Алгоритмическое и программно-методическое обеспечение для математического моделирования рассеяния и излучения электромагнитного поля в бортовой аппаратуре космических аппаратов
Диссертация
Состояние вопроса. Во всем мире ученые и разработчики активно ведут исследования методов моделирования электромагнитного поля и воздействия его на электронные устройства. Основным направлением здесь является совершенствование существующих, либо разработка новых более универсальных моделей, алгоритмов и методов, позволяющих быстрее, точнее и с приемлемыми затратами машинной памяти и машинного… Читать ещё >
Содержание
- 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
- 1. 1. Численные методы анализа электромагнитной совместимости
- 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. л
- 2. 4. Усовершенствованный алгоритм расчета рассеяния электромагнитной волны поверхностями произвольной формы
- 2. 5. Решение системы линейных алгебраических уравнений итерационным методом 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 Spice
- 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
Список литературы
- Варне Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ. Исаакян В. А. М.: Мир, 1990. — 238 с.
- Сайт компании «Родник софт» Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.rodnik.ru/product/sapr/ppiplis/quantic/omega.
- Сайт компании Missouri University of Science and Technolodgy Электронный ресурс. Режим доступа: http://emclab.mst.edu/emap5.
- Разевиг В.Д. Системы проектирования OrCad 9.2. М.: Солон-Р, 2003. -528 с.
- Шабунин С.Н. Проектирование антенн с помощью пакета ELNEC: Методические указания по курсам «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах подвижной связи», «Антенны и устройства СВЧ». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 12 с.
- Сайт компании «Родник софт», описание программы SuperNEC Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.rodnik.ru/product/sapr/saprsvch/PoyntingSoftware/supernec.
- Сайт компании Singularsoftware Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.singularsoftware.com/.
- Описание программы CONCEPT II Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.tet.tu-harburg.de/enEN/enindex.php.
- Сайт компании Amideon, описание программы EMC Systems Электронный ресурс. Режим доступа: http://amideon.net/emc-systems.
- Сайт компании Computer Simulation Technology, описание программы MicroStripes Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cst.com/Content/Products/MST/Overview.aspx.
- ГОСТ Р 51 319−99. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний. М.: Госстандарт РФ, 2000. — 65 с.
- Агапов С.В. Электронные САПР для моделирования электромагнитных излучений от межсоединений печатных плат // Проблемы электромагнитной совместимости технических средств: Сб. докл. Всерос. симпозиума. М.: 2002. С. 11−13.
- Сосунов Б.В., Тимчук А. А. Применение метода конечных разностей временной области в задачах дифракции радиоволн // Вопросы ЭМС и расчета антенн и радиолиний / Под ред. В. П. Серкова, Б. В. Сосунова. -СПб.: ВАС, 1994.
- Taflove A., Brodwin М. Numerical solution of steadystate electromagnetic scattering problems using the time dependent Maxwell’s equations // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Aug. 1975. — Vol. MMT-23. — P. 623 630.
- Taflove A., Umashankar K., Beker В., Harfoush F., Yee K. Detailed FD-TD analysis of electromagnetic fields penetrating narrow slots and lapped joints in thick conducting screens // IEEE Trans. Antennas Propagat. February, 1988. — Vol. 36. — P. 247−257.
- Silvester P., Chari М. Finite element solution of saturate magnetic field problems // IEEE Trans. Power Appar. Syst. 1970, V. 89. — № 7. -P. 1642−1651.
- Харрингтон Р.Ф. Применение матричных методов к задачам теории поля // ТИИЭР. № 2 1967. — С. 5−19.
- ТарасикВ.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. М.: Изд-во Дизайн ПРО, 2004. — 640 с.
- Liu Y., Ни J., Mei К.К. A novel fast iteration technique for scattering by 2D perfect conducting cylinders. // IEEE Trans. Electromagn. Compat. Feb. 2002. — V. 44. -№ 1. — P. 263−265.
- Баландин Н.Ю., Шурина Э. П. Методы решения СЛАУ большой размерности. Новосибирск: НГТУ, 2000. — 132 с.
- Перечень программных средств автоматизации моделирования, расчета и анализа тепловых режимов РЭА//Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО.- 1991.-Вып. 4. С. 87- 89.
