射频强场电磁环境试验系统可行性研究

从高技术战争特点和我军武器装备发展需要出发,论述了建设射频强场电磁环境试验系统的必要性。从射频功率产生系统和射频场形成装置两方面,详细分析了在实验室内和野外电磁环境试验场建设射频强场电磁环境试验系统的技术可行性,计算确定了射频宽带功率放大器的技术指标,配置了辐射天线并进行了选型分析。结果表明:建设200V/m以上的射频强场电磁环境试验系统,满足武器装备电磁环境效应试验的需要具有技术可行性和经济合理性。

电磁环境效应内涵研究

概述了美军电磁环境效应研究的历史及其概念的演化过程。指出了现有文献资料在电磁环境效应概念定义中存在的问题,提出了电磁环境效应的一般概念,并对如何在狭义和广义层面上理解电磁环境效应作出了解释。

电子系统电磁辐照效应实验研究

以某复杂电子系统为研究对象，利用千兆瓦级超宽带（UWB）电磁脉冲辐射装置进行辐照效应实验，研究了在系统开门和关门状态下，系统内04、08号组合各检测点的响应以及接收天线在不同方位时02号组合检测点上的响应特性，并对响应波形进行了频谱分析。结果表明：在场强为2．0×10^4 Vim的超宽带源（上升时间0．3ns，脉宽3～4ns）辐照时，开门的情况下系统内部电路上响应的电压有的达到1．6kV，天线最佳耦合状态下系统02组合电路上响应的电压有的也达到1．6kV，可能对电磁敏感器件造成损伤；系统开门和关门两种状态下，系统响应的带宽都在0—500MHz左右，主频为70MHz左右，远离系统的工作频率。所以，该频率电磁场并不是影响系统的主要因素，但是，过高的响应电压有时会形成带外耦合，干扰系统或造成硬损伤。

电缆网络节点响应波形电磁拓扑分析及实验

采用了计算注入干扰下电缆网络节点响应波形的时域电磁拓扑求解方法。在传输线SPICE模型和电缆网络节点SPICE模型的基础上,通过SPICE软件求解电缆网络时域响应波形,该方法可以简化传输线网络时域响应波形求解的过程。为验证方法的有效性,建立简单的传输线网络,并将传输线网络转换成SPICE网络,通过SPICE模拟计算处在注入干扰下各电磁网络节点处的电磁响应波形,利用方波噪声源进行实验,对两个选定网络进行脉冲注入。实验表明,所述方法与实测数据有较好的一致性,当传输线均匀时,影响传输线网络响应波形的因素主要有:(1)传输线中的时延;(2)传输线网络节点上的反射。

北斗接收机强电磁脉冲前门耦合仿真研究

针对北斗接收机易受高功率微波干扰问题,采用圆极化贴片天线为辐照对象,基于CST(computer simulation technology)微波工作室和ADS(advanced design system)2种软件的联合仿真方法,将天线辐照产生的感应电动势注入接收机射频前端电路,并设置节点监测电路参数。仿真实验分析了窄带和超宽带高功率微波对导航接收机辐照的前门耦合过程,结果表明,超宽带电磁脉冲可以引起北斗接收机二级低噪声放大器晶体管烧毁,窄带电磁脉冲会造成前端限幅二极管击穿,造成导航系统无法工作。研究确定了接收机电路的易损部件,为北斗导航接收机的电磁防护设计提供了依据,研究方法也可为其他电磁脉冲前门耦合效应仿真实验提供参考。

认知电磁环境适应理论与方法研究

随着电磁环境的日益复杂,射频、电子设备不适应复杂电磁环境的问题越加突显。针对目前提高设备复杂电磁环境适应能力方法的不足,将正在蓬勃发展的人工智能方法适当地引入复杂电磁环境效应领域,首次提出了认知电磁环境适应这一概念。认知电磁环境适应,立足于射频、电子设备复杂电磁环境效应和机理分析,以人工智能学习算法为途径,以软件化的设备为平台,以解决传统电磁兼容与防护方法的不完备、实时性差、无法适应复杂电磁环境等问题为目的。简述认知电磁环境适应方法所涉及技术的背景,同时建立比较清晰的理论体系与方法框架。

