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一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510329815.9

申請日:

2015.06.15

公開號:

CN104915501A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):G06F 17/50申請公布日:20150916|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150615|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 哈爾濱工程大學
發明人: 李文興; 段瀚林; 姜弢; 曹小東
地址: 150001黑龍江省哈爾濱市南崗區南通大街145號哈爾濱工程大學科技處知識產權辦公室
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510329815.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.05|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提出了一種仿真強電磁脈沖環境下的電磁分布情況仿真方法。該方法使用雙曲余弦函數模擬時域下的電磁脈沖波形,使用時域有限差分算法對環境的電磁場變化進行仿真模擬,使用GPU實現時域有限差分方法的加速,得到時域上的電磁分布情況,最后通過快速傅里葉變換,得到頻率域上的電磁分布情況,解決了電磁脈沖武器攻擊下超電大尺寸對象的電磁環境分布特性計算問題。

權利要求書

權利要求書
1.  一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用時域有限差分方法作為電磁場仿真算法進行仿真,建立目標區域時頻空多維分析模型。

2.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用GPU實現時域有限差分方法的并行加速。

3.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:包含電磁脈沖生成函數、基于GPU的時域有限差分方法、快速傅里葉變換三部分。

4.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用雙曲余弦函數,模擬核電磁脈沖時域波形,作為仿真的信號激勵。

5.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用時域有限差分方法,進行空間中的電磁波模擬,得到空間中電磁場的分布的時域情況。

6.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用GPU實現對時域有限差分算法的并行加速,減少仿真電大尺寸目標及高頻脈沖時的時間。

7.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:,使用快速傅里葉變換,從電磁場分布的時域情況得到空間電磁場分布的頻域情況。

8.  根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:時域有限差分方法所使用的吸收邊界為卷積完美匹配層(CPML)。

說明書

說明書一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法
技術領域
本發明涉及計算機仿真中的強電磁脈沖模擬以及并行時域有限差分電磁場仿真技術,解決了電磁脈沖武器攻擊下超電大尺寸對象的電磁環境分布特性計算問題。
背景技術
電磁脈沖具有寬頻譜和高能量特性,能通過線纜、縫隙等耦合到電子系統中,導致電子系統性能降級甚至損壞。因此,研究復雜電子系統所處的電磁脈沖環境,對提高復雜電子系統對電磁脈沖的防護能力具有重要的意義。
時域有限差分方法是把Maxwell方程式在時間和空間領域上進行差分化。利用蛙跳式方式在空間領域內的電場和磁場進行交替計算,通過時間領域上更新來模仿電磁場的變化,達到數值計算的目的。其優點是能夠直接模擬場的分布,精度比較高,是目前使用比較多的數值模擬的方法之一。
考慮到時域有限差分本身算法的限制,仿真范圍越大、電磁波頻率越高,需要的計算量以及內存使用量越大。而近些年出現的GPU加速方式,可以充分發掘時域有限差分本身的并行特質,使計算速度獲得成百倍的提升。
發明內容
本發明使用時域有限差分算法,實現強電磁脈沖環境下的電磁情況仿真,并通過GPU加速仿真過程,實現超電大尺寸目標的電磁分布仿真。
本發明所采用的技術方案:
一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用時域有限差分方法作為電磁場仿真算法進行仿真,建立目標區域時頻空多維分析模型。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用GPU實現時域有限差分方法的并行加速。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:包含電磁脈沖生成函數、基于GPU的時域有限差分方法、快速傅里葉變換三部分。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用雙曲余弦函數,模擬核電磁脈沖時域波形,作為仿真的信號激勵。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用時域有限差分方法,進行空間中的電磁波模擬,得到空間中電磁場的分布的時域情況。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:使用GPU實現對時域有限差分算法的并行加速,減少仿真超電大尺寸目標及高頻脈沖時的時間。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:,使用快速傅里葉變換,從電磁場分布的時域情況得到空間電磁場分布的頻域情況。
根據權利要求1所述的一種強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法,其特征是:時域有限差分方法所使用的吸收邊界為卷積完美匹配層(CPML)。
本發明相對于現有技術具有如下的優點及特性:
(1)從Maxwell方程直接推導出的時域有限差分算法,仿真精度高。
(2)使用GPU進行時域有限差分方法的并行實現,仿真速度快。
(4)使用快速傅里葉變換,可以從時域結果中直接得到頻域的結果。
附圖說明
圖1是本發明所述強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法流程圖;
圖2是本發明所述強電磁脈沖環境電磁分布仿真方法計算空間劃分示意圖;
具體實施方式
近年來,強電磁脈沖對電磁環境的影響成為科研研究的重要內容。本發明使用GPU加速的時域有限差分方法,實現強電磁脈沖環境下的目標物體電磁分布情況的仿真。
下面結合附圖對本發明的具體結構作進一步的描述。
圖1是這個方法的流程圖。首先使用雙曲余弦函數,實現電磁脈沖時域信號的產生。然后使用時域有限差分方法,對空間進行計算區域劃分,通過GPU加速,實現電磁環境的仿真,得到時域的電磁分布情況。最后,使用快速傅里葉變換,從時域信息得到頻域的電磁分布結果。
圖2是時域有限差分方法的計算空間劃分示意圖。(1)為電磁脈沖產生的位置,可根據需要自行設置;(2)為目標物體與環境物體等;(3)為仿真所需的CPML吸收邊界,(4)為有效的計算區域。

關 鍵 詞:
一種 電磁 脈沖 環境 分布 仿真 方法
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