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目录
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序0
前言0
上篇 核爆炸效应现象及传播规律1
第1章 概述2
1.1 核监测概念2
1.2 核爆炸监测技术的发展3
1.2.1 国外发展3
1.2.2 国内发展6
1.3 核爆炸监测技术的作用6
1.3.1 军事应用6
1.3.2 民防应用7
1.3.3 科学技术领域的应用7
1.4 本书的主要内容9
参考文献9
第2章 核爆炸原理与现象11
2.1 核爆炸原理11
2.2 爆炸方式的划分及外观景象特点11
2.3 核爆炸效应与杀伤破坏过程13
2.4 核爆炸对环境的长期影响15
参考文献17
第3章 核爆炸信号及探测18
3.1 核爆炸信号的产生过程18
3.1.1 γ辐射18
3.1.2 中子18
3.1.3 X射线19
3.1.4 核电磁脉冲19
3.1.5 光辐射20
3.1.6 冲击波和次声20
3.1.7 爆炸烟云20
3.1.8 放射性沉降21
3.1.9 地球物理效应21
3.2 核爆炸产生信号的时间特征21
3.3 核爆炸信号的探测22
参考文献24
第4章 天基核爆炸电离辐射信号传播规律25
4.1 高空核爆炸中子、γ射线至卫星地球同步轨道的传播25
4.1.1 核爆炸中子及γ射线的源谱模型25
4.1.2 粒子输运的介质模型27
4.1.3 探测器安放几何模型27
4.1.4 模拟计算结果及分析28
4.2 高空核爆炸X射线辐射信号的传输特性分析34
4.2.1 核爆炸X射线源的描述34
4.2.2 卫星-地球-核爆炸的空间几何关系35
4.2.3 卫星轨道核爆炸X射线信号特征37
4.2.4 计算结果与分析根据40
参考文献44
第5章 核爆炸光辐射效应及传播规律45
5.1 大气层核爆炸火球光辐射信号的辐射流体力学(RHD)计算46
5.1.1 一维球对称情况下的Lagrange RHD方程组46
5.1.2 定解条件47
5.1.3 RHD方程组的差分格式47
5.1.4 数值模拟过程50
5.1.5 模拟结果与分析51
5.2 光辐射大气传输模式55
5.2.1 地球−大气−卫星蒙特卡罗辐射传输模式56
5.2.2 大气模式57
5.2.3 模拟过程的几个随机变量58
5.2.4 模式的输入参数60
5.2.5 模式对光子运动过程的模拟流程61
5.2.6 结果与分析62
5.3 卫星轨道处光辐射功率密度估计64
参考文献66
第6章 核爆炸电磁脉冲信号特征及传播规律68
6.1 核爆炸电磁脉冲时域特性69
6.1.1 低空爆炸NEMP波形特征69
6.1.2 中空爆炸NEMP数值计算波形特征70
6.1.3 高空爆炸NEMP数值计算波形特征70
6.1.4 高空核电磁脉冲标准波形特征71
6.2 核爆炸电磁脉冲频域特性72
6.3 电离层对VHF电磁信号传播的影响74
6.3.1 电离层对电磁波的折射指数[3,4]74
6.3.2 电离层对电磁波的吸收75
6.3.3 电波在电离层中传播速度及时间延迟75
6.3.4 Snell定律76
6.3.5 Faraday旋转76
6.4 射线追踪法计算VHF信号穿过电离层传播77
6.4.1 计算模型77
6.4.2 电离层模型78
6.4.3 计算步骤79
6.4.4 计算结果及分析80
6.5 PSTD方法计算VHF电磁信号穿过电离层传播83
6.5.1 计算模型83
6.5.2 计算参数的选取86
6.5.3 计算方法的验证86
6.5.4 计算结果87
参考文献90
第7章 核爆炸冲击波91
7.1 控制方程91
7.1.1 点爆炸的自模拟解91
7.1.2 核爆炸冲击波传播92
7.1.3 气体状态方程93
7.2 数值方法94
7.2.1 具有TVD性质的三阶Runge-Kutta方法94
7.2.2 黏性项的处理95
7.2.3 WENO算法96
7.2.4 球坐标系向笛卡儿坐标系的映射98
7.3 定解条件98
7.3.1 初始条件98
7.3.2 边界条件98
7.4 计算结果与分析99
7.4.1 冲击波随时间变化100
7.4.2 冲击波随空间变化100
7.4.3 地面反射的影响102
7.4.4 冲击波负压持续时间103
参考文献103
第8章 核爆炸烟云105
8.1 模式选取[16,17]106
8.2 模拟结果107
8.2.1 垂直方向流场及涡度场随时间变化107
8.2.2 水平方向涡度场随时间变化109
8.2.3 稳定烟团高度随释放热量及稳定度变化110
8.2.4 放射性颗粒在烟云中的散布111
参考文献114
第9章 核爆炸放射性沉降116
9.1 核爆炸放射性沉降的产生116
9.1.1 放射性颗粒的产生过程116
9.1.2 放射性落下灰的沉降过程117
9.1.3 落下灰的放射性及对人的伤害117
9.1.4 放射性沉降的分类118
9.1.5 放射性沉降预报模型118
9.2 大气层核爆炸放射性沉降近区模拟[21]119
9.2.1 动力学烟云模型基本原理119
9.2.2 核爆炸烟云及放射性粒子的垂直运动方程119
9.2.3 核烟云的水平尺度及扩散参数121
9.2.4 核爆炸放射性沉降场的计算121
9.2.5 近区沉降模拟结果122
9.3 远区沉降模拟[29]122
