车辆电磁环境效应工程测算方法研究

【摘要】随着电子技术的发展，汽车作为最主要的交通工具，车内电子器件的集成度越来越高，致使其抗电磁敏感度越来越低，如果再受到核爆或者电磁炸弹等产生的强电磁脉冲的影响，汽车敏感设备极易损伤甚致瘫痪，复杂电磁环境已成为车辆安全性的重要隐患之一。因此，亟需对车辆电磁环境效应开展系统而深入的研究，提出一套车辆电磁环境效应工程测算方法，它能够快速、准确、有效的计算出电磁环境的重要参数，以此为基础对汽车电控系统等进行有效的防护，保证车内各系统的正常运行。复杂的电磁环境，尤其是强电磁脉冲源形成的场，对车辆的影响极大。本文首先对电磁脉冲进行分类和总结，分析并比较了三种典型电磁脉冲HEMP、HPM、UWB的特点，研究了电磁脉冲对车辆的耦合途径；其次，针对车外电磁环境问题，根据传播距离的不同，分析电磁波的空间传播规律、计算高空电磁脉冲环境和地面附近电磁脉冲环境，并以HEMP、HPM、UWB为脉冲源，利用CSTMS软件仿真分析不同条件下的车外电磁环境；最后，针对车内电磁环境问题，分析电磁脉冲车窗耦合机理，估算车内平均场强及场强分布，并以某典型车辆为模型，在驾驶室内密布二百多个观测点，仿真分析车内电磁环境。本文对车辆电磁环境效应测算方法进行了研究，主要贡献如下：（1）分析了电磁波的空间传播特性，利用微分思想将传至地面的球面波等效为平面波，根据电磁波的地面反射和叠加原理，提出了高空电磁脉冲电场测算方法和地面附近电磁脉冲电场测算方法。（2）通过仿真分析了不同典型电磁脉冲源作用下车辆外部的电磁环境，考虑极化方向、入射角度、距地高度、土壤特性四个因素对车外电磁环境的影响，仿真得当极化方向为90°、入射角度为30°、距地高度为0m、土壤为有机粘土或湿地时车外电磁环境最为恶劣，此结论为车辆的电磁防护提供了理论支撑。（3）根据功率平衡和统计特性理论，提出车内平均电场强度测算公式，以车外电磁环境、车窗面积以及脉冲源中心频率三个参数，计算驾驶室平均电场强度及场强概率分布。此方法仅以三个参数即可计算车内电磁环境重要参数，计算简单且具有普适性。（4）以CST软件为仿真平台，在驾驶室内密布215个观测点，仿真在宽带HPM脉冲源作用下的车内电磁环境，分析仪表盘等敏感点的电磁环境信息，建立起车内电磁环境数据库，将仿真得到的车内平均电场强度、场强分布规律与估算方法所得结果进行对比，总结车内电磁环境的规律，验证了估算方法的有效性。（5）开发了车外电磁环境工程测算软件平台和车内电磁环境工程测算软件平台，两个软件分别包含典型电磁脉冲源数据库和典型车辆驾驶室内敏感点电磁环境信息数据库，且都能够根据简单参数获取车内外电磁环境有效信息，满足了操作简单、计算迅速、实时性强的工程需求。
【作者】朴洋；
【导师】赵昱；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】电磁环境效应；电磁脉冲；车辆；仿真分析；

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