The invention discloses a fast modeling method for electromagnetic pulse response of frequency-domain multi-conductor transmission lines based on waveform relaxation iteration. A frequency-domain calculation model of electromagnetic pulse coupling to multi-conductor transmission lines is established based on waveform relaxation algorithm and analytical iteration in frequency domain. By using combined voltage wave equation and BLT super-matrix equation, the influence of mutual coupling between transmission lines is equivalent to transmission. The analytical expressions of voltage and current responses along transmission lines are derived for the continuous distributed virtual excitation sources. The large-scale matrix inversion operation is transformed into a series of iteration processes. At the same time, the analytical solutions can be obtained in each iteration step, which avoids the time-consuming numerical integration and improves the calculation efficiency.
【技术实现步骤摘要】
基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法
本专利技术涉及频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,具体涉及一种基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法。
技术介绍
高空核爆电磁脉冲(HEMP)一般由爆高在30km以上的核爆炸产生,其中的E1成分频谱覆盖范围包括中频、高频、甚高频甚至一些超高频波段的信号,具有辐射范围广,峰值场强高和频谱宽的特点,会在多导体传输线上耦合感应出幅值较高的感应电压和电流,对于由大量多导体传输线构成的各类电子、电气设备和系统具有严重威胁。HEMP对电子、电气系统产生影响的本质机理是电磁场对多导体传输线的耦合。构建HEMP对多导体传输线的耦合作用模型对于分析耦合响应进而开展防护研究具有非常重要的现实意义。在EMP对多导体传输线耦合作用研究中,理论建模研究是其中的重要手段,研究多导体传输线EMP响应计算模型不仅有助于揭示EMP对传输线的耦合机理,同时兼具经济性等优点,在当前的传输线EMP响应分析中被广泛采用。但是,链参数矩阵模型等传统的多导体传输线模型由于计算步骤中包含有大量的解耦步骤,在传输线数量较多时面临着计算效率较低甚至可能无法计算的问题,而数值迭代模型等一些改进模型虽然在一定程度内有所改善,但依然面临着计算效率较低或者计算精度较低等问题。这些现存的问题使得现有的多导体传输线EMP响应计算模型在实际应用中较为不便,进而制约了多导体传输线EMP效应研究的发展。因此,发展新的多导体传输线EMP响应计算模型,进一步提高其计算效率,对于深入的研究EMP对多导体传输线的耦合作用规律进而开展防护技术研究具有 ...
【技术保护点】
1.基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:列出多导体传输线的传输线模型方程组,所述传输线模型方程组是以每根线上的电流和电压为变量的2N元一阶微分方程组,其中N为线缆的根数,对方程组进行离散化,得到关于某一根线缆的方程组,将方程中线缆之间的互耦项与外界激励一起构成等效激励源;步骤二:将外界激励场时域波形进行快速傅里叶变换,求得其频域形式,开始第一步迭代,且假设在第一步迭代时每根线缆只收到外界电磁场的激励,而不考虑线缆之间的互耦效应,略去方程中的互耦项;步骤三:将迭代形式的传输线模型方程组转化为联合电压波方程,将其变量转化为线缆上的正、反向联合电压波;步骤四:将联合电压波方程组联立,求得其通解,其通解包括两个部分,第一个部分是线缆首末端端点处的边界条件,第二个部分是联合电压波在沿线的积分;步骤五:利用BLT超矩阵方程求解边界条件,解析求解联合电压波沿线积分;步骤六:通过线缆上的电压和电流与联合电压波的关系求得沿线响应的解析表达式,由此得到第一步迭代后的每根线缆上的电压和电流响应的解析表达式;步骤七:得到每根线缆上的电流和电压响应之后求 ...
【技术特征摘要】
1.基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:列出多导体传输线的传输线模型方程组,所述传输线模型方程组是以每根线上的电流和电压为变量的2N元一阶微分方程组,其中N为线缆的根数,对方程组进行离散化,得到关于某一根线缆的方程组,将方程中线缆之间的互耦项与外界激励一起构成等效激励源;步骤二:将外界激励场时域波形进行快速傅里叶变换,求得其频域形式,开始第一步迭代,且假设在第一步迭代时每根线缆只收到外界电磁场的激励,而不考虑线缆之间的互耦效应,略去方程中的互耦项;步骤三:将迭代形式的传输线模型方程组转化为联合电压波方程,将其变量转化为线缆上的正、反向联合电压波;步骤四:将联合电压波方程组联立,求得其通解,其通解包括两个部分,第一个部分是线缆首末端端点处的边界条件,第二个部分是联合电压波在沿线的积分;步骤五:利用BLT超矩阵方程求解边界条件,解析求解联合电压波沿线积分;步骤六:通过线缆上的电压和电流与联合电压波的关系求得沿线响应的解析表达式,由此得到第一步迭代后的每根线缆上的电压和电流响应的解析表达式;步骤七:得到每根线缆上的电流和电压响应之后求得线缆之间的互耦作用表达式,将该表达式带入步骤三,开始进行第二步迭代,通过步骤三至步骤六求得第二步迭代沿线的电压和电流的响应解析表达式,然后依次进行第三步以及更多步的迭代,在每次迭代中均求得沿线响应的解析表达式,经过若干步迭代即求得误差允许范围内的结果,将最终频域结果进行拟傅里叶变换,求得其时域形式。2.根据权利要求1所述的基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,其特征在于,所述传输线模型方程组为Taylor方程或Agrawal方程;所述Taylor方程如下所示:所述Agrawal方程如下所示:式中:V——响应全电压矩阵;I——响应全电流矩阵;Z'——单位长度传输线阻抗矩阵;Y'——单位长度传输线导纳矩阵;Vs'——Taylor模型等效分布电压激励源矩阵;Is'——Taylor模型等效分布电流激励源矩阵;Vs——响应散射电压矩阵;Vs1'——Agrawal模型等效分布电压激励源矩阵;Is1'——-Agrawal模型等效分布电流激励源矩阵。3.根据权利要求2所述的基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,其特征在于,步骤一中当采用Taylor方程时,对Taylor方程进行离散化,得到其离散形式,则对于第i根传输线,其电报方程为:式中:Zii'——第i根传输线的自阻抗;Zij'——第i根传输线与第j根传输线的互阻抗;Yii'——第i根传输线的自导纳;Yij'——第i根传输线与第j根传输线的互导纳;Vs,i'——第i根线所受的外场激励的等效电压分量;Is,i'——第i根线所受的外场激励的等效电流分量;ω——角频率;Vi——第i根传输线电压;Ii——第i根传输线电流。4.根据权利要求3所述的基于波形松弛迭代的频域多导体传输线电磁脉冲响应快速建模方法,其特征在于,步骤二中对第i根传...
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