电力系统高空电磁脉冲效应研究综述

国内外学者针对电力系统的高空电磁脉冲效应和易损性评估开展了大量研究,期望获得高空电磁脉冲环境下电力系统的生存能力底数,提高电力系统应对极端电磁环境的运行可靠性。综合国内外研究现状,介绍了高空电磁脉冲环境对电力系统的主要威胁特征,从试验方法和平台、关键节点仿真计算及效应阈值试验3个方面总结了电力系统关键设备电磁脉冲效应研究进展,阐述了现阶段易损性评估方法与电力系统高空电磁脉冲防御策略的主要特点。最后总结了目前研究中存在的问题,探讨了未来研究的主要方向。

基于Weibull分布的小子样电磁脉冲效应试验与评估

为了解决电磁脉冲易损性试验周期长、费用高的问题,需要采用较少试件在小子样条件下对系统的抗电磁脉冲能力做出较为准确的评判,同时明确小子样数目的选取。以火工品电磁脉冲易损性评估为目的,通过采用三参数威布尔估计方法,深入探讨了起爆管电路和控制继电器损伤、干扰失效的威布尔估计及样本数目的选取问题。采用相关系数估计法,得到大样本情况下失效密度函数参数,并用K-S方法对所得标准曲线进行了拟合优度检验。参照威布尔分布模型,检验和评估了小子样建模结果,得出了小子样条件下回归方程拟合精度和小子样试验数目,证明所得结果能够满足实际工程需要。

有尾焰动力飞行体电磁脉冲效应数值分析

利用时域有限差分方法分析了动力段飞行体的等离子体高温尾焰对飞行体电磁脉冲效应的影响。计算结果表明：尾焰的存在极大地改变了飞行体蒙皮上感应电流密度的波形及分布；带尾焰飞行体感应皮电流密度不同于无尾焰时的情况；飞行体蒙皮感应电流密度的波形为衰减振铃信号波形。

一种用于电磁脉冲效应实验的计算机系统

设计了一种专门用来进行电磁脉冲效应实验的计算机系统。介绍了该系统的结构及工作原理。提出了故障重现的概念,分析了故障重现的实现方法。将该计算机系统用于电磁脉冲效应实验,观察到了多种故障现象,测出了故障阈值。实践表明,该系统是计算机电磁脉冲效应实验的有力工具。

一种适用性广的线缆电磁脉冲效应计算方法

为获得能用于多种电磁脉冲作用下长线缆电磁脉冲效应计算的方法,基于Agrawal和Vance模型,该文推导了适用性较广的场线耦合效应计算方法。利用编写的Matlab程序,计算了长度参数改变条件下的线缆HEMP(核电磁脉冲)效应。计算显示,短线缆效应计算结果与FDTD法结果是一致的,这证明了推导算式的正确性;推导的算式能有效用于长线缆效应计算。由计算过程可知,所获方法也能用于小线径及不同种类电磁脉冲作用下的线缆电磁脉冲效应计算。

无人机GPS接收机超宽谱电磁脉冲效应与试验分析

基于无人机GPS接收机干扰容限,分析了GPS超宽谱强电磁脉冲效应机理,开展了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰机对典型微型无人机的效应试验,测试分析了在不同位置、不同高度、不同状态、不同飞行模式下无人机GPS接收机的高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰效应。试验结果表明,高重复频率超宽谱电磁脉冲对无人机GPS、图传系统、下视传感器均有不同程度的干扰作用,导致无人机无法正常起飞、失控等异常现象,验证了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰GPS接收机的可行性。

双极型电压比较器的强电磁脉冲效应

基于大电流注入法(BCI),利用瞬态脉冲产生器模拟强电磁脉冲在双极型电压比较器中产生的耦合电流,观测到输出信号在注入瞬态大电流后的波形变化,包括占空比变化及脉冲衍生等。从基本电路原理方面分析了实验现象的产生机理,以及注入电流幅值、电路偏置等因素对双极型电压比较器强电磁脉冲效应的影响。

面向超短波接收机射频前端的电磁脉冲效应仿真与效应分级方法

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器(LNA)电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model),并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力;为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力,以标准电磁脉冲波形作为激励,以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道,在不同强度电磁脉冲作用下,接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程,说明了建模方法的有效性;最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标,分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。

