[发明专利]一种二维高精度迭代的非磁化等离子体中的实现方法

权利要求书

1.一种二维高精度迭代的非磁化等离子体中的实现方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1：输入模型文件；具体为：

计算区域大小N_x×N_y，其中N_x为x方向的网格数，N_y为y方向的网格数；空间步长Δη，η＝(x，y)，x为横坐标，y为纵坐标；时间步长Δt；真空中的电导率σ，磁导率μ₀，介电常数ε₀；等离子体碰撞频率υ与等离子体频率ω_p；等离子体在计算区域中的位置；吸收边界层数NPML与相关参数κ_ηmax，α_ηmax，σ_ηmax；κ_ηmax取整数，κ_ηmax取值范围为[1，60]；α_ηmax取值范围为[0，1)；σ_ηmax/σ_opt取值范围为(0，12]，σ_opt＝(m+1)/150πΔη，m取值范围为[1，20]，Δη取值范围为λ为源的波长；仿真计算时长T_f；迭代次数k，k≥0且为整数；加权拉盖尔多项式的阶数q，q≥0且为整数；时间尺度因子s，s取值范围为[10⁹，10¹³]；观测点；场源参数；

步骤2：初始化参数和设置参数；

初始化的参数具体为：

将整个计算区域的电磁场分量系数整个计算区域的极化电流密度系数整个计算区域的电磁场分量系数的和整个计算区域的极化电流密度系数的和整个计算区域的辅助变量和其中表示表示拉盖尔多项式其中全部初始化为零，是带有时间尺度因子s＞0的扩展时间，t表示时间，单位为秒；非磁化等离子体参数C₅,C₆初始化为C₅＝0，C₆＝2；PML系数C_1η，C_2η，C₃，C₄初始化为C_1η＝2/ε₀s，C_2η＝1，C₃＝ε₀/μ₀，C₄＝2/(ε₀s)，式中，η＝(x，y)，x为横坐标，y为纵坐标，ε₀是空气中的介电常数，s为时间尺度因子，取值范围为[10⁹，10¹³]，μ₀是空气中的磁导率；

设置的参数具体为：

设置带有CFS因子的SC-PML吸收边界的参数σ_η,κ_η,α_η；具体为：

σ_η＝σ_ηmax|η-η₀|^m/d^m；

κ_η＝1+(κ_ηmax-1)|η-η₀|^m/d^m；

α_η＝α_ηmax；

其中，η＝(x，y)，η₀为PML层与非PML截面位置，d是PML吸收边界的厚度，κ_ηmax取整数，κ_ηmax取值范围为[1，60]；α_ηmax取值范围为[0，1)；σ_ηmax根据σ_opt来设置，σ_ηmax/σ_opt取值范围为(0，12]，σ_opt＝(m+1)/150πΔη，m取值范围为[1，20]，Δη取值范围为λ为源的波长；

设置PML系数C_1η，C_2η和与等离子参数相关的系数C₅，C₆；具体为：

C_1η＝1/(κ_ηα_η+σ_η+0.5κ_ηε₀s)，C_2η＝(2α_η/ε₀s+1)；

步骤3：添加场源到y方向上的电场分量系数中，设置电场分量系数记为初始场值其中，所添加的场源的表达式为：

J_y(t)＝(t-t₀)/τ×exp(-(t-t₀)²/τ²)

其中，t表示时间，单位为秒；t₀,τ为场源参数；

步骤4：更新计算整个计算区域的y方向上电场分量系数具体为：

步骤4.1：电场分量系数在计算区域的方程为：

其中，k表示迭代次数，i表示x轴方向上第i个计算网格的位置，j表示y轴方向上第j个计算网格的位置，i+1/2表示x轴方向上第i个半网格的位置，j表示y轴方向上第j个半网格的位置；C_1x|_i表示系数C_1x在x轴方向上第i个网格处的值；表示第k+1次迭代x轴方向上第i-1个网格y轴方向上第j个半网格处的电场分量系数的值；

步骤4.2：使用追赶法求解步骤4.1的方程，得到整个计算区域的电场分量系数

步骤5：更新计算整个计算区域的x方向上电场分量系数具体为：

步骤5.1：电场分量系数在计算区域的方程为：

步骤5.2：使用追赶法求解步骤5.1的方程，得到整个计算区域的电场分量系数

步骤6：将k+1赋值给k，并判断迭代次数k是否达到预设值，若未达到预设值，则返回步骤4，若达到预设值，则执行步骤7；

步骤7：更新计算整个计算区域的磁场分量系数

步骤8：更新计算整个计算区域的极化电流密度系数

步骤9：更新计算整个计算区域的电磁场分量系数的辅助变量；

步骤10：更新计算观测点处的电磁场分量；

步骤11：将q+1赋值给q，并判断拉盖尔多项式的阶数q是否达到预设值，若未达到预设值，则返回步骤3，若达到预设值，则结束。