CN110516397A - 一种雷电电磁环境的仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，获取在CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型，以该模型为基础设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，基于设置的求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模得到电路仿真模型，基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真。

Description

一种雷电电磁环境的仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及电磁仿真技术领域，更具体的说，涉及一种雷电电磁环境的仿真方法及系统。

背景技术

近年来，随着我国科学技术和航天科技的飞速发展，火箭、卫星等飞行器大量投入使用。飞行器在飞行过程中，会受到各种空间辐射环境的影响。比如，在飞行器飞离地球大气层的过程中会受到雷电等电磁脉冲的影响，在环地球轨道上可能会遇到地球辐射带、银河宇宙射线、太阳宇宙射线等空间高能粒子的辐射，甚至可能受到核爆电磁脉冲等的影响。这些电磁脉冲辐射环境会引起航天器控制系统材料、设备和电子元器件的性能退化、功能失效，引起航天器在轨故障，缩短航天器的寿命，严重时导致空间任务失败。所以针对飞行器在电磁脉冲辐射环境中的安全飞行分析非常重要，是开展控制系统抗电磁脉冲加固设计的基础和依据，是关系到飞行器安全飞行保障、以及生命、财产和国防安全的重要问题。

雷电是一种自然界中常见的放电现象，对飞行器的影响很大。当雷电击中飞行器，比如飞机时，会在飞机外部产生变化的电磁场，而这些电磁场通过各种耦合原理(电阻耦合，电场耦合和磁场耦合)使飞机内部的线缆系统产生感应电压/电流，例如雷电电流在飞机外部产生的电磁场通过孔径渗入飞机，从而在飞机内部产生变化的电磁场，同时在飞机内的电路中产生瞬时电流/电压。瞬态感应电流/电压可能会使机载电子电气设备损坏或出现故障，例如：断路器脱扣，计算机故障，电子设备部分的物理性损坏等。因此，雷电电磁环境不利于安全的飞行。

为保证飞机的安全飞行，在设计飞机时，需要对雷电电磁环境对飞机的影响进行预测。目前，雷电电磁环境研究有两种方法：数值分析和实物试验。数值分析的主要优点是能预测分析飞机线缆对雷电电流的近似响应，但是需要借助于有限元等计算方法，计算过程繁琐，计算结果不够直观，无法为业内人士提供直观清晰的操作方法。实物试验的优点是能够得到准确可信的试验结果，但是需要消耗大量的资源(人力、财力和物力)。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，以通过使用CST平台进行雷电电磁环境分析，无需太多复杂的工作即可实现直观生动的电磁环境的仿真。

一种雷电电磁环境的仿真方法，包括：

获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

可选的，所述以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，具体包括：

将雷电流的击入点设置在所述飞行器试品箱模型的顶面中心点；

将所述雷电流的分离点设置在所述飞行器试品箱模型的底面中心点；

将所述顶面中心点和所述底面中心点用导体连接构成回路，完成对所述雷电流的雷击路径的设置。

可选的，所述雷电流数学模型的建立过程为：

基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立所述雷电流数学模型。

可选的，所述设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件，具体包括：

当研究飞行器在天空遭受雷击的情形时，将所述背景材料设置为空气或真空，将所述边界条件设置为开放边界。

一种雷电电磁环境的仿真系统，包括：

获取单元，用于获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

第一设置单元，用于以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

添加单元，用于在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

第二设置单元，用于设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

划分单元，用于基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

第三设置单元，用于设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

建模单元，用于基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

仿真单元，用于基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

可选的，所述第一设置单元具体用于：

将雷电流的击入点设置在所述飞行器试品箱模型的顶面中心点；

将所述雷电流的分离点设置在所述飞行器试品箱模型的底面中心点；

将所述顶面中心点和所述底面中心点用导体连接构成回路，完成对所述雷电流的雷击路径的设置。

可选的，所述雷电流数学模型的建立过程为：

基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立所述雷电流数学模型。

可选的，所述第二设置单元具体用于：

当研究飞行器在天空遭受雷击的情形时，将所述背景材料设置为空气或真空，将所述边界条件设置为开放边界。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，获取预先在CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型，以该模型为基础，设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，并使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，设置求解器，并基于求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型，最后基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需太多复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真，从而解决了现有技术中的问题。

