一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法技术

本申请提供了一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，该方法具体包括：以辐射器件垂直上方高度h处的水平面为探测点位置面，在探测点位置面上均匀分布有多个阵列探头，通过阵列探头获取辐射器件的电磁辐射数据，电磁辐射数据包括切向磁场H的幅度值和相位值；对辐射器件的表面进行网格划分，等效磁流源M分布于划分后的网格中，根据网格划分和切向磁场H的位置结合Tikhonov正则化方法进行约束，建立目标函数F；对目标函数F进行最小化求解，最终获得辐射器件表面的等效磁流源M分布。通过该方法可以在较短的时间获取辐射器件的电磁辐射数据，并结合等效源反演方法对辐射器件进行辐射建模，进而分析辐射器件的辐射模式，节省测量时间，提高预测效率。提高预测效率。提高预测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法


[0001]本专利技术属于电磁兼容和电磁场反演
，具体涉及一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法。

技术介绍

[0002]无线通信产品的快速发展给人们日常生活带来了便利，但也不可避免地带来了严重的电磁兼容问题。现代电子产品的硬件设计往高密度、多层级、低体积、高度封装方向发展，这使得电路布局越来越密集复杂，从而增加了各元件之间干扰问题出现的概率。其中，电源完整性和信号完整性等电磁兼容相关问题最为严重。对于日益复杂的系统级结构电路设备，用CST、HFSS等三维多物理场仿真软件来探测其干扰点不仅耗时耗力，而且往往难以达到理想中的效果。因此，快速获得电子产品各个位置的电磁辐射信息，从而精准定位干扰点对产品设计和改进具有重要意义。
[0003]然而，目前的电场探头和磁场探头是针对某个小范围位置进行逐点的近场探测，如果需要获得待测物的整体电磁信息则需要频繁移动探头进行多次扫描，这无疑加大了扫描的时间成本，同时不停地移动探头也会造成不可避免的测量误差。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提出一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，能够快速获得多频段下辐射器件的电磁辐射信息并基于该数据进行辐射建模，有效地满足了电磁兼容高精度、高效率、高拓展性的测量和预测需求，解决了上述
技术介绍
存在的问题。
[0005]本申请提供了一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，其特征在于，所述方法具体包括：
[0006]S1、以辐射器件垂直上方高度h处的水平面为探测点位置面，在探测点位置面上均匀分布有多个阵列探头，通过阵列探头获取辐射器件的电磁辐射数据，电磁辐射数据包括切向磁场H的幅度值和相位值；以及
[0007]S2、对辐射器件的表面进行网格划分，等效磁流源M分布于划分后的网格中，根据网格划分和切向磁场H的位置结合Tikhonov正则化方法进行约束，建立目标函数F；以及
[0008]S3、对目标函数F进行最小化求解，最终获得辐射器件表面的等效磁流源M分布。
[0009]通过该方式可以帮助工程师，通过较短的时间即可获取被检测的辐射器件的电磁近场，并结合等效源反演方法对辐射器件进行辐射建模，进而分析辐射器件的辐射模式，能够极大地节省测量时间，提高预测效率。
[0010]在具体的实施例中，在步骤S2中等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：
[0011][0012][0013][0014][0015][0016]其中，β是自由空间中的波数，η是自由空间中的波阻抗，x，y，z是采样点的位置；x
’
，y
’
，z
’
是等效磁流源的位置，s是所述网格划分后的子网格面积，R是等效源与采样点的空间距离，G是矩阵系统，G1和G2是关于β和R的计算式。
[0017]在具体的实施例中，在步骤S2中根据网格划分和切向磁场H的位置，组装系统矩阵方程为：
[0018][0019]其中，G
ij
(i,j＝x,y,z)代表离散后的系统中j极化方向的等效源对于i方向磁场的贡献。
[0020]在具体的实施例中，在步骤S2中采用Tikhonov正则化方法进行约束的目标函数F为：
[0021][0022]其中，H是切向磁场、M是等效磁流源、G是是系统矩阵，γ是正则化参数，M0是归一化参数，||
·
||2是二范数符号。
[0023]在具体的实施例中，在步骤S3中，采用与目标函数F等价形式的正定线性方程组，通过共轭梯度法进行求解，正定线性方程组如下所示：
[0024][0025]其中，表示共轭转置，H是切向磁场、M是等效磁流源、G是系统矩阵，M0是归一化参数，||
·
||2是二范数符号，I是单位矩阵。
[0026]通过上述方式，利用近场扫描技术获取辐射器件表面区域的切向磁场强度和相位数据，并根据获取的该切向磁场强度和相位数据，网格划分辐射器件表面区域，基于此求解出等效源辐射模型。
