Ochrona ludzi i środowiska przed promieniowaniem urządzeń radiokomunikacji ruchomej...
Chociaż radiokomunikacja ruchoma ma już ponad stuletnią historię, a pierwsze publicznie dostępne systemy radiokomunikacji ruchomej, zorientowane na komunikację głosową, uruchomiono w połowie lat czter[...]
Reconstructing wide-band system response from full-wave electromagnetic simulation by adaptive frequency sampling and implicit rational macromodeling
System performance evaluation over a broad frequency range is a crucial issue in many electromagnetic engineering problems. In this paper, a simple adaptive frequency sampling scheme employing interval bisection technique combined with the Cauchy method supported by Stöer- Bulirsch algorithm is examined as a tool for interpolating wide-band system responses from electromagnetic (EM) simulation. Emphasis is placed on examining the convergence of the method. The overall approach does not require matrix inversion, is derivative-free and capable to perform interpolation over a wide frequency band with a single implicitly constructed rational interpolant. The relevant algorithms are easily interfaced with existing EM simulators. Good performance of the method in terms of computational efficiency and accuracy is demonstrated in the context of the method of moments on a sample numerical example involving broadband evaluation of the impedance of a wire radiator. Streszczenie. Okreslenie własciwosci systemu (obiektu) w szerokim zakresie cz˛estotliwosci jest kluczowym problemem w wielu zagadnieniach in- ˙zynierii pola elektromagnetycznego. W tym artykule omawiamy prosty algorytm cz˛estotliwosciowego próbkowania adaptacyjnego, oparty na połowieniu przedziału i poła˛czony z metoda˛ Cauchy’ego interpolacji wymiernej, jako skuteczna˛ metode˛ szerokopasmowej interpolacji/ekstrapolacji wyników pełnofalowej analizy elektromagnetycznej obiektu promieniuja˛cego. Makromodel wymierny wysokiego rze˛du jest konstruowany implicite za pomoca˛ algorytmu Stöera-Bulirscha bez koniecznosci rozwia˛zywania układu równan na współczynniki funkcji interpoluja˛cej i obliczania pochodnych. Wszystkie cza˛stkowe algorytmy interpolacji łatwo doła˛czyc do istnieja˛cych software’owych symulatorów elektromagnetycznych. Skutecznosc omawianego podejscia w poła˛czeniu z metoda˛momentów zademonstrowano na przykładzie szerokopasmowej analizy prostej anteny cienkoprzewodowej. (R[...]
Radiolokacyjne źródła informacji dla systemów dowodzenia i kierowania
Skuteczne prowadzenie działań bojowych wymaga efektywnego wykorzystania m.in. różnych typów sensorów, w tym sensorów radiolokacyjnych (aktywnych i pasywnych). Dla podniesienia efektywności wykorzystania sensory są integrowane na platformach naziemnych, nawodnych i podwodnych oraz powietrznych i w dedykowanych systemach dowodzenia. Taka jest obecnie "platformo-centryczna" wizja wykorzystania [...]
Rozpoznanie elektroniczne. Rozwój, techniki i technologie
Pasywne rozpoznanie systemów radiolokacyjnych jest dziedziną,
której początki w Przemysłowym Instytucie Telekomunikacji
S.A. (PIT) sięgają wczesnych lat 90. ubiegłego wieku.
Do dzisiaj rozpoznanie radioelektroniczne pozostaje jedną ze
specjalności PIT, w szczególności Filii w Gdańsku, gdzie prowadzona
jest większość projektów w tej dziedzinie.
Zainteresowanie tym obszarem wiedzy wynika z roli rozpoznania
na dzisiejszym polu walki, którego jednym z elementów
jest rozpoznanie elektroniczne. Współczesne
systemy dowodzenia, jak i środki bojowe, korzystają z wielu
urządzeń służących do rozpoznania, kierowania uzbrojeniem,
nawigacji, komunikacji itd. Najczęściej realizacji ich zadań towarzyszy
emisja fal elektromagnetycznych. Zawarte w niej informacje
związane z rodzajem emisji, mod[...]
SZYBKA METODA SZEROKOPASMOWEJ ANALIZY INSTALACJI ODGROMOWYCH DOI:10.15199/59.2015.4.96
Zaprezentowano szybka˛, oparta˛ na metodzie
momentów, technik˛e szerokopasmowej analizy instalacji odgromowych.
