基于子空间法的电磁脉冲波特征参数辨识

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1、基于子空间法的电磁脉冲波特征参数辨识第1章绪论1.1研究的意义及背景起初，关于电磁脉冲在实际生产、生活中对电子产品的干扰破坏影响方面，学者根据理论依据，通过大量实验验证，总结出关于电磁脉冲的新研究方法，这对于更深入的理解这一瞬态现象更为重要，同时将瞬态电磁场应用于军事导航领域，如遥感与目标识别等。近20年来，应用于雷达与导航中的电磁脉冲波，频带宽度要求在纳秒量级，较为严格的需满足亚纳秒量级，因而对于电磁脉冲在通信传输过程中所体现的瞬态特性的相关研究也是十分必要的。随着各国航天事业的不断发展，宇宙中存在射线对宇宙飞船等航天专用器件的影响也成为科学家研究的重点。由此可见

2、，关于电磁场所存在瞬态现象的理论研究迫在眉睫。现阶段电磁脉冲对电子器件的干扰影响研究主要依托于电磁脉冲模拟器作为其实验平台，而模拟器性能、产生磁场情况都直接影响所形成电磁脉冲波的上升时间快慢及振荡干扰情况，反之，就可通过实测瞬态脉冲数据对所设计模拟器的性能进行评估分析，便于设计过程中的理论分析，对于研制相关模拟器软件，模拟在任意能源放电时所产生的瞬态脉冲波，同时对于研究电磁兼容可靠性分析提供理论基础。对于电磁脉冲波的研究也就归结于对瞬态电磁学的研究。自20世纪60年代开始，就已经开始了这方面的探讨，然而受到计算技术发展缓慢的限制，数值计算方法求解实现困难，因而此时瞬

3、态电磁学的发展也较为缓慢。随着高速计算机的发展，以及学术界提出了高效的数值计算方法，在20世纪70至80年代，整个学科得到了迅速的发展。关于瞬态电磁场的计算一直都是国内外该学术领域内较为重视的部分，主要的计算方法有[1]：解析方法与数值方法。由于解析法的应用范围较窄，解析时对于技巧的要求较高，同时结果具有较明确的实际物理意义，解析方法一般应用于理论推导方面。.1.2电磁脉冲模拟器电磁脉冲模拟器作为瞬时交变电场和磁场相互耦合作用而产生的一种瞬态变化波的相关特征参数提取的主要研究平台，在脉冲源的作用下经过电磁场形成区，形成这一瞬态变化波；而电磁脉冲波的特征变化决定模拟器

4、参数设计，二者相辅相成。长久以来，学者对于探讨、研究高能的电磁波从未停止，正是由于EMP模拟器的研制，打破了这一研究瓶颈，将其作为发生器，产生电磁脉冲波，这对于高能核磁技术研究有着重要的理论与实际的意义。模拟器可以通过产生电磁脉冲来检测电子产品抗干扰能力[2,3]，对于提高器件性能有重要影响。正是出于了解电子元器件的抗干扰机制，从而设计出有效防止干扰的器件，这对于今后的电子系统百利而无一害[4]。对于现如今较为复杂的电磁环境，军事强国早将EMP模拟器作为研发重点，对研制抗击电磁干扰的武器装备愈发重要。起初EMP模拟器被分为需要介质存在的传播或是需要靠辐射产生的传播两

5、种形式，还有被按照电场强度进行归纳分为威胁与次威胁两种模拟器。模拟器的主要功能便是模拟各种情况下所产生的电磁环境，包括源区内外部、高空核磁爆炸(High-AltitudeElectromagicPulse,HEMP)、地面附近爆炸等环境，随着电子、电磁学理论的不断拓宽延伸，Baum依据模拟环境不同，对模拟器进行分类[5]。EMP模拟器主要是用于模拟高空爆炸源内部所产生的空间电磁环境，常用于电磁兼容(Electromagicpatibility,EMC)较为敏感的飞机、船舱及其他电子设备或电子系统抗干扰测试中。高能电压发生装置激励作用下，经平面传导面(一般为两个)，在

6、磁场形成区产生并传播(TransverseElectromagic,TEM)波，形成区即为工作区，被测对象放置区域。模拟HEMP形式脉冲波，双指数这类函数所描述形式即为所模拟波形变化趋势。如果脉冲源具有足够能量，导波模拟器可产生上升时间为亚纳秒级脉冲。模拟器阻抗与场分布可以通过均匀场概念来计算。2002年国际电工委员会(IEC)发布了一个纲要，介绍了模拟器的功能、特征、实例，共描述了42种类型模拟器、14个国家研究的数据记录[6]。第2章电磁脉冲模拟器研究2.1电磁脉冲模拟器结构组成EMP模拟器可应用范围较广，模拟器种类受实验目的、模拟磁场环境的制约，形态与尺寸并不

7、唯一。但这些模拟器均是由产生能量的脉冲源、电磁场形成区这两部分构成。脉冲源可产生单次或连续的高电压脉冲，通常所产生电压峰值在千伏以上，有些高达上万伏。电磁场形成区装置为金属结构，可以在待测器件立体空间内形成脉冲电磁场，电场形成区的几何形状是根据磁场空间内产生电流的流动方向以及分布情况所设计，形态多样化，一般有平板形式、与地面呈倒立状锥体式、脱离地面悬于空中的双锥偶极子、扇面式等形态。本文实验所需搭建的模拟器是以脉冲功率源作为直接激励，而产生电压幅值较高的脉冲，来获得带宽较宽的电磁辐射作为输出，也就是导播模拟器，这种模拟器所模拟出的电磁空间环境是高空核磁爆炸所产生