外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，包括：建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型；結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型。上述外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，對于外場激勵下考慮大地損耗時架空多導體傳輸線，等效電路模型的建立過程較為簡單、快捷。本發明專利技術還公開一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及傳輸線仿真
，特別是涉及一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法和系統。
技術介紹
電磁脈沖(Electromagnetic pulse，EMP)是現代戰場復雜電磁環境的重要組成部分，是一種瞬態變化的電磁現象。它的時域波形一般具有陡峭的前沿，在頻域，則覆蓋了較寬的頻帶范圍。強電磁脈沖主要包括靜電放電電磁脈沖(Electrostatic discharge，ESD)、雷電電磁脈沖(Lightning electromagnetic pulse，LEMP)、核電電磁脈沖(Nuclear electromagnetic pulse，NEMP)等。近年來隨著電磁脈沖武器的發展，諸如高功率微波(High power microwave，HPM)、超寬帶脈沖(Ultra-wide band，UWB)和電磁脈沖炸彈等，在一些發達國家已經開展了大量研究并在一些局部戰爭中使用。由于電磁脈沖峰值高、頻帶范圍寬，能夠通過天線、線纜等多種耦合途徑對電路及系統進行能量耦合，可以對傳輸線路、電子器件和電子設備造成干擾、潛在性失效或永久性損傷，其破壞力遠遠超過一般的電磁環境。隨著高功率快沿電磁脈沖源的不斷小型化和更易于攜帶，利用電磁脈沖尤其是快沿電磁脈沖通過傳輸線路對電子設備或電子系統進行攻擊成為現代戰場上的一種有效打擊手段。對于各種電子信息系統而言，傳輸線是電磁脈沖與電子系統耦合的主要途徑之一。研究電磁脈沖對傳輸線的耦合響應問題，最直接的是采用試驗手段，在實際電磁脈沖或電磁脈沖模擬器的作用下，直接測量傳輸線端接負載的響應情況。然而，傳輸線的電磁脈沖效應試驗研究往往受到下列因素的制約：(1)由于大部分脈沖模擬設備只能產生一個極化方向的輻射場，因此電磁脈沖輻射敏感度試驗，往往只做一個極化方向的試驗；(2)受模擬設備試驗空間的限制，對于大型傳輸線系統，無法做整體效應試驗；(3)試驗只能在設備或系統定型后進行，若要進行效應的預測和防護設計，必須要借助仿真的手段。因此，在傳輸線電磁脈沖效應研究的前期通常采用理論建模和仿真的方法來進行。當前的仿真方法，如三維數值仿真方法、解析法等可以方便地解決電磁脈沖對端接線性負載傳輸線的耦合響應。而強電磁脈沖瞬時功率高，其在電路端口耦合的瞬態高壓信號遠高于器件的正常工作電平，會將系統中大量的器件激發到非線性狀態，比如瞬態抑制二極管、晶閘管、低噪放等。因此開展端接非線性負載的典型傳輸線及其網絡對電磁脈沖的響應研究具有重要意義。通過建立傳輸線在電磁脈沖注入及輻照作用下的等效電路模型，結合負載的電路模型進行電路仿真，能夠方便解決電磁脈沖對端接非線性負載的傳輸線時域響應問題。由于有損大地的地阻抗表達式很復雜，是與頻率相關的，還沒有其等效電路模型。目前，關于有損大地上架空多導體傳輸線的響應研究主要采用逆傅里葉變換法和時域有限差分法，這兩種方法可以方便求解線性負載問題，但對于非線性負載問題，求解非常復雜。而現有等效電路模型不能解決外場激勵下考慮大地損耗時架空多導體傳輸線的響應問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法和系統，不僅求解非線性負載問題簡單，而且能夠解決外場激勵下考慮大地損耗時架空多導體傳輸線的響應問題。為解決上述技術問題，本專利技術所采取的技術方案是：一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，包括以下步驟：建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型；結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據所述散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型。優選的，所述建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型步驟包括：建立不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型；建立散射項的等效電路模型；結合所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型和所述散射項的等效電路模型，得出所述散射電壓等效電路模型。優選的，所述建立不包含散射項的有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型步驟包括：將有損大地上架空多導體傳輸線分成m段級聯形式，且每一段再分成有損部分和無損部分；分別建立有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型；將各段的有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型串聯迭代，得出所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型；其中，m為大于或等于2的整數。優選的，采用模式變化法建立所述無損部分的等效電路模型；利用矢量匹配法對地阻抗相關參量進行匹配，利用HSPICE仿真軟件中的Laplace變換單元，建立所述有損部分的等效電路模型。本專利技術還公開一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立系統，包括散射電壓等效電路模型建立模塊和總電壓等效電路模型建立模塊；所述散射電壓等效電路模型建立模塊，用于建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型；所述總電壓等效電路模型建立模塊，用于結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據所述散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型。