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基于MLFMM算法与随机森林的天线场强预测模型

2023-02-07 09:03阅读:
高压电力铁塔、高压变电所等高电压场景电磁环境复杂,在线检测系统和天线等电磁敏感器件布设在这些场景下时,其周围的电磁场分布与普通基站不同,相比常规通信天线工作环境具有更多的场源和金属散射体。且由于高电压场源的存在,要从场强的角度考虑天线否能安全工作。金属散射体造成的散射和感应电流提高了计算的复杂程度,场源复杂且耦合性强,天线自身和外部特征均会引起场强分布的非线性变化,难以精确划分各个场源和场区。天线工作频率日益增加,波长减小,金属散射体属于电大尺寸物体,计算资源也随之大大增加,尽管目前有计算速度较快的高频近似算法和混合电磁计算方法,依然难以满足工程需要。泰思特静电放电发生器小编给大家介绍。
为此,将机器学习中的随机森林回归模型应用到这种多场源和散射体的复杂情况中,充分利用现有的天线布置经验,建立多层快速多极子算法(MLFMM)与随机森林(RF) 结合(MLFMM-RF)的场强预测模型,为工程设计人员提供一种更容易掌握且准确的干扰预测方法。
高电压金属散射体环境的电磁干扰
电磁干扰是指可能引起设备、传输通道或系统性能下降的电磁现象。电磁干扰的产生必须具备三个要素:干扰源、耦合途径和敏感设备。为使天线定向发射电磁波,通常会采用多天线阵列,并在天线系统中加装反射板。由于高压干扰源和天线同时存在于金属散射体附近,原本满足电磁兼容性要求的设备的电磁环境改变,无法确保通信设备产生的电磁干扰不会影响其他设备的正常工作。高压电力铁塔是典型的高电压金属散射体环境,此时的通信天线工作环境如图1 所示。干扰源是高电压源和散射体表面感应电流生成的感应场;耦合途径是感应场与天线间、多个场间的辐射性耦合;敏感设备是用于通信的天线。
高电压金属散射体环境下,MLFMM-RF 天线近场场强预测模型的研究结果表明:
(1)高电压和金属散射体同时存在的环境中,高电压干扰源对天线近场电磁分布影响最大,既产生直射场,又通过金属散射体间接影响天线。
(2)随机森林回归模型应用于电磁场强预测,可以通过修改天线自身参数和位置参数,直接获得测试点场强。选择合适的模型参数,准确度可达95% 以上,MSE<0.3 V/m,结果与商
业电磁仿真软件的结果吻合很好。
(3)使用特征筛选后的数据,有效降低了模型预测时间,同时保持准确的计算结果。计算电磁学与机器学习相结合,可以有效利用长期积累的大量电磁计算数据,节省电磁仿真建模时间,在仿真计算后得到更精准的数据,以提供天线安装位置建议。由于没有获得高压共享铁塔实测数据,MLFMM-R场强预测方法验证采用的是仿真数据。实际高压共享铁
塔的电磁环境极其复杂,铁塔细节、人类活动、自然环境等因素也影响电磁场强度分布,在实际应用中,需要对这些影响因素进行更进一步的分析。

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