9.3.1 源项及其初始化123
9.3.2 欧拉输送和扩散模式123
9.3.3 结果与讨论125
参考文献129
下篇 核爆炸探测技术132
第10章 光辐射探测技术134
10.1 光辐射探测原理及方法134
10.1.1 核爆炸光辐射信号134
10.1.2 核爆炸光辐射探测器136
10.2 利用光辐射探测获取核爆炸参数141
10.2.1 核爆炸当量141
10.2.2 爆炸方式141
10.2.3 核爆炸测角定位142
10.2.4 核爆炸外观景象探测145
10.3 天基核爆炸光辐射探测技术146
10.3.1 天基核爆炸光辐射探测器载荷147
10.3.2 空间背景光辐射信号特征149
参考文献150
第11章 电磁脉冲探测技术152
11.1 电磁脉冲探测原理及方法152
11.1.1 NEMP信号特征152
11.1.2 电磁脉冲探测器系统153
11.2 电磁脉冲探测器的标定检验160
11.2.1 电磁脉冲探测器实验室标定160
11.2.2 利用窄带信号反演宽带信号方法163
11.3 天基电磁脉冲探测165
11.3.1 卫星轨道探测与接收165
11.3.2 空间背景电磁信号特征166
参考文献171
第12章 冲击波探测技术173
12.1 引言173
12.2 冲击波信号的特征和主要参数173
12.2.1 冲击波信号特征173
12.2.2 冲击波主要参数174
12.3 冲击波核爆炸参数估计177
12.3.1 核爆炸当量估计177
12.3.2 爆心距离估计177
12.4 冲击波的测量方法184
12.4.1 电压法测试系统184
12.4.2 锰铜压阻法测试系统185
参考文献186
第13章 次声波探测技术187
13.1 引言187
13.2 大气层核爆炸次声特性187
13.2.1 核爆炸次声信号形成187
13.2.2 核爆次炸声的衰减188
13.2.3 次声在大气中的传播规律188
13.3 核爆炸次声探测191
13.3.1 核爆炸次声探测背景噪声191
13.3.2 探测设备193
13.4 核爆炸次声估计当量196
13.4.1 利用声压计算核爆炸当量196
13.4.2 核爆炸当量的修正197
参考文献198
第14章 天基电离辐射探测技术199
14.1 Vela卫星核爆炸电离辐射探测方法199
14.1.1 X射线和γ射线探测分系统[1,2]199
14.1.2 中子探测分系统201
14.1.3 电子质子谱仪201
14.1.4 M5探测系统201
14.1.5 地面辅助系统201
14.2 GPS卫星脉冲X射线探测系统201
14.2.1 BDX设备概述[3]201
14.2.2 工作原理202
14.2.3 电子学202
14.2.4 刻度204
14.2.5 系统测试204
14.3 天基核爆炸辐射探测载荷设计204
14.3.1 符合探测原理204
14.3.2 天基电离辐射探测系统组成208
14.3.3 γ射线探测模块209
14.3.4 X射线探测模块210
参考文献211
第15章 核爆炸效应模拟技术212
15.1 核爆炸光辐射模拟技术212
15.1.1 模拟式核爆炸光辐射模拟器212
15.1.2 数字式核爆炸光辐射模拟器213
15.1.3 地球表面光辐射模拟器214
15.1.4 星载核爆炸在轨光辐射模拟器215
15.2 核爆炸电磁脉冲模拟技术216
15.2.1 有界波电磁脉冲模拟器217
15.2.2 辐射波电磁脉冲模拟器219
15.2.3 过电离层电磁脉冲模拟器222
15.3 核爆炸冲击波模拟技术223
15.4 核爆炸X射线模拟技术225
15.4.1 脉冲X射线发生器系统225
15.4.2 X射线检测装置227
参考文献227
第16章 核爆炸识别技术229
16.1 传统核爆炸识别方法229
16.2 核爆炸信号预处理230
16.2.1 统计模式识别方法230
16.2.2 基于小波阈值法的核爆炸电磁脉冲信号去噪231
16.3 核爆炸信号特征值提取与选择235
16.3.1 基于AR模型的核爆炸电磁脉冲特征提取236
16.3.2 基于小波变换的核爆炸电磁脉冲特征值提取238
16.4 核爆炸信号的分类决策243
16.4.1 神经网络应用于核爆炸与闪电电磁脉冲信号识别243
16.4.2 支持向量机作为分类器的应用245
16.4.3 利用模糊理论进行分类识别249
参考文献251
第17章 核爆炸定位技术253
17.1 引言253
17.2 NEMP定位方法253
17.2.1 NEMP定位体制253
17.2.2 测向方法262
17.2.3 测距方法267
17.2.4 布站优化272
17.3 冲击波/次声信号定位方法273
17.3.1 概述273
17.3.2 冲击波走时测量273
17.3.3 利用次声信号测向274
17.3.4 阵元相干性278
参考文献279
第18章 核爆炸探测的主要干扰源281
18.1 闪电产生的与核爆炸监测相关的信号281
18.1.1 闪电电磁脉冲信号281
18.1.2 闪电光辐射信号283
18.1.3 闪电产生的次声信号287
18.1.4 闪电产生的电离辐射信号291
18.2 闪电光电信号同步监测与定位研究292
18.2.1 广东省从化市闪电光电同步监测292
18.2.2 杭州闪电光电同步监测与定位296
参考文献301