本發(fā)明屬于電磁脈沖波形仿真，特別涉及一種遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、對于遠區(qū)甚低頻/低頻電磁脈沖波形仿真，頻率范圍一般為3khz至60khz。因為其主頻一般在甚低頻頻段，故也可稱為遠區(qū)甚低頻電磁脈沖波形仿真。

2、對于甚低頻電磁脈沖仿真，目前常用的方法是時域有限差分（fdtd）法，但fdtd方法在處理長波長大空間范圍傳播問題時，不可避免的存在邊界條件復雜、計算資源需求高、計算時間長等嚴重問題，導致該方法的穩(wěn)定性差、效率低，難以實現工程化。

3、另外，lwpc模型是一個用來進行單頻點甚低頻/低頻信號傳播場強和相位計算的工程化模型，利用lwpc模型可以實現工程化遠區(qū)甚低頻/低頻電磁脈沖波形仿真計算。但是，lwpc模型內置的電離層模型只考慮晝夜轉變與夜間的地磁緯度地區(qū)向極蓋地區(qū)轉變，該模型的缺點是白天和夜間的值為常數，無法反映電離層隨時間和空間變化，從而對波形仿真精度造成一定影響。其次，lwpc模型內置的地磁模型沒有考慮地球地殼隨年的變化的影響。

4、本發(fā)明提出利用國際參考電離層模型iri、國際參考大氣模型msis和國際地磁場模型igrf來生成lwpc模型所需的電離層參數和地磁參數，進而采用分頻計算和多頻合成技術獲取遠區(qū)電磁脈沖波形，提高波形仿真精度。電磁脈沖可對電子設備、電力設施和通訊基礎設施造成嚴重影響。通過仿真技術獲取電磁脈沖源傳播至任意位置的遠區(qū)接收波形，有助于人們認識電磁脈沖的傳播特性，對分析和防護電磁脈沖危害等具有重要意義。

技術實現思路

1、基于此，本發(fā)明實施例當中提供了一種遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法及系統(tǒng)，旨在提高遠區(qū)電磁脈沖波形的仿真精度。

2、本發(fā)明實施例的第一方面提供了一種遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法，所述方法包括：

3、提供源波形，并初始化參數，具體的，初始化參數的步驟包括設定事件發(fā)生時間、源區(qū)坐標、路徑分段步長、接收坐標以及時間采樣分辨率；

4、將初始化后的參數作為lwpc模型的輸入，并基于igrf模型、iri模型以及msis模型，分別計算各分段點的地磁參數、電子參數以及中性粒子濃度，后替換所述lwpc模型中對應的參數；

5、根據所述電子參數和所述中性粒子濃度，計算各電離層的電子碰撞頻率，并替換所述lwpc模型中的電子碰撞頻率；

6、將所述源波形進行傅里葉變換，得到源波形的幅度譜和相位譜；

7、基于優(yōu)化后的lwpc模型，計算各頻點沿傳播路徑的幅度和相位改變量，并將源波形的幅度譜和相位譜與傳播路徑的幅度和相位改變量進行疊加，得到遠區(qū)接收點信號的幅度譜和相位譜；

8、將遠區(qū)接收點信號的幅度譜和相位譜進行傅里葉逆變換，得到遠區(qū)時域仿真波形。

9、進一步的，所述將初始化后的參數作為lwpc模型的輸入，并基于igrf模型、iri模型以及msis模型，分別計算各分段點的地磁參數、電子參數以及中性粒子濃度，后替換所述lwpc模型中對應的參數的步驟包括：

10、將初始化后的參數作為lwpc模型的輸入，并基于igrf模型，計算各分段點的地磁參數，后替換所述lwpc模型中的地磁參數，所述地磁參數包括地磁傾角、地磁偏角以及地磁分量強度，其中，根據所述源區(qū)坐標、所述接收坐標以及路徑分段步長，確定分段點；

11、基于iri模型，根據所述事件發(fā)生時間、分段點經緯度坐標、電離層剖面高度范圍以及高度步長，計算各分段點電離層高度范圍內的電子參數，并替換所述lwpc模型中的電子參數，所述電子參數包括電子密度、電子溫度以及離子密度，離子包括一氧化氮正離子、氧氣正離子以及氧正離子；

