CN108037373B - 雷电回击电磁场的检测方法和系统 - Google Patents

雷电回击电磁场的检测方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种雷电回击电磁场的检测方法和系统，其中方法包括步骤：根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型，并计算待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，利用雷电回击电磁场模型并根据待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。上述方法，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。

Description

雷电回击电磁场的检测方法和系统
技术领域
本发明涉及电磁场技术领域，特别是涉及一种雷电回击电磁场的检测方法和系统。
背景技术
雷电回击产生的雷电电磁脉冲作为一种对电磁敏感设备的典型危害源引起人们的广泛关注。为了预防雷电回击导致相关设备的损坏，合理设置设备的设置地址、设备参数等，需要对雷电回击进行准确的检测分析。由于雷电的主要物理过程都是在雷电通道内进行的，因此雷电通道的研究是雷电研究的重要方面，仿真计算是雷电通道研究的重要手段，可用于根据测量的雷电特征参量来推算未知特征参量。
传统的雷电回击模型采用分布参数电路模型，把雷电通道看成R-L-C传输线，其中R、L、C分别是单位长度的电阻、电感和对地电容，电流传播速度由模型结构和参数决定，并不一定满足实际观测规律，并假设传输线的电磁波是横向电磁场结构，然而，对地面上的垂直导体，实际的合成电磁场是非横向电磁波，所以分布参数电路模型无法得到精确的雷电回击电磁场的检测结果。
发明内容
基于此，有必要针对传统的雷电回击检测无法得到精确的雷电回击电磁场的检测结果的问题，提供一种雷电回击电磁场的检测方法和系统。
一种雷电回击电磁场的检测方法，包括如下步骤：
根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值；
根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型；
根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值；
利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
上述雷电回击电磁场的检测方法，根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
在一个实施例中，所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型的步骤包括：
利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径；
根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源；
根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型。
在一个实施例中，所述集总参数电流源波形与待检测雷电回击通道底部电流波形相同。
在一个实施例中，所述集总参数电流源的波形表达公式为：
Figure BDA0001498866060000021
Figure BDA0001498866060000022
Figure BDA0001498866060000023
上式中，t为时间，i(0,t)为t时刻的集总参数电流源的电流值，i01为第一通道底部电流峰值，i02为第二通道底部电流峰值，η1为第一峰值修正系数，η2为第二峰值修正系数，τ11为第一前沿时间常数，τ12为第一延迟时间常数，τ21为第二前沿时间常数，τ22为第二延迟时间常数。
上述集总参数电流源的波形，在t＝0时刻对时间导数为0，与实际的雷电回击电流波形相同，且可以根据待测雷电回击通道的特性，设置波形表达公式各个参数的数值，使得该集总参数电流源的波形能够准确地模拟实际测试的雷电回击的特性，提升了雷电回击电磁场测试的准确性。
在一个实施例中，所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感的步骤包括：
按照所述待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，将所述导线均匀分割离散为若干小段，在每小段上分别串联预设电感值的集总参数电感。通过将导线均匀分割串联预设电感值的集总参数电感，可均匀而准确地模拟待测雷电回击通道的阻抗特性。
上述实施例的技术方案，可通过调节导线上串联的设定电感值的电感数目，或者通过调节导线上串联的设定电感数目的电感值大小，以调节导线单位长度的电感值，对实际的待测雷电回击通道单位长度的等效电感值进行模拟。
在一个实施例中，所述获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性的步骤包括：通过时域有限差分法、时域有限积分法或距量法获取待检测雷电回击通道中的电流分布特性以及待检测雷电通道周围空间的电磁场分布特性。
上述雷电回击电磁场的检测方法，根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
一种雷电回击电磁场的检测系统，包括：
电感值计算模块，用于根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值；
模型建立模块，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型；
电流检测模块，用于根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值；
电磁场检测模块，用于利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
上述雷电回击电磁场的检测系统，根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
在一个实施例中，所述模型建立模块包括：
通道构建模块，用于利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径；
电流源构建模块，用于根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源；
电感构建模块，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型。
在一个实施例中，所述集总参数电流源波形与待检测雷电回击通道底部电流波形相同。
在一个实施例中，所述集总参数电流源的波形表达公式为：
Figure BDA0001498866060000041
Figure BDA0001498866060000042
Figure BDA0001498866060000051
