考虑几何结构随机性的线缆束电磁耦合效应分析方法研究

Due to the randomness of geometry, the credibility of prediction is not guaranteed when the traditional deterministic models are applied to analyze field-line coupling and the crosstalk effects of bundled cables.. In this project, a quantitative model is proposed to describe the geometry randomness of cable bundle, whose parameters are estimate by measuring external characteristic of cable bundles. Based on this, the uncertainty of the input parameters is provided to the electromagnetic coupling model of cable bundles. After that, the uncertainty of coupling effect is obtained by applying the uncertainty analysis method to the existing EM coupling simulation algorithms. In this way, the effect mechanism of geometry randomness to the electromagnetic coupling of cable bundles is revealed. In this process, 1) the parameters describing geometry randomness are estimated by the Genetic Algorithm and Bayesian inverse estimation method; 2) the Stochastic Galerkin method, improved Method of Moment and model reduction techniques are applied to save computational costs of uncertainty analysis of EM coupling simulation with high-dimensional parameters; 3) the validation of uncertainty analysis is quantitatively evaluated by the improved FSV method.. The research will improve the practicality and validity of coupling effects simulation of cable bundles. Moreover, some key technical issues facing the aircraft HIRF protection design will also be solved. Therefore, the research has important academic value and expansive application in engineering.

在使用传统确定性模型分析捆扎线缆束的线间和场线耦合问题时，由于线缆几何结构的随机性，有效性难以保证。. 本项目提出构建线缆几何结构随机性的定量描述模型，并通过测量线缆束外部特性估计模型参数。在此基础上为线缆耦合效应仿真提供输入参数的不确定度，进而可以使用不确定性分析方法结合现有电磁耦合仿真算法获取耦合效应的不确定度，揭示线缆束几何结构随机性对耦合效应的影响机理。其中，1）通过遗传算法和贝叶斯逆估计解决线缆随机性描述参数的估计问题；2）参数高维度条件下使用随机伽辽金方法和改进的矩量法结合模型简化算法解决耦合效应仿真不确定性的分析效率问题；3）拓展FSV方法解决仿真不确定性分析有效性的定量评价问题。. 本项目的研究成果可提高线缆束耦合效应仿真的实用性和有效性，解决航空器HIRF防护设计所面临的关键技术问题，具有重要的学术价值和广阔的工程应用前景。

线缆束的串扰以及场线耦合效应由于受到物理结构及参数随机性的影响，难以使用确定性模型来准确描述，因而仿真的可信度不高。.本项目提出在传统确定性仿真的基础上，通过考虑线缆束结构及电磁参数不确定性来计算电磁耦合效应的不确定度。项目主要取得了如下成果：建立了线缆束几何机构随机性的数学模型，并提出了基于测量的模型参数估计方法，在此基础上为线缆耦合效应分析提供了输入参数的不确定度；实现了基于多项式混沌理论的参数不确定性在仿真中的传递分析，从而量化了线缆束耦合效应不确定性，揭示了线缆束几何结构随机性对耦合效应的影响机理，结果表明所提出的方法计算在保证计算精度的前提下，效率明显优于蒙特卡洛方法；对线缆场线耦合的不确定性进行了实验研究，并提出了多维FSV方法解决仿真不确定性分析有效性的定量评价问题。.本项目的研究成果可提高线缆束耦合效应仿真的实用性和有效性，实现在研发阶段通过数值计算技术预测捆扎线缆束的电磁耦合水平和极端情况，减少研发和后期整改成本，提高设计的可靠性。