无人机收发信机快沿电磁脉冲效应研究

为了探究快沿电磁脉冲(FRTEMP)对无人机收发信机的损伤效应,以某型无人机收发信机为研究对象,通过快沿双指数脉冲Marx源与GTEM室模拟产生快沿电磁脉冲对收发信机进行辐照实验。以收发信机是否损坏无法工作为收发信机是否受到电磁脉冲损伤的判别依据,同时进一步检测收发信机内部电路具体损坏器件。实验结果表明,快沿电磁脉冲能够造成无人机收发信机损坏,得到了导致无人机收发信机损坏的快沿电磁脉冲场强阈值。对损坏的无人机收发信机进行机理分析和检测,结果表明,本振电路损坏导致收发信机无法输出工作信号,而锁相环是导致本振无法工作的的关键原因,通过定位到具体受损器件可以进行进一步脉冲防护工作以及为易损器件加装防护提供基础。

优化Hammerstein模型的电磁脉冲效应建模仿真

针对采用Hammerstein模型描述电磁脉冲效应时模型参数确定困难的问题,提出一种基于优化Hammerstein模型的非线性电磁脉冲效应建模仿真方法。该方法利用高阶累积量求解模型线性延迟阶数,采用赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)优化模型非线性阶次,两者共同确定出一个参数最少、精度较高的最优模型,并以瞬态抑制器的电磁脉冲效应建模为例验证了该方法。

系统电磁脉冲效应摸底试验初探

目的研究武器装备系统的电磁脉冲效应。方法采用系统理论计算和部件摸底试验相结合的方法,以某装备的信息处理模块为测试对象,开展电磁脉冲近场辐照和电流注入试验,通过改变场强、注入电流等试验条件,探讨电磁脉冲对该模块的电磁效应。结果得出了工作状态下该模块的电磁脉冲干扰效应试验数据,该模块在310 V/m的辐照场强或电缆耦合电流为4.3-6.4 A时会出现敏感状态,多次测试时百分之百敏感阈值略高。结论对部件开展近场辐照和电流注入的电磁脉冲摸底试验方法可行,为进一步研究系统装备电子部件的电子脉冲效应提供了借鉴。

工控机的电磁脉冲效应

针对某工控机系统进行了电磁脉冲辐照效应试验。该工控机包括主机、键盘、鼠标、液晶显示器及相关电源和通信、控制线缆。电磁脉冲模拟设备采用PTEM-180模拟器，产生的电磁脉冲前沿约6ns，半宽度约300ns。

GPS接收机超宽带电磁脉冲效应

GPS是现代高技术武器的眼睛之一，它能够为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、测速和时间基准，可以满足军事部门对海上、陆地和空中运载体进行高精度导航和定位的要求。GPS已经大量用于导弹制导和军用飞机导航，使用GPS或GPS／INS联合制导已经成为导弹制导的最好选择之一。然而，GPS的导航、定位和授时功能都是通过GPS接收机来完成的，如果GPS接收机不能正常的工作，GPS将失去它应有的作用。

无线通信系统和网络的强电磁脉冲作用效应

面对高频段人造强电磁脉冲的威胁,无线通信射频器件和模块表现出易受损、易干扰的缺陷,为提升无线通信系统和网络的电磁兼容性并有针对性地对其进行电磁防护,需系统地掌握强电磁脉冲对无线通信系统和网络的作用效应。目前,此效应的研究主要集中在器件和模块层面,在系统级和网络级方面仍存在很多空白领域,需要开展探索性研究以阐明内在的影响规律和物理机制。文章从无线通信系统的角度,介绍了国内外无线通信射频器件、模块、系统以及无线通信网络的电磁脉冲效应研究的相关成果,并对潜在的研究方向进行了思考和展望。

