Диссертация (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений), страница 10

Приоэтих способах решения исходныеоданные параметров воздействующихполейомогут быть заданыов любом виде (аналитически, в виде таблиц).Область применения численныхометодов ограничивается тем,очто при такомоподходе электрофизические характеристикиокабелей (ЭФХ) (R,оL,оC,оG,ZСВ) принимаются независимымиооточастоты, что можетопривестиок некоторымпогрешностямоворасчетах для времен,охарактерных действию ЭМИ.В ряде литературныхоисточников были использованыокомбинированныеметоды.оРасчетыонаводок проводилисьоводва этапа.оНа первом этапе временнымометодом рассчитывался ток вометаллопокровеокабеля, а затемос помощьюоинтегралаосвертки (соучетом частотной зависимости передаточной функцииометаллопокрова) определяется напряженность электрическогоополя на внутренней стенкеометаллопокрова.оТоки и напряжения воцепио«жила-металлопокров»определялисьочисленными методами во временной области.

Данныйоподход позволяет учестьочастотную зависимость сопротивления связи металлопокроваоииспользовать преимущества численныхометодов расчета. Однакооследуетозаметить, что приоэтомозависимость первичных параметров кабелейоот частоты(кроме ZСВ) неоучитывается.Использованиеоматематическогооаппаратапреобразования Фурьеопозво-ляет учестьозависимостиопервичных и вторичных параметровокабелейоот частоты, чтоонаиболееоважно при расчетах воздействия электромагнитных полейонакабельныеокоммуникации.оНедостатком указанных методов являетсяонеобходимость задания временных формовоздействующих полей в аналитическомовиде.

Вслучаях жеотабличногоозадания исходных данныхопоовоздействующим полям,прямоеопреобразованиеоФурье необходимо проводитьочисленнымиометодами,что приведеток существенному усложнениюопрограмм расчета и увеличениювремени счета.53Таким образом, в настоящееовремя разработаны и применяютсяометодыоценок, позволяющие рассчитыватьотоки и напряжения, наводимыеоэлектромагнитными излучениями в микроои миллисекундном временном диапазонеовокабельных линиях с учетомоцелого ряда влияющих факторово(нелинейности характеристик защитных устройств,оразветвленности кабельных линий, частотнойозависимостиоэлектрических характеристик кабелей иот.п.).

Однако в связиос появлением в последнееовремя новых не стандартных источников,отаких как СКИЭМИ, особую актуальность приобрели вопросы, связанные с защитой бортовыхосистемоотопоражающихнаносекундныхЭМИперспективныхгенерато-ров,охарактеризующихся большими амплитуднымиозначениями напряженностейэлектромагнитных полейопри малых длительностях.Кромеотого, всеорассмотренные методы при определении параметроволинииоосновываются на поперечной квазистационарности электрического поля, т.е.не учитывается скорость распространения волны между проводом и внешней средой.

В этом случае получениеохарактеристик наводимых токовои напряжений волинии в наносекундном диапазонеообоснованыонедостаточно. Все этиообстоятельстваопривели конеобходимости разработки новых и уточненияосуществующих расчетных моделей оценкиовоздействияополей ЭМИ на элементыои узлыоБЦВК.Рассмотримоподробно область применения каждого изосуществующихподходов.Современные бортовые системыоуправления представляют собойосложныеустройства, содержащие восвоем составе высокоинтегрированные элементы,оработающиеопри малых уровнях сигналов. Этооделает их уязвимыми ковоздействию мощных электромагнитных излученийои обуславливает необходимостьпроведенияоисследований, направленных наообеспечениеопомехоустойчивостирадиоэлектронной аппаратурыои ее компонентов.Бесспорно,наиболееодостовернымпутемоценкистойкостиБСУоквоздействию электромагнитных полейоявляются экспериментальные исследования.

Однакоонеобходимые меры радиоэлектронной защитыодолжны быть54предусмотрены ужеона этапах проектирования и разработкиорадиоэлектроннойаппаратурыои ее компонентов. Для этогоона данныхоэтапах проводятся расчетысоиспользованиемоматематических моделей взаимодействия ЭМПос элементамиБСУ.Каждыйометод может быть использованодля решения определенного класса задач.оТак, методы геометрической иофизической оптики могут бытьоиспользованы при расчете откликаобольших антенн (например, радиоастрономическихорадаров) или поля вблизиобольших рассеивающих объектов.оПолученные результаты могут служить исходными данными при решении другой частиозадачидругим методом (вочастности, FDTD).Квазистатическое приближение (анализона основе схем сососредоточенными параметрами) и теорияодлинных линий могут применятьсяодля расчета воздействияона конкретные устройства, приоусловии, что поперечные размеры линий передачи и размеры устройств малы.