另外，本发明实现了场路协同仿真，仿真结果互联互通，简单快捷，传输线矩阵算法网格效率高，节约了仿真时长，并避免了多个软件之间不兼容的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种雷电电磁环境的仿真方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种飞行器试品箱模型示意图；

图3(a)为本发明实施例公开的一种A波的波形图；

图3(b)为本发明实施例公开的一种H波的波形图；

图4为本发明实施例公开的一种电路仿真模型示意图；

图5为本发明实施例公开的一种仿真结果示意图；

图6(a)为本发明实施例公开的一种电场强度波形图；

图6(b)为本发明实施例公开的一种磁场强度波形图；

图7为本发明实施例公开的一种同轴电缆屏蔽层上感应电流波形图；

图8为本发明实施例公开的一种雷电电磁环境的仿真系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种雷电电磁环境的仿真方法及系统，获取飞行器试品箱模型，以该模型为基础，设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，并使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，设置求解器，并基于求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模，得到电路仿真模型，最后基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需太多复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真，从而解决了现有技术中的问题。

另外，本发明实现了场路协同仿真，仿真结果互联互通，简单快捷，传输线矩阵算法网格效率高，节约了仿真时长，并避免了多个软件之间不兼容的问题。

参见图1，本发明一实施例公开的一种雷电电磁环境的仿真方法流程图，该方法包括步骤：

步骤S101、获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

CST(COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY，计算机仿真技术)工作室套装是面向3D电磁场、电路、温度和结构应力设计的一款专业仿真软件，其独有的传输线矩阵(transmission line matrix，TLM)算法，可以缩短仿真时间，因此适合大尺寸结构的模拟计算。采用CST线缆工作室，进行场路结合分析，先进行场计算，再将其中的一些电磁场问题等效为电路问题，计算等效电路模型中的有关参数，用路的方法来进行瞬态或频域分析。分析计算不同蒙皮材料、不同波形激励下存在开口缝隙的立方体模型遭受雷击后的表面电流密度分布、内部主要部位电磁场瞬态分布及内部线缆电磁耦合等规律，可以为飞机雷电间接效应防护设计提供一定的理论依据。

需要说明的是，飞行器试品箱模型可以在每次雷电电磁环境仿真时建立，也可以预先建立飞行器试品箱模型，并在雷电电磁环境仿真时从外部导入。

以飞机为例，说明飞行器试品模型的建立过程，如下：

根据飞机机身蒙皮材料、缝隙宽度、线缆类型和布局方式等数据，在CST线缆工作室中建立飞机试品模型。

具体的，为便于后期试验，同时方便计算，可以设置飞机机身的边长为1m，厚度为1mm的立方体，并在顶面四周设置边长为1m，宽度和深度均为1mm的四方形缝隙，以模拟舱门和舷窗的孔缝。机身蒙皮材料为碳纤维复合材料，其电导率取1×10⁴S/m，介电常数取6.4，这里把碳纤维材料近似为均匀各向同性材料。为了分析雷击时飞机内部电缆电磁耦合情况，在靠近底面100mm处放置了单线、同轴线、两芯双绞线三种电缆，长度为1m，并形成电缆束。

在飞行器试品箱模型建立完成后，即完成了雷电电磁环境的仿真主体部分。其中，飞行器试品箱模型可参见图2所示。

步骤S102、以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

具体的，为模拟雷电流注入试验条件，将雷电流的击入点设置在飞行器试品箱模型的顶面中心点；将雷电流的分离点设置在飞行器试品箱模型的底面中心点；将顶面中心点和底面中心点用导体连接构成回路，完成对雷电流的击入路径和击出路径的设置。

