[发明专利]一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机仿真中的强电磁脉冲模拟以及并行时域有限差分电磁场仿真技术,解决了电磁脉冲武器攻击下超电大尺寸对象的电磁环境分布特性计算问题。

背景技术

电磁脉冲具有宽频谱和高能量特性，能通过线缆、缝隙等耦合到电子系统中，导致电子系统性能降级甚至损坏。因此，研究复杂电子系统所处的电磁脉冲环境，对提高复杂电子系统对电磁脉冲的防护能力具有重要的意义。

时域有限差分方法是把Maxwell方程式在时间和空间领域上进行差分化。利用蛙跳式方式在空间领域内的电场和磁场进行交替计算，通过时间领域上更新来模仿电磁场的变化，达到数值计算的目的。其优点是能够直接模拟场的分布，精度比较高，是目前使用比较多的数值模拟的方法之一。

考虑到时域有限差分本身算法的限制，仿真范围越大、电磁波频率越高，需要的计算量以及内存使用量越大。而近些年出现的GPU加速方式，可以充分发掘时域有限差分本身的并行特质，使计算速度获得成百倍的提升。

发明内容

本发明使用时域有限差分算法，实现强电磁脉冲环境下的电磁情况仿真，并通过GPU加速仿真过程，实现超电大尺寸目标的电磁分布仿真。

本发明所采用的技术方案：

一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法,其特征是：使用时域有限差分方法作为电磁场仿真算法进行仿真,建立目标区域时频空多维分析模型。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：使用GPU实现时域有限差分方法的并行加速。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：包含电磁脉冲生成函数、基于GPU的时域有限差分方法、快速傅里叶变换三部分。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：使用双曲余弦函数，模拟核电磁脉冲时域波形，作为仿真的信号激励。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：使用时域有限差分方法，进行空间中的电磁波模拟，得到空间中电磁场的分布的时域情况。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：使用GPU实现对时域有限差分算法的并行加速，减少仿真超电大尺寸目标及高频脉冲时的时间。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：，使用快速傅里叶变换，从电磁场分布的时域情况得到空间电磁场分布的频域情况。

根据权利要求1所述的一种强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法，其特征是：时域有限差分方法所使用的吸收边界为卷积完美匹配层(CPML)。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及特性：

(1)从Maxwell方程直接推导出的时域有限差分算法，仿真精度高。

(2)使用GPU进行时域有限差分方法的并行实现，仿真速度快。

(4)使用快速傅里叶变换，可以从时域结果中直接得到频域的结果。

附图说明

图1是本发明所述强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法流程图；

图2是本发明所述强电磁脉冲环境电磁分布仿真方法计算空间划分示意图；

具体实施方式

近年来，强电磁脉冲对电磁环境的影响成为科研研究的重要内容。本发明使用GPU加速的时域有限差分方法，实现强电磁脉冲环境下的目标物体电磁分布情况的仿真。

下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的描述。

图1是这个方法的流程图。首先使用双曲余弦函数，实现电磁脉冲时域信号的产生。然后使用时域有限差分方法，对空间进行计算区域划分，通过GPU加速，实现电磁环境的仿真，得到时域的电磁分布情况。最后，使用快速傅里叶变换，从时域信息得到频域的电磁分布结果。

图2是时域有限差分方法的计算空间划分示意图。(1)为电磁脉冲产生的位置，可根据需要自行设置；(2)为目标物体与环境物体等；(3)为仿真所需的CPML吸收边界，(4)为有效的计算区域。