急通信車電磁網(wǎng)絡三角劃分體系需要對三角形的質量進行界定，通過符合觀測結果的網(wǎng)格預剖分析可以作出進一步的系統(tǒng)優(yōu)化。

2.1電磁兼容分析中三角形優(yōu)化思想

應急通信車電磁兼容設備布局，如果電臺通過短波發(fā)出信號，室外電話機造成了信號干擾，就出現(xiàn)了電磁干擾現(xiàn)象。對此可以采用屏蔽措施，但是要從根本上避免電磁干擾，就應當對設備的分布進行設計、整改。

應急通信車的空間都是由復雜的多邊形構成的，可以分成凸多邊形以及凹多邊形2類。凸多邊形都可以剖開變?yōu)槎鄠€三角形，凹多邊形也可以通過一定的步驟簡化為多個凸多邊形，繼而進一步變?yōu)槎鄠€三角形。三角形網(wǎng)格劃分可以采用不同的優(yōu)化方案，例如最小角優(yōu)化法以及最小權優(yōu)化法。在不同的網(wǎng)格劃分方案中可以通過選擇來對設備布局進行優(yōu)化，實現(xiàn)電磁兼容的目的。

2.2α評價因子

在三角形單元中，α評價因子表示其質量優(yōu)劣，函數(shù)形式為

其中，S是三角形面積；a、b、c是三角形各邊的長度。三角形質量的評價可以由經(jīng)驗數(shù)據(jù)來獲得，一般來說，其范圍為α>0.1。如果α=0說明它是一條直線；如果a=1則說明它是一個等邊三角形。

2.3δ評價因子

δ評價因子的作用是對不同三角形或它們之間接合之后所形成的四邊形進行質量判斷，其原理是通過計算三角形內切圓和外接圓直徑的比值求得。

如果當兩個三角形的質量因子分別是δ1和δ2，它們接合成四邊形后的質量因子為δ3，那么這些質量因子之間存在固定的函數(shù)關系，這個關系可以寫成：

3電磁兼容網(wǎng)格狹長三角形自動優(yōu)化

3.1三角形合并頂點序列處理

不同三角形進行接合中的頂點序列是非常重要。如果頂點序列不是一朝逆時鐘的方向，那么這些模型就很難顯現(xiàn)出來。三角形的接合有不同的情形，狹長三角形的頂點應當與另一三角形的一個確定頂點重合，但是也可能與其它兩個頂點重合，因而三角形的頂點確定是非常重要的。

在共邊判斷流程中，不僅要對共邊進行循環(huán)判斷，還要對公共頂點進行標記。我們知道狹長三角形有三個頂點，分別用1，2，3來進行編號，不在公共邊上的只有一個頂點，其編號為1，故1的取值可能為1，2，3。同理，配對三角形的三個頂點也可以用1，2，3加以編號m，它也有3個可能的取值：1，2，3。根據(jù)1、m的不同分別可以出現(xiàn)三種方式組合起來，在程序中可以用數(shù)組（1，m）對這些情形進行標記區(qū)分。

3.2兩個三角形共邊判斷流程

判斷兩個三角形是否有共邊且它們共面是它們可否合并的必要前提，所以應當對狹長三角形以及周圍三角形的邊進行共邊判斷，并且確定它們合并后的頂點序列以期在后面可以依照頂點逆時鐘順序輸出。四邊形、狹長三角形以及周邊三角形存在共邊的情形共有三類：有唯一公共邊；有2條公共邊；有3條公共邊。在后二類情形處理的原則：應當進一步判斷其是否共面，舍棄非共面三角形，然后在剩余的情形里選擇合并后的四邊形質量因子最大的情況作為優(yōu)化方案。

3.3兩個三角形共面判斷流程

三角形在接合變成四邊形時，有可能出現(xiàn)三角形共邊但是不共面的情形，這時候應當進行共面判斷以避開非共面情形。對此，只需要判斷對匹配三角形公共邊外的第三個頂點是否與狹長三角形共面，通過數(shù)學方法來進行判斷。這里，假設狹長三角形的三個頂點A，B，C的坐標分別為（x1 y1 z1）（x2 y2 z2）（x3 y3 z3），該另外一個三角形ABD的公共頂點為A，B兩點，點D（x，y，z）非共線點，其與ABC平面的關系通過p來確定，如果結果在系統(tǒng)誤差范圍內，就可以判斷D點不處于ABC平面上，繼而可以知道兩個三角形并不共面，不實施合并。

3.4自動優(yōu)化結果

通過軟件預剖分模塊的剖分優(yōu)化效果圖，并采用了狹長三角形優(yōu)化的實例，就可以對效果圖優(yōu)化處理。

4結語

此研究在ACIS平臺上數(shù)學、幾何的綜合分析，基于其附帶的模型編輯軟件進行具體的操作與模擬。在計算機程序中，先將這些格式的復雜模型表面的網(wǎng)格預剖分，進而將劃分出來的三角形面片進行優(yōu)化。為通信車EMC的工作環(huán)境在執(zhí)行任務的動態(tài)環(huán)境中保障了通訊的暢通，各個設備之間干擾降到最低，能夠實現(xiàn)獨立運行。

應急通信車要求較高的機動性，因而要求電磁兼容系統(tǒng)能夠適應動態(tài)之下的電磁干擾環(huán)境，確保緊急情況中的通訊活動能夠順利進行，這對醫(yī)療、救災、運輸?shù)刃袠I(yè)具有重要作用。文章的狹長三角形網(wǎng)格自動優(yōu)化，動態(tài)地解決了應急通信車EMC在抗電磁干擾問題，為后續(xù)工作打下了堅實的基礎。

關于自動化電磁兼容系統(tǒng)的研發(fā)成了當今的研究熱點，目前有很多不同類型的網(wǎng)格劃分方法。同時，網(wǎng)格劃分的各種方法中還有一些問題沒有解決，這些未解決的部分就是未來的電磁兼容研究趨勢。

（1）可以通過幾何、力學的特點來完善現(xiàn)有的自適應網(wǎng)格劃分方法，提高現(xiàn)有的有限元計算精度，這些有限元的劃分技術能夠減少系統(tǒng)誤差和人為操作誤差。綜合這些特性，建立相應的幾何數(shù)據(jù)庫，是未來自適應網(wǎng)格劃分法的發(fā)展方向之一。

（2）多種網(wǎng)格劃分法分別解決一部分問題，同時各自又存在一些漏洞，因而未來的熱點之一是如何綜合不同算法的優(yōu)勢來克服新生的困難，或者彌補當前算法的漏洞。

（3）此研究中的網(wǎng)格劃分優(yōu)化能夠為后續(xù)的應用帶來直接的理論基礎，結合設備制造材料的改變，線路電磁屏蔽等就能夠進一步優(yōu)化應急通信車的電磁兼容狀態(tài)。