随机捆扎线缆束几何特性自动测量方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于电磁计量领域。
【背景技术】
[0002] 线缆束的耦合问题是航空、航天器电磁兼容设计中面临的典型问题，而这一问题 也正受到越来越多的关注。而在电磁兼容设计初期，首先要确定线缆束的几何特性，才能对 其电磁兼容性能进行研究。目前对于随机捆扎线缆束的近似描述采用了均匀传输线模型， 即假定线缆束横截面几何结构在传输线网络节点之间沿轴向不发生变化。这一方案是在模 型复杂度和准确度之间做出的一种折中处理。而实际情况是，由于线缆捆扎工艺的限制，即 使使用相同工艺生产的同类型同批次线缆束，其几何横截面也存在很大的随机性。此外，线 缆束使用过程中由于振动导致电缆与固定框架互相摩擦、温度变化导致绝缘层老化等因 素，使得线缆结构参数和介质参数均发生一定变化，进而影响分布电参数并对线缆束的电 磁耦合效应产生影响。传统的均匀传输线模型不足以描述这些几何特性的变化，因此必须 采用测量的方法，量化这些几何特性参数的随机性，以便更好地研究线缆束的耦合效应。
[0003] 目前已有的获取线缆束外特性的方法主要为通过数值模拟的方法获取，主要有以 下二种方法：
[0004] (1)使用分段等效的均匀传输线模型级联，且相邻传输线的截面几何结构随机变 化，应用蒙特卡洛方法进行多次仿真即可获取结果的分布特性。此种方法的优点是实现简 单，但消耗的计算资源多，且任意结构级联易造成线缆不连续，影响高频段分析的准确性。 [0005] (2)随机中点置位法:生成一组分形曲线来模拟线缆位置的随机性，并使用分形维 度表征线缆位置沿轴向变化的程度。基于RDSI算法，使用样条插值技术保持线缆的连续和 平滑，使用置位点的高斯分布参数和线缆分段数来表征线缆位置的随机性。这一方法可以 节省计算量，但使用的前提是线缆束中只包含同一型号的导线，未考虑多种线缆捆扎的情 况。
[0006] (3)WH(Wire_Hole)模型法:通过控制每根线缆(Wire)在预定义的线缆束位置孔 (Hole)中的随机传递来表征线缆结构的随机性。此模型仍只适用于由单一线缆构成的线缆 束的建模。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决现有线缆束几何特性参数获取方法模型适用条件苛刻 的问题，本发明提供一种随机捆扎线缆束几何特性自动测量方法。
[0008] 本发明的随机捆扎线缆束几何特性自动测量方法，所述方法包括如下步骤：
[0009] 步骤一:测量一组待测随机捆扎线缆束的外部阻抗特性，包括开路阻抗特性和短 路阻抗特性，根据随机捆扎线缆束阻抗特性的分布情况，得到待测随机捆扎线缆束的阻抗 特性数据；
[0010] 步骤二:根据待测随机捆扎线缆束，建立基于分形理论的随机捆扎线缆束几何模 型；
[0011] 步骤三:根据待测随机捆扎线缆束内的线缆种类，建立基于线缆分形系数的描述 线缆束几何特性的参数集；
[0012] 步骤四：依据传输线理论和步骤二建立的随机捆扎线缆束几何模型，构建线缆分 形系数与阻抗特性的映射关系，获得确定性前向模型；
[0013] 步骤五:根据步骤一得到的阻抗特性数据和步骤四构建的确定性前向模型，建立 贝叶斯逆估计模型；
[0014] 步骤六:采用马尔科夫链蒙特卡洛算法对步骤五得到的贝叶斯逆估计模型进行求 解，得到分形系数的最优估计；
[0015] 步骤七:将步骤六得到的分形系数的最优估计代入步骤三得到的参数集中，得到 描述线缆束的几何特性的参数。
[0016] 所述步骤一，测量待测随机捆扎线缆束的外部阻抗特性的方法：
[0017] 待测随机捆扎线缆束的两端分别依次通过一个航插、一个转接盒以及一个开关矩 阵同时与矢量网络分析仪相连接;利用上位机控制矢量网络分析仪测量待测随机捆扎线缆 束的开路阻抗特性和短路阻抗特性。
[0018] 所述步骤三，基于线缆分形系数的描述线缆束几何特性的参数集为：
[0019] χ = {Χ1(θ)，Χ2(Θ)，· · ·，χη(θ) };
[0020] 其中"二㈧^:^…乂:^俨为线缆分形系数；
[0021] 其中，是第i种随机捆扎线缆束的线缆分形系数，m为随机捆扎线缆束种类的数 量，RmSm维实数空间。
[0022]所述步骤四中，确定性前向模型为:y=F(0)+v,此模型基于传输线理论建立；
[0023]其中，yeRdS随机捆扎线缆束的阻抗特性数据，d为阻抗特性数据的维度，76#是 由测量时引入的随机误差，F(0)为未考虑随机误差的前向模型，表示线缆分形系数到阻抗 特性的映射函数。
[0024] 所述步骤五中，贝叶斯逆估计模型为
[0025] 其中，Prob(0)是基于背景知识给出的线缆分形系数的先验估计;Pr〇b(y|0)是由 一组随机捆扎线缆束的阻抗特性数据获得的概率分布;Prob(0| y)是一个似然分布，是结合 确定性前向模型和随机捆扎线缆束的阻抗特性数据后的后验概率分布。
[0026] 所述步骤六中，分形系数的最优估计0*=maximizeProb(0 I y);
[0027] 其中，
[0028] 本发明的有益效果在于，可对多种线缆构成的复杂线缆束模型几何特性参数的随 机性进行量化，适用性强，测量系统操作简单、稳定且具有高度可重复性，使得测量结果具 有很高的稳定性和准确性。
【附图说明】
[0029] 图1为【具体实施方式】中采用测量平台测量随机捆扎线缆束几何特性的原理示意 图。
[0030]图2为图1中线缆支架1的左视图。
[0031]图3为【具体实施方式】中待测随机捆扎线缆束的T形等效电路。
[0032]图4为【具体实施方式】中待测随机捆扎线缆束的阻抗测量原理示意图。
[0033]图5为随机捆扎线缆束的横截面模型的原理示意图。
【具体实施方式】
[0034] 结合图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的随机捆扎线缆束几何特性 自动测量方法是基于测试系统实现的，所述测试系统包括线缆支架1、两个航插2、两个转接 盒3、SMA接口 50欧电阻4、两个开关矩阵5、矢量网络分析仪6、上位机7和通用接口总线8。
[0035] 待测随机捆扎线缆束可以为相同类型线缆随机捆扎得到的线缆束或为不同类型 线缆随机捆扎得到的线缆束。本实施方式中，以三根相同类型线缆捆扎的线缆束为例；
[0036] -待测随机捆扎线缆束的两端分别通过航插2连接两个转接盒3,其中一个转接盒 3通过SMA接口 50欧电阻4与一个开关矩阵5相连，另一个转接盒3直接与另一个开关矩阵5相 连，两个开关矩阵5通过BNC接口连接矢量网络分析仪，同时通过USB接口与上位机相连，如 图1所示。
[0037]所述测量方法包括如下步骤：
[0038]步骤一、通过上位机7控制两个开关矩阵5,利用矢量网络分析仪6测量一组待测随 机捆扎线缆束的外部阻抗特性，根据随机捆扎线缆束的阻抗特性分布情况，得到待测随机 捆扎线