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一种输电线路散射场的求解方法技术

技术编号:15639857 阅读:230 留言:0更新日期:2017-06-16 02:13
一种输电线路散射场的求解方法,目的在于保证计算精度的同时,减少求解占用的计算资源,该方法主要分为三个部分,一是将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路模型划分成若干个大面元,二是采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流,三是将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。本发明专利技术可以对工作在GHz频率下的电大尺寸输电线路散射场进行快速求解,减小计算时所占用的内存,解决输电线路求解时出现的计算量过大问题,实现工程应用中的输电线路散射场快速求解。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路散射场的求解方法
本专利技术一种输电线路散射场的求解方法,属于输电线路与无线电台站的电磁兼容领域。
技术介绍
随着当前科学技术的迅速发展,各种对周边电磁环境有严格要求的无线电台站(如用于模拟电视及数码电视广播台站、军用航空雷达等)大量涌现,具有电大尺寸金属结构的特高压输电线路对这些台站的散射场问题求解成为研究热点。在中波频段,IEEE明确提出采用矩量法对输电线路散射场进行数值求解。然而随着计算频率的增加,国内外研究发现继续采用矩量法对输电铁塔表面的感应电流进行离散时,形成的矩阵运算也随之增大,造成当前计算机硬件资源无法求解高频条件下的散射场。为此,有研究提出了基于一致性绕射理论(UTD,uniformtheoryofdiffraction)求解输电线路高频散射场的方法,但UTD是研究光线射线传播的一种理论,适用于计算电磁波波长近似为零的情况,即频率要求非常高。虽然当前尚未见有其他有效的高频输电线路散射场求解算法,但类似于输电线路的电大尺寸电磁散射算法可供参考。针对电大尺寸物体电磁散射特性的研究,有学者提出采用物理光学法(physicsoptics,PO)对任意形状的目标进行求解。由于PO算法基于目标表面电流分析,因此,相比于UTD方法,采用PO算法在高频电磁散射研究中的精度较高。但是,为保证PO算法的结果准确,电大尺寸目标模型的划分面元会随着频率的升高而数量骤增。这种算法同样造成了计算资源需求过大以致无法求解的问题。因此,为有效解决特高压输电线路散射场的求解问题,必须提出新的方法,在保证输电线路散射场求解精度的情况下,提升求解速度。
技术实现思路
本专利技术提供一种输电线路散射场的求解方法,可以对工作在GHz频率下的电大尺寸输电线路散射场进行求解,减少计算时所占用的计算机内存,解决输电线路铁塔过多引起的计算量过大问题,实现工程应用中的输电线路散射场快速求解。本专利技术采取的技术方案为:一种输电线路散射场的求解方法,包括以下步骤:步骤一:将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路几何模型划分成若干个大面元。在求解输电线路表面感应电流的时候,由于几何模型不规则,无法直接求得散射场,因此要将输电线路模型划分成若干个小面元,分别求出小面元的散射场,然后进行叠加获得总场。此时即将感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式。其中,划分面元的大小由线性相位函数决定。输电线路表面感应电流会随着空间位置的不同而发生变化,其中,幅值变化相对较缓,而相位变化较为剧烈。线性相位函数不仅可以反映幅值的缓慢变化,也可以反映相位的剧烈变化,因此采用该函数对模型划分时,可以采用大面元,这是其他函数无法比拟的,未知量的个数由此骤减。在划分过程中,由于高频输电线路几何模型是由平面组成的角钢组合而成的铁塔,不含曲面等单元,因此,即使采用大面元对模型进行划分,也能反映完整的模型,即保证计算的精度。步骤二:采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流。在感应电流表达式中,感应电流是未知量,划分函数是已知量,系数是未知量,设每个未知量的个数为N。该表达式两边同时乘以相邻三角面元的单位矢量,可以将表达式进行化简,此时,未知量的个数为2。而感应电流又可根据物理光学得到,即感应电流等于入射波叉乘照明区法向矢量的形式,此时等式只剩下1个未知量。通过以上条件,便可逐一求出N个系数。若采取矩量法这类精度较高的方法,则需要建立一个N维的线性方程组,其计算量为N2,在GHz条件下,其计算量显然太大。步骤三:将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。对感应电流进行积分,可得到单个面元的较为精确的散射场,而散射场包含相位和幅值信息,因此所有面元的散射场必须经过矢量求和,最终得到总的散射场。上述步骤解决输电线路散射场的理论基础是,划分模型的函数决定了求解的速度和精度。通过该理论基础求解输电线路散射场,可将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路模型划分成若干个大面元;采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流;将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场,解决输电线路散射场求解过程中占用资源过多的问题,实现工程应用中的输电线路散射场的求解。步骤一:将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路模型划分成若干个大面元。由于输电线路模型有且仅有面组成的角钢组合而成,采用不同的函数,会形成不同数量的面元,即未知量个数也显著不同。本专利技术专利采用线性相位函数进行划分,这样不仅可以保证计算的精度,还可以极大的节省计算资源。步骤二:采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流。感应电流可以通过划分函数及其系数来表达,但其系数未知。本专利技术专利通过在方程两端同时乘以一个单位矢量的方式化简等式,并根据物理光学,推导了系数求解表达式。步骤三:将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。对感应电流求积分,可获得单个面元的散射场,然后将所有面元的散射场矢量求和,从而获得总的散射场。本专利技术专利采用简化了的感应电流与求和公式对输电线路散射场进行了求解。本专利技术一种输电线路散射场的求解方法,有益效果如下:1)、可以解决多基输电线路铁塔引起的计算量过大问题,本专利技术提出的方法所需计算资源与计算速度是常规高频算法无法比拟的,能够实现工程应用中输电线路散射场的快速求解。2)、本专利技术提出的快速求解实际上是提出了新的划分函数及其系数求解方法,从而使划分面元的尺寸大大的增加,未知量的个数骤减,因此该方法可用于工程中输电线路散射场的快速分析提供算法支持。3)、可为军事、民航等具有高频雷达信号台站的系统提供散射场的数据,有利于其电磁兼容的设计与电磁干扰的防治策略。附图说明图1为输电线路模型图。图2(a)为采用线性相位函数的划分示意图。图2(b)为采用传统函数的划分示意图。图3为铁塔局部角钢示意图。图4为三角面元各参数示意图。图5为输电线路散射场求解的数学模型图。图6为特高频段(0.3~3GHz)本专利技术和PO法获得的输电线路散射场计算结果图。具体实施方式一种输电线路散射场的求解方法,首先将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路模型划分成若干个大面元,然后采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流,最后将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。由此解决输电线路求解时出现的计算量过大问题,实现工程应用中的输电线路散射场快速求解。包含以下步骤:步骤一:将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路模型划分成若干个大面元;步骤二:采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流;步骤三:将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。上述步骤求解输电线路散射场的理论基础,是求解过程中,划分模型的函数决定了求解的速度和精度。因此,可采用大面元对目标进行划分,获得总的散射场。步骤一:对输电线路模型进行划分本文档来自技高网...
一种输电线路散射场的求解方法

