用于腔体内电磁脉冲模拟的三维并行全电磁粒子方法 被引量：1

1

作者 孟雪松 李光荣 +2 位作者 赵振国 燕朝叙 张玲玉 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期97-102,共6页

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有... X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有限差分方法和Particle-in-Cell方法用来求解瞬态电磁场的产生和带电粒子运动之间的耦合关系,有效电流分配方法用来计算瞬态电磁场产生的源项。该方法基于JASMIN并行框架实现,可模拟含数亿网格和数亿粒子的三维腔体结构的内电磁脉冲响应,且具备大规模并行的优势。用这一方法来模拟圆柱腔体在X射线辐照下的腔体内电磁脉冲响应,其计算结果与文献结果吻合较好,验证了算法的有效性和正确性。 展开更多

关键词 系统电磁脉冲 腔体内电磁脉冲 三维并行全电磁粒子方法 Particle-in-Cell方法

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复杂结构共形全电磁粒子模拟技术研究进展 被引量：1

2

作者 陈再高 唐泽华 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期808-817,共10页

全电磁粒子模拟方法可准确模拟强电磁场与电子束之间的非线性相互作用,被广泛应用于真空电子器件的数值模拟研究及参数的优化设计。传统全电磁粒子模拟方法采用电磁场时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法计算器件内... 全电磁粒子模拟方法可准确模拟强电磁场与电子束之间的非线性相互作用,被广泛应用于真空电子器件的数值模拟研究及参数的优化设计。传统全电磁粒子模拟方法采用电磁场时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法计算器件内电磁场随时间的变化,但FDTD方法采用正六面体单元的结构网格,会带来阶梯误差;电磁场时域有限元(finite-element time-domain,FETD)方法采用非结构网格能准确描述复杂模型,可用于复杂结构的电磁场数值模拟,但需求解大型逆矩阵,无法适用于电大尺寸结构的数值模拟。为准确模拟复杂真空电子器件内电磁场与电子束之间的非线性相互作用,国内外学者在复杂结构共形全电磁粒子模拟技术方面取得了突破性研究进展,实现了基于共形FDTD方法的全电磁粒子模拟技术,开展了基于FETD方法的全电磁粒子模拟技术研究,并研制了数值模拟软件。为促进国内复杂结构共形全电磁粒子模拟技术研究及应用,本文首先对基于共形FDTD方法的全电磁粒子模拟技术研究中的关键技术进行了详细介绍,包括共形结构网格生成技术、电磁场共形FDTD技术、共形电子束发射技术;然后对基于FETD方法的全电磁粒子模拟技术中的关键技术进行了详细介绍,包括所采用的基函数、电磁场方程的求解、计算过程中满足的电荷守恒和高斯守恒定律;同时给出了两种模拟技术对典型真空电子器件的模拟结果。 展开更多

关键词 等离子体模拟 共形时域有限差分(FDTD) 时域有限元方法 全电磁粒子模拟方法 真空电子器件

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基于二次场方法的并行三维大地电磁正反演研究 被引量：18

3

作者 秦策 王绪本 赵宁 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期2456-2468,共13页

快速且高精度的三维大地电磁法正反演是目前研究的热点.由于大地电磁法场源的平面波特性,以往的正演方法大多采用直接求解总场的方法,在边界强加二维边界条件.本文提出了一种基于二次场方法的三维大地电磁法正演算法,将平面波在层状背... 快速且高精度的三维大地电磁法正反演是目前研究的热点.由于大地电磁法场源的平面波特性,以往的正演方法大多采用直接求解总场的方法,在边界强加二维边界条件.本文提出了一种基于二次场方法的三维大地电磁法正演算法,将平面波在层状背景模型中的响应作为场源项,得到二次场满足的偏微分方程,并利用交错网格有限差分法求取二次场.与其他学者的基于总场方法的结果的对比证明了本文采用方法的正确性.在基于二次场的正演算法基础上,实现了基于L-BFGS的三维反演方法,并对公开的数据集进行了反演.另外,针对大地电磁法的多频率观测特性,采用了基于MPI的分频并行策略对程序进行并行化,可达到接近线性的加速比. 展开更多

关键词 大地电磁测深法 并行 三维正演 二次场方法 三维反演

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3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE 被引量：12

4

作者 董烨 陈军 +10 位作者 杨温渊 赵强 夏芳 肖丽 马彦 廖丽 孙会芳 董志伟 周海京 陈虹 莫则尧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1607-1615,共9页

