高空核爆电磁脉冲（HEMP,high-altitude nuclear electromagnetic pulse）的脉宽窄,幅值大,影响范围广,其影响范围可达以其爆心正下方为中心数千公里的区域。因此,HEMP对电子设备的杀伤威力巨大,尤其是各类对电磁脉冲敏感的军事以及民用设施。所以,对HEMP的性质以及数值模拟的研究十分重要。对其研究可以为电磁防护提供理论与实验支撑。本文首先介绍了HEMP电流源的基本理论以及非自洽的电磁理论模型——Karzas和Latter的模型。随后,本文介绍了一种自洽的电磁理论模型——外向传播场法（OWM,outgoing wave method）。这两种电磁模型的缺陷在于只能计算一维对称空间中的HEMP。由于三维的差分法在计算大空间域问题时的局限性,并且为了研究在非线性非对称环境中HEMP的特性,本文提出了一种新颖的积分法模拟HEMP,对积分法与外向传播场法的结果进行对比,观察到积分法在非对称环境下的良好性能。本文为研究复杂非对称空间中的HEMP提供了一种新的思路。本文的主要工作和创新点如下:第一,本文提出了对应于多种伽马辐射源情况下的延迟时间域中沉淀区的时空域分解和基函数分解。这种分解不仅是基于空间的分解,还是基于时间的分解,即一种随着时空间移动的分解法。本质上,这种方法是一种用计算机存储空间换取计算时间的方法。在本文提出的低阶和高阶的积分法中使用这种分解法,能够在不影响精确度的情况下,大大减少数值模拟的计算量,加快数值模拟速度,缩短数值模拟时间。第二,本文提出了在伽马辐射源为平面源情况下的简化的麦克斯韦方程组的积分解法（零阶方法）。在这一部分,本文介绍了伽马辐射源为平面源情况下的延迟时间域中的时空域以及基函数分解,并给出了数值方程。随后,本文给出了在这种情况下的通过数值模拟得到的电磁脉冲与电流,并且对积分法与外向传播场法的模拟结果进行了对比。经对比发现,积分法与外向传播场法的结果一致,两种方法等价。本文还对电磁脉冲的性质,包括脉冲幅值、脉冲宽度、饱和效应,以及沉淀区边界条件的设置等进行了讨论。第三,本文提出了相对复杂的在伽马辐射源为球面源情况下的麦克斯韦方程组的积分解法。在这种情况下零阶方法已经不再适用,需要使用二阶方法。本文介绍了这种情况下的时空域分解、基函数分解以及电流拟合等。随后,本文给出了伽马辐射源为球面源情况下数值模拟得到的电磁脉冲与电流,并对积分法与外向传播场法的模拟结果进行了对比。类似地,经对比发现,积分法与外向传播场法的结果一致,两种方法等价。同时,本文对伽马辐射源为球面源情况下的HEMP的性质进行了讨论,包括脉冲幅值、脉冲宽度、饱和效应等。第四,本文提出了一种五阶的积分法求解非对称情形下的HEMP。为了提高五阶方法的计算效率,在这一部分本文首先提出了一种求解HEMP的简化的积分解法。在此基础上,本文提出了使用五阶方法来模拟沉淀区内的电流源分布。随后,利用在伽马辐射源为球面源情况下的时空域和基函数分解,推导出了五阶方法的数值计算公式。最后,本文给出了相应的数值模拟结果,并讨论和验证了在HEMP的数值模拟中经常使用到的高频近似。第五,本文给出的实验结果与例子验证了,除了视距上的伽马射线辐射强度以外,视距周围的伽马射线辐射强度分布也会对传播到地面的电磁脉冲产生影响。因此,在非对称情况下,一维方法（OWM）以及低阶的积分法已经不再适用,而高阶积分法可以有效解决这一问题。
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