一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法技术

本发明专利技术公开一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，包括以下步骤：1)对强电磁设备产生的近场磁场进行扫描，建立近场磁场方程；2)根据近场磁场方程，建立正则化目标函数；3)利用正则化目标函数求解磁偶极子的偶极矩矩阵；4)求解磁偶极子阵列产生的低频辐射场。本发明专利技术通过近场测量，得到船舶等平台上强电磁设备的近场信息，其中信息包含了相位和幅值，以此近场信息建立等效偶极子阵列，可以得到距强电磁设备一定距离的面的磁场分布或者某点处的磁场，从而大大地提升评估船舶等平台上强电磁设备辐射干扰的效率。台上强电磁设备辐射干扰的效率。台上强电磁设备辐射干扰的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法


[0001]本专利技术涉及电磁兼容领域，具体是一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新材料、新型功率器件等技术高速发展，飞机、舰船等领域综合电力技术、电磁发射技术等高新电磁技术得到蓬勃发起站，并且向全电力推进、多电甚至是全电飞机技术方向发展。特别是，世界各国都在针对船舶综合全电力推进系统进行深入的研究，国外已经开发了多种类型的综合全电力推进系统并在多型船舶上应用。船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理等诸多功能。新型飞机、舰船平台内所需的电磁能量大大增加，其需要在有限的平台空间内实现超大容量电磁能量的变换、转换、输配和使用，多系统多功能的复杂性带来了严重的电磁兼容问题。而电磁兼容性能关系着综合全电力推进系统各个功能模块是否运行良好，是否相互协调好，从而也关系着整个综合全电力推进系统是否能具有良好的运行状态和优异的工作性能。
[0003]与此同时，随着器件开关频率的增加、能量变换/转换中广泛采用数字控制和脉宽调制技术，这一方面会让平台上的强电磁设备产生大量的宽频干扰发射，另一方面使得强电磁设备中低压部分抗扰度会降低。
[0004]并且，强电磁设备的低频磁场辐射干扰也愈发严重。为此，需要针对船舶舱内各强电磁设备寻找到一种通用的方法构建表征各强电磁设备低频辐射的建模方法，用于船舶电磁环境预测仿真，进而能针对辐射干扰强烈的地方做好电磁屏蔽等电磁兼容控制措施，不至影响舱内其余设备的正常运工作；同时利用强电磁设备低频辐射模型，可以预测强电磁设备在平台舱室内的低频磁场分布特性，在考虑到低频敏感设备阈值的前提下，能支撑开展舱室设备布局设计及优化。考虑通常不知道强电磁设备具体内部构造、电路拓扑结果以及电气连接等信息的限值，需要能根据强电磁设备附近近场测量信息，反演建立强电磁设备高精度的低频等效辐射模型。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，包括以下步骤：
[0006]1)对强电磁设备产生的近场磁场进行扫描，建立近场磁场方程；
[0007]所述磁偶极子阵列包括N个磁偶极子，其中，第n个磁偶极子的坐标为(x
n
，y
n
，z
n
)；n＝1,2,...,N。
[0008]对强电磁设备产生的近场磁场进行扫描的扫描点数为M，其中，第m个近场磁场扫描点的坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)，m＝1,2,...,M。
[0009]近场磁场方程如下所示：
[0010]Ax＝b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]其中，矩阵A、矩阵b和矩阵x分别如下所示：
[0012][0013][0014]式中，表示第n个磁偶极子的磁偶极矩的x分量，H
nx
表示第n个近场测试数据点的磁场的x分量；表示第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个近场磁场扫描点磁场x分量的转换系数；n'＝1,2,...,N；
[0015]其中，第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场y分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场y 分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场 y分量的转换系数第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场
z分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场z分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场z分量的转换系数分别如下所示：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]其中，是自由空间波数，λ是波长，|r
‑
r'|＝r，r'是编号为n号磁偶极子的坐标矢量，r则是近场测量点n
’
的坐标矢量。λ是波长； r是场点的位置矢量的模；ω为角频率；ε0为空气的介电常数；μ0为空气的磁导率。
[0026]2)根据近场磁场方程，建立正则化目标函数；
[0027]正则化目标函数如下所示：
[0028]min||Ax
‑
b||2+λ2||x||2,x∈R
n
ꢀꢀꢀ
(14)
[0029]其中，λ是正则化参数。
[0030]3)利用正则化目标函数求解磁偶极子的偶极矩矩阵；
[0031]利用正则化目标函数求解得到磁偶极子坐标的步骤包括：