При этом должныобыть заданы токи инапряженияона входах устройств и граничныеоусловия для линий передачи.Методыоконечных элементов (МКЭ)оэффективны для моделированияообъектов, содержащих проводники иодиэлектрики произвольной формы. Ониомогутиспользоваться при расчетеовоздействия на такие элементыоБЦВК как интегральные схемы.оОднако при решенииоМКЭ 3-мерных задач имеютсяопроблемыс моделированием незамкнутыхогеометрий.Метод моментов нашелоширокое применение в антенномоанализе и приорешении задач об электромагнитноморассеянии. Он особеннооэффективен приомоделировании проволочных антенноили проволок, прикрепленныхок большимопроводящим поверхностям.оНедостатком являетсяоневозможность моделированияонеоднородной среды иосложных объектов из различных материалов.Методы FDTD иоTLM [49], вокоторых расчет проводитсяонепосредственново временнойообласти, незаменимы дляонеоднородных, нелинейныхои частотнозависимых объектовоили среды.

Обаометода позволяют осуществлять параллельныеовычисления на ЭВМ. Копреимуществам метода FDTDоотно-сится такжесравнительная простотаорасчетных соотношений и заданияоисходных данных.55Основным изонедостатков обоих методов является то, что объемные задачи, гдеимеютсяосложныемелкиедетали,отребуютбольшихвычислительныхза-трат.оОднако этот недостаток компенсируется быстрым развитием вычислительной техники.Особенности расчетных моделей оценки воздействия СК ЭМИ на РЭАПроведённые экспериментальныеоисследования воздействия СК ЭМИонаэлектронные компонентыоцифровых устройств показали, чтоодля достовернойоценкиихореальнойстойкостинеобходимоопроведениеисследованийииспытанийовоусловиях их реального расположенияов аппаратуре.РешениезадачиооценкивоздействияСКЭМИонаРЭАметодамиматематическогоомоделирования на сегодня неопредставляется возможнымввиду отсутствияосоответствующего методического аппарата.оПри этом анализчисленныхометодоврешениятакихзадачопоказываетневозможностьполученияодостоверных расчетных результатов существующимиометодами всвязи сотем, что:а) временныеопараметры СК ЭМИ (длительностьофронта импульса -ф.,длительностьоимпульса -0,5) существенно короче, чемоаналогичные пара-метрыЭМИ ЯВ.оВ связи с этимовозникает проблема применимости телеграфныхуравнений, ранее используемыхопри анализе ЭМИ ЯВ, так как:- существующая модельоне учитывает собственное излучениеокабеля,весьма существенное наочастотах более 10 МГцо(спектральный состав СКоЭМИвключает частоты доо10 ГГц);-приовыводетелеграфныхуравненийпредполагается,очтотоквпроводнике обладаетоцилиндрической симметрией, это допущениеоможет бытьневерным дляовысоких частот, входящих восостав частотного спектра СК ЭМИ;б) дляоопределенияристикокабельныхлинийчастотно-зависимыхиспользуютсяэлектрофизическихразличныеоприближенныехарактеметоды(приближенияоКарсона, Зунде и др.), применимостьокоторых на этих частотахстрого не обоснована;56в)принеоднороднымирассмотрениивоздействияоЭМИнаэкранами(сетчатыми)овводилоськабельныеупрощение,линииосиоэкранырассматривались как сплошные.оЭто допущение корректноопока длина волнывоздействующегооЭМИ много больше поперечныхоразмеров неоднородностей(щелей) экрана.оОднако в частотном спектре СК ЭМИоесть частоты сдлинамиоволн соизмеримыми с поперечнымиоразмерами неоднородностейнекоторых типов экранов [12, 13, 82, 129].При выборе расчетныхооценок учитывалось следующее: основной величиной, определяющей характер взаимодействияоСК ЭМИсооблучаемымиобъектами,являетсяфронтоимпульсаτ.Еслихарактерныйоразмер объекта L ≤ сτ,огде с – скоростьораспространенияэлектромагнитнойоволны, то математическая модельодолжна учитывать эффектзапаздыванияов возбуждении различных участковообъекта, т.е.

рассматриватьегоокак распределенную систему. Такокак при τ =о100 пс получаем сτо= 3 см,тооотсюдаоследует,очточескиеоустройства,невэтомговоряоужеслучаеопрактическиоподключенныхвсеконимрадиотехниантеннахилинияхосвязи, должны рассматриватьсяокак распределенные системы; простейшими моделями дляорасчета нестационарных процессов являютсялинейный вибратор иодвухпроводная линия.