舰船平台上电磁脉冲照射下人体的SAR分布研究

摘要

现代舰船上存在着大量电子设备、各类天线,电磁环境非常复杂,并且随着科学技术的进步,舰船平台还需要面临各种人为造成的电磁干扰,其中一种重要的干扰形式就是电磁脉冲武器的攻击。这些高功率的电磁脉冲不但会干扰和损坏舰船平台上的电子和通信设备,其携带的电磁能量也会被人体吸收,使舰船上的工作人员遭受电磁辐射伤害。不同频率的高强度电磁辐射会对人体造成不同的影响,轻微的可使皮肤发热、神经疼痛,严重的会造成神经错乱、心脏衰竭、烧伤甚至致死。因此,研究舰船平台在高功率电磁脉冲照射下舱室中和甲板上的人体吸收的电磁能量大小及分布情况,对于为这些处在复杂电磁环境中的工作人员提供足够的电磁屏蔽和电磁防护来说非常重要。
　　为此,本文针对典型舱室及甲板结构中人体与电磁波之间的相互作用机理及相应仿真方法进行了较为系统地深入研究。本论文主要研究工作和创新点总结如下:
　　1.提出一种改进的介质共形FDTD方法,采用磁网格来对不同介质的电磁参数进行面积加权,从而得到网格棱边上电场的等效电磁参数;
　　2.针对共形网格的处理,对SAR在共形网格中的计算公式做了改进,使曲面介质边界处SAR的计算结果更加准确;
　　3.通过数值验证,说明这种新的介质共形FDTD方法在SAR计算中的准确性和有效性;
　　4.将这种共形FDTD方法应用在舰船平台上圆柱结构和不规则结构的舱室内的人体,研究当舱室遭受不同幅度、不同入射方向、不同极化方向的高功率超宽带电磁脉冲照射时,舱室中人体SAR的分布情况。
　　5.进一步将这种共形FDTD方法应用在舰船平台上甲板上的人体,研究当人体遭受不同入射方向、不同极化方向的高功率雷达脉冲照射时,甲板上人体SAR的分布情况。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究情况

1.3 本文的主要工作

第二章 时域有限差分方法及比吸收率的计算

2.1 FDTD基本原理

2.2 PML吸收边界条件

2.3激励源技术

2.4 稳定性条件

2.5 介质共形FDTD

2.6 比吸收率的概念

2.7 平均SAR的计算

2.8 SAR的行业标准

2.9 本章小节

第三章 基于介质共形FDTD的SAR计算

3.1 基于磁网格的介质共形FDTD技术

3.2 基于共形FDTD的SAR计算

3.3 数值结果验证及讨论

3.4 本章小结

第四章 圆柱形舱室内人体模型的SAR计算

4.1 圆柱形舱室及人体模型

4.2 脉冲入射方向对人体SAR值分布的影响

4.3 脉冲极化方向对人体SAR值分布的影响

4.4 本章小结

第五章 不规则舱室内人体模型的SAR计算

5.1 舱室及人体模型

5.2 舱室门开启时人体SAR值分布

5.3 舱室门闭合时人体SAR值分布

5.4 本章小结

第六章 雷达脉冲照射下甲板上人体模型的SAR计算

6.1 甲板结构及人体模型

6.2 雷达脉冲波形

6.3 雷达脉冲沿不同方向入射时人体模型的SAR值分布

6.4 雷达脉冲沿不同方向极化时人体模型的SAR值分布

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究总结

7.2 未来工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文