- Richmond J.H. A wire-grid model for scattering by conducting bodies. // IEEE Trans. Antennas Propagat. Nov. 1966. — V. AP-14. — № 6. — P. 782 786.
- Miller E.K., Deadrick F.J. Some computational aspects of thin-wire modeling, in Numerical and Asymptotic Techniques in Electromagnetics // R. Mittra, Ed. New York: Springer-Verlag, 1975. P. 260.
- Lee K. S. H., Marin L., Castillo J. P. Limitations of wire-grid modeling of a closed surface // IEEE Trans. Electromagn. Compat Aug., 1976. -V. EMC-18. — № 3. — P. 123−129.
- Knepp D.L., Goldhirsh J. Numerical analysis of electromagnetic radiation properties of smooth conducting bodies of arbitrary shape // IEEE Trans. Antennas Propagat. May 1972. — V. AP-20. -№ 3. — P. 383−388.
- Albertsen N.C., Hansen J.E., Jensen N.E. Computation of radiation from wire antennas on conducting bodies // IEEE Trans. Antennas Propagat. -Mar. 1974. V. AP-22. — № 2. — P. 200−206.
- Burke G.J., Poggio A.J. Numerical Electromagnetic Code (NEC) method of moments // Naval Ocean Systems Center, San Diego, CA, Tech. — July 1977. Document 116.
- Newman E.H., Pozar D.M. Electromagnetic modeling of composite wire and surface geometries // IEEE Trans. Antennas Propagat. Nov. 1978. -V. AP-26. № 6. — P. 784−789.
- Wang N.N., Richmond J.H., Gilreath M.C. Sinusoidal reaction formulation and scattering from conducting surface // IEEE Trans. Antennas Propagat. -May 1975. V. AP-23. — № 3. — P. 376−382.
- Sankar A., Tong T.C. Current computation on complex structures by finite element method//Electron. Lett.-Oct. 1975. V. ll.-№ 20.-P. 481−482.
- Wang J.J.H. Numerical analysis of three-dimensional arbitrary-shaped conducting scatterers by trilateral surface cell modeling // Radio Scl. Nov-Dec. 1978. V. 13. — № 6. — P. 947−952.
- Wang J.H., Papanicolopulos C. Surface patch modeling of scatterers of arbitrary shapes // Antennas Propagat. Soc. Int. Symp. Digest. Univ. Washington, Seattle, WA. June 1979. — P. 159−162.
- Jeng G., Wexler A. Finite element, boundary integral equation analysis of scattering problems // URSI Symp. on Electromagnetic Wave Theory Stanford Univ. Stanford, С A. June 1977. — P. 179−181.
- Singh J., Adams A.T. A non rectangular patch model for scattering from surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagat.- July 1979. V. AP-27. № 4. -P. 531−535.
- Делоне Б.Н. О пустоте сферы // Изв. АН СССР. ОМЕН. 1934. № 4. С. 793−800.
- Скворцов А.В. Обзор алгоритмов построения триангуляции Делоне // Вычислительные методы и программирование Электронный ресурс. -2002. Т. 3. — Разд. 1. — С. 14−39. — Режим доступа к журн.: http://num-meth.srcc.msu.ru, свободный.
- Bern М., Eppstein D. Mesh Generation and Optimal Triangulation // Computing in Euclidean Geometry // World Scientific Publishing Co. -1995.-P. 23−90.
- Joe B. Construction Of Three-Dimensional Delaunay Triangulations Using Local Transformations // Computer Aided Geometric Design. 1991. -V. 8.-P. 123−142.
- Owen S.J. A Survey of Unstructured Mesh Generation Technology // Proceedings of 7-th International Meshing Roundtable // Dearborn, MI. -1998.-P. 239−269.
- Babushka I., Rheinboldt W.C. A-posteriori Error Estimates for Finite Element Method // Int. J. Numer. Meth. Eng. 1978. — V. 12. — P. 15 971 615.
- Скворцов А.В. Триангуляция Делоне и её применение. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. — 128 с.
- Гвоздев В.И., Нефедов Е. И. Объемные интегральные схемы СВЧ элементная база аналоговой и цифровой радиоэлектроники. -М.: Наука, 1987.- 112 с.
- Rao S.M., Wilton D.R., Glisson A.W. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape // IEEE Transactions on antennas and propagation. May 1982. — V. 30. — № 3. — P. 409−418.
