考虑参数不确定性的高空电磁脉冲E1分量环境计算及分析

高空电磁脉冲的早期分量幅值高、频谱宽、分布范围广,是高空核爆的电磁效应的重要组成部分。分析了国内外高空电磁脉冲早期分量仿真计算法的研究进展,并选取基于高频近似并考虑电子与电磁场自洽作用的EXEMP算法进行详细介绍,通过数值计算结果总结了高空电磁脉冲的时域波形和空间分布随场源当量、爆高等参数变化的规律,与IEC标准约定的波形时域和空间特征一致。针对HEMP计算中部分参数的不确定性,分析参数取值偏差和波动对电磁脉冲计算结果的影响,使用多项式混沌方法联合Sobol全局敏感度指标对其进行不确定量化,得到电磁脉冲关键值可能分布的上下界、分布的概率密度等信息,分析各参数在特定取值范围内对电磁脉冲特征参数的影响及联合影响。     

近地长电缆对高空电磁脉冲晚期部分的响应

 根据传输线理论，计算了高空电磁脉冲晚期部分作用下近地长电缆外导体的感应电流，给出了电缆取不同长度、端接不同阻值负载时的电流波形。计算结果表明，当电缆长度为几十km，外导体两端接地，其感应电流峰值可达数十A，且随电缆长度的增加而增加，但电流增幅随电缆长度的增加逐渐变慢。当接地电路中串接较大电阻时，感应电流峰值明显降低。     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

 有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准，我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准，采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况，结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准,我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准,采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况,结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

电气线路互联系统线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应

高空核电磁脉冲（HEMP）对电子设备的耦合途径主要有两方面：一方面是通过装备（产品）上的天线耦合通道进入到电子系统内的“前门耦合”方式;另一方面则是“后门耦合”,即通过装备（产品）上的壳体、电源线、电缆、机箱的缝隙、孔洞等途径进行耦合。主要研究电气线路互联系统(EWIS)线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应,通过研究HEMP干扰的特征、能量分布,搭建HEMP数学模型,采用控制变量法,改变EWIS线缆类型、离地高度等要素,通过在CST上建立仿真模型以及开展试验,分析HEMP对电子设备造成的影响程度,得到HEMP耦合效应的一般性结论与规律。     

架空线缆电磁脉冲响应的统计特性

为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力,采用场线耦合模型,计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明：入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系,可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量,分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值,电流峰值的统计结果符合正态分布。     

高空电磁脉冲作用下电力系统主要效应模式分析

随着电网智能化和整体规模的提高,现代电力系统越来越容易受到高空电磁脉冲的威胁,一旦关键环节故障将有可能导致连锁反应,造成大面积停电。而针对不同的电力设备,其效应模式和威胁等级也有所不同,需要进行分类和分级研究。根据电力设备在电磁脉冲作用下的不同效应模式,将其分为SCADA系统与继电保护设备,变压器、互感器等线圈类设备,线路与设备避雷器与其他设备,并分析了其效应机理。然后考虑高空电磁脉冲威胁下电力设备存在多种效应等级,介绍了不同效应分类方法以及多等级效应评估模型。最后综合考虑易损性和重要性以及系统间的级联影响,分别梳理总结了在E1和E3作用下电力系统的故障链模式。     

架空线缆电磁脉冲响应的统计特性

为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力,采用场线耦合模型,计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明:入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系,可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量,分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值,电流峰值的统计结果符合正态分布。     

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.     

电源电路抗γ总剂量辐射性能建模与裕量与不确定性量化评估

针对电源电路抗总剂量辐射性能评估问题,建立了元器件和电路的性能模型,并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的总剂量辐照试验,获取了元器件关键参数随累积总剂量变化的实验数据,将参数变化规律注入模型,开展了电源电路抗辐射性能仿真,获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估,并与电路实际辐照实验结果进行对比,结果表明,QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。     

基于贝叶斯方法的设备级电磁脉冲效应评估

在电磁脉冲效应试验中,由于所获得的效应数据量一般较少,利用经典的数理统计方法对效应阈值场强进行概率拟合非常困难。基于贝叶斯数理统计方法,对油气管道数据采集与监视控制系统的中心控制系统客户端的电磁脉冲效应数据拟合分析。选择了Weibull分布模型和正态分布模型作为假设模型,并依次求得这两种模型参数的先验分布、似然函数和后验分布。通过拟合优度检验,最后基于贝叶斯信息准则选择形状参数、尺度参数分别为8.87, 21.11的Weibull模型作为更合理的阈值场强概率分布模型。     

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲（核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波）作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明：不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。     