静电放电电磁脉冲能量耦合的系统辨识建模

为解决工程应用中电磁脉冲响应仿真计算过于复杂的问题,提出一种基于系统辨识的ESDEMP能量耦合建模方法,选择人体模型和人体-金属模型作为模拟器电路,设计了不同ESDEMP对半圆环天线的耦合实验,将能量耦合通道作为黑箱系统,ESD放电电流和半圆环天线耦合电压作为系统的输入和输出信号,针对人体-金属模型放电测试数据,基于输出误差模型辨识方法,得到了9阶能量耦合传递函数。通过人体模型实验数据对该模型进行验证,结果表明理论预测结果与实测数据拟合度为79.53%。该方法计算简便,也适用于其它电磁脉冲效应仿真研究。

混响室发射天线位置优化仿真及实验

为提高混响室测试区域的场均匀性,在分析发射天线影响场均匀性原理基础上,采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKO对混响室仿真模型进行数值计算,通过与遗传算法相结合研究了混响室发射天线的位置对测试区域场均匀性的影响,得到了优化后发射天线位置及相应的表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值。优化后,测试区域场均匀性较优化前有所改善,并通过实验验证了该优化仿真方法的正确性。

典型传输线网络对电磁脉冲的响应规律研究

针对关于电磁脉冲对各种低压传输网络及其重要电子终端设备的传导耦合规律、效应评估和损伤机理的研究较少,更缺乏有效防护措施的现状,运用电磁拓扑理论中的BLT方程进行了传输线网络对电磁脉冲响应规律的研究。首先进行了理论分析,在对传输线网络进行瞬态响应求解时,改进了以往利用繁琐的Fourier变换和反变换的计算方法,采用频域上的BLT方程求出传递函数,并结合时域上的卷积进行求解,缩短了计算时间、提高了计算结果的准确性。为了验证此方法的有效性,利用同轴线建立典型传输线网络,以方波为注入源进行了实验,实验测试结果与计算仿真结果基本一致。

飞行器表面材料沉积静电成因分析及模拟试验

飞行器在飞行过程中会因空间电荷的感应或与空间粒子的摩擦等原因在其表面形成静电积累,为有效减小其对飞行器的影响,分析了飞行器表面材料沉积静电成因,总结了要实现表面材料沉积起电地面模拟需要解决的问题,提出了飞行器表面材料沉积起电地面模拟试验平台,较好地解决了试样高速摩擦、试验平台对地绝缘、静电电位测试方法、环境控制等问题。利用该平台开展了某型飞行器表面材料沉积起电模拟试验,研究了沉积起电电量随时间、转速和湿度的变化规律。试验结果表明:被测表面材料在空气中高速运动后带正电,周围空气介质带负电;旋转速度越高,则静电电荷量越大,并且电荷量最大值随转速的增大而急剧增大;起电电位的最大值随相对湿度的增加而减小。

常用静电测量技术及其特点

在介绍静电主要参数的基础上,说明了静电电位、静电电荷量和静电感度的测量方法,并对各种测量方法的特点和适用范围作了简要介绍。

材料电磁脉冲屏蔽效能研究进展

首先总结了国外电磁脉冲的研究现状及屏蔽效能的测试方法,并分析了国内电磁脉冲屏蔽效能的测试方法及根据频域测量结果估计时域响应研究进展,然后介绍了屏蔽效能频域和时域表征方法,特别是近几年来电磁脉冲屏蔽效能的表征方法,最后指出了当前电磁脉冲屏蔽效能研究中需解决的问题及今后研究方向,对电磁脉冲作用下材料屏蔽效能的研究具有指导意义。

电晕放电电磁辐射信号的双谱估计与时频分析

研究电晕放电辐射信号的时频特性，对于电气设备的故障诊断、在线监测以及辐射源定位等都有重要意义。笔者利用Hinich法和ADF法对电晕放电电磁辐射信号的高斯性、线性和平稳性进行了定量分析和检验，结果显示此类信号具有非高斯性、非线性和非平稳性。在此基础上，通过双谱估计和时频分析方法研究了电晕放电辐射信号的时频域特征，结果表明：放电辐射信号的持续时间较短，其频率主要分布在较高频段，分布范围较宽，能量主要集中在400～800MHz范围内，与背景噪声信号的时频域特征有明显区别．有利于对信号进行特征提取和目标识别。