介绍了自主编制的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE的基本情况。该程序具备对多种典型高功率微波源器件的3维模拟能力,可以在数百乃至上千个CPU上稳定运行。该程序使用时域有限差分(FDTD)方法更新计算电磁场,采用Buneman-Boris... 介绍了自主编制的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE的基本情况。该程序具备对多种典型高功率微波源器件的3维模拟能力,可以在数百乃至上千个CPU上稳定运行。该程序使用时域有限差分(FDTD)方法更新计算电磁场,采用Buneman-Boris算法更新粒子运动状态,运用质点网格法(PIC)处理粒子与电磁场的耦合关系,最后利用Boris方法求解泊松方程对电场散度进行修正,以确保计算精度。该程序初步具备复杂几何结构建模能力,可以对典型高功率微波器件中常见的一些复杂结构,如任意边界形状的轴对称几何体、正交投影面几何体,慢波结构、耦合孔洞、金属线和曲面薄膜等进行几何建模。该程序将理想导体边界、外加波边界、粒子发射与吸收边界及完全匹配层边界等物理边界应用于几何边界上,实现了数值计算的封闭求解。最后以算例的形式,介绍了使用NEPTUNE程序对磁绝缘线振荡器、相对论返波管、虚阴极振荡器及相对论速调管等典型高功率微波源器件进行的模拟计算情况,验证了模拟计算结果的可靠性,同时给出了并行效率的分布情况。 展开更多

关键词 高功率微波 3维全电磁粒子模拟 大规模并行程序 NEPTUNE程序

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时域间断伽辽金-粒子模拟方法研究进展 被引量：1

5

作者 陈再高 齐红新 +1 位作者 李炎培 任泽平 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期818-826,共9页

时域间断伽辽金-粒子模拟(discontinuous Galerkin time-domain particle-in-cell,DGTD-PIC)方法采用非结构网格能准确描述复杂结构,采用高阶基函数进一步提高了计算的精度,同时避免了求解大型逆矩阵,在等离子体和高功率电磁学相关数值... 时域间断伽辽金-粒子模拟(discontinuous Galerkin time-domain particle-in-cell,DGTD-PIC)方法采用非结构网格能准确描述复杂结构,采用高阶基函数进一步提高了计算的精度,同时避免了求解大型逆矩阵,在等离子体和高功率电磁学相关数值模拟方面具有广泛的用途。近年来国内外报道了大量DGTD-PIC方面的研究工作,该方法在核心关键技术方面已取得了许多突破性进展。为促进DGTD-PIC方法的发展及应用,本文对该方法在修正势的DGTD电磁场计算方法、复频移完全匹配层边界、非结构网格中带电粒子定位与电荷和电流分配等关键技术方面所取得的研究成果进行了详细介绍。 展开更多

关键词 等离子体模拟 时域间断伽辽金(DGTD)方法 有限元方法 全电磁粒子模拟算法 真空电子器件

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神光装置辐照腔体系统电磁脉冲的数值模拟

6

作者 孙会芳 易涛 +4 位作者 董志伟 周海京 张玲玉 余波 刘品阳 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期173-179,共7页

应用三维MC程序和PIC程序,对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲(SGEMP)模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下,圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m,以轴向电场为主;磁场最大值约为0.8×10^(-... 应用三维MC程序和PIC程序,对神光装置辐照下腔体内系统电磁脉冲(SGEMP)模型进行了耦合模拟。在半高宽为2.9 ns、平均能量为10.3 keV的轫致谱X射线点源辐照下,圆柱腔内电场最大值高达2 MV/m,以轴向电场为主;磁场最大值约为0.8×10^(-3)T,以角向磁场为主,电磁场最大值都集中在发射面附近,以脉冲直流场为主,交流辐射场幅度较小,约在kV/m量级。考察了注量对SGEMP效应的影响,注量越高,电场沿轴向变化越快,交流辐射场占比越大。 展开更多

关键词 系统电磁脉冲 蒙特卡罗方法 全电磁粒子模拟方法 X射线

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用于太赫兹源粒子模拟的有限电导率模块研制 被引量：6

7

作者 董烨 董志伟 +3 位作者 杨温渊 张芳 陈军 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1419-1426,共8页

针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法... 针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法的优缺点,提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法,该算法具备无条件稳定、普适性好的优点。利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例,测试了自编的有限电导率模块,测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对,验证了模块的可靠性。利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D,模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22THz折叠波导行波管性能的影响,模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平。综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素,给出了器件结构参数设计建议,并指出:通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平。 展开更多

