技术领域
[0001] 本发明涉及电磁场入射波形测量方法，具体涉及一种基于磁场的水平极化球面辐射波的入射场全波形测量方法。
相关背景技术
[0002] 高空电磁脉冲(HEMP)的场强幅度高、频率范围宽、覆盖面积广，对电子电气设备及系统造成威胁。目前电磁脉冲场环境主要采用IEC6100‑2‑9中规定的电场峰值50kV/m、前沿2.5ns、半高宽23ns，相应的高空电磁脉冲模拟器也依照此标准建设。HEMP模拟装置的入射场波形是评判模拟装置性能指标的重要参数，也是模拟装置下开展试验的重要依据。
[0003] 水平极化球面辐射波模拟装置是一种较为典型的模拟装置。目前对其入射场的测量主要是采用电场测量的方式。但由于地面反射的影响，从模拟装置入射的电场与地面反射的电场叠加，导致入射场测量存在困难。目前通用的做法是选取离地面相对较远的电场测点，使得入射场与地面反射场形成较大时间差，从而可读取入射场前沿、半宽等关键参数。但在实际操作中，电场测点选择的高度有限，即便可以通过上述手段测量得到波形关键参数，依旧无法将反射场与入射场剥离，特别是波形后半部受反射的影响明显而无法获得入射场的完整波形。
[0004] 如何完整获取受地面反射影响下的水平极化球面辐射电磁脉冲入射场波形，目前依旧是一个亟待解决的问题。
具体实施方式
[0027] 下面将结合附图及实施例，对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
[0028] 本发明实施例提供的一种基于磁场的水平极化球面辐射波的入射场全波形测量方法，该方法主要针对地面附近的水平极化球面波电磁辐射环境，特别是电磁脉冲环境，主要用于水平极化电磁脉冲模拟装置的入射场测量；在地面附近的水平极化球面波电磁辐射环境下，通过磁场测量的方式实现该环境下入射场的测量；能够有效规避地面反射对波形特征的影响。
[0029] 如图1所示，具体包括以下步骤：
[0030] 步骤1、确定水平极化球面辐射波的辐射源中心O、辐射源中心的地面投影点O'和电磁场极化方向；
[0031] 步骤2、如图2所示，选取测点M，使得OO'＝O'M；
[0032] 步骤3、在测点M处架设用于磁场测量设备，并调整磁场测量设备的方向，使其极化方向平行于平面OO'M，且垂直于线段OM；该磁场测量设备可以是磁场传感器，也可以是磁场探测器。
[0033] 步骤4、通过架设的磁场传感器对入射磁场进行测量，，磁场测量设备将空间磁场的电磁信号转化为可拾取的电信号，然后将电信号转化为光信号，再将光信号通过光纤传输至远端设备，远端设备再将光信号转化为电信号，最后该电信号通过示波器显示和存储，从而获得入射磁场波形，即为水平极化球面辐射波的入射场全波形。
[0034] 如图3所示，球面辐射下的水平极化入射波与反射波如图2所示。其中E和E'分别为入射电场和反射电场；H和H'分别为入射磁场和反射磁场，k和k'分别为入射波矢和反射波矢；h1和h2分别为辐射源中心点O到地面的距离以及测点M到地面的距离，即OO'＝h1，MM'＝h2，l为辐射源中心点O在地面上的投影点O'至测点M在地面上的投影点M'的距离，即O'M'＝l。
[0035] 可以看出，入射电场E和反射电场E'均为水平极化但方向相反，入射磁场H和反射磁场H'与波矢共面但极化方向不同。实测电场Em为入射电场E和反射电场E'的叠加，实测磁场Hm为入射磁场H和反射磁场H'的叠加，则有：
[0036]
[0037] 由于入射波和反射波到达测点M存在时间差，且地面反射可近似为在地面介质的平面反射，入射电场E和反射电场E'的幅度关系可近似为：
[0038] E'(t)＝ηE(t+Δt) (3)
[0039] H'(t)＝ηH(t+Δt) (4)
[0040] 其中，η表示地面反射率，Δt为入射波和反射波到达测点M的时间差，即清晰时间。
[0041]
[0042] 其中，c为光速，测点M的坐标为(x,y,z)，坐标原点为辐射源中心点O地面的投影点O'。
[0043] 设测点M的坐标为(x,y,z)，则：
[0044] l2＝x2+y2 (6)
[0045]
[0046] 若测量入射磁场H方向的磁场分量，实测磁场Hm为：
[0047]
[0048] 其中， 为磁场的单位矢量。
[0049] 当：
[0050]
[0051] 即入射磁场H和反射磁场H'(极化方向)互相垂直时，则：
[0052]
[0053] 其中，θ为入射磁场H的极化方向与测点M所在水平面的夹角，θ≤π/2，θ'为反射磁场H'的极化方向与测点M所在水平面的夹角，θ'≤π/2。
[0054] 进而：
[0055]
[0056] 此时，测量的磁场分量刚好与入射磁场H一致。
[0057] 已知：
[0058]
[0059] 要满足：
[0060]
[0061] 则有：
[0062]
[0063] 整理得：
[0064]
[0065] 上式(16)等号的右边 等于辐射源中心点O在地面上的投影点O'到测点M的距离。
[0066] 因此，如图3所示，测量时通过磁场测量的方式可实现入射场全波形测量，只要保证辐射源中心在地面上的投影点O'到辐射源中心点O的距离与选取的测点M到辐射源中心在地面上的投影点O'的距离相等，即O'O＝O'M，且磁场传感器的极化方向与入射磁场保持一致即可。
[0067] 如图4所示，可以看出：根据上述方法，在满足相应的条件下，实测磁场波形与入射场波形一致，该方法解决了HEMP模拟装置下试验时入射场完整信息缺失的问题。
[0068] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
