陳峰

摘要：在應(yīng)急通信車技術(shù)更新?lián)Q代的進(jìn)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(qiáng)、輻射污染更少。此研究的思想是綜合幾何特性的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有限元高精度，減少經(jīng)驗(yàn)和人為地判斷，在三角形評(píng)價(jià)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，通過幾何及力學(xué)特征知識(shí)庫，進(jìn)行自適應(yīng)性網(wǎng)格劃分。并基于網(wǎng)格三角形劃分評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了電磁兼容分析，并提出了三角形劃分的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信車；電磁兼容；網(wǎng)格三角形

0引言

近年來應(yīng)急通信車（EMC）在世界范圍內(nèi)受到政府部門的重視，廣泛被用于應(yīng)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(guān)的評(píng)價(jià)體系。

在眾多的分析法中，網(wǎng)格預(yù)剖分技術(shù)成為近期的研究熱點(diǎn)之一，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信車電磁兼容布局分析提供了自動(dòng)化、信息化的可能性。本研究著重對(duì)應(yīng)急通信車電子設(shè)備的布局進(jìn)行電磁兼容分析，以期在動(dòng)態(tài)環(huán)境下通過軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)布局的優(yōu)化。

1網(wǎng)絡(luò)預(yù)剖分在應(yīng)急通信車電磁兼容的應(yīng)用背景及平臺(tái)

電磁兼容是指電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中穩(wěn)定地工作，且不對(duì)該環(huán)境中的其它設(shè)備正常運(yùn)行造成干擾。其中設(shè)備布局研究是近年來應(yīng)急通信車電磁兼容研究的熱點(diǎn)，通過自動(dòng)化、信息化手段來進(jìn)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(jì)算機(jī)程序進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)環(huán)境下的網(wǎng)格自適應(yīng)，有利于應(yīng)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(tái)完成了幾何對(duì)象的模擬和分析，能夠?qū)崿F(xiàn)三維的構(gòu)圖以及圖形的轉(zhuǎn)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(gòu)建一個(gè)適用于終端的2D或3D軟件系統(tǒng)。

2應(yīng)急通信車電磁網(wǎng)絡(luò)三角形劃分體系構(gòu)建

本研究的應(yīng)急通信車電磁網(wǎng)絡(luò)三角劃分體系需要對(duì)三角形的質(zhì)量進(jìn)行界定，通過符合觀測(cè)結(jié)果的網(wǎng)格預(yù)剖分析可以作出進(jìn)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(yīng)急通信車電磁兼容設(shè)備布局，如果電臺(tái)通過短波發(fā)出信號(hào)，室外電話機(jī)造成了信號(hào)干擾，就出現(xiàn)了電磁干擾現(xiàn)象。對(duì)此可以采用屏蔽措施，但是要從根本上避免電磁干擾，就應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)備的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)、整改。

應(yīng)急通信車的空間都是由復(fù)雜的多邊形構(gòu)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€(gè)三角形，凹多邊形也可以通過一定的步驟簡化為多個(gè)凸多邊形，繼而進(jìn)一步變?yōu)槎鄠€(gè)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(quán)優(yōu)化法。在不同的網(wǎng)格劃分方案中可以通過選擇來對(duì)設(shè)備布局進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電磁兼容的目的。

2.2α評(píng)價(jià)因子

在三角形單元中，α評(píng)價(jià)因子表示其質(zhì)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(zhì)量的評(píng)價(jià)可以由經(jīng)驗(yàn)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(gè)等邊三角形。

2.3δ評(píng)價(jià)因子

δ評(píng)價(jià)因子的作用是對(duì)不同三角形或它們之間接合之后所形成的四邊形進(jìn)行質(zhì)量判斷，其原理是通過計(jì)算三角形內(nèi)切圓和外接圓直徑的比值求得。

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

3電磁兼容網(wǎng)格狹長三角形自動(dòng)優(yōu)化

3.1三角形合并頂點(diǎn)序列處理

不同三角形進(jìn)行接合中的頂點(diǎn)序列是非常重要。如果頂點(diǎn)序列不是一朝逆時(shí)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(diǎn)應(yīng)當(dāng)與另一三角形的一個(gè)確定頂點(diǎn)重合，但是也可能與其它兩個(gè)頂點(diǎn)重合，因而三角形的頂點(diǎn)確定是非常重要的。

