基于电磁拓扑的射电望远镜电磁干扰耦合分析方法研究

论文摘要

射电望远镜具有极高的灵敏度和很宽的工作频率范围,在执行观测任务时,不仅会接收到观测目标产生的信号,还会接收到台址内外各类电磁干扰信号,从而影响其观测的灵敏度和准确性。本文针对射电望远镜系统电磁干扰耦合的复杂性,基于电磁拓扑理论,对射电望远镜系统进行电磁干扰耦合建模,根据耦合强度判据,将射电望远镜系统的电磁干扰路径划分为具有不同耦合强度的子路径,分析了台址内外电磁干扰对射电望远镜系统的影响,并研究了台址内电磁干扰测试及抑制方法。论文的主要工作和取得的研究成果如下:（1）基于射电望远镜的系统组成,对射电望远镜系统的电磁干扰源和耦合途径进行了分析,根据噪声和干扰信号的统计特征,推导了信号干扰下射电天文观测的灵敏度,获得了噪声温度与灵敏度的关系。为了评估电子设备电磁辐射对射电望远镜的影响,考虑射电望远镜的天线旁瓣增益,以及设备到射电望远镜馈源口面的路径损耗,计算了台址电磁环境干扰电平阈值,并提出了干扰的抑制及防护要求。（2）提出了基于电磁拓扑理论的电磁干扰耦合建模方法,建立了射电望远镜系统的电磁干扰耦合模型,从而确定了干扰源与系统内各处响应之间的关系。通过分析BLT方程简化为传递函数的条件,提出了耦合强度判据,并依据判据,将射电望远镜系统的电磁干扰路径划分为强耦合子路径和弱耦合子路径,建立弱耦合子路径的传递函数和强耦合子路径的BLT方程,并通过子路径之间的传递函数,将各子路径综合为整个系统的路径,从而简化了分析过程与建模难度。（3）对于台址外干扰源通过前门耦合对射电望远镜的干扰,提出了结合地形特征的电磁干扰预测方法。以通信基站作为典型干扰源,通过对电波传播统计模型进行地形修正,建立了台址电波传播模型,得到了台址外干扰源到射电望远镜馈源口面的传递函数。针对地形起伏较大的情况,提出了基于相对地形的电磁干扰预测方法,将采用地理信息系统提取的地形高程数据进行相对地形坐标转换,以相对地形的起伏高度作为判据,结合通信基站的天线参数,计算了通信基站对射电望远镜的干扰功率,并采用基于逐级等效的协同仿真方法,分析了基站参数对路径损耗及干扰功率的影响,结果表明,干扰功率受具体地形影响较大。（4）对于台址内电子设备的后门耦合干扰,用孔缝耦合和场-线耦合传递函数描述干扰通过内部空间和电缆的传播与耦合。通过分别建立孔缝耦合的BLT方程和传递函数,基于所提出的组合分析方法,计算了两种情况下矩形屏蔽体内置传输线负载的感应电流。为了从屏蔽效能或转移阻抗测试结果分析电磁干扰的时域响应,提出了一种基于最小相位法的频域等效方法,通过建立系统的理论模型,推导系统的频域传递函数,并根据传递函数的零、极点分布,对幅频曲线重构的最小相位进行补偿,将补偿后的传递函数与干扰信号在频域相乘后变换到时域,最终得到系统的时域响应,通过与测试数据的比较,验证了方法的有效性。（5）构建了适用于射电望远镜的电磁干扰现场测试系统,采用基于阈值的谱差分法,对测试数据中的环境干扰信号进行剔除,获得了设备实际的电磁发射特性,通过与环境监测数据进行比对,对干扰源进行辨识。基于台址内干扰的抑制及防护要求,提出了建筑物屏蔽与关键分系统及设备屏蔽相结合的组合屏蔽方案,针对台址内建筑物,通过对比重点关注频段不同金属丝网的屏蔽效能,确定了用于建筑物屏蔽的金属丝网具体参数;针对照明和监控设备,基于它们的工作原理,分析了潜在的电磁干扰问题,通过对典型设备进行电磁兼容加固设计,实现了电磁干扰抑制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 射电望远镜电磁干扰研究现状
•     1.2.2 电磁拓扑研究现状
•   1.3 本文的主要工作
• 第二章 射电望远镜系统关键要素及耦合机理分析
•   2.1 射电望远镜系统组成
•   2.2 系统内关键要素及耦合机理分析
•     2.2.1 电磁干扰源
•     2.2.2 耦合途径
•   2.3 射电望远镜干扰电平阈值
•     2.3.1 射电天文观测的灵敏度
•     2.3.2 信号干扰下的观测灵敏度