12、基于msis模型，根據所述電離層剖面高度范圍、所述高度步長、所述事件發(fā)生時間、所述分段點經緯度坐標、全球ap指數、全球f107指數、預設時間的ap指數均值以及預設時間的f107指數均值，逐層計算電離層高度范圍內的中性粒子濃度，中性粒子包括氮氣、氧氣、氧原子以及氦氣。

13、進一步的，所述源波形為標準雙指數脈沖波形或者近區(qū)實測波形。

14、進一步的，所述根據所述源區(qū)坐標、所述接收坐標以及路徑分段步長，確定分段點的步驟中，根據所述源區(qū)坐標和所述接收坐標，計算地理大圓環(huán)路徑距離，再將所述地理大圓環(huán)路徑距離除以所述路徑分段步長，得到分段數量，其中，每段的分段點經緯度坐標表示為（,)(i=1,2,...,n)，n為所述分段數量。

15、進一步的，所述電離層剖面高度范圍為50km~150km。

16、進一步的，所述預設時間為3個月。

17、進一步的，所述根據所述電子參數和所述中性粒子濃度，計算各電離層的電子碰撞頻率的步驟中，電子與中性粒子碰撞頻率的表達式為：

18、

19、

20、

21、

22、電子與離子碰撞頻率的表達式為：

23、

24、電子總碰撞頻率的表達式為：

25、

26、其中，為電子與氮氣分子碰撞頻率，為電子與氧氣分子碰撞頻率，為電子與氧原子碰撞頻率，為電子與氮氣分子碰撞頻率，為電子與i種離子碰撞頻率，為氮氣分子濃度，為氧氣分子濃度，為氧原子濃度，為氦氣分子濃度，為種離子濃度，為電子溫度。

27、本發(fā)明實施例的第二方面提供了一種遠區(qū)電磁脈沖波形仿真系統(tǒng)，用于實現第一方面提供的遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法，所述系統(tǒng)包括：

28、初始化模塊，用于提供源波形，并初始化參數，具體的，初始化參數的步驟包括設定事件發(fā)生時間、源區(qū)坐標、路徑分段步長、接收坐標以及時間采樣分辨率；

29、替換模塊，用于將初始化后的參數作為lwpc模型的輸入，并基于igrf模型、iri模型以及msis模型，分別計算各分段點的地磁參數、電子參數以及中性粒子濃度，后替換所述lwpc模型中對應的參數；

30、計算模塊，用于根據所述電子參數和所述中性粒子濃度，計算各電離層的電子碰撞頻率，并替換所述lwpc模型中的電子碰撞頻率；

31、傅里葉變換模塊，用于將所述源波形進行傅里葉變換，得到源波形的幅度譜和相位譜；

32、疊加模塊，用于基于優(yōu)化后的lwpc模型，計算各頻點沿傳播路徑的幅度和相位改變量，并將源波形的幅度譜和相位譜與傳播路徑的幅度和相位改變量進行疊加，得到遠區(qū)接收點信號的幅度譜和相位譜；

33、傅里葉逆變換模塊，用于將遠區(qū)接收點信號的幅度譜和相位譜進行傅里葉逆變換，得到遠區(qū)時域仿真波形。

34、本發(fā)明實施例的第三方面提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現第一方面提供的遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法。

35、本發(fā)明實施例的第四方面提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現第一方面提供的遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法。

36、本發(fā)明實施例當中提供的一種遠區(qū)電磁脈沖波形仿真方法及系統(tǒng)，該方法通過提供源波形，并初始化參數；將參數作為lwpc模型的輸入，并基于igrf模型計算各分段點地磁參數，后替換lwpc模型中的地磁參數；基于iri模型，根據對應參數，計算各分段點電離層高度范圍內的電子參數，并替換lwpc模型中的電子參數；基于msis模型，根據對應參數，逐層計算電離層高度范圍內的中性粒子濃度；根據電子溫度、離子密度以及中性粒子濃度，計算各電離層的電子碰撞頻率，并替換lwpc模型中的電子碰撞頻率；將源波形進行傅里葉變換，得到源波形的幅度譜和相位譜；基于優(yōu)化后的lwpc模型，計算各頻點沿傳播路徑的幅度和相位改變量，并將源波形的幅度譜和相位譜與傳播路徑的幅度和相位改變量進行疊加，得到遠區(qū)接收點信號的幅度譜和相位譜，后進行傅里葉逆變換，得到高精度的遠區(qū)時域仿真波形。