[0001] 本发明涉及数据处理技术领域，更具体地说，它涉及一种水平极化的高空核电磁脉冲模拟器仿真方法。

[0002] 军用飞机上的关键设备如雷达、导航系统和通信设备在执行任务时，可能会暴露在电磁脉冲HEMP（HighaltitudeElectromagneticPulse）环境中。HEMP具有极强的瞬时电磁辐射，可对未经适当防护的电子系统造成严重干扰和损坏，影响飞机正常运行。

[0003] 为确保这些关键设备在HEMP环境下的生存性，需要开展HEMP效应试验。试验旨在模拟实际HEMP场，在受控环境中暴露被试设备，验证其抗扰度和防护效果；HEMP模拟试验通常在一定区域内进行，使用极宽带高功率脉冲源产生与实际HEMP等效的电磁辐射场。为全面评估被试设备的防护性能，需要预估试验区域内任意点处的电场波形。

[0004] 准确预估试验区域内电场分布对于设计和布置试验方案至关重要。它确保被试设备能够暴露在与真实环境等效的HEMP电磁辐射场中，从而可靠地评价防护措施及系统的生存能力。

[0052] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

[0053] 在本发明的一个实施例中，提供一种水平极化的高空核电磁脉冲模拟器仿真方法，如图1所示，包括：

[0054] 步骤100，根据实际试验场景，在CST软件工具中构建三维电磁脉冲仿真模型，在预设测量点处放置场探针，设置激励源和边界条件，运行全波仿真。

[0055] 在本发明的一个实施例中，步骤100中的激励源波形采用IEC61000‑2‑9标准中规定的HEMP双指数波形，激励信号的极化方式为水平极化；四周模拟环境为空气，设定模拟器的边界条件为开放边界；

[0056] 步骤200，在运行全波仿真时采集图结构数据，图结构数据包括节点以及连接节点的边，一个节点表示一个测量空间点或一个非测量空间点，一个边表示测量空间点和非测量空间点之间的关系；

[0057] 表示测量空间点的节点与所有表示非测量空间点的节点之间存在边；

[0058] 两个节点均表示非测量空间点，如果这两个非测量空间点之间连接的直线上没有其他空间点存在，则这两个节点之间存在边，否则不存在边；

[0059] 表示测量空间点的节点特征等于测量空间点处的电场特征，表示非测量空间点的节点特征等于非测量空间点处的电场特征；

[0060] 测量空间点处的电场特征由测量空间点处的场探针获得的电场波形数据和测量空间点的三维坐标编码得到，非测量空间点处的电场特征由非测量空间点的三维坐标编码得到；

[0061] 在本发明的一个实施例中，三维坐标通过独热编码的方式获得三维坐标向量；

[0062] 电场波形数据是一个包含了每个时刻的电场场强值的向量，将其与测量空间点的三维坐标向量拼接获得测量空间点处的电场特征；

[0063] 非测量空间点的三维坐标向量与一个零向量拼接获得非测量空间点处的电场特征，该零向量的维数与电场波形数据的向量的维数相同。

[0064] 步骤300，将图结构数据中节点的节点特征编码为序列数据，序列数据包括n个序列单元，第t个序列单元表示第t个时刻所有节点的节点特征；

[0065] 步骤400，将图结构数据和序列单元输入第一隐藏层，每次输入图结构数据和一个序列单元，对应的输出每个序列单元的第一隐藏状态。将序列单元的第一隐藏状态输入第二隐藏层，输出第二隐藏状态；输出层输入第二隐藏状态，输出模拟区域内的任意点的电场波形的预估值。

[0066] 在本发明的一个实施例中，第一隐藏层的计算公式如下：

[0067] ；

[0068] 其中 表示第v个节点的节点隐藏状态， 是与节点v之间存在边的节点的集合， 是第一隐藏层的权重矩阵， 是第一隐藏层的偏置项， 表示第u个节点的节点特征， 是一个归一化常数， 是S型函数；

[0069] 一个节点的节点特征表示测量空间点处的电场特征或者非测量空间点处的电场特征；

[0070] ；

[0071] 其中 表示输出的第一隐藏状态， 表示第v个节点的节点隐藏状态，表示对图结构数据中的所有的节点隐藏状态进行拼接，N表示图结构数据中所有节点的集合， 是权重参数， 是偏置参数， 表示S型函数。