电子设备高功率电磁辐照效应

用GW级超宽带电磁脉冲辐射装置实验研究了某电子系统的辐照效应,分析了开、关门状态下设备内04、08号分系统各检测点及接收天线在不同方位时02号分系统检测点上的响应特性,结果表明:在场强E=20kV/m的超宽带源(上升时间0.3ns,脉宽3～4ns)辐照时,开门时电路上及天线最佳耦合状态下设备02分系统电路上的响应的电压均可达1.6kV;开、关门时设备响应的带宽均为0～500MHz,主频约70MHz。

LSSVR在电子设备电磁脉冲场耦合建模中的应用

针对现有机理建模算法普遍存在计算过程复杂的问题,研究了最小二乘支持向量回归机在电子设备电磁脉冲场耦合建模中的应用。先利用稳压电源在吉赫兹横电磁波室内对矩形脉冲场感应得到的耦合电压数据,对电磁脉冲能量耦合传递函数进行最小二乘支持向量回归机建模,并基于模拟退火算法、遗传算法2种典型算法对模型进行了参数优化,再运用建立的模型对耦合电压进行了仿真预测。通过对比表征模型回归能力的拟合度、均方误差2个重要参数证明,利用模拟退火算法优化的最小二乘支持向量回归机,建立的矩形脉冲场耦合模型与实际数据的拟合度更高,均方误差更小,而计算过程得到了简化,是一种简便有效的工程仿真建模手段。

静电放电电磁脉冲耦合的非线性优化建模

针对现有机理建模算法普遍存在计算电磁脉冲响应过程过于复杂的问题,为能够给电子设备静电放电电磁脉冲响应计算提供一种简便有效的能量耦合建模方法,设计了脉冲场强测试仪的静电放电辐射实验。用NARX神经网络代替传统NARX网络,依靠遗传算法对网络的初始权值、阈值进行优化,以3.5 kV静电放电实验数据作为建模数据对系统进行非线性辨识,并对4.5 kV静电放电电磁脉冲响应进行预测。建模结果表明,两种模型均能准确预测响应波形,但优化后的NARX神经网络模型精度更高。该建模方法计算过程简单。该方法同样适用于其他电磁脉冲响应建模。

电子系统电磁损伤评估方法研究

为对电子系统进行电磁损伤评估,运用统计分析的方法,对独立的电磁损伤模式定义了一个电磁安全域模型,建立了电磁环境生存概率的均值和方差的计算方法,得到了系统生存概率模型。对电子系统进行了电磁辐照效应和注入损伤实验,将实验结果与理论评估结果进行比较,证明了该评估方法是可行的。

超宽带辐照对飞行器干扰效应实验研究

针对飞行器在复杂电磁环境下难以进行工作效能分析的问题,进行了某飞行器机体和控制导线在超宽带高功率微波(UW S-HPM)辐照下的效应及耦合实验研究.利用回输信号模拟器使实验具有重复性;采用改变控制导线的长度、辐照方位、辐照部位等措施,使实验具有普适性.研究结果表明:飞行器在超过25 kV/m场强的UW S-HPM辐照下,会受到干扰并使其坠毁;干扰能量的耦合机理是电磁脉冲通过控制导线进入控制箱,并影响控制指令的形成.在实验基础上,分析了干扰耦合与各种因素的关系,从而为装备电磁防护提供了理论依据.

纯氧环境下纯棉织物的静电放电引燃性

织物的引燃性能在不同环境下会有所不同,纯氧环境中较小能量的静电放电可能使织物燃烧而引起火灾。为研究织物的防静电性能,设计了高压纯氧环境静电引燃性测试装置,并测试性研究了纯氧环境下的静电放电的引燃性,分析了纯棉织物静电放电引燃性测试中的影响因素—氧气压力和编制工艺。3种纯棉织物引燃性的对比得出最易点燃的纯棉制品为纯棉手套,采用Bruceton法求得的纯棉手套在纯氧环境下最小点火能为106.4mJ。实验研究得出的结果是织物的静电放电引燃性最低能量—最小点火能随氧气压力的升高而降低且与织物的辅助材料密切相关。

一种电子设备电磁脉冲响应预测新方法

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响应预测新方法,使用开关电源进行雷击浪涌注入实验,并记录不同注入电压下的输入输出数据。依据系统辨识理论选用ARX模型对开关电源进行建模,并利用最小二乘算法对模型参数进行辨识。通过所建模型预测不同幅值浪涌激励的响应并与实验结果对比,发现该模型能准确预测脉冲响应,验证了系统辨识建模的有效性,并且计算过程得到简化,为电磁防护工程应用提供新的参考方法。