应急通信车电磁兼容网格预剖分技术的优化研究

陈峰

摘要：在应急通信车技术更新换代的进展中，电磁兼容（EMC）分析起到了很大的作用，让产品的抗干扰能力更强、辐射污染更少。此研究的思想是综合几何特性的自适应网格划分技术，实现有限元高精度，减少经验和人为地判断，在三角形评价中实现自动化，通过几何及力学特征知识库，进行自适应性网格划分。并基于网格三角形划分评价体系进行了电磁兼容分析，并提出了三角形划分的优化方案。

关键词：应急通信车；电磁兼容；网格三角形

0引言

近年来应急通信车（EMC）在世界范围内受到政府部门的重视，广泛被用于应急救助场所。我国EMC研究起步较晚，但是目前已陆续建立了一些相关的评价体系。

在众多的分析法中，网格预剖分技术成为近期的研究热点之一，为实现应急通信车电磁兼容布局分析提供了自动化、信息化的可能性。本研究着重对应急通信车电子设备的布局进行电磁兼容分析，以期在动态环境下通过软件自动实现布局的优化。

1网络预剖分在应急通信车电磁兼容的应用背景及平台

电磁兼容是指电子设备在特定的电磁环境中稳定地工作，且不对该环境中的其它设备正常运行造成干扰。其中设备布局研究是近年来应急通信车电磁兼容研究的热点，通过自动化、信息化手段来进行快速的布局分析，找出最佳的优化方案，能够改善电磁兼容性。

本研究采用了计算机程序进行网格自动优化，实现了动态环境下的网格自适应，有利于应急通信车在野外或者紧急情况下的通信流畅。

研究中使用美国Spatial Technology公司的通用ACIS开发平台完成了几何对象的模拟和分析，能够实现三维的构图以及图形的转换。ACIS的以上这些功能包含了全套的C类数据成员、方法及函数，可以很便利地通过现成的类、函数来构建一个适用于终端的2D或3D软件系统。

2应急通信车电磁网络三角形划分体系构建

本研究的应急通信车电磁网络三角划分体系需要对三角形的质量进行界定，通过符合观测结果的网格预剖分析可以作出进一步的系统优化。

2.1电磁兼容分析中三角形优化思想

应急通信车电磁兼容设备布局，如果电台通过短波发出信号，室外电话机造成了信号干扰，就出现了电磁干扰现象。对此可以采用屏蔽措施，但是要从根本上避免电磁干扰，就应当对设备的分布进行设计、整改。

应急通信车的空间都是由复杂的多边形构成的，可以分成凸多边形以及凹多边形2类。凸多边形都可以剖开变为多个三角形，凹多边形也可以通过一定的步骤简化为多个凸多边形，继而进一步变为多个三角形。三角形网格划分可以采用不同的优化方案，例如最小角优化法以及最小权优化法。在不同的网格划分方案中可以通过选择来对设备布局进行优化，实现电磁兼容的目的。

2.2α评价因子

在三角形单元中，α评价因子表示其质量优劣，函数形式为

其中，S是三角形面积；a、b、c是三角形各边的长度。三角形质量的评价可以由经验数据来获得，一般来说，其范围为α>0.1。如果α=0说明它是一条直线；如果a=1则说明它是一个等边三角形。

2.3δ评价因子

δ评价因子的作用是对不同三角形或它们之间接合之后所形成的四边形进行质量判断，其原理是通过计算三角形内切圆和外接圆直径的比值求得。

如果当两个三角形的质量因子分别是δ1和δ2，它们接合成四边形后的质量因子为δ3，那么这些质量因子之间存在固定的函数关系，这个关系可以写成：

3电磁兼容网格狭长三角形自动优化

3.1三角形合并顶点序列处理

不同三角形进行接合中的顶点序列是非常重要。如果顶点序列不是一朝逆时钟的方向，那么这些模型就很难显现出来。三角形的接合有不同的情形，狭长三角形的顶点应当与另一三角形的一个确定顶点重合，但是也可能与其它两个顶点重合，因而三角形的顶点确定是非常重要的。

在共边判断流程中，不仅要对共边进行循环判断，还要对公共顶点进行标记。我们知道狭长三角形有三个顶点，分别用1，2，3来进行编号，不在公共边上的只有一个顶点，其编号为1，故1的取值可能为1，2，3。同理，配对三角形的三个顶点也可以用1，2，3加以编号m，它也有3个可能的取值：1，2，3。根据1、m的不同分别可以出现三种方式组合起来，在程序中可以用数组（1，m）对这些情形进行标记区分。

3.2两个三角形共边判断流程

判断两个三角形是否有共边且它们共面是它们可否合并的必要前提，所以应当对狭长三角形以及周围三角形的边进行共边判断，并且确定它们合并后的顶点序列以期在后面可以依照顶点逆时钟顺序输出。四边形、狭长三角形以及周边三角形存在共边的情形共有三类：有唯一公共边；有2条公共边；有3条公共边。在后二类情形处理的原则：应当进一步判断其是否共面，舍弃非共面三角形，然后在剩余的情形里选择合并后的四边形质量因子最大的情况作为优化方案。

3.3两个三角形共面判断流程

三角形在接合变成四边形时，有可能出现三角形共边但是不共面的情形，这时候应当进行共面判断以避开非共面情形。对此，只需要判断对匹配三角形公共边外的第三个顶点是否与狭长三角形共面，通过数学方法来进行判断。这里，假设狭长三角形的三个顶点A，B，C的坐标分别为（x1 y1 z1）（x2 y2 z2）（x3 y3 z3），该另外一个三角形ABD的公共顶点为A，B两点，点D（x，y，z）非共线点，其与ABC平面的关系通过p来确定，如果结果在系统误差范围内，就可以判断D点不处于ABC平面上，继而可以知道两个三角形并不共面，不实施合并。

3.4自动优化结果

通过软件预剖分模块的剖分优化效果图，并采用了狭长三角形优化的实例，就可以对效果图优化处理。

4结语

此研究在ACIS平台上数学、几何的综合分析，基于其附带的模型编辑软件进行具体的操作与模拟。在计算机程序中，先将这些格式的复杂模型表面的网格预剖分，进而将划分出来的三角形面片进行优化。为通信车EMC的工作环境在执行任务的动态环境中保障了通讯的畅通，各个设备之间干扰降到最低，能够实现独立运行。

应急通信车要求较高的机动性，因而要求电磁兼容系统能够适应动态之下的电磁干扰环境，确保紧急情况中的通讯活动能够顺利进行，这对医疗、救灾、运输等行业具有重要作用。文章的狭长三角形网格自动优化，动态地解决了应急通信车EMC在抗电磁干扰问题，为后续工作打下了坚实的基础。

关于自动化电磁兼容系统的研发成了当今的研究热点，目前有很多不同类型的网格划分方法。同时，网格划分的各种方法中还有一些问题没有解决，这些未解决的部分就是未来的电磁兼容研究趋势。

（1）可以通过几何、力学的特点来完善现有的自适应网格划分方法，提高现有的有限元计算精度，这些有限元的划分技术能够减少系统误差和人为操作误差。综合这些特性，建立相应的几何数据库，是未来自适应网格划分法的发展方向之一。

（2）多种网格划分法分别解决一部分问题，同时各自又存在一些漏洞，因而未来的热点之一是如何综合不同算法的优势来克服新生的困难，或者弥补当前算法的漏洞。

（3）此研究中的网格划分优化能够为后续的应用带来直接的理论基础，结合设备制造材料的改变，线路电磁屏蔽等就能够进一步优化应急通信车的电磁兼容状态。