基于超高頻和超聲波相控接收陣的局部放電定位法研究

本項目提出將相控陣技術(shù)用于變壓器局部放電定位。它將局部放電看作超高頻和超聲波的發(fā)射源，用檢測超高頻和超聲波信號的相控接收陣構(gòu)成平面?zhèn)鞲衅?，以接收到的超高頻信號為時間基準(zhǔn)，得到各超聲波傳感器的傳輸時延，由此計算出局部放電點與傳感器間的距離；再根據(jù)相控陣掃描的方位角和仰角得出放電點的空間幾何位置，從而實現(xiàn)局部放電的定位。新定位法與傳統(tǒng)方法的不同有：能對多個局部放電源的空間位置進行定位；傳感器在設(shè)備內(nèi)對信號進行無接觸測量，可避免超聲波法在箱體外測量時箱體對信號傳播的影響。小型化的天線設(shè)計可實現(xiàn)對設(shè)備無影響。本項目主要研究的科學(xué)問題有局部放電的超高頻及超聲波信號特征及時間上的對應(yīng)關(guān)系；變壓器復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的電磁波和超聲波傳播的正、逆問題；相控陣稀疏及接收信號的數(shù)字波束合成；相控陣的小型化技術(shù)等。本項目的研究涉及多個學(xué)科知識的交叉及技術(shù)的綜合應(yīng)用，對實現(xiàn)電力設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測及狀態(tài)維護有重要的應(yīng)用價值。

隨著VLSI芯片功能越來越復(fù)雜，大量的時間消耗在功能驗證上，而目前錯誤定位仍主要依賴于手工勞動，效率低下且易于引入新的錯誤，因此錯誤自動定位方法成為新的研究熱點。但是現(xiàn)有方法存在抽象層次低、運算復(fù)雜度高、處理電路規(guī)模有限等問題。.針對這些問題，研究基于字級求解的電路錯誤自動定位理論與方法；研究基于約束依賴圖的高層HDL程序切片算法，以抽取有效電路；研究基于等價約簡與蘊含消除的斷言精化方法，以減小斷言規(guī)模；研究融合字級不可滿足子式與Craig插值的錯誤蹤跡優(yōu)化方法，以提高定位精度；研究基于否證分析與增量式求解的錯誤敏感向量壓縮方法，以剔除冗余輸入；面向RTL級和行為級電路描述，設(shè)計實現(xiàn)錯誤自動定位的原型系統(tǒng)。.本項目的研究成果，能夠顯著提高VLSI芯片驗證的效率，有助于縮短設(shè)計周期，突破制約芯片驗證的瓶頸，具有重要理論意義與實際應(yīng)用價值。

針對VLSI芯片的設(shè)計與驗證流程中，診斷與定位錯誤依賴于手工勞動且效率低下的問題，項目重點研究如何自動、高效地定位RTL級和行為級電路描述中的錯誤，通過設(shè)計與實現(xiàn)一系列形式化方法與技術(shù)，大大提高錯誤定位的效率與精度，從而加速芯片的設(shè)計與驗證流程。項目的主要研究成果包括： （1）針對近年來出現(xiàn)的許多電路錯誤定位方法，深入研究與分析了基于位級與字級的錯誤定位方法的基本原理，并對各種算法進行了評估與分析；并針對不可滿足子式能夠顯著提高錯誤定位效率與精度進行了深入分析。 （2）針對求解不可滿足子式可以顯著提高電路定位錯誤的效率，提出了悖論證明與悖論解析樹的概念，并提出一種啟發(fā)式局部搜索算法，從布爾公式的悖論證明中求解不可滿足子式。基于實際測試集進行了實驗對比，結(jié)果表明該算法優(yōu)于同類最優(yōu)算法。 （3）針對布爾不可滿足子式能夠幫助自動化工具迅速定位電路錯誤，提出了求解布爾不可滿足子式的消解悖論算法。它屬于一種非完全算法，對于業(yè)界常見的3-SAT和2-SAT問題非常高效?；陔S機測試集進行了實驗對比，結(jié)果表明消解悖論算法優(yōu)于其他同類算法。 （4）隨著硬件設(shè)計與驗證的抽象層次越來越高，基于一階邏輯的可滿足性模逐漸成為研究熱點。針對極小可滿足性模的不可滿足子式的求解問題，提出了基于深度優(yōu)先搜索與增量式求解的算法。與目前最優(yōu)算法對比，該算法能夠有效地求解極小不可滿足子式，并且隨著公式的規(guī)模增大，算法更加高效。 （5）高速緩沖存儲器（Cache）的錯誤定位是驗證領(lǐng)域的研究熱點與難點，對此提出了一種面向Cache的可綜合偽隨機驗證與錯誤定位方法。與業(yè)界常用的方法對比，該方法的處理速度快約3個數(shù)量級，并且能夠精確地定位更多的功能錯誤。 （6）謂詞抽象技術(shù)是解決錯誤定位中狀態(tài)空間組合爆炸問題的重要途徑，而不可滿足子式能夠減少謂詞抽象過程中精化迭代的次數(shù)。因此將兩種最小不可滿足子式的求解算法進行了集成與對比，并深入分析了不可滿足子式在硬件謂詞抽象中的作用，以及如何加速電路的錯誤定位過程。