•     2.3.3 台址电磁环境干扰电平阈值
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于电磁拓扑的射电望远镜电磁干扰耦合建模
•   3.1 电磁拓扑理论
•     3.1.1 分析策略
•     3.1.2 系统的几何描述
•     3.1.3 干扰传播的电磁描述
•   3.2 基于拓扑路径耦合强度的组合分析方法
•     3.2.1 基于BLT方程的强耦合分析方法
•     3.2.2 基于传递函数的弱耦合分析方法
•   3.3 射电望远镜电磁干扰耦合建模
•     3.3.1 射电望远镜系统的电磁拓扑描述
•     3.3.2 子系统的分解
•     3.3.3 系统响应的合成
•   3.4 本章小结
• 第四章 射电望远镜台址外电磁干扰预测与分析
•   4.1 通信基站的电磁辐射特性
•     4.1.1 移动通信的工作频段
•     4.1.2 基站天线的建模和仿真
•   4.2 结合地形特征的台址电波传播统计模型
•     4.2.1 地形特征的分类
•     4.2.2 电波传播统计模型
•     4.2.3 台址电波传播统计模型的地形修正
•   4.3 基于相对地形的电磁干扰预测方法
•     4.3.1 通信基站定位
•     4.3.2 地形数据提取
•     4.3.3 相对地形坐标转换
•     4.3.4 干扰功率计算
•     4.3.5 算例验证
•   4.4 基于逐级等效的台址外电磁干扰分析
•     4.4.1 基站天线的远近场划分
•     4.4.2 基于逐级等效的协同仿真方法
•     4.4.3 通信基站的电磁干扰分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 射电望远镜台址内电磁干扰耦合分析
•   5.1 结构引入点的电磁干扰耦合分析
•     5.1.1 孔缝耦合传递函数的建立
•     5.1.2 矩形屏蔽体的孔缝耦合分析
•   5.2 电气引入点的电磁干扰耦合分析
•     5.2.1 场线耦合传递函数的建立
•     5.2.2 矩形屏蔽体内置传输线的场线耦合分析
•   5.3 基于最小相位法的时域电磁响应分析
•     5.3.1 基于最小相位法的传递函数相位重构
•     5.3.2 屏蔽体时域电磁响应分析
•     5.3.3 屏蔽电缆时域电磁响应分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 射电望远镜系统电磁干扰测试及抑制
•   6.1 台址内电磁干扰的现场测试方法
•     6.1.1 电磁干扰的现场测试系统
•     6.1.2 环境剔除与干扰源辨识
•   6.2 台址内电磁干扰抑制及防护
•     6.2.1 台址内电磁干扰综合抑制及防护方案
•     6.2.2 台址内建筑物的屏蔽
•     6.2.3 关键分系统的电磁干扰抑制
•     6.2.4 照明和监控设备的电磁干扰抑制
•   6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 许清琳

导师: 邱扬

关键词: 电磁拓扑,射电望远镜,传递函数,电磁干扰耦合,现场测试

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 天文学,仪器仪表工业

单位: 西安电子科技大学

基金: 国家重点基础研究发展计划资助—973项目2015CB857100

分类号: TH751

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.003138

总页数: 160

文件大小: 11682K

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