基于高计算效率时域有限差分算法的舱内电磁环境分析

论文摘要

为了满足民航客机上乘客的通信与娱乐需求，机载个人通信系统现已成为各家航空公司以及飞机制造企业的研究热点。本文的主要工作就是对客机客舱内部电磁环境进行仿真分析和实地测试。在分析过程中，本文提出了一种应用于柱坐标系下的局部一维时域有限差分（LOD-FDTD）算法，并将时间序列分析方法与FDTD方法结合使用，以达到提高计算效率的目的。本文还利用基于FDTD算法的商业软件对B737-300型客机进行整机建模仿真，最后对该型客机内部电磁环境进行实地测试，验证了仿真分析的正确性。本文的主要工作及创新点如下：1、提出了柱坐标系下的LOD-FDTD算法，推导了柱坐标中二维和三维LOD-FDTD迭代公式，并对中心轴线上的奇异点进行特殊处理，然后利用该算法计算圆柱谐振腔的谐振频率，验证了该算法的无条件稳定性与高效性。2、将时间序列分析中的矩阵束（MP）方法与FDTD算法结合使用，利用MP方法对带通滤波器和圆柱谐振腔的FDTD仿真结果进行分析重构，并进行时域外推，达到了节省仿真时间、提高计算效率的目的，与LOD-FDTD算法相比，FDTD结合MP方法效率更快，精度更高。3、利用基于FDTD算法的EMPIRE-XCcel软件建立B737-300型客机整机电磁模型，并采用矩阵束方法对仿真结果进行时域外推，从而提高了仿真效率。4、设计了试验系统,编写了自动测试控制软件，对B737-300型客机舱内电磁环境进行实地测试，并将试验结果与EMPIRE-XCcel软件仿真结果进行比较分析，验证了仿真结果可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 FDTD 算法研究现状
• 1.2.2 时间序列分析方法研究现状
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 柱坐标系下的时域有限差分算法
• 2.1 直角坐标系下的 FDTD 算法基本格式
• 2.2 柱坐标系中的 FDTD 算法
• 2.3 柱坐标系中的 LOD-FDTD 算法
• 2.3.1 柱坐标系二维情况下的 LOD-FDTD 算法
• 2.3.2 柱坐标系 LOD-FDTD 三维推广
• 2.4 本章小结
• 第三章 时间序列分析在时域有限差分算法中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 矩阵束方法的基本原理
• 3.3 矩阵束方法在 FDTD 算法中的实现步骤
• 3.4 矩阵束方法在 FDTD 算法中的应用实例
• 3.4.1 带阻滤波器
• 3.4.2 圆柱谐振腔
• 3.5 本章小节
• 第四章 客机客舱内部电磁环境仿真分析
• 4.1 整机电磁模型的建立
• 4.2 网格剖分参数的设置与选择
• 4.3 EMPIRE-XCCEL 仿真结果与分析
• 4.4 矩阵束方法与 EMPIRE-XCCEL 软件仿真结合应用
• 4.5 本章小节
• 第五章 大型客机客舱内部电磁环境验证性试验
• 5.1 试验系统
• 5.2 测试控制软件
• 5.3 试验内容与结果
• 5.3.1 校准
• 5.3.2 试验内容与结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文