本課題從理論方面、數(shù)值計算方面和試驗方面對飽和正凍土及其和樁基礎(chǔ)的相互作用進行了系統(tǒng)的研究。在理論方面，本課題根據(jù)相場理論，建立了正凍飽和土的兩種理論模型，即單相和兩相孔隙水模型。單相孔隙水模型的特點是，通過引入序參量把孔隙流體處理成單相介質(zhì)；兩相孔隙水模型的特點是，把孔隙流體處理成固液兩相介質(zhì)，且基于相場理論，通過引入飽和度的梯度項來描述固液相的界面能。此外，本課題還建立了考慮記憶效應(yīng)的單相物質(zhì)發(fā)生相變時的相場模型，該模型能計及相變過程中和序參量變化相關(guān)的應(yīng)力對應(yīng)變歷史的依賴。在數(shù)值模擬方面，我們重點對凍土和樁基礎(chǔ)的相互作用進行了數(shù)值模擬。為了對凍土和樁基礎(chǔ)的相互作用進行數(shù)值模擬，我們首先把正凍飽和土處理成層狀地基，并建立了求解層狀飽和土地基的反射透射矩陣(RTM)方法，利用上述RTM方法可得層狀飽和土的基本解，據(jù)此可建立凍土中樁基礎(chǔ)的Fredholm積分方程，利用上述積分方程對凍脹土及凍融土和樁基礎(chǔ)的相互作用進行了數(shù)值模擬，對凍脹土所引起的樁基礎(chǔ)的凍脹力及凍融土所造成的樁基礎(chǔ)的負摩阻力進行了計算。在數(shù)值計算方面，我們還對和起始水力坡降固結(jié)相關(guān)的移動界面問題， Hansbo非達西滲流下的大變形固結(jié)問題及考慮非達西滲流和應(yīng)力歷史影響的軟土非線性固結(jié)問題進行了研究。在試驗方面，我們首先研究了凍結(jié)過程中的水分遷移現(xiàn)象，即對凍結(jié)過程中，飽和度、溫度梯度、溫度變化率及含鹽率，對凍土中水分遷移和水分重分布的影響進行了系統(tǒng)的研究；對凍土凍結(jié)過程中分凝冰的形成規(guī)律進行了研究，對溫度場、水分場和力場等三場耦合條件下分凝冰的形成規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究；對樁基礎(chǔ)和凍土的相互作用進行了試驗研究，系統(tǒng)研究了凍結(jié)過程中，樁周土體的溫度、樁頂?shù)纳习挝灰萍皹秱?cè)摩阻力等隨時間的變化規(guī)律。此外，在本課題中，我們還對在靜載和動載聯(lián)合作用下，飽和軟土的排水特性進行了試驗研究。 2100433B