Spektakularne skrócenie czasu obliczen´ uzyskano
dzi˛eki przeniesieniu kluczowych algorytmów z CPU
na GPU i zastosowaniu wymiernej, poła˛czonej z próbkowaniem
adaptacyjnym, interpolacji poszukiwanej odpowiedzi
cz˛estotliwo´sciowej instalacji. Przedstawiono wyniki eksperymentów
numerycznych potwierdzaja˛ce znakomita˛ skuteczno
´s´c zaproponowanego podej´scia.
1. WSTE˛P
Wyładowania atmosferyczne sa˛ - jak wiadomo - z´ródłem
silnych impulsów elektromagnetycznych (LEMP -
Lightning Electromagnetic Pulse), stwarzaja˛cych zagro-
z˙enie dla urza˛dzen´ elektronicznych. Podstawowym sposobem
ochrony obiektów i urza˛dzen´ radiokomunikacyjnych
przed destrukcyjnym oddziaływaniem tych impulsów
jest zastosowanie instalcji odgromowych. Takie instalacje
z reguły maja˛ postac´ przestrzennie rozbudowanych,
uziemionych struktur, zbudowanych ze wzgl˛ednie
cienkich przewodów. Wybór topologii instalacji nie jest
sprawa˛prosta˛, chociaz˙ ogólne rekomendacje w tym zakresie
moz˙na znalez´c´ w istnieja˛cych, stosownych normach.
Racjonalny wybór struktury ka˙zdej instalacji powinien w
istocie uwzgl˛ednia´c wyniki starannej predykcji jej własno
´sci na etapie projektowania. Odpowiednim, ogólnym
podej´sciem do analizy instalacji odgromowych jest w tym
kontek´scie zastosowanie metod elektromagnetyzmu obliczeniowego.
Według kryteriów przyj˛etych w in˙zynierii pola elektromagnetycznego
(PEM), instalacje odgromowe sa˛ strukturami
cienkoprzewodowymi. Za najskuteczniejsza˛ metod
˛e "rygorystycznego" modelowania numerycznego takich
struktur jest uwa˙zana metoda momentów (MoM -
Method of Moments) implementowana w dziedzinie cz˛estotliwo
´sci [1]. Metoda umo˙zliwia wyznaczenie rozkładu
pra˛du indukowanego przez zewne˛trzne PEM w przewodach
tworza˛cych strukture˛. Znajomos´c´ rozkładu pra˛du
pozwala z kolei obliczy´c warto´sci wszystkich innych,
wtór[...]
IMPLEMENTACJA METODY MOMENTÓW W HETEROGENICZNYM ŚRODOWISKU OBLICZENIOWYM CPU/GPU DOI:10.15199/59.2016.6.82
IMPLEMENTATION OF METHOD-OF-MOMENTS ON HETEROGENEOUS
CPU/GPU PLATFORM
Streszczenie: Opisano implementację metody momentów -
sztandarowego narzędzia analizy zagadnień inżynierii pola
elektromagnetycznego (anteny, kompatybilność EM, mikrofale)
- w heterogenicznym środowisku obliczeniowym
CPU/GPU niskobudżetowej stacji roboczej typu desktop.
Wykazano możliwość znaczącej poprawy wydajności metody
dzięki wykorzystaniu zdolności procesora wielordzeniowego
i procesorów strumieniowych karty graficznej do
przetwarzania równoległego.
Abstract: Implementation of the Method-of-Moments - as
a tool for the analysis of various electromagnetic engineering
problems (antennas, electromagnetic compatibility,
microwaves) - on a heterogeneous CPU/GPU platform of
a typical low-cost desktop workstation is described in the
paper. The possibility of attaining noticeable performance
improvement of the method by utilizing potential of both
the multi-core CPU processor and graphic card for parallel
processing is demonstrated.
Słowa kluczowe: akceleracja sprzętowa, CPU/GPU, elektromagnetyzm
obliczeniowy, metoda momentów.
Keywords: computational electromagnetics, CPU/GPU,
hardware acceleration, method of moments.
1. WSTĘP
Od połowy lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku
często stosowaną metodą analizy zagadnień inżynierii
pola elektromagnetycznego w dziedzinie częstotliwości
jest metoda równań całkowych połączona z techniką ich
numerycznego rozwiązywania rozpropagowaną przez
Harringtona [3]. Podejście to, nazywane metodą momentów
(Method of Moments - MoM), jest jednym z "flagowych
okrętów" elektromagnetyzmu obliczeniowego.
