基于耦合电流信号超范数的电磁脉冲多端口效应评估方法与流程

本发明属于电磁脉冲测量与效应技术领域，涉及用于评估电磁脉冲对多端口的效应的耦合电流信号超范数的计算方法。

背景技术：

电磁脉冲可以对网线端口等多导体线缆的电气端口产生毁伤效应，目前在电磁脉冲对多导体线缆电气端口的注入效应评估试验中，对端口上耦合电流信号的测量主要有两种方法，一种是测多导体线缆上的共模电流，一种是测其中一根线缆上的对地电流。而且通常仅采用所测电流的幅值，来定量表征注入电磁脉冲的强度。

实际上，对于含有多根线缆的电气端口，可能共模电流很小，但线与线间的差模电流很大，仍然可以造成多端口的毁伤效应；仅监测某一根线缆上的电流也存在同样的问题，可能选择监测的信号很小，但多端口由于其它线缆上耦合电流的作用而发生毁伤效应。故仅测量多端口上共模电流或某一根线缆上耦合电流的评估方法，不能全面反应多导体线缆端口上电磁脉冲注入效应的物理本质。另一方面，可能耦合电流的幅值很小，但积分能量特别大，仍然可以造成多端口的损伤；或者电流的前沿变化率特别大，可以对端口内部的电感性器件产生毁伤效应。所以，仅用耦合电流的幅值无法对效应物的电磁脉冲注入强度进行评估。

因此本专利提出对多端口上的耦合电流进行全面的测量，更重要的是，提出了有具体物理意义且便于使用的指标，能够定量的评价多个电流波形对端口的综合效应。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于耦合电流信号超范数的电磁脉冲多端口效应评估方法，采用多导体线缆端口上耦合电流信号的1超范数、2超范数和∞超范数对电磁效应进行评估，该发明可以为多端口的电磁脉冲效应试验提供一种全面、简便、实用的评价指标。

本发明的技术方案如下：

基于耦合电流信号超范数的电磁脉冲电气多端口效应评估方法，包括以下步骤：

[1]利用多维范数探测器与电流环测量效应物n个电气端口上的耦合电流信号i1[j],i2[j],...,in[j],j＝1...n；

[2]分别对测得的n个电流信号求取1范数||ii(t)||1、2范数||ii(t)||2和∞范数||ii(t)||∞，计算公式如下：

并将上述范数列为向量的形式，得到1、2和∞范数的向量(||ii(t)||1)i,(||ii(t)||2)i,(||ii(t)||∞)i，其中i＝1…n，小括号表示向量；

[3]对步骤[2]获取的范数的向量再求相应的范数，得到n个电气端口上耦合电流信号的1、2和∞超范数：||(ii(t))i＝1...n||1，||(ii(t))i＝1...n||2，||(ii(t))i＝1...n||∞，计算公式为：

[4]利用各种不同波形的电磁脉冲对效应物进行注入试验，测量n个电气端口上的电流信号，并分别计算步骤[3]中的三种超范数，当三个超范数均小于端口的阈值时，则认为效应物可承受该电磁脉冲的注入作用。

上述基于耦合电流信号超范数的电磁脉冲多端口效应评估方法中，效应物为网线端口。

本发明采用多维范数探测器与电流环测量得到包含效应物电气多端口上的电流信号，并计算得到了1超范数、2超范数和∞超范数，这三个用超范数代表的指标具有不同的物理意义，其中1超范数代表整流冲击携带总电荷数，可造成电荷转移器件等半导体器件的损坏；2超范数代表电磁脉冲作用在多端口上的能量，可以造成器件过热，引起烧毁击穿；∞超范数代表耦合电流信号的峰值，可以造成电介质击穿和绝缘损坏。这种评估方案将电气端口电磁辐照下可能的损坏效应均进行了包括，具有全面、安全、可靠的特点。

