面向核电磁脉冲等强电磁环境下复合材料壳体平台的电磁环境效应分析需求，根据Maxwell-Ampere定理的积分形式，分析得到了时域有限差分方法在处理弱导电薄层介质材料参数时的等效计算方法，即当介质等效波长远大于模型厚度时，可将薄层模型适当增厚，同时等比例减小其电导率，参数等效前后模型的电磁耦合特性基本相同。该方法通过等效增厚薄层材料从而实现增大空间离散步长，减少网格量的目的，不需要改变传统时域有限差分方法的时间步进格式，不会破坏计算的稳定性。无限大有耗介质薄板、薄层球体、含薄层壳体无人机电磁耦合等算例表明，在包含毫米级厚度弱导电介质薄层壳体平台的核电磁脉冲耦合模拟中，该方法具有较好的适用性。

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。

为研究大气环境对系统电磁脉冲（SGEMP ）的影响，针对海拔50～100 km的X射线能量沉积区，分别应用3维PIC程序及3维PIC-MCC程序各自开展预电离等离子体和稀薄空气条件下外SGEMP的建模与模拟研究，针对3种不同的X射线注量（4×10⁻³ J/cm²、4×10⁻² J/cm²、0.4 J/cm²），分别取对应两种不同海拔高度（70 km和80～90 km）的本底等离子体及海拔56 km的稀薄空气条件进行模拟计算，并和真空中的计算结果进行对比，得出预电离等离子体及稀薄空气对外SGEMP的影响规律：当X射线注量较低时，等离子体使得磁场增大，电场减小，而稀薄空气对外SGEMP效应影响不明显；随着X射线注量增大，空间电荷非线性效应越来越明显，等离子体及稀薄空气都使得电场、磁场同时增大，且稀薄空气的增大效应更显著。

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题，以超短波接收机为具体研究对象，基于超外差式接收机电路功能模型，采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法，建立了射频前端低噪声放大器（LNA）电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model)，并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力；为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力，以标准电磁脉冲波形作为激励，以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道，在不同强度电磁脉冲作用下，接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程，说明了建模方法的有效性；最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标，分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。

目的是研究高性能的电磁场仿真软件，对真实的芯片-系统电磁脉冲耦合过程进行高分辨率、高置信度的电磁仿真。研究重点是针对多尺度问题，突破算法的并行计算瓶颈。基于自主软件平台快速研发出仿真软件，在高性能计算平台上完成对真实复杂问题的全波电磁仿真。通过对某真实机箱内部芯片的电磁脉冲耦合仿真分析，验证了本文提出的算法的高性能、高效率的特性。

应用3维全电磁粒子模拟程序研究腔体的内SGEMP，作为校验，模拟计算了光电子由圆柱腔体端面向内发射的SGEMP模型，并与文献结果进行了对比；使用该程序对圆柱腔体的3维内SGEMP进行模拟研究，得出注量为100 J/m²，特征温度为2 keV的黑体谱X射线，垂直入射高为4.5 cm、半径为7.5 cm的圆柱腔体侧面时，发射电流为20 A，产生的电场最高可达150 kV/m，磁场高达3.0×10⁻⁵ T。并对不同X射线注量下的电荷和电场分布情况进行了初步研究。

强电磁脉冲环境下的平台-机载天线一体化耦合计算属于典型多尺度时域电磁计算问题，采用传统的FDTD方法数值模拟时，由于精细结构的存在导致网格量巨大，计算效率低下。介绍了一种将非均匀FDTD方法与细导线FDTD方法以及多网格集总元件FDTD方法相结合的时域混合方法，能够有效降低计算开销，结合并行计算技术，快速计算得到天线端口上耦合产生的瞬态电压和电流响应，并将该方法成功应用于无人机平台-天线一体化前门耦合数值模拟中。

在时域有限差分（FDTD）法中采用亚网格边界条件（SGBC）法对复合材料薄层结构进行建模，可以突破复合材料薄层对空间步长的限制从而大大降低计算成本。基于大规模并行化平台JASMIN实现了SGBC-FDTD算法，通过对复合材料薄层结构的自动建模和适配，实现对复合材料薄层的快速并行化处理。利用所开发的并行SGBC-FDTD算法计算分析了含不同电磁特性复合材料薄层方舱在0.1～1.0 GHz内的电磁屏蔽效能，结果表明采用并行SGBC-FDTD算法的计算结果与全波分析软件计算结果吻合完好，且计算效率显著提升。

大型脉冲功率装置真空汇流区的电子输运过程对于电流汇聚有重要的影响，在高性能计算集群的帮助下，使用NEPTUNE3D软件开展三维全电磁PIC模拟进行了研究，模拟区域（34 cm×34 cm×18 cm）包括双层柱-孔盘旋（DPHC）结构和部分内、外磁绝缘传输线等关键位置。计算结果清晰地展示了零磁位区分布和电子输运轨迹，电子主要由外磁绝缘传输线阴极表面发射，在洛伦兹力作用下向中心漂移并损失在零磁位区处；对电子能量沉积的统计结果表明，受电子流轰击最严重的位置在DPHC结构下层阳极柱表面，来自大型脉冲功率装置的实验结果证实了上述结论。根据计算结果，最大电流损失率（437 kA，27%）发生在电流传输的早期时刻（～15 ns），而电流峰值时刻损失率则仅有0.48%，此时磁绝缘已完全生效，表明DPHC结构在峰值电流的汇聚与传输上有很高的效率。