一种大型地下工程整体SREMP磁场环境实测评估方法与流程

一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法
技术领域
1.本发明涉及电磁环境评估技术，具体涉及一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法。


背景技术：

2.已知的，sremp(source region electromagnetic pulse，源区核电磁脉冲)磁场频率低、强度高、能量大，对岩土介质穿透性强，能通过多种途径进入地下工程内部，干扰或毁伤工程内部电气设备。大型地下工程规模大、被覆厚薄不均匀、内部结构复杂、电磁耦合途径多样，难以通过仿真精确评估其内部sremp磁场环境；室内大型sremp环境模拟器也由于尺寸、成本、架设难度等限制无法应用至现场实测。因此，针对大型地下工程整体sremp磁场环境的定量实测评估受技术能力限制，至今无法开展。那么如何提供一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。


技术实现要素：

3.为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，本发明为大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估提供科学有效的测量方法，可为人防工程、城市综合管廊系统、城市地铁系统等大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估提供设备支撑等。
4.为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
5.一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述评估方法具体包括如下步骤：
6.第一步、准备及布放测量系统：
7.a、布放测量系统：
8.测量系统构中的大型天线贴地布放于地下工程上方，通过连续波电流源激励后感应出低频电磁场；
9.b、磁感应强度衰减量计算：
10.地下工程内部某一点p位置处在频率为f的入射连续波作用下的磁场频域衰减量表示为：
[0011][0012]
其中，s
db
(f)表示频率f连续波磁场的衰减量，b
p0
(f)(或h
p0
(f))表示频率f的连续波在地下工程外地面处磁感应强度(或磁场强度)，b
p
(f)(或h
p
(f))表示地下工程内部p点位置处的磁感应强度(或磁场强度)；
[0013]
c、由连续波波实测结果估计脉冲波响应：
[0014]
地下工程被覆层整体视为一个大型屏蔽结构，若将电磁波进入地下工程的过程视为一个信号传输系统，显然它是一个因果线性系统或弱非线性系统，设sremp磁场时域函数
为x(t)，经过一个系统后输出为y(t)，设系统的传递函数为h(t)，则有
[0015][0016]
y(ω)＝x(ω)h(ω)
[0017]
其中y(ω)、x(ω)和h(ω)分别是x(t)、y(t)和h(t)的傅里叶变换，h(ω)是系统的频域响应，写成幅度和相位的形式为
[0018]
h(ω)＝|h(ω)|e
jθ(ω)
[0019]
|h(ω)|为幅频特性，e
jθ(ω)
为相频特性，θ(ω)为相角；
[0020]
对于一个因果线性系统来说，无论输入信号如何，时域传递函数h(t)是固定不变的，地下工程被覆层可视为因果线性系统，其相频特性可以任意选择，但满足最小相位条件的相频特性是唯一的，设一个因果线性系统的频域响应为h(ω)，则
[0021]
h(ω)＝h
r
(ω) jh
i
(ω)＝|h(ω)|e
jθ(ω)
[0022]
其中h(ω)的实部h
r
(ω)与虚部h
i
(ω)满足hilbert变换关系，即
[0023]
h
i
(ω)＝
‑
hilbert(h
r
(ω))
[0024]
e
jθ(ω)
为相频特性，式(4)两边取自然对数
[0025]
ln(h(ω))＝ln|h(ω)| jθ(ω)
[0026]
则ln|h(ω)|与相角θ(ω)也满足hilbert变换关系，即
[0027]
θ(ω)＝
‑
hilbert(ln|h(ω)|)
[0028]
因此，由|h(ω)|即可估计得到θ(ω)，进而计算得到h(ω)，由
[0029]
h(t)＝f
‑1(h(ω))
[0030]
其中f
‑1表示傅里叶逆变换，因此可根据式(2)估计出入射信号为x(t)时地下工程内部环境；
[0031]
第二步、选定测量频点和地下工程内外测点位置，测量地下工程外所有频点的磁场强度h
p0
(f)和地下工程内所有频点的磁场强度h
p
(f)；
[0032]
第三步、计算所有测量频点的衰减量s
db
(f)；
[0033]
第四步、对s
db
(f)线性插值得到幅频响应|h(ω)|；
[0034]
第五步、由|h(ω)|估计θ(ω)和h(ω)，并计算时域传递函数h(t)；
[0035]
第六步、设置地下工程外入射电磁波x(t)为sremp磁场波形，计算工程内测点处的sremp磁场环境y(t)；
[0036]
第七步、最后系统运行结束，关闭测量系统。
[0037]
所述的大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述测量系统包括连续波电流源、大型天线、匹配器和磁场传感器，所述大型天线贴地布放于地下工程上方，通过连续波电流源激励后感应出低频电磁场，大型天线连接匹配器，所述匹配器连接连续波电流源，大型天线通过无线信号连接设置在地下工程内部的磁场传感器。
[0038]
所述的大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述连续波电流源为系统输入提供稳定的连续波，连续波电流源的工作频带为1khz～200khz，最大功率为1kw。
[0039]
所述的大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述大型天线贴地布放，辐射低频感应磁场，大型天线的长度拼接后为1000m～5000m，单段长度为100m，驻波比低于5％。
[0040]
所述的大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述匹配器根据大型天
线接地阻抗自动匹配至相近的阻抗档位，以提高功率放大器的输出效率，匹配器的工作频带为1khz～200khz。