[0032]3.1)计算正则化参数λ；
[0033]计算正则化参数λ的步骤包括：
[0034]3.1.1)更新正则化目标函数(14)，得到：
[0035][0036]式中，b
i
表示矩阵b删去第i个元素后的新矩阵；A
(i)
表示矩阵A删去第i个元素后的新矩阵；表示矩阵x删去第i个元素后的新矩阵；
[0037]3.1.2)引入对角元素t
ii
，更新正则化目标函数(15)，得到：
[0038][0039]式中，t
ii
是矩阵A(A
T
A+λ2I)
‑1A
T
的对角元素；
[0040]3.1.3)利用对角线元素的平均值代替t
ii
，更新正则化目标函数(16)，得到：
[0041][0042]正则化目标函数(18)简化如下：
[0043][0044]3.1.4)利用奇异值分解方法处理矩阵A，得到：
[0045][0046]式中，σ
i
为特征根；
[0047]3.1.5)计算正则化参数λ，即：
[0048][0049]3.2)将正则化参数λ代入正则化目标函数(14)，得到磁偶极子的偶极矩矩阵x，即：
[0050]x＝((A)
T
A+λ2I)
‑1(A)
T
b
ꢀꢀ
(21)
[0051]式中，I为单位向量。
[0052]4)求解磁偶极子阵列产生的低频辐射场。
[0053]求解磁偶极子阵列在外推平面上产生的低频辐射场的步骤包括：
[0054]4.1)根据磁偶极子的定义建立磁偶极子辐射电磁场的球坐标系表达式；
[0055]建立磁偶极子辐射电磁场球坐标系表达式的步骤包括：
[0056]4.1.1)记磁偶极子线元上电流i(t)＝I
m
cosωt＝Re[Ie
jωt
]，电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对强电磁设备产生的近场磁场进行扫描，建立所述近场磁场方程。2)根据近场磁场方程，建立正则化目标函数。3)利用正则化目标函数求解磁偶极子的偶极矩矩阵。4)求解磁偶极子阵列产生的低频辐射场。2.根据权利要求1所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于：所述磁偶极子阵列包括N个磁偶极子，磁偶极子沿z轴放置；其中，第n个磁偶极子的坐标为(x
n
，y
n
，z
n
)；n＝1,2,...,N。3.根据权利要求1所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于：对强电磁设备产生的近场磁场进行扫描的扫描点数为M，其中，第m个近场磁场扫描点的坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)，m＝1,2,...,M。4.根据权利要求1所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于，近场磁场方程如下所示：Ax＝b
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，矩阵A、矩阵b和矩阵x分别如下所示：其中，矩阵A、矩阵b和矩阵x分别如下所示：
式中，表示第n个磁偶极子磁偶极矩的x分量，H
nx
表示第n个近场测试数据点的磁场的x分量；表示第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个近场磁场扫描点磁场x分量的转换系数；n'＝1,2,...,M；其中，第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场x分量的转换系数第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场y分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场y分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场y分量的转换系数第n个磁偶极子x分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场z分量的转换系数第n个磁偶极子y分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场z分量的转换系数第n个磁偶极子z分量的磁偶极矩与第n'个点辐射磁场z分量的转换系数分别如下所示：示：示：示：示：
其中，是自由空间波数，λ是波长，|r
‑
r'|＝r，r'是编号为n号磁偶极子的坐标矢量，r则是近场测量点n
’
的坐标矢量。r是场点的位置矢量的模；ω为角频率；ε0为空气的介电常数；μ0为空气的磁导率。5.根据权利要求4所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于，正则化目标函数如下所示：min||Ax
‑
b||2+λ2||x||2,x∈R
n
ꢀꢀꢀꢀ
(14)其中，λ是正则化参数。6.根据权利要求5所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于，利用正则化目标函数求解得到磁偶极子坐标的步骤包括：1)计算正则化参数λ；2)将正则化参数λ代入正则化目标函数(14)，得到磁偶极子的偶极矩矩阵x，即：x＝((A)
T
A+λ2I)
‑1(A)
T
b
ꢀꢀꢀꢀ
(15)式中，I为单位向量。7.根据权利要求6所述的一种基于测试数据的强电磁设备低频辐射等效建模方法，其特征在于，计算正则化参数λ的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘其凤，陈豪，李永明，朱学贵，张淮清，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：