步骤S103、在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流；

其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型。

需要特别说明的是，雷电流数学模型的建立和飞行器试品箱模型的建立可以同时进行。

在实际应用中，对雷电流进行数学模型的建立，可以得到雷电流数学模型。

具体的，基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立雷电流数学模型。

根据标准ARP5412和ARP5416，针对于雷电间接效应所要求的试验波形主要为A波和H波，A波描述云地首次雷击，其电流峰值大；H波描述云内雷电，其上升速度快，得到雷电流的数学表达式，如下：

i(t)＝I₀(e^-at-e^-βt) (1)；

式中，i(t)为雷电流，I₀是雷电流峰值，d、β为波形系数，伪雷电流持续时间。

对于A波，/_o＝218810A；α＝11354s^-1；β＝647256s^-1。

对于H波，/_o＝10572A；α＝187191s^-1；β＝19105100s^-1，其中，A波的波形图如图3(a)所示，H波的波形图如图3(b)所示。考虑到模型的大小和实验条件，将电流峰值均缩比为标准的1/10，完成雷电流的数学建模。

需要说明的是，本实施例中所有的设置都可以在solve栏中。solve栏也即求解器，用于设置仿真参数。例如，微波工作室中端口(Waveguide ports or discrete ports)的设置，如不设置则无法进行对应的仿真操作，比如在微波工作室中，如果不定义端口，则无法进行Transient Solver和Frequency Domain Solver的求解。

步骤S104、设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

具体的，在solve栏中设置背景材料是指：在计算域中在未被填充的部分填充材料，边界条件是指计算域边界的设置。

若研究飞行器在天空中遭受雷击的情形时，则将背景材料设为Normal(空气/真空)。将边界条件设置为Open(开放)边界。

对于开放场，通常边界要增大到模型最大维度的30％，以免造成对仿真对象的干扰。

本申请可以设置不同的环境条件，如地面、平流层、对流层等等。也可以设置不同的边界条件，如周期性边界、电壁、磁壁等。

其中，仿真雷电流的背景材料为正常材料，即为空气；仿真雷电流的边界条件的设置为开放边界，即电磁波在自由空间里无限传播。

步骤S105、基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

网格的设定决定了仿真的精度和速度。本发明优选六面体传输线矩阵网格，比如，最小网格步长为36mm，最大网格步长为74mm，网格总数量为261392。

其中，网格的步长根据仿真精度和速度确定。

步骤S106、设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

其中，仿真参数包括：电缆端子、电路元件和电磁探针。

在实际应用中，可以在求解器中设置表面电流、磁场强度、电场强度等仿真参数，并布置预设数量的电磁探针，在瞬态仿真任务中设置波形参数，设置频率范围为1GHz，设定仿真时间为100μs，这个时间大于雷电流波形半高宽时间和雷电流流经机身的时间之和，基本上反应了雷电流作用的全过程。同时设置场路协同仿真等参数。

步骤S107、基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

电路建模需要考虑电缆参数设置和阻抗匹配设置。一般端口的匹配阻抗为50Ω，双绞线设置为差分端口，差分端口的匹配阻抗为100Ω。另外，将同轴电缆的屏蔽层接地，同时在各线缆上加探针，以分析累计瞬态的感应电力、感应电压及频谱等。

具体的，参见图4所示的电路仿真模型示意图，仿真电路模型由飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数构成，其中，仿真参数包括：电缆端子、电路元件和电磁探针。图4中，中间的立方体为飞行器试品箱模型，中间有数字1的方框为仿真雷电流(雷电流)，英文字母表示不同的电缆端子，标有数字50和100的方框为匹配阻抗——电阻器，三角形表示不同的电流探针。整个电路图表示试品箱被雷电流1击中后，其内部的三种电缆感应电流可以用探针检测出来，并以波形图的形式在结果中呈现。这是雷电电磁环境的具体体现形式。

