快前沿纳秒高压脉冲源的开发及实验研究

 针对国际电工委员会1996年制定的IEC61000-2-9和美国国防部1999年修定的MIL-STD-461E标准提出的高空核爆电磁脉冲波形，研制了一台新型纳秒高压脉冲源。其产生的双指数波脉冲前沿小于3ns，脉宽58ns，幅度可达4kV，此外还可产生前沿小于2ns、幅度最高为4kV的脉冲方波；两种脉冲均可实现单次和间歇可调输出。介绍了脉冲源的电路设计和调试结果，通过实验对比了MIL-STD-461E与MIL-STD-461D两种双指数波形条件下某测控系统模块的干扰耦合效应。     

一次人工触发闪电回击过程的光辐射色散特性分析

采用改进的连续小波变换对一组人工触发闪电的回击过程光学辐射信号进行了色散特性分析,并与经典R-L-C传输线模型的计算结果进行了对比.结果表明,回击过程光学辐射信号不同频率分量的到达时间随频率的增加具有非线性变化;在不同频率分量的到达时间曲线上,低频段均出现了一个转折频率,并且转折频率的大小通常在10—25 kHz之间.该转折频率的存在为评估回击通道特性和电导率提供了一类新的参数化依据,据此估算了此次触发闪电六次回击过程的通道电导率,平均变化范围为(0.59—0.96)×10⁴ S/m,总体平均值约为0.77×10⁴ S/m,与经典评估结果相似.     

地闪通道底部回击速度的频变特性分析

回击通道的光学观测对于研究回击发展过程和物理机制、完善工程回击模型都具有重要的意义。采用雷电发展过程高速光学观测系统（LiPOS）测量了人工引雷中距离通道底部21 m至309 m的一组通道发光波形,基于系统辨识的输出误差（OE）模型建立了回击向上传播过程光辐射脉冲间的传递函数,获得了1 kHz～1 MHz频段内群速度和相速度曲线。时域分析表明,通道辐射光脉冲波形前沿上升时间由靠近底部的1.1 μs变化为309 m高度处的1.84 μs,色散特性是其变化的重要原因。频域分析表明,OE模型能够有效抑制测量噪声的影响、获得清晰的分析曲线,100 kHz以下低频段内群速度呈显著的非单调变化,500 kHz以上区域群速度稳定在58%光速左右。将分析结果与相关文献的研究进行了对比和讨论。研究结果对于定量评价回击电流传播色散特性具有重要参考价值。     

灵敏度系数可调同轴脉冲电压探头

针对采用TEM小室或GTEM室校准测试时从输入端获取信号的需求,设计了一种同轴型脉冲电压探头;该探头为微分型输出,采用数值积分可获得脉冲电压波形;其灵敏度系数可调。仿真分析了不同结构探针对探头内部电场峰值分布及对端口特性阻抗的影响,对采用尖针形探针的同轴脉冲探头进行了实验验证,得到了其频域响应曲线和灵敏度系数,分析了灵敏度系数随探针到内导体中心距离变化的规律。仿真和实验结果表明,同轴脉冲探头内嵌的探针采用尖针形时,对端口特性阻抗的影响及内部电磁场的扰动都很小,可满足ns级瞬变脉冲测试校准需要。     

一种基于传输线方程的埋地电缆电磁脉冲耦合时域分析方法

埋地电缆和其它金属长导体对核电磁脉冲的耦合分析对于确定合理的工程防护措施具有重要意义。采用Agrawal模型和时域有限差分算法对线缆耦合问题进行了分析,针对该模型中需要计算土壤阻抗与电流项卷积、土壤导纳与电压项卷积的问题,提出了一种土壤阻抗特性的线性拟合处理方法,可避免复杂的卷积计算。介绍了该方法的基本原理和试用结果。这一模型拟合法适用于确定无时域解析表达式的传输线模型参数,与传输线模型的时域有限差分方法相结合,可用于分析非均匀场作用下传输线的耦合。     

椭圆弧型过渡段有界波模拟器

提出并设计制作了一种椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器,并与锥形平板过渡段有界波模拟器进行了对比。采用仿真和试验两种方法,仿真在电磁场仿真软件CST中开展,试验实际测量得到前沿上升时间约2 ns、脉宽约25 ns的双指数电场波形和前沿上升时间约2 ns、平顶持续约80 ns的阶跃型电场波形。仿真和试验结果表明：该模拟器有效削弱了前后过渡段与平行板段连接处的不连续性对场波形的影响。     

任意形状金属腔体内电磁脉冲的三维计算

提出了模拟任意形状腔体中的内电磁脉冲的三维直角坐标系时域有限差分(FDTD)算法。该算法采用FDTD共形网格技术模拟任意形状腔体的边界,可以解决腔体内非对称的边界问题。推导了射线斜入射的差分方程,进行了三维数值计算,并采用直角坐标系FDTD算法和柱坐标系FDTD算法计算了射线斜入射圆柱腔体产生的内电磁脉冲,二者吻合很好,验证了直角坐标系FDTD算法正确性。     

雷电流测量专用柔性无磁芯大型Rogowski线圈

为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题,提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案,研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈,去除磁芯和外加积分器,通过增加线圈匝数获得高电感,以实现测量结果的自积分,降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性,采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿,提高了测量波形的准确度,增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。     

结构紧固连接件损伤的神经网络诊断研究

在结构紧固连接件损伤诊断中采用了函数连接型神经网络。与常用的ＢＰ网络不同，函数连接网络通过对输入模式的增强来实现复杂模式的分类。它借助某种函数变换，将原始的模式特征向量变换成另一个更高维的形式，使原始空间里不能区分的类别，在这个高维空间中得以区分，减少了神经网络的层数，提高了网络的学习速度。诊断时选用正弦激振下结构中多个位置上传感器稳态响应的幅值构成表征损伤的特征向量，简化了特征提取的过程。数值模拟和实验结果表明，这一方法能对多个位置的损伤进行准确的识别