【技术保护点】
一种输电线路散射场的求解方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一:将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路几何模型划分成若干个大面元;步骤二:采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流;步骤三:将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。

【技术特征摘要】
1.一种输电线路散射场的求解方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一:将输电线路的感应电流表示成多项线性相位函数与系数乘积后多项矢量叠加的级数形式,根据线性相位函数的特性,将输电线路几何模型划分成若干个大面元;步骤二:采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流;步骤三:将所有面元的感应电流所产生的散射场矢量求和获得总散射场。2.根据权利要求1所述一种输电线路散射场的求解方法,其特征在于:上述步骤求解输电线路散射场的理论基础,是求解过程中,划分模型的函数决定了求解的速度和精度。3.根据权利要求1所述一种输电线路散射场的求解方法,其特征在于:三角面元对和中,分别建立与第n条边ln相关的线性相位函数:式中,ln表示第n条边的边长,和分别表示三角面元和的面积,是内由O+指出的位置矢量,是内指向O-的位置矢量,和分别是三角面元对和非公共顶点到公共边中点的矢量,当kn=0时,记为fn(r);进一步,采用物理光学对系数进行求解,从而获得感应电流,根据物理光学理论,感应电流密度可表示成以下形式:J(r′)=2δi·n×Hi式中,系数δi是考虑遮挡效应的影响,如果观察点r在阴影区,那么δi=0,如果在照明区,那么δi=±1,它的符号由入射角和表面法矢量的关系而定;而在电流函数确定后,铁塔表面上的感应电流可用函数Λn(r)表示成:式中,γn为未知系数,N为整个铁塔模型划分后,三角面元对公共边的总边数,不能构成三角面元对的边界边以及阴影区和照明区交界处的边则不包含在内,为了求解系数γn,将两个单位向量引入到三角面元对和公共边的中点,且在这两个三角面元内分别与公共边垂直,可以得到RWG函数与单位向量的关系:式中,k=1,2,……,N;将两端同时乘以并将J(r′)=2δi·n×Hi...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐波黄汉生黄力孙子昂邹芳王爽叶莉
申请(专利权)人:三峡大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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