步骤S108、基于所述仿真电磁场和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

具体的，同时进行电磁场仿真和电路仿真的过程，可以称为协同仿真。在参数设置完毕后，启动场路协同仿真，点击update按钮，启动仿真，仿真结束后在navigation tree→1D结果或者2D/3D结果中查看仿真结果，仿真结果可参见图5所示。其中，1D结果可参见图6(a)示出的电场强度波形，以及图6(b)示出的磁场强度波形。

在电路仿真结果，如图7所示，可查看电路元件上的电压或电流等。

需要说明的是，当得到的仿真结果不是所需的，可以对仿真结果进行再次处理，进入后处理模板，可以对10类不同的结果进行二次加工，比如导入到matlab等软件进行处理。

综上可知，本发明公开了一种雷电电磁环境的仿真方法，获取预先在CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型，以该模型为基础，设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，并使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，设置求解器，并基于求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型，最后基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需太多复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真，从而解决了现有技术中的问题。

另外，本发明实现了场路协同仿真，仿真结果互联互通，简单快捷，传输线矩阵算法网格效率高，节约了仿真时长，并避免了多个软件之间不兼容的问题。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种雷电电磁环境的仿真系统。

参见图8，本发明一实施例公开的一种雷电电磁环境的仿真系统的结构示意图，该系统包括：

获取单元201，用于获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

需要说明的是，飞行器试品箱模型可以在每次雷电电磁环境仿真时建立，也可以预先建立飞行器试品箱模型，并在雷电电磁环境仿真时从外部导入。

第一设置单元202，用于以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

具体的，为模拟雷电流注入试验条件，将雷电流的击入点设置在飞行器试品箱模型的顶面中心点；将雷电流的分离点设置在飞行器试品箱模型的底面中心点；将顶面中心点和底面中心点用导体连接构成回路，完成对雷电流的击入路径和击出路径的设置。

第一设置单元202具体用于：

将雷电流的击入点设置在所述飞行器试品箱模型的顶面中心点；

将所述雷电流的分离点设置在所述飞行器试品箱模型的底面中心点；

将所述顶面中心点和所述底面中心点用导体连接构成回路，完成对所述雷电流的雷击路径的设置。

添加单元203，用于在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型。

需要特别说明的是，雷电流数学模型的建立和飞行器试品箱模型的建立可以同时进行。

在实际应用中，对雷电流进行数学模型的建立，可以得到雷电流数学模型。

具体的，基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立雷电流数学模型。

第二设置单元204，用于设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

具体的，在solve栏中设置背景材料是指：在计算域中在未被填充的部分填充材料，边界条件是指计算域边界的设置。

若研究飞行器在天空中遭受雷击的情形时，则将背景材料设为Normal(空气/真空)。将边界条件设置为Open(开放)边界。

对于开放场，通常边界要增大到模型最大维度的30％，以免造成对仿真对象的干扰。

第二设置单元204具体用于：

当研究飞行器在天空遭受雷击的情形时，将所述背景材料设置为空气或真空，将所述边界条件设置为开放边界。

划分单元205，用于基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

网格的设定决定了仿真的精度和速度。本发明优选六面体传输线矩阵网格，比如，最小网格步长为36mm，最大网格步长为74mm，网格总数量为261392。

其中，网格的步长根据仿真精度和速度确定。

第三设置单元206，用于设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

其中，仿真参数包括：电缆端子、电路元件和电磁探针。

在实际应用中，可以在求解器中设置表面电流、磁场强度、电场强度等仿真参数，并布置预设数量的电磁探针，在瞬态仿真任务中设置波形参数，设置频率范围为1GHz，设定仿真时间为100μs，这个时间大于雷电流波形半高宽时间和雷电流流经机身的时间之和，基本上反应了雷电流作用的全过程。同时设置场路协同仿真等参数。

建模单元207，用于基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

电路建模需要考虑电缆参数设置和阻抗匹配设置。一般端口的匹配阻抗为50Ω，双绞线设置为差分端口，差分端口的匹配阻抗为100Ω。另外，将同轴电缆的屏蔽层接地，同时在各线缆上加探针，以分析累计瞬态的感应电力、感应电压及频谱等。

