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。     

HEMP 传导型防护模块测试系统的设计与实现

依据GJB 3622-1999 标准,针对高空核电磁脉冲(HEMP)传导型防护模块的测试需求,设计了一套线-地脉冲电流耦合注入测试系统,完成了高空核电磁脉冲的产生、测量系统的搭建和射频EMP 保护器的测试。该系统脉冲上升沿tr ≤10 ns,脉冲半宽度500 ns≤ thw ≤550 ns,设计指标完全符合GJB 3622-1999 标准的要求。为测试方便,设计脉冲发生器中的高压源在0 ~50 kV 范围内人工调节,并实现了油绝缘火花隙开关遥控放电。测试系统采用电流探头(罗氏线圈)、电压探头、数字存储示波器等设备进行电流和电压的采集,利用所测数据计算出被测防护模块的电流抑制比(SEI),从而完成对传导型防护模块的性能测试以及毁伤阈值测试。本测试系统性能稳定,可靠性高,测试数据准确可靠,目前已经在工程实践中得到了广泛应用,取得了很好的效果。     

闪电电场测量研究

分析了电场变化测量仪的时域与频域响应特征,采用系统函数研究了快、慢电场变化测量仪的响应,阐明了电场变化仪的测量结果可归结为对被测电场变化的一阶高通滤波。在此基础上,利用信号处理方法,设计了由测量结果求取被测电场原波形及不同时间常数天线间测量结果相互转换的方法。最后通过对观测资料的处理验证了该方法的可行性。该方法明确了快慢电场测量波形之间的联系,为简化雷电电场变化的测量提供了新的思路。     

自适应QAM解调及频偏估计方法研究

提出了一种新型的基于自适应滤波的QAM解调算法和频偏估计方法.以最小均方误差自适应算法(LMS)为例,讨论了采用本解调算法解调的过程及其性能.本解调算法无需自适应滤波器完成收敛,从而降低了对采样频率和处理速度的要求.仿真结果表明:本解调算法的误码率理论值与仿真结果一致性好.同时,基于本解调算法的频偏估计,能方便地给出频偏大小.     

基于输出误差模型的B-Dot传感器标定方法

B-dot传感器因其频带宽, 体积小以及良好的稳定性而广泛应用于电磁脉冲(EMP)测量。任何理论模型与实际情况之间都存在差异, 因此B-dot传感器必须在实验室环境下进行标定。针对传统的时域标定方法存在的弊端, 提出一种基于输出误差(OE)模型的频域标定方法。该方法利用单输入单输出的OE模型传递函数来表征B-dot传感器的频响特性, 然后通过部分线性回归求得传感器实际工作的频率范围的灵敏度系数。经验证, 该方法能够有效避免因阻抗突变引起的过冲或振铃现象对标定精度的影响。     

基于Model 1221的小型加速度测量系统

采用微机械传感器Model1221,通过扩展外部储存器SD卡,设计并制作了由2块直径2.3cm的电路板构成、基于LPC2132微处理器的小型加速度测量系统,并结合该系统的RS232在PC机上设计了对测量数据读取、存储和去噪的分析处理软件。为了准确掌握系统静态和动态性能,分别开展了向心加速度静态标定和冲击加速度动态对比测试,结果表明该系统在测量范围((-50～50)g)和频响范围(0～2kHz)内性能较好,同时可进行长时间存储,具有一定的应用前景。     

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲（HEMP）模拟器中脉冲电场波形（峰值电场大于50 kV/m、上升时间小于2.3 ns）,设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该D-dot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

球形光纤传输三维电场传感器

研制了一套用于小空间电磁脉冲测试的光纤传输电磁脉冲三维电场传感器。通过电磁仿真软件CST2011,研究了天线结构对被测场的影响,发现嵌入式探头与球形结构可以有效减小屏蔽壳体对电场扰动。讨论了传感器极间耦合及三维场合成误差,确定了主要设计参数。研制的三维传感器采用了屏蔽结构与偶极子天线的一体化设计,对外部电场屏蔽可达60 dB。在有界波电磁脉冲模拟器中的实验表明,传感器系统对于三维电场测量可达到设计要求,对被测电场扰动较小,极间耦合系数小于6%,三维场角度与峰值合成误差小于5%。传感器采用对称结构,满足自由空间场测量的需要。     

紫峰大厦雷电流全波测量研究

雷电流是描述闪电放电最重要的物理量,对于雷电防护相关研究意义重大,因此,雷电流测量一直是雷电研究领域的基础性工作。为了获得自然雷电流全波波形,在南京第一高楼紫峰大厦(约450 m)楼顶的避雷针处安装了一套雷电流全波测量系统,用于长期检测雷击建筑物回击电流和建筑物上行先导电流。该系统包含两套子系统,分别由雷电流传感器、数据传输系统、数据采集系统、远程控制系统构成,能够同时测量回击电流和建筑物上行先导电流,对国内特别是华东地区高塔自然雷电流研究具有重大意义。首先对所安装的雷电流测量系统进行了介绍,对测得的两组上行先导电流波形进行了全面分析,得出高建筑物上行先导电流波形的相关特征。     

电磁脉冲对微机接口电路的耦合实验研究

受EMP照射的微机系统,当EMP场强大到一定数值时,其设备接口电路上即产生过电压或过电流,从而使设备受到干扰或损伤。本文设计了一种典型的微机并行接口单片机电路实验模型,介绍了该接口电路磁脉冲耦合电压和耦合电流的测量方法,并对测得的数据进行了分析,得到了这类典型接口电路受到瞬时干扰和永久性损伤的电磁脉冲场强阈值。