上式中，t为时间，i(0,t)为t时刻的集总参数电流源的电流值，i01为第一通道底部电流峰值，i02为第二通道底部电流峰值，η1为第一峰值修正系数，η2为第二峰值修正系数，τ11为第一前沿时间常数，τ12为第一延迟时间常数，τ21为第二前沿时间常数，τ22为第二延迟时间常数。
在一个实施例中，所述电感构建模块在执行所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感的步骤时，进一步用于按照所述待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，将所述导线均匀分割离散为若干小段，在每小段上分别串联预设电感值的集总参数电感。
在一个实施例中，所述电磁场检测模块在执行所述获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性的步骤时，进一步用于通过时域有限差分法、时域有限积分法或距量法获取待检测雷电回击通道中的电流分布特性以及待检测雷电通道周围空间的电磁场分布特性。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
附图说明
图1为本发明的雷电回击电磁场的检测方法流程图；
图2为本发明一个实施例的雷电回击电磁场模型构建方法流程图；
图3为本发明一个实施例的雷电通道回击电磁场模型示意图；
图4为雷电流传播速度随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图；
图5为雷电回击通道单位长度电感值随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图；
图6为本发明的雷电回击电磁场的检测系统结构示意图；
图7为本发明的一个实施例的模型建立模块结构示意图；
图8为距离雷电回击通道500m的距离上采用本发明与采用传输线模型测得的电场波形对比图；
图9为距离雷电回击通道500m的距离上采用本发明与采用传输线模型测得的磁场波形对比图；
图10为本发明测得水平距离50～2000m范围内的辐射电场分布图；
图11为本发明测得水平距离50～2000m范围内的辐射磁场分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1为本发明的雷电回击电磁场的检测方法流程图，该雷电回击电磁场的检测方法，包括如下步骤：
S10，根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值。
在此步骤中，可采用一定的观测技术，例如光学技术对雷电回击现场的雷电回击通道的介质特性进行观测，测得该通道的单位长度的等效波阻抗值，继而算得待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值。
S20，根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型。
在此步骤中，构建雷电回击电磁场模型，其中，模型的雷电回击通道是根据前述步骤获取的待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值模拟构建而成。
具体地，请参见图2和图3，图2为本发明一个实施例的雷电回击电磁场模型构建方法流程图，图3为本发明一个实施例的雷电通道回击电磁场模型示意图。在一个实施例中，所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型的步骤包括：
S201，利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径。
在此步骤中，可构建理想平面导体模拟大地平面，构建垂直于所述理想平面导体的设定长度的竖直导线模拟雷电回击通道路径。其中，导线的长度可根据实际情况设置，导线长度的设置需保证在计算结果时间范围内，雷电回击通道末端不会发生雷电流反射。
S202，根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源。
在此步骤中，在前述步骤构建的导线靠近理想平面导体的一端串联集总参数电流源，其中，所述集总参数电流源的参数可根据待检测雷电激发源的特性设置。
在一个实施例中，所述集总参数电流源波形与待检测雷电回击通道底部电流波形相同。
具体地，在一个实施例中，所述集总参数电流源的波形表达公式为：
Figure BDA0001498866060000071
Figure BDA0001498866060000081
Figure BDA0001498866060000082
上式中，t为时间，i(0,t)为t时刻的集总参数电流源的电流值，i01为第一通道底部电流峰值，i02为第二通道底部电流峰值，η1为第一峰值修正系数，η2为第二峰值修正系数，τ11为第一前沿时间常数，τ12为第一延迟时间常数，τ21为第二前沿时间常数，τ22为第二延迟时间常数。
上述集总参数电流源的波形，在t＝0时刻对时间导数为0，与实际的雷电回击电流波形相同，且可以根据待测雷电回击通道的特性，设置波形表达公式各个参数的数值，使得该集总参数电流源的波形能够准确地模拟实际测试的雷电回击的特性，提升了雷电回击电磁场测试的准确性。
S203，根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型。
上述步骤中，通过在导线上串联设置多个电感，以模拟待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，生成雷电回击电磁场模型。
其中，可通过调节导线上串联的设定电感值的电感数目，或者通过调节导线上串联的设定电感数目的电感值大小，以调节导线单位长度的电感值，对实际的待测雷电回击通道单位长度的等效电感值进行模拟。在一个实施例中，所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感的步骤包括：
按照所述待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，将所述导线均匀分割离散为若干小段，在每小段上分别串联预设电感值的集总参数电感。通过将导线均匀分割串联预设电感值的集总参数电感，可均匀而准确地模拟待测雷电回击通道的阻抗特性。
S30，根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值。
雷电回击通道单位长度的电感值与该通道中雷电流的传播速度，以及该通道的等效波阻抗存在一定的关联，如图4和图5所示，图4为雷电流传播速度随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图，图5为雷电回击通道单位长度电感值随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图。
在此步骤中，可通过通道单位长度的电感值与雷电流的传播速度的函数，单位长度的电感值与等效波阻抗函数，根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值计算得到待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值。
