外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，包括：建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型；结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型。上述外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，对于外场激励下考虑大地损耗时架空多导体传输线，等效电路模型的建立过程较为简单、快捷。本发明专利技术还公开一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传输线仿真
，特别是涉及一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法和系统。
技术介绍
电磁脉冲(Electromagnetic pulse，EMP)是现代战场复杂电磁环境的重要组成部分，是一种瞬态变化的电磁现象。它的时域波形一般具有陡峭的前沿，在频域，则覆盖了较宽的频带范围。强电磁脉冲主要包括静电放电电磁脉冲(Electrostatic discharge，ESD)、雷电电磁脉冲(Lightning electromagnetic pulse，LEMP)、核电电磁脉冲(Nuclear electromagnetic pulse，NEMP)等。近年来随着电磁脉冲武器的发展，诸如高功率微波(High power microwave，HPM)、超宽带脉冲(Ultra-wide band，UWB)和电磁脉冲炸弹等，在一些发达国家已经开展了大量研究并在一些局部战争中使用。由于电磁脉冲峰值高、频带范围宽，能够通过天线、线缆等多种耦合途径对电路及系统进行能量耦合，可以对传输线路、电子器件和电子设备造成干扰、潜在性失效或永久性损伤，其破坏力远远超过一般的电磁环境。随着高功率快沿电磁脉冲源的不断小型化和更易于携带，利用电磁脉冲尤其是快沿电磁脉冲通过传输线路对电子设备或电子系统进行攻击成为现代战场上的一种有效打击手段。对于各种电子信息系统而言，传输线是电磁脉冲与电子系统耦合的主要途径之一。研究电磁脉冲对传输线的耦合响应问题，最直接的是采用试验手段，在实际电磁脉冲或电磁脉冲模拟器的作用下，直接测量传输线端接负载的响应情况。然而，传输线的电磁脉冲效应试验研究往往受到下列因素的制约：(1)由于大部分脉冲模拟设备只能产生一个极化方向的辐射场，因此电磁脉冲辐射敏感度试验，往往只做一个极化方向的试验；(2)受模拟设备试验空间的限制，对于大型传输线系统，无法做整体效应试验；(3)试验只能在设备或系统定型后进行，若要进行效应的预测和防护设计，必须要借助仿真的手段。因此，在传输线电磁脉冲效应研究的前期通常采用理论建模和仿真的方法来进行。当前的仿真方法，如三维数值仿真方法、解析法等可以方便地解决电磁脉冲对端接线性负载传输线的耦合响应。而强电磁脉冲瞬时功率高，其在电路端口耦合的瞬态高压信号远高于器件的正常工作电平，会将系统中大量的器件激发到非线性状态，比如瞬态抑制二极管、晶闸管、低噪放等。因此开展端接非线性负载的典型传输线及其网络对电磁脉冲的响应研究具有重要意义。通过建立传输线在电磁脉冲注入及辐照作用下的等效电路模型，结合负载的电路模型进行电路仿真，能够方便解决电磁脉冲对端接非线性负载的传输线时域响应问题。由于有损大地的地阻抗表达式很复杂，是与频率相关的，还没有其等效电路模型。目前，关于有损大地上架空多导体传输线的响应研究主要采用逆傅里叶变换法和时域有限差分法，这两种方法可以方便求解线性负载问题，但对于非线性负载问题，求解非常复杂。而现有等效电路模型不能解决外场激励下考虑大地损耗时架空多导体传输线的响应问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法和系统，不仅求解非线性负载问题简单，而且能够解决外场激励下考虑大地损耗时架空多导体传输线的响应问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，包括以下步骤：建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型；结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据所述散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型。优选的，所述建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型步骤包括：建立不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型；建立散射项的等效电路模型；结合所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型和所述散射项的等效电路模型，得出所述散射电压等效电路模型。优选的，所述建立不包含散射项的有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型步骤包括：将有损大地上架空多导体传输线分成m段级联形式，且每一段再分成有损部分和无损部分；分别建立有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型；将各段的有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型串联迭代，得出所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型；其中，m为大于或等于2的整数。优选的，采用模式变化法建立所述无损部分的等效电路模型；利用矢量匹配法对地阻抗相关参量进行匹配，利用HSPICE仿真软件中的Laplace变换单元，建立所述有损部分的等效电路模型。本专利技术还公开一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立系统，包括散射电压等效电路模型建立模块和总电压等效电路模型建立模块；所述散射电压等效电路模型建立模块，用于建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型；所述总电压等效电路模型建立模块，用于结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据所述散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型。优选的，所述散射电压等效电路模型建立模块包括第一单元、第二单元和散射电压等效电路模型单元；所述第一单元，用于建立不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型；所述第二单元，用于建立散射项的等效电路模型；所述散射电压等效电路模型单元，用于结合所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型和所述散射项的等效电路模型，得出所述散射电压等效电路模型。优选的，所述第一单元包括分段子单元和电路模型建立子单元；所述分段子单元，用于将有损大地上架空多导体传输线分成m段级联形式，且每一段再分成有损部分和无损部分；其中，m为大于或等于2的整数；所述电路模型建立子单元，用于分别建立有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型，以及将各段的有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型串联迭代，得出所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型。优选的，所述电路模型建立子单元采用模式变化法建立所述无损部分的等效电路模型；所述电路模型建立子单元利用矢量匹配法对地阻抗相关参量进行匹配，利用HSPICE仿真软件中的Laplace变换单元，建立所述有损部分的等效电路模型。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：上述外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法和系统，首先建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型，然后结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据所述散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型，不仅求解非线性负载问题简单，而且能够解决外场激励下考虑大地损耗时架空多导体传输线的响应问题。附图说明图1是本专利技术外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法的流程示意图；图2是本专利技术外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法一个实施例中步骤S100的流程示意图；图3是本专利技术外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法一个实施例中步骤S110的流程示意图；图4是本专利技术一个实施例中无损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型；结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据所述散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型。

【技术特征摘要】
1.一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型；结合垂直电压分量的等效电路模型，并根据所述散射电压等效电路模型建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的总电压等效电路模型。2.根据权利要求1所述的外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，其特征在于，所述建立外场激励下有损大地上架空多导体传输线的散射电压等效电路模型步骤包括：建立不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型；建立散射项的等效电路模型；结合所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型和所述散射项的等效电路模型，得出所述散射电压等效电路模型。3.根据权利要求2所述的外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，其特征在于，所述建立不包含散射项的有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型步骤包括：将有损大地上架空多导体传输线分成m段级联形式，且每一段再分成有损部分和无损部分；分别建立有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型；将各段的有损部分的等效电路模型和无损部分的等效电路模型串联迭代，得出所述不包含散射项的外场激励下有损大地上架空多导体传输线的等效电路模型；其中，m为大于或等于2的整数。4.根据权利要求3所述的外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立方法，其特征在于，采用模式变化法建立所述无损部分的等效电路模型；利用矢量匹配法对地阻抗相关参量进行匹配，利用HSPICE仿真软件中的Laplace变换单元，建立所述有损部分的等效电路模型。5.一种外场激励下有损大地上架空线缆电路模型建立系统，其特征在于，包括散射电压等效电路模型建立模块和总电压等效电路模型建立模块；所述散射...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清熙，周星，王庆国，赵敏，姚恺，李宝晨，李天鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北;13