仿真单元208，用于基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

具体的，同时进行电磁场仿真和电路仿真的过程，可以称为协同仿真。在参数设置完毕后，启动场路协同仿真，点击update按钮，启动仿真，仿真结束后在navigation tree→1D结果或者2D/3D结果中查看仿真结果，仿真结果可参见图5所示。其中，1D结果可参见图6(a)示出的电场强度波形，以及图6(b)示出的磁场强度波形。

在电路仿真结果，如图7所示，可查看电路元件上的电压或电流等。

综上可知，本发明公开了一种雷电电磁环境的仿真系统，获取预先在CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型，以该模型为基础，设置雷电流的雷击路径，在雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，设置仿真雷电流的背景材料和边界条件，并使用传输线矩阵算法对仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型，设置求解器，并基于求解器确定仿真参数，基于飞行器试品箱模型、仿真雷电流和仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型，最后基于电磁仿真模型和电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。本发明使用CST平台进行雷电电磁环境分析，CST平台具有验证方便、灵活、准确和成本低的优势，无需太多复杂的工作就能够直观生动的实现电磁环境的仿真，从而解决了现有技术中的问题。

另外，本发明实现了场路协同仿真，仿真结果互联互通，简单快捷，传输线矩阵算法网格效率高，节约了仿真时长，并避免了多个软件之间不兼容的问题。

需要说明的是，系统实施例中各组成部分的工作原理，请参见方法实施例对应部分，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种雷电电磁环境的仿真方法，其特征在于，包括：

获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，具体包括：

将雷电流的击入点设置在所述飞行器试品箱模型的顶面中心点；

将所述雷电流的分离点设置在所述飞行器试品箱模型的底面中心点；

将所述顶面中心点和所述底面中心点用导体连接构成回路，完成对所述雷电流的雷击路径的设置。

3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述雷电流数学模型的建立过程为：

基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立所述雷电流数学模型。

4.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件，具体包括：

当研究飞行器在天空遭受雷击的情形时，将所述背景材料设置为空气或真空，将所述边界条件设置为开放边界。

5.一种雷电电磁环境的仿真系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取预先在计算机仿真技术CST线缆工作室中建立的飞行器试品箱模型；

第一设置单元，用于以所述飞行器试品箱模型为基础，设置雷电流的雷击路径，所述雷击路径包括：雷电流的击入路径和击出路径；

添加单元，用于在所述雷击路径中添加电磁元件得到仿真雷电流，其中，所述电磁元件的信号为预先建立的雷电流数学模型；

第二设置单元，用于设置所述仿真雷电流的背景材料和边界条件；

划分单元，用于基于所述背景材料和所述边界条件，使用传输线矩阵算法对所述仿真雷电流的仿真环境进行网格划分，得到电磁仿真模型；

第三设置单元，用于设置求解器，并基于所述求解器确定仿真参数；

建模单元，用于基于所述飞行器试品箱模型、所述仿真雷电流和所述仿真参数进行电路建模，在CST原理图界面得到电路仿真模型；

仿真单元，用于基于所述电磁仿真模型和所述电路仿真模型，同时进行电磁场仿真和电路仿真，得到雷电电磁环境的仿真结果。

6.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述第一设置单元具体用于：

将雷电流的击入点设置在所述飞行器试品箱模型的顶面中心点；

将所述雷电流的分离点设置在所述飞行器试品箱模型的底面中心点；

将所述顶面中心点和所述底面中心点用导体连接构成回路，完成对所述雷电流的雷击路径的设置。

7.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述雷电流数学模型的建立过程为：

基于雷电流峰值、峰值时间和半峰值时间，采用双指数数学模型，建立所述雷电流数学模型。

8.根据权利要求5所述的仿真系统，其特征在于，所述第二设置单元具体用于：

当研究飞行器在天空遭受雷击的情形时，将所述背景材料设置为空气或真空，将所述边界条件设置为开放边界。