附图说明

图1为本发明在n根导体线缆电气端口上的电流信号测量原理图；

图2为本发明电磁脉冲电气多端口效应评估方法流程图。

图中：1—n端电气端口；2—多维范数探测器；3—电流环。

具体实施方式

范数常用来定量描述电磁波形的特征，如峰值、能量、整流积分值等，范数提供了一种统一的数学形式，来表述电磁脉冲的敏感参数。对于函数或波形f(x)，其范数||f(x)||是满足以下三个条件的正实数：

1)非负性：||f(x)||≥0，||f(x)||＝0当且仅当f(x)≡0；

2)线性性：||α·f(x)||＝|α|·||f(x)||，其中α为标量；

3)三角不等式：||f1(x)+f2(x)||≤||f1(x)||+||f2(x)||。

对于时域脉冲波形f(x)，通常所用的p范数可以表示为：

本专利提出一种基于多端口上耦合电流信号超范数的电磁脉冲效应评估方法，分别计算多导体线缆端口上耦合电流信号的1超范数、2超范数和∞超范数，利用这三个标量来综合反应电磁脉冲对多导体线缆端口的辐照效应。

如图1和图2所示，首先利用多维范数探测器与电流环测量得到包含n个导体线缆的电气端口上的n个电流信号数字采样序列：i1[j],i2[j],...,in[j],j＝1...n。图1中1为n端电气端口，2为多维范数探测器；3为电流环。

其次，分别对测得的n个电流信号求取1范数、2范数和∞范数，计算公式如下：

其中i＝1…n，于是得到了n个线缆的电气端口上范数的向量，其中δt是测量系统的采样时间，1范数代表电流信号的整流积分值；2范数代表平方积分值，对应电流信号的能量；∞范数代表电流信号的最大值。再将上述范数列为向量的形式，得到1、2和∞范数的向量(||ii(t)||1)i,(||ii(t)||2)i,(||ii(t)||∞)i，其中i＝1…n，小括号表示向量。

以上得到的是单个耦合电流信号的范数，仅可以表征单个电流信号的效应；为得到线缆上所有耦合电流对多端口的综合效应，对以上得到范数的向量再求相应的范数，得n导体线缆的电气端口上耦合电流信号的超范数：

于是n个耦合电流信号对含有n条线缆的多端口的效应，可以用三个标量，即1、2和∞超范数来表征。这三个用超范数代表的指标具有具体的物理意义，其中1超范数是端口上所有电流整流积分的总和，由电流的定义可知1超范数实际是端口上整流冲击携带总电荷数，可造成电荷转移器件等半导体器件的损坏；2超范数是端口上各个电流的均方根再取均方根，由于电流的均方根实际上与端口耦合能量成比例，所以2超范数可以代表电磁脉冲在多端口上耦合能量的作用，可以造成器件过热，引起烧毁击穿；根据∞范数的定义，可知∞超范数实际代表端口上所有耦合电流信号的最大值，可以造成端口内器件电介质击穿和绝缘损坏。

利用各种不同波形的电磁脉冲对效应物进行注入试验，测量n个电气端口上的电流信号，并分别计算上述步骤中的三种超范数。单独考虑一种超范数，以多端口不发生效应的最大值作为该种超范数的阈值，就得到了针对三种超范数的三个阈值。则该多端口的电磁脉冲注入效应可以用耦合电流信号的三种超范数及其阈值来评估，当三个超范数均小于端口的阈值时，则认为效应物可承受该电磁脉冲的注入作用，在此辐照效应时，效应物没有损坏。

在实际操作中可以利用商业数据处理软件如matlab，根据本发明给出的计算方法编制相应的计算程序。首先对目标系统进行电磁脉冲试验，利用多通道范数探测器获得n导体线缆端口上的耦合的n个电流信号。然后将测量得到的耦合电流信号数字采样序列导入计算机中，计算得到n导体线缆端口上耦合电流信号的超范数。最后再根据本发明的判断准则对效应物承受电磁脉冲的辐照能力进行评估。