- Glisson A.W. On the development of numerical techniques for treating arbitrary-shaped surface // Ph.D. dissertation, Univ. Mississippi. 1978.
- Wilton D.R., Rao S.S.M, Glisson A.W. Electromagnetic scattering by arbitrary surfaces // Rome Air Development Center, Griffiss AFB, NY, Tech. Rep. RADC-TR-79−325. Mar. 1980.
- Singh J., Adams A.T. A non rectangular patch model for scattering from surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagat. July, 1979. — V. AP-27. № 4. -P. 531−535.
- Glisson A.W., Wilton D.R. Simple and efficient numerical methods for problems of electromagnetic radiation and scattering from surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagat. Sept., 1980. — V. AP-28. — № 5. — P. 593−603.
- Harrington R.F. Field Computation by Moment Methods // New York: Macmillan.- 1968.
- Zienkiewiez O.C. The Finite Element Method in Engineering Science // New York: McGraw-Hill. 1971.
- Hammer P.C., Marlowe O.P., Stroud A.H. Numerical integration over simplexes and cones // Math., Tables Aids Сотр. 1956. — V. 10. — P. 130— 137.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров М.: Наука, 1984. — С. 77−80.
- Eng-Kee Chus, Xing-Chang Wei. Closed-Form Evaluation of the Integration of Green’s Function for Method of Moments // IEEE Trans. Inst, of High Performance Comput May, 2008. — V. 8. — P. 942−945.
- Hall A.R. Generalized method of moments // Oxford University Press. -2005.
- Petrson A.F., Ray S.L., Mittra R. Computational methods for electromagnetics // IEEE Press. 1998.
- Mahadevan K., Auda H.A. Electromagnetic field of a rectangular patch of uniform and linear distributions of current // IEEE Trans. Antennas Propag. -Dec., 1989.-V. 37.-№ 12.-P. 1503−1509.
- Alatan L., Aksum M.I., Mahadevan K., Birand M.T. Analytical evaluation of the MoM matrix elements // IEEE Trans. Microw. Theory & Techn. -Apr., 1996.-V. 44. № 4-P. 519−525.
- Chua E.K., See K.Y., Liu Z.N. Accurate and eficient computation of MoM matrix involving 2D triangular basis function with line matching // Int. Jornal of Computational Methods. Sep., 2006. — V. 3. — № 3. — P. 355 370.
- Waldovgen J. The Newtonian potential of a homogenous cube // Jornal of Appl. Math. Phys. Sep., 1976. -V. 27. — P. 867−871.
- See K.Y., Freeman T.V. Rigorous approach to modeling electromagnetic radiation from finite-size printed circuit structures // IEE Proc. Microw. Antennas Propag. Feb. 1999. — V. 146. № 1. — P. 29−34.
- Костарев И. С, Куксенко С. П., Газизов Т. Р. Повышение эффективности решения системы алгебраических уравнений итерационными методами // Вест. Том. гос. пед. уни-та.: Серия Естественные и точные науки. 2005. Спецвыпуск № 7, С. 150−155.
- Rinke J. Wijngaarden. Fast determination of 2D current patterns in flat conductors from measurement of their magnetic field // Physica 295. 1998. -P. 177−185.
- Olshevsky V., Shokrollahi A. A Superfast Algorithm for Confluent Rational Tangential Interpolation Problem via Matrix-vector Multiplication for Confluent Cauchy-like Matrices // Contemporary Mathematics series. -2001.-V. 280.-P. 32−46.
- Cui T.J., Chew W.C. Fast Algorithm for Electromagnetic Scattering by Buried Conducting Plates of Large Size // IEEE Trans, on Antennas and Propagat. June, 1999. — V. 47. — № 6. — P. 1116−1118.
- Fang S., Torres-Verdin C., Guo-zhong G. A New Approximation for 3D Electromagnetic Scattering in the Presence of Anisotropic Conductive Media // 3DEMIII Workshop. Februaiy, 2003.
- Greengard L., Rokhlin V. A Fast Algorithm for Particle Simulations // Journal of Computational Physics 135. 1997. — P. 280−292.
- Coifman R., Rokhlin V. The Fast Multipole Method for Electromagnetic Scatering Calculations // IEEE Trans, on Antennas and Propagat.- Januare 1993,-№ 4.-P. 48−51.