[0027]在具体的实施例中，在步骤S1中通过设置于六轴机械臂上的阵列探头获取辐射器件的电磁辐射数据，具体还包括：
[0028]S11、主控计算机发送预定区域移动指令控制六轴机械臂移动，同时传递信号矩阵指令给上位机信号控制装置，进而控制阵列探头的各个通道对辐射器件进行近场测量；以
及
[0029]S12、射频信号发生接收装置获得阵列探头扫描的电磁辐射数据后传回给主控计算机进行存储及后处理。
[0030]通过阵列探头代替传统单一探头的机械扫描，即可以通过单次扫描获得辐射器件近场区域的全部电磁散射信息；较于传统机械装置而言，六轴机械臂有多方向大范围灵活移动、移动误差小、测量更具稳定性等优势。
[0031]在具体的实施例中，预定区域移动指令是主控计算机中关于辐射器件的扫描参数预设值，包括探测高度值、探测位置值、探测间隔值、探测数目值和探测层数值。
[0032]在具体的实施例中，信号矩阵指令是主控计算机中关于阵列探头的通道控制预设值，包括阵列探头单元选通时间、选通顺序、选通方式和选通次数。
[0033]在具体的实施例中，射频信号发生接收装置包括矢量网络分析仪、信号发生器、频谱仪或信号采集卡中的一种或组合。设置射频信号发生接收装置给不自带激励源的器件提供信号激励，例如天线，滤波器等，若是自带激励源的器件则不需要射频信号输入。
[0034]在具体的实施例中，阵列探头的控制开关电路基于多个射频单刀多掷开关芯片级联，射频单刀多掷开关控制芯片为单刀四掷开关芯片、单刀六掷开关芯片或单刀八掷开关芯片中的一种或组合。通过该设计，可以减少输入信号数量，且在能有效的控制大规模阵列探头使能的前提下，优化探头通道控制的方式。
[0035]本申请提供的一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法具有如下优势：
[0036]1、利用传统单一探头的三轴机械式扫描面积较大的被测辐射器件，其扫描时间往往需要几个甚至十几个小时，而本申请采用阵列探头作为接收模块，具有速度快效率高的优点。
[0037]2、探测电磁场信息的阵列探头采用六轴机械臂来控制移动，其优势在于灵活度高，不仅能够避免被测的辐射器件移动带来的扫描误差，而且能够适用于许多复杂的特殊场景。
[0038]3、可以帮助工程师，以较小的时间代价，来获取需要被检测物体的电磁近场；另外结合等效源反演方法对被测物体进行辐射建模，进而分析被测物体的辐射模式，能够极大地节了测量时间，提高预测效率。
附图说明
[0039]包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，其特征在于，所述方法具体包括：S1、以辐射器件垂直上方高度h处的水平面为探测点位置面，在所述探测点位置面上均匀分布有多个阵列探头，通过所述阵列探头获取辐射器件的电磁辐射数据，所述电磁辐射数据包括切向磁场H的幅度值和相位值；以及S2、对所述辐射器件的表面进行网格划分，等效磁流源M分布于划分后的所述网格中，根据所述网格划分和所述切向磁场H的位置结合Tikhonov正则化方法进行约束，建立目标函数F；以及S3、对所述目标函数F进行最小化求解，最终获得所述辐射器件表面的等效磁流源M分布。2.根据权利要求1所述的基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，其特征在于，在步骤S2中，所述等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：中，所述等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：中，所述等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：中，所述等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：中，所述等效磁流源M(Mx，My，Mz)与切向磁场H(Hx，Hy)之间的关系如下所示：其中，β是自由空间中的波数，η是自由空间中的波阻抗，x，y，z是采样点的位置；x
’
，y
’
，z
’
是等效磁流源的位置，s是所述网格划分后的子网格面积，R是等效源与采样点的空间距离，G1和G2是关于β和R的计算式。3.根据权利要求1所述的基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，其特征在于，在步骤S2中，根据所述网格划分和所述切向磁场H的位置，组装系统矩阵方程，所述系统矩阵方程如下所示：其中，G
ij
(i,j＝x,y,z)代表离散后的系统中j极化方向的等效源对于i方向磁场的贡献。4.根据权利要求1所述的基于六轴机械臂的电磁反演建模方法，其特征在于，在步骤S2中，采用Tikhonov正则化方法进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳清伙，陈龙彬，王礼晓，何政，骆瑞琛，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：