[发明专利]一种基于多项式混沌展开的高空电磁脉冲场线耦合不确定度获取方法

说明书

本发明提供一种基于多项式混沌展开的高空电磁脉冲场线耦合不确定度获取方法。该方法包括以下步骤：(1)创建高空电磁脉冲下传输线场线耦合模型，确定相关输入参数；(2)根据用户设定的不确定性变量及其服从的统计特性分布类型，根据需要进行统一化转换并使用相对应的多项式基，对耦合的随机响应进行多项式混沌展开；(3)根据不同多项式的类型，通过相应形式的高斯积分获得各多项式的系数，得到高空电磁脉冲场线耦合响应的解析表达式；(4)根据各多项式的系数和不确定性变量的分布类型，得出高空电磁脉冲场线耦合响应的统计特性参数、运用蒙特卡洛法得到波动范围以及概率密度分布函数和累积概率分布函数。

技术领域

本发明设计的高空电磁脉冲场线耦合不确定度计算，是高空电磁脉冲效应评估及设备抗电磁脉冲效应评估的重要组成部分，同时在电磁兼容、电网系统安全等领域也能发挥重要作用。

背景技术

高空电磁脉冲下传输线的场线耦合过程具有着分布区域广、影响变量多等特点，其对武器电子系统和国家基础设施造成干扰或损伤，欧美等早期拥有核武器的国家早自20世纪50年代起便开始关注并研究此问题，目前已经制定系列化的军用及民用标准。

国际标准IEC61000‐2‐10中规定了典型长线结构的HEMP感应电流波形，但是在试验实施过程中，从脉冲源到设备端口的耦合电流，因耦合装置、线缆结构和端口阻抗等不确定因素，将发生畸变，即实际注入到设备端口的电流并不是严格的标准波形。这导致传导试验数据的有效性大大降低。为了克服该难题，国际上有学者对耦合试验平台做精细的电路建模，以精确控制平台中的每一个组件参数，获得期望的端口电流。这是目前核电磁脉冲效应试验所主要采用的基于确定性方法。

然而在实际的效应中，环境电磁场、电子系统、耦合等物理过程包含大量不确定性因素^[1]。通常采用蒙特卡洛数值模拟法获取由于这些不确定性因素导致场线耦合响应的不确定度；然而由于随着不确定性因素数量的增加，其计算量也飞速增长，必须寻求一种高效的不确定度获取方法使得效应评估工作的效率得以提升。

引证文件：

[1]W.A.Radasky,etc.Modeling of an EMP conducted environment.IEEETransactions on Electromagnetic Compatibility,Vol.38,No.3,Aug 1996.

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于多项式混沌展开的高空电磁脉冲场线耦合不确定度获取方法，可大幅度减少获取高空电磁脉冲下传输线场线耦合不确定度所需的计算量，结果精确度高，效率突出，更加符合相关专业评估工作的需求。

本发明的方案如下：

该基于多项式混沌展开的高空电磁脉冲场线耦合不确定度获取方法，包括以下步骤：

(1)创建高空电磁脉冲下传输线场线耦合模型，确定相关输入参数，所述相关输入参数包括高空电磁脉冲激励场具体波形、传输线参数和环境参数；

(2)根据用户设定的不确定性变量及其服从的统计特性分布类型，根据需要进行统一化转换并使用相对应的多项式基，对耦合的随机响应进行多项式混沌展开；

(3)根据不同多项式的类型，通过相应形式的高斯积分获得各多项式的系数，得到高空电磁脉冲场线耦合响应的解析表达式；

(4)根据各多项式的系数，推导计算获得高空电磁脉冲场线耦合响应的统计特性参数；

并且，根据不确定性变量的分布类型，对所述解析表达式运用蒙特卡洛法得到给定置信度区间下的波动范围、以及给定频点或时间点下的概率密度分布函数和累积概率分布函数。

具体的，步骤(1)中所述传输线参数包括传输线的半径、长度和架空高度。