半空间上方多尺度低空目标的高功率电磁耦合效应研究
批准号:
62101433
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
曹乐
依托单位:
学科分类:
电磁场与波
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹乐
中文摘要
高功率电磁脉冲对低空目标的干扰及毁伤严重威胁国家信息和工业技术安全,而低空目标的耦合效应作为其核心问题,难点在于耦合过程必须考虑半空间环境因素,包括对照射脉冲的影响、环境与目标的相互作用、目标耦合规律分析等。本项目以耦合作用过程为主线,从环境描述、机理分析、效应预测三个层面依次展开研究。针对典型分层半空间介质,分别采用解析和一维修正FDTD方法计算半空间反射波;针对低空目标结构的多尺度特点和所处环境的复杂性,提出一种半空间FDTD+DGTD混合计算方案,采用混合网格方法进行精确建模,设计一种回避半空间格林函数的半空间高效加源方式,实现低空目标耦合机理的高效分析;针对低空目标电磁耦合效应的多参数、非线性特点,提出一种基于机器学习的低空目标电磁耦合效应预测方法,采用智能曲线拟合中的进化多目标优化拟合算法,实现敏感电磁参量的预测与耦合规律的分析。研究成果可进一步完善复杂目标的电磁干扰理论与技术。
英文摘要
The interference and damage of high-power electromagnetic pulses to low-altitude targets seriously threaten the safety of national information and industrial technology, whose key problem is the coupling effect of low-altitude targets. The difficulty is that the coupling process must consider half-space environmental factors, including the impact to incident pulses, the environment interaction with targets, and impacts to coupling effect evaluation. This project performs in turn from three levels: environmental description, mechanism analysis, and effect evaluation. For typical layered half-space media, the analytical and 1D-MFDTD methods are used to calculate the half-space reflected waves. In view of the multiscale low-altitude targets and the complex electromagnetic environment, a half-space FDTD+DGTD hybrid scheme is proposed. The hybrid grid method is used for accurate modeling, and a half-space high efficiency that avoids the half-space Green's function is designed. The method of adding source realizes the efficient analysis of the coupling mechanism of low-altitude targets. Aiming at the multi-parameter and nonlinear characteristics of low-altitude target coupling effects, a comprehensive evaluation method based on machine learning is presented to predict sensitive electromagnetic parameters and analyze the coupling law. The research results can further improve the electromagnetic interference theory and technology of complex targets.
电磁脉冲毁伤效应研究是计算电磁学、电磁兼容领域的前沿问题。其中,低空目标的耦合效应是核心问题,其难点在于耦合过程必须考虑半空间环境因素。低空目标电磁耦合耦合机理的分析受到半空间格林函数的限制,导致计算资源消耗巨大甚至无法完成;实际低空目标耦合效应具有强敏感性和随机性,基于大量实验或数值结果的预测方法在工程应用中难以满足实际需求。本项目以高功率电磁脉冲耦合作用过程为主线,从实际低空目标的脉冲环境特性、高效耦合机理算法和耦合效应整体评估方法进行研究,可进一步完善复杂目标电磁干扰分析的理论体系,为目标电磁脉冲防护与加固提供依据。.本项目从环境描述、机理分析、效应预测三个层面依次展开了研究。针对典型分层半空间介质,分别采用解析和一维修正FDTD方法计算了半空间反射波;针对低空目标结构的多尺度特点和所处环境的复杂性,提出了一种半空间FDTD-CNN混合计算方案,设计了一种回避半空间格林函数的半空间高效加源方式,实现低空目标耦合机理的高效分析;针对低空目标电磁耦合效应的多参数、非线性特点,提出了一种基于机器学习的低空目标电磁耦合效应预测方法。.本项目在研究过程中取得了一系列成果。理论方面,建立了高功率电磁环境下低空目标耦合效应评估的理论体系,包括电磁环境特性的描述、耦合机理的分析和预测方法的研究。在方法上,提出了半空间上方目标耦合效应分析的时域计算方案。相较于传统FDTD方法,计算效率提高了61.6%。另外,提出了一种基于 卷积神经网络的耦合效应分析方法,用于预测半空间上方目标内部电场,网络准确率保持在96%以上,并实现了即时输出观察点电场及能流密度。本项目发表学术论文10篇,其中SCI期刊论文6篇,国际会议论文4篇,培养硕士生2名。.本项目的研究成果可进一步完善复杂目标的电磁干扰理论与技术,面向国家建设和军事发展的长远需求,持续进行高功率电磁脉冲效应、作用机理等相关的基础研究,具有极其重要的理论和现实意义。
国内基金
海外基金