Jest ono skuteczne w rozwiązywaniu rozmaitych zagadnień,
m.in. z zakresu anten, radiokomunikacji, kompatybilności
elektromagnetycznej i mikrofal. Istotą metody
momentów jest dyskretyzacja i algebraizacja problemu
rozumiana tutaj jako przekształcenie wyjściowego równania
całkowego do równania macierzowego ze względu
na współczynnik[...]
Evaluation of the Magnetic Field Inside Grid-Like Large Volume DOI:10.15199/48.2018.02.15
Lightning is a source of aggressive harmful highintensity electromagnetic (EM) effects usually referred to as Lightning Electromagnetic Pulse (LEMP). The energy of LEMP may be sufficient to cause damage to sensitive electronics in electrical and electronic systems within structures. Therefore, protection measures to reduce the risk of failure of internal systems due to LEMP are vitally important [1]. This is particularly true for data processing, storage, and process control systems, radio systems, power electronic installations, telecommunication equipment, and similar. The principal source of potential damage is the lightning current and the associated magnetic field. This latter may be reduced to the acceptable level by employing magnetic shields. Large volume shields for protecting rooms and/or buildings are usually created by dedicated meshes of conductors combined with natural components of the structure such as the metal framework and the metal reinforcement in the walls, floors and ceilings. These elements taken together form three-dimensional grid-like spatial shields [1], and prediction of their response to lightning induced EM excitation is crucial for effective design of system protection (SPM) against LEMP. Perhaps the most suitable and accurate technique for EM analysis of grid-like shields composed of arbitrarily arranged conductors is the full-wave method of moments (MoM) formulated in the frequency domain (FD) [2]. Unfortunately, the direct MoM is considered computationally inefficient when a broadband response of a structure is required, since EM simulation must be performed repeatedly at many discrete frequencies and the computational cost can be prohibitive for complex structures. In this paper, a computationally efficient CUDA-enabled heterogeneous CPU+GPU co-processing implementation of the method of moments is used for electromagnetic simulation of large volume grid-like spatial shields over a wide [...]
Odporność elektroencefalografu na zaburzenia promieniowane - przykłady analizy numerycznej DOI:10.15199/48.2016.12.28
W artykule omówiono możliwości zastosowania symulacji komputerowych do badania odporności elektroencefalografu na zaburzenia promieniowane. Opisano sposób przygotowania modelu numerycznego uwzględniającego obwód drukowany urządzenia, przewody i pacjenta oraz sposób redukcji tego modelu tak, aby możliwe było uzyskanie dokładnych wyników przy zastosowaniu możliwie małych zasobów komputerowych (RAM, czas analizy). Abstract. The using of numerical simulations for analysis of the EEG device radiated immunity is presented in this paper. Developing of the numerical model consisting of PCB and leads connected to the human head as well as the model order reduction for increasing the computational efficiency by reduction of the computer resources (RAM, CPU time) without decreasing the accuracy are also demonstrated. (The EEG device radiated immunity - examples of numerical analysis). Słowa kluczowe: elektroencefalograf, odporność promieniowana, analiza numeryczna, kompatybilność elektromagnetyczna. Keywords: EEG device, radiated immunity, numerical analysis, electromagnetic compatibility. Wstęp Zagadnienia związane z kontrolą odporności urządzenia elektronicznego na zaburzenia promieniowane powinny być uwzględniane już na etapie projektu, jeszcze przed wykonaniem prototypu sprzętowego. Nie chodzi tutaj tylko o właściwe umieszczanie elementów filtrujących, ale również o sposób prowadzenia połączeń w obwodzie drukowanym. W przypadku urządzeń medycznych rejestrujących elektryczną aktywność ciała ludzkiego, należy dodatkowo uwzględnić zewnętrzne przewody i ciało pacjenta. W praktyce inżynierskiej, w większości przypadków projektanci nie przywiązują należytej uwagi do zagadnień kompatybilności elektromagnetycznej przed wykonaniem badań eksperymentalnych. Jest to o tyle nieuzasadnione, że większość współczesnych narzędzi EDA umożliwia taką analizę. W przypadku urządzeń medycznych, w trakcie tworzenia modeli numerycznych uwzględniane są zwykle dwi[...]
