基於拓撲理論的系統間電磁耦合分析與計算研究

《基於拓撲理論的系統間電磁耦合分析與計算研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由倪谷炎擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於拓撲理論的系統間電磁耦合分析與計算研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：倪谷炎
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

針對武器裝備系統間電磁互擾的突出問題，開展將電磁拓撲技術套用到複雜電磁環境下各電子系統間的電磁互動作用分析與電磁耦合計算，為系統間的電磁兼容分析提出新方法。由於多個電子系統構建的空間幾何的複雜性，系統電磁干擾源、耦合途徑的不確定性，使得採用傳統計算方法分析系統間耦合電磁場時的物理邊界條件變得十分複雜，帶來建模困難和計算量巨大等問題。故本項目擬將拓撲理論和方法套用到系統間耦合電磁場計算研究，尋求有效解決複雜電磁環境下各系統間電磁互動作用建模的方法，並探索傳統電磁數值計算方法與電磁拓撲理論有機結合的途徑，解決干擾源與各個系統間耦合係數的計算問題。主要研究內容包括：多系統間電磁拓撲描述和問題分解；各子系統內部電磁互動作用的電磁拓撲描述和問題分解；各子系統電磁耦合效應研究；系統間電磁耦合BLT方程的建立以及耦合電磁場的計算；選取典型電子系統進行內場、外場實驗，為理論研究提供數據支撐。

結題摘要

本項目針對武器裝備系統間電磁互擾的突出問題，開展將電磁拓撲技術套用到複雜電磁環境下各電子系統間的電磁互動作用分析與電磁耦合計算，即將拓撲理論和方法套用到系統間耦合電磁場計算研究，尋求有效解決複雜電磁環境下各系統間電磁互動作用建模的方法，並探索傳統電磁數值計算方法與電磁拓撲理論有機結合的途徑，解決干擾源與各個系統間耦合係數的計算問題，為系統間的電磁兼容分析提出新方法。主要研究包括：多系統間電磁拓撲描述和問題分解；各子系統內部電磁互動作用的電磁拓撲描述和問題分解；各子系統電磁耦合效應研究；系統間電磁耦合BLT方程的建立以及耦合電磁場的計算；選取典型電子系統進行內場、外場實驗，為理論研究提供數據支撐。獲得的主要研究成果如下：1．對於系統間的拓撲分解，採用電磁拓撲的方法，將複雜的電子系統和外部激勵源所涉及的幾何空間分成一系列獨立的易處理的“小空間”的拓撲網路結構，然後採用Baum-Liu-Teache（BLT）方程把“小空間”上的耦合效應合併為總體系統的耦合效應，為解決電子系統與外部激勵電磁場互動作用的機理分析、評估與計算等問題提供有效的途徑，提出多步疊代算法進行電磁耦合計算，並套用CRIPTE軟體計算外部場耦合到內部的電磁效應以及禁止電子系統在有外部激勵源的環境下的感應電流。2．推導了平行與非平行傳輸線離散化BLT方程。基於Beam-Liu-Tesche(BLT)方程，採用離散化方法來求解非平行雙導傳輸線的頻域和時域終端回響，獲得了BLT 方程在頻域上的離散化計算公式，以及BLT 方程在時域上的離散化計算公式，針對平面波激勵源進行數值仿真試驗。3．進行了某種體制的無線電引信、某型號飛機腔體內線纜電磁耦合實驗測試與分析。試驗目的是研究典型電子設備在某一個特定電磁環境下的電磁耦合拓撲分解和數值計算的有效性，分析實驗數據與理論數據之間的差異。4．採用垂直廣義積分方法計算金屬導體表面的電磁耦合場。採用磁場積分的方法進行散射場的計算。通過研究基於垂直積分方法的磁場積分方程，獲得磁場積分方程採用矩量法和GRW基函式方法的線性方程係數的解析解，為金屬導體散射場的計算提高了計算的精度和計算速度。通過四年的研究，課題組培養博士生3名，碩士生6名；出國學術交流10人次；發表和完成學術論文23篇，其中SCI 檢索6篇，國核心心期刊發表6篇，國內或國際學術會議發表7篇。總的來說，該研究達到了預期