在共邊判斷流程中，不僅要對(duì)共邊進(jìn)行循環(huán)判斷，還要對(duì)公共頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。我們知道狹長三角形有三個(gè)頂點(diǎn)，分別用1，2，3來進(jìn)行編號(hào)，不在公共邊上的只有一個(gè)頂點(diǎn)，其編號(hào)為1，故1的取值可能為1，2，3。同理，配對(duì)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)也可以用1，2，3加以編號(hào)m，它也有3個(gè)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(duì)這些情形進(jìn)行標(biāo)記區(qū)分。

3.2兩個(gè)三角形共邊判斷流程

判斷兩個(gè)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(yīng)當(dāng)對(duì)狹長三角形以及周圍三角形的邊進(jìn)行共邊判斷，并且確定它們合并后的頂點(diǎn)序列以期在后面可以依照頂點(diǎn)逆時(shí)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(yīng)當(dāng)進(jìn)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(zhì)量因子最大的情況作為優(yōu)化方案。

3.3兩個(gè)三角形共面判斷流程

三角形在接合變成四邊形時(shí)，有可能出現(xiàn)三角形共邊但是不共面的情形，這時(shí)候應(yīng)當(dāng)進(jìn)行共面判斷以避開非共面情形。對(duì)此，只需要判斷對(duì)匹配三角形公共邊外的第三個(gè)頂點(diǎn)是否與狹長三角形共面，通過數(shù)學(xué)方法來進(jìn)行判斷。這里，假設(shè)狹長三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A，B，C的坐標(biāo)分別為（x1 y1 z1）（x2 y2 z2）（x3 y3 z3），該另外一個(gè)三角形ABD的公共頂點(diǎn)為A，B兩點(diǎn)，點(diǎn)D（x，y，z）非共線點(diǎn)，其與ABC平面的關(guān)系通過p來確定，如果結(jié)果在系統(tǒng)誤差范圍內(nèi)，就可以判斷D點(diǎn)不處于ABC平面上，繼而可以知道兩個(gè)三角形并不共面，不實(shí)施合并。

3.4自動(dòng)優(yōu)化結(jié)果

通過軟件預(yù)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(shí)例，就可以對(duì)效果圖優(yōu)化處理。

4結(jié)語

此研究在ACIS平臺(tái)上數(shù)學(xué)、幾何的綜合分析，基于其附帶的模型編輯軟件進(jìn)行具體的操作與模擬。在計(jì)算機(jī)程序中，先將這些格式的復(fù)雜模型表面的網(wǎng)格預(yù)剖分，進(jìn)而將劃分出來的三角形面片進(jìn)行優(yōu)化。為通信車EMC的工作環(huán)境在執(zhí)行任務(wù)的動(dòng)態(tài)環(huán)境中保障了通訊的暢通，各個(gè)設(shè)備之間干擾降到最低，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。

應(yīng)急通信車要求較高的機(jī)動(dòng)性，因而要求電磁兼容系統(tǒng)能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)之下的電磁干擾環(huán)境，確保緊急情況中的通訊活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，這對(duì)醫(yī)療、救災(zāi)、運(yùn)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(dòng)優(yōu)化，動(dòng)態(tài)地解決了應(yīng)急通信車EMC在抗電磁干擾問題，為后續(xù)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)于自動(dòng)化電磁兼容系統(tǒng)的研發(fā)成了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，目前有很多不同類型的網(wǎng)格劃分方法。同時(shí)，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(shì)。

（1）可以通過幾何、力學(xué)的特點(diǎn)來完善現(xiàn)有的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法，提高現(xiàn)有的有限元計(jì)算精度，這些有限元的劃分技術(shù)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(yīng)的幾何數(shù)據(jù)庫，是未來自適應(yīng)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(shí)各自又存在一些漏洞，因而未來的熱點(diǎn)之一是如何綜合不同算法的優(yōu)勢(shì)來克服新生的困難，或者彌補(bǔ)當(dāng)前算法的漏洞。

（3）此研究中的網(wǎng)格劃分優(yōu)化能夠?yàn)楹罄m(xù)的應(yīng)用帶來直接的理論基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)備制造材料的改變，線路電磁屏蔽等就能夠進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)急通信車的電磁兼容狀態(tài)。