关键词 高功率微波 三维全电磁粒子模拟 有限电导率 表面粗糙度 太赫兹折叠波导行波管

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基于Beowulf机群中改进粒子滤波的3D人体运动跟踪 被引量：4

8

作者 李敏 宋曰聪 +1 位作者 吴斌 彭保 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2015年第14期17-22,77,共7页

针对标准的粒子滤波算法在视频三维人体运动跟踪中存在的计算量巨大、粒子退化、跟踪失效而无法同时满足跟踪精度和跟踪实时性要求的问题,提出了基于Beowulf机群中改进的粒子滤波新算法。新算法通过三维人体模型参数的自动初始化、粒子... 针对标准的粒子滤波算法在视频三维人体运动跟踪中存在的计算量巨大、粒子退化、跟踪失效而无法同时满足跟踪精度和跟踪实时性要求的问题,提出了基于Beowulf机群中改进的粒子滤波新算法。新算法通过三维人体模型参数的自动初始化、粒子数目和模板的调整来实现跟踪失效的自动恢复,基于任务动态分配策略、低开销通信策略设计的Beowulf机群中的迁移式粒子滤波并行算法克服了粒子退化问题和提高了计算速度。实验结果显示:新方法有效地减轻了粒子退化和跟踪失效问题,降低了计算时间,提高了跟踪精度,能够同时满足三维人体运动跟踪精度和实时性的要求。 展开更多

关键词 Beowulf机群系统 三维人体运动跟踪 迁移式粒子滤波并行算法 模板与粒子数目调整 人体模型参数自动初始化 跟踪失效的自动恢复方法

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系统电磁脉冲一维边界层的数值模拟 被引量：1

9

作者 孙会芳 董志伟 张芳 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期39-44,共6页

应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟,研究无限大介质板发射单一能量为2keV、发射率为3.3×1020 m^(-2)·s^(-1)的光电子,发射角分布为余弦角分布,且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应,得... 应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟,研究无限大介质板发射单一能量为2keV、发射率为3.3×1020 m^(-2)·s^(-1)的光电子,发射角分布为余弦角分布,且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应,得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5cm之间振荡;发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10^(-6)C/m^3之间振荡;表面电场值在50~55kV/m之间振荡;边界层达到准稳态的时间约为14.0ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比,模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。 展开更多

关键词 光电子 系统电磁脉冲 一维边界层 全电磁粒子模拟方法

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金属双边二次电子倍增的理论分析与数值模拟 被引量：9

10

作者 董烨 董志伟 杨温渊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期454-462,共9页

针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次... 针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系。利用材料二次发射特性的经验公式,辅以电子碰撞角和碰撞能量计算以及对二次电子初始能量和发射角度的蒙特卡罗随机抽样算法,编制了3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE的金属边界二次电子发射功能模块,模拟金属双平板二次电子倍增过程,获得了二次电子倍增物理图像、二次电子数目随时间演化规律等结果。模拟结果不仅验证了理论分析,还表明在合适的条件下,空间电荷限制作用将导致二次电子倍增的饱和。 展开更多

关键词 高功率微波 金属双边二次电子倍增 蒙特卡罗方法 3维全电磁粒子模拟程序

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有限电导率模块在THz折叠波导行波管模拟中的验证和确认

11

作者 董烨 董志伟 +2 位作者 杨温渊 张芳 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期196-200,共5页

采用与同类商业软件比对的方法，在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认，包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明：冷腔损耗计算相对误差在3％～4％左右，计及损耗的热腔最佳增益... 采用与同类商业软件比对的方法，在THz折叠波导行波管算例中对自编NEPTUNE3D程序的有限电导率模块进行有效验证和确认，包括冷腔损耗与计及损耗的热腔增益。比对结果表明：冷腔损耗计算相对误差在3％～4％左右，计及损耗的热腔最佳增益相对误差及最佳工作电压漂移相对误差均在2％左右。通过不同软件、冷腔损耗与热腔增益的比对，验证了有限电导率模块正确性和可靠性。此外，还对加工因素导致结构参数变化对冷腔损耗特性影响，做了规律性讨论。 展开更多

关键词 有限电导率模块 三维全电磁粒子模拟 太赫兹折叠波导行波管 验证与确认

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《地球物理学报》2019年第62卷总目次

12

《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期I0001-I0024,共24页

关键词 地震波场模拟 全波形反演 《地球物理学报》 海洋可控源电磁 大地电磁 上地幔各向异性 CSAMT 反演方法 三维反演 各向异性介质 地震信号 地球物理学报

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