基于FPGA的电磁脉冲电场测量系统

为了测量纳秒级前沿的电磁脉冲电场,研制了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的宽频带电磁脉冲电场测量系统,该系统采用单极子天线作为电场探头的接收天线,高速AD采集调理电路输出的电压信号,由FPGA接收AD采样的数据并保存至DDR2和FLASH存储器中;分析了系统的整体方案;对系统的信号调理、采集的触发方式、FPGA控制以及干扰屏蔽等关键技术进行了重点分析;通过电场探头、电磁脉冲模拟器、PTEM暗室、衰减器以及示波器进行了性能和功能验证实验;利用软件将电场探头和示波器测得的信号进行处理和对比;实验表明,所研制的电场探头可以测量前沿大于2.5 ns、电场强度为0~50 kV/m的脉冲电场,系统线性度好,体积小,抗干扰性能好,测量准确性高。     

无线通信系统电磁脉冲传导防护组件设计与有效性试验验证

为提高甚高频无线通信系统的抗高空电磁脉冲能力,基于易损性分析结果,确定了瞬态泄流和稳态滤波联合防护的设计思路以及设计指标,并研制了防护样件。使用20 ns/500 ns传导注入波形开展防护组件脉冲注入试验,比系统原始防护器残余电流峰值减小60%,启动时间缩短75%,作用时间缩短80%,注入波形低频能量限制（20 MHz以下）提高1个量级;以某甚高频无线通信系统为被试品,开展了防护组件加固验证试验,防护组件残余电流控制在10 A水平以下,被试系统功能和性能指标正常,验证了防护组件设计的有效性。     

基于Marx发生器的中小型电磁脉冲模拟器驱动源

为满足不同尺寸效应物抗强电磁脉冲(EMP)性能试验的需求,产生覆盖范围更全面、波形更理想的模拟电磁环境,对基于Marx发生器的一级脉冲陡化EMP模拟器驱动源的基本构成与工作原理进行了介绍。结合实际设计与调试经验,分析了设计该类装置时可能遇到的一些问题以及解决的方案。给出了研制的电压等级在100~600 kV的中小型EMP模拟器驱动源的结构、参数与输出指标。通过紧凑型Marx发生器、低电感平板型薄膜电容器、低电感输出开关等关键部件与连接结构优化、器件参数选取,获得在驱动源接120~180 Ω负载时可输出前沿1.2~2.7 ns、半宽32~41 ns的双指数波。     

基于HHT与LSSVM的远区核爆电磁脉冲识别

为实现远区核爆电磁脉冲（NEMP）和闪电电磁脉冲（LEMP）的有效识别,提出一种基于希尔伯特黄变换（HHT）和最小二乘支持向量机（LSSVM）的识别算法。采用希尔伯特黄变换对远区NEMP和LEMP进行分析,利用两种信号的Hilbert谱在不同频带上分布的差异性,选择谱图中两个区域的能量占比作为信号的特征,选择LSSVM作为分类器进行分类识别。实验结果表明,采用能量占比特征可有效识别NEMP和LEMP,且综合识别率可达到98.59%。     

电磁脉冲与窄缝腔体耦合共振特性分析

应用时域有限差分法模拟计算了电磁脉冲对窄缝和窄缝腔体的线性耦合过程。通过定义能量耦合传输系数,分析耦合能量随窄缝宽度和厚度及时间的变化关系,得出在正弦波调制的高斯脉冲源激励下,窄缝和窄缝腔体的耦合共振特性。     

电磁感应式液固态金属电阻率定性测量装置及应用

介绍了一种自主研制的非接触式电阻率测量装置,该装置基于电磁感应原理,可实现降温过程中金属从液态到固态各阶段电阻率的定性测量,为实时表征金属材料的结构变化提供了一种有效的测量工具.详细介绍了该装置的设计原理及其结构,同时利用该装置,测量了金属Zn,Sb以及过共晶Zn-70 wt.% Sb合金降温过程中电阻率随温度的变化情况,验证了该装置的可靠性. 关键词： 电阻率 电磁感应 液态金属 结构转变     

直流叠加脉冲电压下FLTD气体开关击穿特性

分析了直流叠加脉冲电压(定义为复合电压)下次级感应电压触发快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)中气体开关击穿延时过程,给出了击穿延时的估算公式。初步实验研究了FLTD用三电极气体开关在复合电压作用下的击穿特性,结果表明:在±70kV直流充电电压叠加300kV/30ns快脉冲电压的复合电压作用下,气体开关的击穿延时小于相同工作系数下常规触发方式的击穿延时,采用SF6气体绝缘时,击穿延时较常规触发方式减小了17%~30%;采用N2绝缘时,减小了约50%,开关工作系数为55%时,击穿延时抖动小于5ns;理论估算的复合电压下击穿延时与实测结果基本吻合。