- Saad Y. Iterative methods for sparse linear systems // PWS Publishing Company 1996.
- Cai-Cheng Lu, Chew W.C. Multilevel Fast Multipole Algorithm for Electromagnetic Scattering by Large Complex Objects // IEEE Trans, on Antennas and Propagat. Oct. 1997. — V. 45. — № 10. — P. 1488−1493.
- Labreutche C. A Convergence theorem for the multipole method for 2 dimesional scattering problems // Matemating of Computation. April 1998. — V. 67. — №> 222. — P. 553−591.
- Гольденберг JI.M. Цифровая обработка сигналов. M.: Связь, 1987. -221 с.
- Anderson C.R. An implementation of the fast multipole method without multipoles // SIAM J. Sci. Stat. Comput.- Apr. 1992. V. 13. — № 4. -P. 923−947.
- Разевиг В.Д., Потапов Ю. В., Курушин А. А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. М.: Солно-Пресс, 2003. -200 с.
- Сайт компании Agilent Technologies, описание программы Agilent Technologies Электронный ресурс. http://www.agilent.com.
- Сайт компании Ansoft, описание программы Ansys Электронный ресурс. http://www.ansoft.com.
- EMSS ЕМ Software & Systems Ltd, FEKO Suite 5.3 user manual — Jan 2006.
- Марков Г. Т., Васильев E.H. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Сов. радио, 1970. — 117 с.
- Численные методы теории дифракции. Сб. статей. М.: Мир, 1982. -200 с.
- Vrancken М., Vandenbosch G.A.E. Hybrid dyadic-mixed-potential and combined spectral-space domain integral-equation analysis of quasi-3D structures in stratified media // IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2003. -V. 51.-P. 216−225.
- Сайт компании Computer Simulation Technology, описание программы CST Электронный ресурс. http://www.cst.com.
- Сайт компании QuickWave, описание программы QuickWave Электронный ресурс., http://www.qwed.com.pl.
- CST GmbH Computer Simulation Technology, CST Microwave Studio 2006 // user manual. — 2006.
- Банков С.Е., Курушин A.A., Разевиг В. Д. Анализ и оптимизация трехмерных СВЧ структур с помощью HFSS. М.: Солон-Пресс, 2005. — 224 с.
- Каплун А.Б., Морозов Е. М., Олферьева М.А. Ansys в руках инженера // Практическое пособие. М.: Едиториал УРСС, 2004. — 272 с.
- Костарев И.С. Электромагнитное рассеяние поверхностями произвольной формы // Тез. докл. науч.-техн. конф. молодых специалистов «Электронные и электромеханические системы и устройства». Томск, 2008. -С. 171−174.
- Костарев И.С. Модели рассеяния в задачах анализа электромагнитной совместимости. // Матер, науч.-техн. конф. молодых специалистов. Железногорск, 2008. С. 4(М1.
- Самарский A.A., Гулин А.В.Численные методы. М.: Наука, 1989. -432 с.
- Куксенко С. П. Газизов Т.Р. Итерационные методы решения системы линейных алгебраических уравнений с плотной матрицей. Томск, 2007.-206 с.
- Казанцев Ю.М., Костарев И. С., Лекарев А. Ф. Проектный анализ электромагнитной совместимости регулирующей аппаратуры автономных систем электропитания // Изв. Том. политехи, ун-та. 2010. Т. 317. № 4. С. 124−128.
- Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1971.-354 с.
- Пат. № 2 339 993 РФ. Способ управления обратимым импульсным преобразователем постоянного напряжения со стабилизацией предельного тока/ Ю. М. Казанцев, К. Г. Гордеев, А. Ф. Лекарев, И. С. Костарев // Открытия. Изобретения. 2008. № 33.
- Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей М.: Электроатомиздат, 1983. — 355 с.
- Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А. Д. Князев, Л. Н. Кечиев, Б. В. Петров. М.: Радио и связь, 1989. — С. 39−50.
- Шкоркин В.В. Обеспечение электромагнитной совместимости бортовых источников вторичного электропитания подавлением сетевых импульсных помех и рациональной компоновкой силовых элементов: автореф. дис.. к.т.н. Томск, 2010.- 129 с.