優選的，所述散射電壓等效電路模型建立模塊包括第一單元、第二單元和散射電壓等效電路模型單元；所述第一單元，用于建立不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型；所述第二單元，用于建立散射項的等效電路模型；所述散射電壓等效電路模型單元，用于結合所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型和所述散射項的等效電路模型，得出所述散射電壓等效電路模型。優選的，所述第一單元包括分段子單元和電路模型建立子單元；所述分段子單元，用于將有損大地上架空多導體傳輸線分成m段級聯形式，且每一段再分成有損部分和無損部分；其中，m為大于或等于2的整數；所述電路模型建立子單元，用于分別建立有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型，以及將各段的有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型串聯迭代，得出所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型。優選的，所述電路模型建立子單元采用模式變化法建立所述無損部分的等效電路模型；所述電路模型建立子單元利用矢量匹配法對地阻抗相關參量進行匹配，利用HSPICE仿真軟件中的Laplace變換單元，建立所述有損部分的等效電路模型。采用上述技術方案所產生的有益效果在于：上述外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法和系統，首先建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型，然后結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據所述散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型，不僅求解非線性負載問題簡單，而且能夠解決外場激勵下考慮大地損耗時架空多導體傳輸線的響應問題。附圖說明圖1是本專利技術外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法的流程示意圖；圖2是本專利技術外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法一個實施例中步驟S100的流程示意圖；圖3是本專利技術外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法一個實施例中步驟S110的流程示意圖；圖4是本專利技術一個實施例中無損本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟：建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型；結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據所述散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型。

【技術特征摘要】
1.一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，其特征在于，包括以下步驟：建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型；結合垂直電壓分量的等效電路模型，并根據所述散射電壓等效電路模型建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的總電壓等效電路模型。2.根據權利要求1所述的外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，其特征在于，所述建立外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的散射電壓等效電路模型步驟包括：建立不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型；建立散射項的等效電路模型；結合所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型和所述散射項的等效電路模型，得出所述散射電壓等效電路模型。3.根據權利要求2所述的外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，其特征在于，所述建立不包含散射項的有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型步驟包括：將有損大地上架空多導體傳輸線分成m段級聯形式，且每一段再分成有損部分和無損部分；分別建立有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型；將各段的有損部分的等效電路模型和無損部分的等效電路模型串聯迭代，得出所述不包含散射項的外場激勵下有損大地上架空多導體傳輸線的等效電路模型；其中，m為大于或等于2的整數。4.根據權利要求3所述的外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立方法，其特征在于，采用模式變化法建立所述無損部分的等效電路模型；利用矢量匹配法對地阻抗相關參量進行匹配，利用HSPICE仿真軟件中的Laplace變換單元，建立所述有損部分的等效電路模型。5.一種外場激勵下有損大地上架空線纜電路模型建立系統，其特征在于，包括散射電壓等效電路模型建立模塊和總電壓等效電路模型建立模塊；所述散射...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊清熙，周星，王慶國，趙敏，姚愷，李寶晨，李天鵬，
申請(專利權)人：中國人民解放軍軍械工程學院，
類型：發明
國別省市：河北;13