[0072] 在本发明的一个实施例中，第二隐藏层的计算公式如下：

[0073] ；

[0074] ；

[0075] ；

[0076] ；

[0077] 其中， 、 、 表示权重参数， 、 、 表示偏置参数， 表示点积，其中 表示第t个序列单元输入第一隐藏层时输出的第一隐藏状态， 和 分别表示第t个和第t‑1个第二隐藏状态，n≥t≥1，n表示序列数据的序列单元的总数，t=1时，tanh是双曲正切函数， 表示S型函数。

[0078] 在本发明的一个实施例中，输出层的计算公式如下：

[0079] ；

[0080] 其中 表示电场波形的预估矩阵，电场波形预估矩阵的一个行向量表示一个非测量点的电场波形向量，电场波形向量的第g个分量表示第g个时刻的电场场强值； 表示第t个第二隐藏状态， 表示对第1个至第n个第二隐藏状态进行拼接，n表示序列数据的序列单元的总数， 是权重参数， 是偏置参数， 表示S型函数。

[0081] 在本发明的一个实施例中，第一隐藏层进行预训练，预训练的时候连接预训练输出层，预训练输出层输入两个节点的节点特征，输出这两个节点所表示的空间点之间的传递函数。

[0082] 预训练输出层的计算公式如下：

[0083] ；

[0084] 其中， 表示的是节点i、j之间的传递函数 ， 表示第i个节点的隐藏状态和第j个节点的隐藏状态的拼接， 是输出层的权重参数，是输出层的偏置参数， 表示S型函数， 表示矩阵的转置。

[0085] 在本发明的一个实施例中，第一隐藏层预训练的损失函数的真值计算公式如下：

[0086] ；

[0087] 其中， 表示节点i和节点j之间的传递函数， 表示角频率， 和分别表示节点i和节点j对应的电场时域波形， 表示傅里叶变换。

[0088] 本发明利用电磁仿真软件CST对拟建设的大型水平极化线栅型电磁脉冲模拟器进行了仿真，给出了其测试区域空间辐射场的仿真结果。

[0089] 以拟建设的大型水平极化线栅型高空核电磁脉冲模拟器作为仿真对象，分析计算其测试区域空间场强分布情况。目前对于高空核电磁脉冲环境的定义为大于等于50kV/m，IEC61000‑2‑9《电磁兼容(EMC)第2部分：环境第9节：HEMP环境描述辐射骚扰》和GJB1389B《系统电磁环境效应要求》都对其作出了明确规定；

[0090] 图2为水平极化线栅型电磁脉冲模拟器电磁仿真模型图，结构包括双锥辐射天线、传输天线、吸收负载电阻；双锥天线总长4m，锥底半径1.25m，圆锥半锥角32°，双锥中心距离地面的高度10m，地面上两个线栅极板之间的距离32m，单侧极板的宽度48m，其传输线宽高比为3:2，对应的特征阻抗约为150Ω，设定单个终端负载阻值600Ω。实际电磁脉冲模拟器左右极板为多根金属线栅，CST仿真时应建立为实体模型，将256根传输天线分16根天线为一束均匀拉出并连接负载，总计16根集成传输天线，两边各设置8根集成天线。在本例中，用集总元件中的电阻功能设置吸收电阻值为150Ω，以实现分布式负载功能。模拟器材料设置为理想导体，背景材质设定为空气，考虑大地介质的影响，计算区域边界设置为自由空间，最大计算频率设定为300MHz；

[0091] 图3为t=35ns且planeAtY=0m时电场场强分布图；图4为t=35ns且planeAtX=0m时电场场强分布图；图5为t=35ns且planeAtZ=0.6m、1m、2m、3m时电场场强分布一；图6为t=35ns且planeAtZ=0.6m、1m、2m、3m时电场场强分布二；图7为t=35ns且planeAtZ=0.6m、1m、2m、3m时电场场强分布三；图8为t=35ns且planeAtZ=0.6m、1m、2m、3m时电场场强分布四；

[0092] 本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种水平极化的高空核电磁脉冲模拟器仿真方法。

[0093] 上面对本发明的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出更多形式的等同的实施例，均属于本实施例的保护之内。