[0041]
所述的大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述磁场传感器为低频磁场接收设备，磁场传感器的工作频率为100hz～200khz，最低噪声电平为5ft。
[0042]
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
[0043]
本发明中大型天线布设在地面上，大型天线通过无线信号连接设置在地下工程内部的磁场传感器，将磁场传感器接收到的连续波低频磁场信号采集，然后对采集到的连续波低频磁场信号进行后期处理，为大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估提供科学有效的测量方法，可为人防工程、城市综合管廊系统、城市地铁系统等大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估提供支撑等，本发明具有结构简便，操作方便，使用效果好等特点，适合大范围的推广和应用。
附图说明
[0044]
图1为本发明实施例中测量系统的布设图；
[0045]
图2为本发明实施例中实测评估方法流程图；
[0046]
图3为本发明实施例中估计衰减值与相位；
[0047]
图4为本发明实施例中工程内估计磁场波形。
具体实施方式
[0048]
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
[0049]
结合附图1～4所述的一种大型地下工程整体sremp磁场环境实测评估方法，所述评估方法具体包括如下步骤：
[0050]
第一步、准备及布放测量系统：
[0051]
a、布放测量系统：
[0052]
测量系统的布放方式如图1所示，测量系统构中的大型天线贴地布放于地下工程上方，通过连续波电流源激励后感应出低频电磁场；具体实施时，所述测量系统包括连续波电流源、大型天线、匹配器和磁场传感器，所述大型天线贴地布放于地下工程上方，通过连续波电流源激励后感应出低频电磁场，大型天线连接匹配器，所述匹配器连接连续波电流源，大型天线通过无线信号连接设置在地下工程内部的磁场传感器；具体实施时，磁场传感器还可以连接数据采集仪和信号处理终端；
[0053]
b、磁感应强度衰减量计算：
[0054]
地下工程内部某一点p位置处在频率为f的入射连续波作用下的磁场频域衰减量表示为：
[0055][0056]
其中，s
db
(f)表示频率f连续波磁场的衰减量，b
p0
(f)(或h
p0
(f))表示频率f的连续波在地下工程外地面处磁感应强度(或磁场强度)，b
p
(f)(或h
p
(f))表示地下工程内部p点位置处的磁感应强度(或磁场强度)；
[0057]
c、由连续波波实测结果估计脉冲波响应：
[0058]
地下工程被覆层整体视为一个大型屏蔽结构，若将电磁波进入地下工程的过程视为一个信号传输系统，显然它是一个因果线性系统或弱非线性系统，设sremp磁场时域函数为x(t)，经过一个系统后输出为y(t)，设系统的传递函数为h(t)，则有
[0059][0060]
y(ω)＝x(ω)h(ω)
[0061]
其中y(ω)、x(ω)和h(ω)分别是x(t)、y(t)和h(t)的傅里叶变换，h(ω)是系统的频域响应，写成幅度和相位的形式为
[0062]
h(ω)＝|h(ω)|e
jθ(ω)
[0063]
|h(ω)|为幅频特性，e
jθ(ω)
为相频特性，θ(ω)为相角；
[0064]
对于一个因果线性系统来说，无论输入信号如何，时域传递函数h(t)是固定不变的，地下工程被覆层可视为因果线性系统，其相频特性可以任意选择，但满足最小相位条件的相频特性是唯一的，设一个因果线性系统的频域响应为h(ω)，则
[0065]
h(ω)＝h
r
(ω) jh
i
(ω)＝|h(ω)|e
jθ(ω)
[0066]
其中h(ω)的实部h
r
(ω)与虚部h
i
(ω)满足hilbert变换关系，即
[0067]
h
i
(ω)＝
‑
hilbert(h
r
(ω))
[0068]
e
jθ(ω)
为相频特性，式(4)两边取自然对数
[0069]
ln(h(ω))＝ln|h(ω)| jθ(ω)
[0070]
则ln|h(ω)|与相角θ(ω)也满足hilbert变换关系，即
[0071]
θ(ω)＝
‑
hilbert(ln|h(ω)|)
[0072]
因此，由|h(ω)|即可估计得到θ(ω)，进而计算得到h(ω)，由
[0073]
h(t)＝f
‑1(h(ω))
[0074]
其中f
‑1表示傅里叶逆变换，因此可根据式(2)估计出入射信号为x(t)时地下工程内部环境；
[0075]
第二步、选定测量频点和地下工程内外测点位置，测量地下工程外所有频点的磁场强度h
p0
(f)和地下工程内所有频点的磁场强度h
p
(f)；
[0076]
第三步、计算所有测量频点的衰减量s
db
(f)；
[0077]
第四步、对s
db
(f)线性插值得到幅频响应|h(ω)|；
[0078]
第五步、由|h(ω)|估计θ(ω)和h(ω)，并计算时域传递函数h(t)；
[0079]
第六步、设置地下工程外入射电磁波x(t)为sremp磁场波形，计算工程内测点处的sremp磁场环境y(t)；
[0080]
第七步、最后系统运行结束，关闭测量系统。
[0081]
具体实施时，所述连续波电流源为系统输入提供稳定的连续波，最大功率为1kw，其技术指标如下：
[0082][0083]
所述大型天线贴地布放，辐射低频感应磁场，大型天线的长度拼接后为1000m～5000m，单段长度为100m，驻波比低于5％，其具体技术指标如下：
[0084][0085]
所述匹配器根据大型天线接地阻抗自动匹配至相近的阻抗档位，以提高功率放大器的输出效率，其技术指标如下：
[0086][0087]
所述磁场传感器为低频磁场接收设备，最低噪声电平为5ft，其具体技术指标如下：
[0088][0089][0090]
本发明的具体实施例如下：
[0091]
对某城市地铁工程实测结果和连续波磁场衰减量计算结果如下表所示：
[0092]
某城市地铁工程内外磁感应强度实测值和连续波磁场实测衰减量
[0093][0094]
估计衰减值与相位如图3所示、工程内估计磁场波形如图4所示。
[0095]
本发明未详述部分为现有技术。
[0096]
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。