S40，利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
在此步骤中，根据前述步骤获取的待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，利用构建的雷电回击电磁场模型，通过计算获取待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
其中，待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性可通过不同的方法计算得到，在一个实施例中，所述获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性的步骤包括：通过时域有限差分法、时域有限积分法或距量法获取待检测雷电回击通道中的电流分布特性以及待检测雷电通道周围空间的电磁场分布特性。
上述雷电回击电磁场的检测方法，根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
请参见图6，图6为本发明的雷电回击电磁场的检测系统结构示意图，本发明的雷电回击电磁场的检测系统包括：
电感值计算模块601，用于根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值；
模型建立模块602，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型；
电流检测模块603，用于根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值；
电磁场检测模块604，用于利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
上述雷电回击电磁场的检测系统，根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
请参见图7，图7为本发明的一个实施例的模型建立模块结构示意图，在一个实施例中，所述模型建立模块602包括：
通道构建模块602a，用于利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径；
电流源构建模块602b，用于根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源；
电感构建模块602c，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型。
在一个实施例中，所述集总参数电流源波形与待检测雷电回击通道底部电流波形相同。
在一个实施例中，所述集总参数电流源的波形表达公式为：
Figure BDA0001498866060000101
Figure BDA0001498866060000102
Figure BDA0001498866060000111
上式中，t为时间，i(0,t)为t时刻的集总参数电流源的电流值，i01为第一通道底部电流峰值，i02为第二通道底部电流峰值，η1为第一峰值修正系数，η2为第二峰值修正系数，τ11为第一前沿时间常数，τ12为第一延迟时间常数，τ21为第二前沿时间常数，τ22为第二延迟时间常数。
在一个实施例中，所述电感构建模块在执行所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感的步骤时，进一步用于按照所述待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，将所述导线均匀分割离散为若干小段，在每小段上分别串联预设电感值的集总参数电感。
在一个实施例中，所述电磁场检测模块在执行所述获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性的步骤时，进一步用于通过时域有限差分法、时域有限积分法或距量法获取待检测雷电回击通道中的电流分布特性以及待检测雷电通道周围空间的电磁场分布特性。
本发明的雷电回击电磁场的检测系统与本发明的雷电回击电磁场的检测方法一一对应，在上述雷电回击电磁场的检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于雷电回击电磁场的检测系统的实施例中，特此声明。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了根据雷电回击现场实际情况计算雷电回击通道单位长度的等效电感值，根据该等效电感值构建雷电回击电磁场模型并进行计算，能够精确获得待检测雷电回击通道中的雷电流的传播规律和分布情况，从而精确获得的待检测雷电回击通道的电磁场分布特性。
下面以一个具体的应用实例来阐述本发明的雷电回击电磁场的检测方法，该应用实例的雷电回击电磁场的检测方法包括如下步骤：
A.对待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性进行观测，得到该雷电回击通道的雷电流传播速度和等效波阻抗值，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值。
通过光学技术对实际的雷电回击进行观测，观测的雷电流波头沿着通道传播速度典型值在c/3～2c/3范围之间，其中c为真空中光的传播速度。该应用实例的雷电回击模型通道单位长度的等效电感值L设置为4μH/m。
B.根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型。
请参见图3，图3为本发明一个实施例的雷电回击通道电磁场模型示意图。该实施例的雷电回击通道电磁场模型采用理想平面导体模拟大地，采用垂直于地面的有限长竖直导线模拟雷电回击通道路径，竖直导线与理想平面间串联集总参数电流源作为激励，采用吸收边界模拟开域空间。
将有限长竖直导线均匀分割离散为若干小段，每小段串联一设定电感值的集总参数电感。
具体地，雷电回击通道高度取5000m，竖直导线分割为5000小段，每小段长度1m，每小段串联一电感值为4μH/m的集总参数电感。
其中，集总参数电流源波形表达式为：
Figure BDA0001498866060000121
Figure BDA0001498866060000131
Figure BDA0001498866060000132
上式中，i01＝10.7kA，τ11＝0.25μs，τ21＝2.5μs，i02＝6.5kA，τ12＝2μs，τ22＝230μs。
C.根据单位长度的等效电感值，计算待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值。
图4为雷电流传播速度随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图。由图4可知，通过改变单位长度的电感值L可以对雷电回击通道模型中雷电流传播速度进行调节，当L在2μH/m～10μH/m范围内时，雷电流传播速度在c/3～2c/3范围之间。
图5为雷电回击通道单位长度电感值随雷电回击通道单位长度电感值变化曲线图。由图5可知，通过改变L电感值可以对雷电回击通道模型等效波阻抗进行调节，当L不小于3μH时，雷电回击通道模型波阻抗在0.6～2.5kΩ之间。
