舰船线束串扰的预估

Crosstalk of cable bundles has become the main electromagnetic interference and impacted the electromagnetic compatibility in cabin because all kinds of cables are densely layed in finity space. Based on cable characteristic, many kinds, great quantity, broad frequency spectrum, crosstalk analysis difficult, the cable bundle equivalent method is proposed in this project. Comparing the terminal loads with the common mode impedance, the cables are separated into many groups, and each group of cable turns to be an equivalent cable without overlapping with other equivalent cable except interference cable and sensibility cable. The number of cable is far less than that of the complete cable bundle. Simulation estimate of crosstalk ship cables is realized. Crosstalk of cables is given birth to by parasitic parameter. Parasitic parameter and crosstalk is difference between static and dynamic state. According to the image method, inhomogeneous media cable parameter with insulating is derived. The merit of image method is low cost and certain accuracy. Image method mustn't consider grid sparsity and dense and number. The fuzzy inference algorithm is adopted to estimate the distance between cables because the distance between cables is not certain in ship dynamic state. A statistical Prediction model for the parasitic parameters and crosstalk was proposed according to the Monte Carlo method.The reality position of cable is exhibited in cable bundle. The academic achievements of the project will provide theoretical foundation for reasonable classify of the cable bundles.

在舰船有限空间内，不同类型线缆敷设密集，线缆线束间串扰已成为舱室内主要干扰形式，并严重影响舰船的电磁兼容性。本项目针对舰船线缆种类多、数量大、频谱宽等特点，提出"线缆等效"快速串扰分析方法，即将线束中大量线缆按一定规则分组，除干扰线和受扰线外，剩余线缆每组用一根线缆等效，通过优化等效后的线缆参数，在保证一定计算精度的前提下，大大减少分析的线缆数量，从而实现舰船大数量线缆串扰的预估。线缆寄生参数是串扰产生的关键因素，根据舰船静态和动态线缆分布参数及串扰差异大的情况，舰船静态时采用成本低、有一定精度且不用考虑网格疏密和数量的镜像法来提取有绝缘层的非均匀媒质线缆参数。根据舰船动态时线缆间距的不确定性，采用模糊推理法估算导线间距，并使用蒙特卡罗法预估有绝缘层的非均匀媒质线缆寄生参数和串扰的统计特性，真实体现线缆在线束内的几何布置。本项目的顺利完成为舰船在设计初期线缆线束的合理分类扎捆提供理论依据。

在船舶、飞机等复杂平台上，线束作为主要设备连接和信号传输媒质得到大量应用，线束间引起的串扰是对系统危害最严重的一种干扰，本项目从寄生参数的提取、时频域串扰模型建立以及瞬态串扰的计算等方面进行了深入研究。. 在寄生参数提取方面，对于均匀传输线可采用镜像法来提取寄生参数。但对非均匀传输线的电感和电容矩阵参数，本项目均有更深入的研究，对电感矩阵，本项目首次利用细线法成功建立了非磁准静态近似条件下频域形式的安培环路并矢积分方程组和带有方向因子的闭合回路并矢阻抗矩阵方程，利用阻抗矩阵最终求得线束的电感参数值。针对电容矩阵，通过人工添加服从指数分布边界条件的有限差分共形技术来计算非均匀线分布电容矩阵的方法。利用电压求解场和电荷分布的计算，最终得到分布电容矩阵的求解值。. 在建立串扰模型方面，本项目提出建立共模和差模激励源同时考虑的新型完备串扰模型，解决了以往仅考虑共模激励源而忽略差模激励源带来的精度低且传输线位置受限等问题。对于所建立的串扰模型，分别利用频域解析法和时域FDTD法进行了仿真实验分析，最终得出了差模激励源的线束间串扰的物理规律，为实际中如舰船舱室内大数量导线的捆扎以及导线干扰的预测等电磁兼容问题提供了理论依据，完善了多导体传输线理论在线束串扰中的应用。在FDTD求解时域串扰研究中，本项目首次将基于电场数值加权的跨介质共形技术应用在三维时域有限差分方法中Yee元胞跨介质问题中，极大提高了时域有限差分方法中Yee元胞跨介质时，介电常数求解精度。为FDTD方法在舰船线束串扰中的应用打下了基础。. 舰船电子设备往往是线束的负载，它带给线束的串扰不可忽略，本项目最后提出了利用CARSON互易定理来求解空间瞬态电磁干扰对舰船电子设备中微带线的串扰问题的新方法，是对舰船线束串扰预估问题的一个完善。. 在本项目资助下，完成了舰船平台内部线束线缆的串扰模型建立及寄生参数提取的研究，对系统内的线缆线束的合理分类扎捆提供了理论依据，并为实现舰船飞机等大型复杂系统舱内的电磁兼容性奠定了基础。本项目在舰船线束寄生参数求取、时频域串扰模型建立及串扰计算等方面均取得了一定成果。共发表文章 10 余篇，其中 SCI 检索 4 篇，申请国家发明专利 6 项，撰写专著1部，目前联合培养博士生2人，毕业1人，独立培养硕士研究生6人，毕业1人，完成了项目立项的预期目标。