Odporność elektroencefalografu na zaburzenia promieniowane - przykłady analizy numerycznej DOI:10.15199/48.2016.12.28
W artykule omówiono możliwości zastosowania symulacji komputerowych do badania odporności elektroencefalografu na zaburzenia promieniowane. Opisano sposób przygotowania modelu numerycznego uwzględniającego obwód drukowany urządzenia, przewody i pacjenta oraz sposób redukcji tego modelu tak, aby możliwe było uzyskanie dokładnych wyników przy zastosowaniu możliwie małych zasobów komputerowych (RAM, czas analizy). Abstract. The using of numerical simulations for analysis of the EEG device radiated immunity is presented in this paper. Developing of the numerical model consisting of PCB and leads connected to the human head as well as the model order reduction for increasing the computational efficiency by reduction of the computer resources (RAM, CPU time) without decreasing the accuracy are also demonstrated. (The EEG device radiated immunity - examples of numerical analysis). Słowa kluczowe: elektroencefalograf, odporność promieniowana, analiza numeryczna, kompatybilność elektromagnetyczna. Keywords: EEG device, radiated immunity, numerical analysis, electromagnetic compatibility. Wstęp Zagadnienia związane z kontrolą odporności urządzenia elektronicznego na zaburzenia promieniowane powinny być uwzględniane już na etapie projektu, jeszcze przed wykonaniem prototypu sprzętowego. Nie chodzi tutaj tylko o właściwe umieszczanie elementów filtrujących, ale również o sposób prowadzenia połączeń w obwodzie drukowanym. W przypadku urządzeń medycznych rejestrujących elektryczną aktywność ciała ludzkiego, należy dodatkowo uwzględnić zewnętrzne przewody i ciało pacjenta. W praktyce inżynierskiej, w większości przypadków projektanci nie przywiązują należytej uwagi do zagadnień kompatybilności elektromagnetycznej przed wykonaniem badań eksperymentalnych. Jest to o tyle nieuzasadnione, że większość współczesnych narzędzi EDA umożliwia taką analizę. W przypadku urządzeń medycznych, w trakcie tworzenia modeli numerycznych uwzględniane są zwykle dwi[...]
Zastosowanie techniki radia programowalnego w badaniach odporności aparatury medycznej na zaburzenia pochodzące od urządzeń sieci bezprzewodowych DOI:10.15199/48.2016.12.42
W artykule przedstawiono budowę stanowiska pomiarowego, opartego na modułach radia programowalnego, umożliwiającego badanie odporności urządzeń na zaburzenia promieniowane. Opisano budowę takiego stanowiska, właściwości poszczególnych jego elementów, w tym głównie zastosowanego modułu radia programowanego a także przedstawiono sposób kalibracji całego stanowiska pomiarowego. Abstract. In this paper the radiated immunity test set-up based on software defined radio (SDR) module is presented. The most important properties of all test set-up components are described and discussed, and appropriate calibration procedure for test set-up is proposed. (Application of software defined radio in immunity tests of medical equipment to interferences produced by wireless network devices). Słowa kluczowe: odporność na promieniowanie, radio zdefiniowane programowo, kompatybilność elektromagnetyczna. Keywords: radiated immunity, software defined radio, electromagnetic compatibility. Wstęp We współczesnej diagnostyce medycznej stosuje się różnorodną aparaturę wykorzystującą elektryczną aktywność ciała ludzkiego, taką jak elektrokardiografy, miografy, elektroencefalografy, od których - z racji pełnionych funkcji - wymaga się bardzo wysokiego poziomu niezawodności. Znakomita większość wymienionych tutaj urządzeń medycznych przetwarza z dużą rozdzielczością bardzo słabe sygnały elektryczne w szerokim zakresie dynamiki. Oczywistą konsekwencją takiego stanu rzeczy jest potencjalnie duża wrażliwość takiej aparatury na zaburzenia elektromagnetyczne występujące w środowisku [1]. Z obecnością zaburzeń elektromagnetycznych i ich wpływem na rejestrowane sygnały bioelektryczne konstruktorzy aparatury mierzą się od lat. Do niedawna jedynym źródłem zaburzeń, z którymi trzeba było liczyć się w powszechnej praktyce, były urządzenia sieciowe, z dominującym wpływem sygnałów pochodzących z sieci energetycznej (o częstotliwości 50 Hz i harmonicznych). Skuteczną metod[...]