高空核爆电磁脉冲晚期效应对变压器的影响

高空核爆电磁脉冲晚期效应(即E3效应)产生的直流偏磁严重影响电力设备的正常运行,甚至导致供电系统瘫痪。针对此现象,本文模拟高空核爆电磁脉冲晚期环境,建立变压器模型,开展直流偏磁对变压器影响的综合分析,包括变压器内部的振动位移、变压器声压级以及变压器内部铁芯的温度增长等。仿真结果表明,随着高空核爆电磁脉冲E3效应在变压器引入的电流增大,变压器铁芯产生的位移、噪声声压级、铁芯温升快速增大,且值极有可能超过变压器的相关阈值,从而对变压器造成损坏。本文可为变压器的安全运行提供理论支撑。

基于干扰序列图的无人机定位系统电磁效应分析

无人机定位系统是无人机与外部环境进行信息交互的重要核心模块,同时也为电磁干扰信号提供了耦合路径。围绕无人机定位系统电磁效应分析展开研究,关注未采取电磁加固措施的消费级无人机,基于无人机定位系统内部结构,建立了无人机定位系统的干扰序列图,进而推导出无人机定位系统各模块的瞬态响应函数,基于干扰序列图构建了无人机定位系统物理模型,开展了定位系统电磁效应场路联合分析,仿真分析了定位系统及其敏感单元磁场强度H和磁感应强度B的分布与规律,得到了无人机定位系统的电磁效应分布特征与电磁薄弱环节。仿真结果表明:无人机定位系统电磁薄弱环节在芯片线路连接点处,且随着电磁脉冲干扰时间的增加,电磁效应持续累积且呈现趋势一致的震荡效应。

封装结构强电磁脉冲多物理效应并行计算程序研制

介绍了自主研发的强电磁脉冲多物理效应并行计算程序JEMS-CDS-System的情况,该程序采用时域有限元方法,基于JAUMIN并行自适应结构网格支撑框架研制,并行效能高,可扩展性强,且支持动态负载平衡。通过算例测试表明,该程序对于键合线的电-热-应力失效过程的最高温度与范式等效应力计算结果与COMSOL软件计算结果吻合较好;SiP功率放大模块的热-应力耦合天河2高性能计算平台并行计算结果表明,该程序在CPU1024核时,具有38.1%并行效率。

高空核电磁脉冲晚期效应对电网稳定性影响的研究

为分析高空核爆晚期效应对电力系统的影响,本文研究了高空核电磁脉冲晚期效应对电力系统稳定性影响。根据高空核爆晚期效应感应电流对电网元件的影响,建立了电网等效模型,得到了线路等效电压源,并计算了高空核爆炸晚期效应在电网上的感应电流,然后对晚期效应感应电流水平做出了评估,最后从断路器、自耦变压器两个方面分别考虑了偏磁对电网稳定性的影响因素。

电磁脉冲与电路之间能量耦合辨识建模方法

针对现有机理建模算法普遍存在计算电磁脉冲过于复杂的问题,探索基于实验统计的电磁脉冲效应仿真新方法,利用系统辨识,对以集成稳压电源电路为实验对象的电磁脉冲能量耦合建模进行了研究.由标准信号发生器产生的阶跃信号和方波信号作为激励,基于最小二乘法的OE(output error)模型对能量耦合传递函数进行建模,并用不同幅度的激励及其响应实测数据验证辨识所得模型的预测能力.结果表明,所得模型能较好地预测出响应波形,阶跃信号波形拟合度分别为90.1%,78.7%,76.0%,方波信号拟合度为61.4%.证实了利用系统辨识对电磁脉冲响应建模的正确性.

射频前端强电磁脉冲防护研究进展

未来战争条件下,人为产生的强电磁环境的攻击对通信系统构成了重大威胁,其射频前端电路在强电磁脉冲环境条件下,极易出现性能降级和损毁,导致通信系统工作异常甚至完全失效.因此,研究强电磁环境效应以及强电磁脉冲防护理论与方法,对于提高通信装备在强电磁环境下的生存能力具有重要的意义.文中阐述和分析了射频前端强电磁脉冲防护的的研究内容,并围绕电磁脉冲效应研究、电磁脉冲防护技术研究、电磁脉冲防护标准与效能评估这3个基本内容,从理论分析、建模仿真和实验评价等角度对现阶段国内外开展的电磁脉冲防护研究工作进行了概述和分析,并对射频前端强电磁防护的研究方向和研究重点进行了展望.