通过通道单位长度的电感值与雷电流的传播速度的函数，单位长度的电感值与等效波阻抗函数，根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值计算得到待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值。
D.利用所述雷电回击电磁场模型并根据待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
本应用实例采用时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain，FDTD)计算待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和待检测雷电回击通道的等效波阻抗值。其中，FDTD计算范围长(H)×宽(D1)×高(D2)取值为2000m×2000m×5000m，FDTD计算单元为边长为1m的正立方体；计算中，计算时间步长为5ns，计算时间长度为16μs。
同理的，将单位长度的等效电感值L设置为2μH/m，获得对应的雷电回击通道电磁场的分布特性。
由于传输线模型在1km范围内具有较高的准确性，可将本发明测得的电磁场特征与传输线模型的进行对比。图8和图9分别是距离雷电回击通道500m的距离上采用本发明的雷电回击电磁场的检测方法与采用传输线模型测得的电场波形对比图和磁场波形对比图。其中，传输线模型的雷电流传播速度分别取2c/3和c/2，本发明的雷电回击通道单位长度的电感值则取与之相近的2μH/m和4μH/m。两种模型的测算结果总体比较接近，说明本发明的雷电回击电磁场的检测方法准确性高。
图10和图11分别是本发明测得的水平距离50～2000m范围内的辐射电场和磁场的分布图。随着观察距离的增加，辐射电场和磁场均呈现衰减趋势。本发明可准确地测算雷电回击空间电磁场分布。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行装置、装置或设备(如基于计算机的装置、包括处理器的装置或其他可以从指令执行装置、装置或设备取指令并执行指令的装置)使用，或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行装置、装置或设备或结合这些指令执行装置、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”“应用实例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例和/或应用实例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例和/或应用实例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例和应用实例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种雷电回击电磁场的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值；
根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型；进一步包括：利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径；根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源；根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型；
根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值；
利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
2.根据权利要求1所述的雷电回击电磁场的检测方法，其特征在于，所述集总参数电流源波形与待检测雷电回击通道底部电流波形相同。
3.根据权利要求1所述的雷电回击电磁场的检测方法，其特征在于，所述集总参数电流源的波形表达公式为：
Figure FDA0002302001950000011
Figure FDA0002302001950000012
Figure FDA0002302001950000013
上式中，t为时间，i(0,t)为t时刻的集总参数电流源的电流值，i01为第一通道底部电流峰值，i02为第二通道底部电流峰值，η1为第一峰值修正系数，η2为第二峰值修正系数，τ11为第一前沿时间常数，τ12为第一延迟时间常数，τ21为第二前沿时间常数，τ22为第二延迟时间常数。
4.根据权利要求1所述的雷电回击电磁场的检测方法，其特征在于，所述根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感的步骤包括：
按照所述待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，将所述导线均匀分割离散为若干小段，在每小段上分别串联预设电感值的集总参数电感。
5.根据权利要求1所述的雷电回击电磁场的检测方法，其特征在于，所述获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性的步骤包括：通过时域有限差分法、时域有限积分法或距量法获取待检测雷电回击通道中的电流分布特性以及待检测雷电通道周围空间的电磁场分布特性。
6.一种雷电回击电磁场的检测系统，其特征在于，包括：
电感值计算模块，用于根据待检测雷电回击现场的待检测雷电回击通道的周围空间介质特性，计算待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值；
模型建立模块，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，构建雷电回击电磁场模型；进一步包括：
通道构建子模块，用于利用理想平面导体构建大地平面，利用垂直于所述理想平面导体的导线构建雷电回击通道路径；
电流源构建子模块，用于根据待检测雷电激发源的特性，在所述导线靠近所述理想平面导体一端串联集总参数电流源；
电感构建子模块，用于根据待检测雷电回击通道单位长度的等效电感值，在所述导线上串联设置多个电感，生成雷电回击电磁场模型；
电流检测模块，用于根据所述单位长度的等效电感值，计算所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值；
电磁场检测模块，用于利用所述雷电回击电磁场模型并根据所述待检测雷电回击通道中雷电流的传播速度和所述待检测雷电回击通道的等效波阻抗值，获取所述待检测雷电回击现场待检测雷电回击通道电磁场的分布特性。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
8.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的雷电回击电磁场的检测方法。
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