分形随机粗糙表面的电磁散射研究

本文利用数值方法研究分形随机粗糙表面的电磁散射问题。 应用矩量法研究分形随机粗糙表面的电磁散射可以使我们获得较为精确的数值结果。但是,对于表面散射,应用矩量法时,表面未知变量的数目非常大,即使对于一维表面也需要几千个未知变量。当我们求解矩阵方程时,计算机对求解的问题有几个限制,一个是内存的限制,一个是速度的限制。为了克服内存的限制,发展了许多迭代数值算法。本文发展了一种新的数值迭代方法.利用这一方法,我们对分形随机粗糙表面的电磁散射问题进行了研究, 并与矩阵反演方法进行了比较.所得结果表明,这种新的迭代法具有很好的收敛性。     

电磁场与微波技术

044 2003050805分形随机粗糙表面的电磁散射研究/途贵祯,林金才,(2」周平(北京广播学院)11通信学报.一2003,24(1)一111一116文中利用数值方法研究分形随机粗糙表面的电磁散射问题.应用矩量法研究分形随机粗糙表面的电磁散射可以获得较为精确的数值结果.但是,对于表面散射,应用矩量法时.表面未知变量的数目非常大,即使对于一维表面也需要几千个未知变量.当求解矩阵方程时,计算机对求解的问题有几个限制,一个是内存的限制,一个是速度的限制.为了克服内存的限制,发展了许多迭代数值算法.文中发展了一种新的数值迭代方法,利用这一方法.对分形随…     

粗糙表面电磁散射研究

研究随机粗糙表面的电磁散射问题.在用数值方法研究粗糙表面电磁散射过程中,经常遇到大型的数值计算问题,为此本文提出一种名为"前后向"(FBMethod)的迭代方法来求解大型矩阵.该种方法的主要思想是将粗糙表面每个离散单元的感应电流分为两个部分:前向贡献和后向贡献,先计算前向贡献,再迭代求解后向贡献,其特点是收敛速度快,迭代次数少.在本文中,用此算法对粗糙表面的散射进行了计算.散射计算结果与用直接反演的计算结果进行了比较,结果表明,两种方法符合很好,证明了本文所提方法的可行性.     

分形粗糙海面高斯波束散射特性模拟

利用波束模拟法研究了高斯波束入射下一维分形粗糙海面的电磁散射.通过与传统的矩量法计算进行比较,避免了矩量法在数值计算时因计算机内存限制而遇到的困难,分析了波束模拟法处理粗糙面散射问题的有效性,讨论了计算精度与子波束数目、极化特性和分维的关系.     

粗糙面下方金属目标复合电磁散射的快速算法

为快速有效计算粗糙面下金属目标的复合电磁散射,提出了一种基于前后向迭代算法(FBM)和共轭梯度(CG)法的快速互耦迭代算(CCIA).首先建立目标与粗糙面的耦合积分方程组,并采用矩量法将其离散为矩阵方程.其次针对得到的耦合积分方程,用FBM求解粗糙面表面电流分布,用CG法求解目标表面电流分布,目标和粗糙面的相互作用通过更新两方程的激励项完成.最后,计算了高斯粗糙面下方无限长金属圆柱目标的复合电磁散射系数,当目标尺寸趋于零或目标深度趋于无穷时的结果与单独介质粗糙面相一致,验证了该数值方法的正确性;同时,讨论了不同粗糙面情况下该方法的收敛性,并分析了不同粗糙面媒质、目标尺寸和目标位置对双站散射系数的影响.     

电波传播

0100421一维随机粗糙面电磁散射的小波矩量解[刊]/郭立新//西安电子科技大学学报.—2000.27(5).—585～589(D)粗糙面的电磁散射问题可以归结为一个电场积分方程。采用小波基函数将积分算子展开,利用矩量法求解矩阵方程,得到一维随机粗糙面的等效电流分布,并进一步得到散射场,所得结果与有关文献的结果基本一致。参8     

粗糙海面上三维金属目标的电磁散射特性分析

该文采用矩量法(MoM)计算粗糙海面上三维金属目标的电磁散射特性。计算了位于半空间媒质中的电偶极子和磁偶极子的矢量位并矢格林函数和标量位格林函数,并将其应用于矩量法中。把海水视为下半空间媒质,粗糙海面为位于上半空间中的介质表面。通过建立介质和金属混合目标的积分方程,并采用迭代方法求解矩阵方程以得到该模型的散射特性,数值结果验证了本文方法的有效性。     

分形粗糙海面电磁散射的波束模拟法

利用波束模拟法研究了波束入射下一维分形粗糙海面的电磁散射.通过与传统的矩量法计算进行比较,避免了矩量法在数值计算时因计算机内存限制而遇到的困难,分析了波束模拟法处理粗糙面散射问题的有效性,讨论了计算精度与子波束数目、极化特性和分维的关系.     

PBTG法快速求解粗糙海面散射增强效应

针对矩量法(MOM)不能有效求解大尺度粗糙介质表面散射特性的问题,采用基于物理的双网格法(PBTG)快速计算了高斯粗糙海面的散射特性,对比了不同矩阵维数下的求解时间,研究了水平、垂直极化下粗糙海面的散射增强现象。通过与矩量法的比较,证明了PBTG法的高效性。     

小波变换在指数粗糙表面电磁散射中的应用

研究了小波变换在指数粗糙表面电磁散射中的应用.在用矩量法研究电磁散射问题时,基函数的选择是一个非常重要的步骤.不同的基函数对问题的求解规模影响很大.利用小波变换中二尺度方程关系,通过对大尺度基函数和小波基函数求解相应的矩阵方程,然后由小尺度基函数与大尺度基函数以及小波基函数的关系,求出对应于小尺度基函数的矩量法解.该方法的优点是减少了矩阵方程求解的规模.     

正则化预条件方法在矩量法中的应用

计算电磁学中矩量法产生的系统矩阵是病态矩阵,使用迭代方法求解时很难收敛,即使采用现有的预条件技术也经常不收敛.本文借用不适定问题求解中的正则化方法的概念,提出采用正则化矩阵作为矩量法中矩阵方程的一个预条件矩阵.这种预条件方法可以直接改善原矩阵的特征值分布,而且不需要额外的空间来存储预条件矩阵.此外,本文提出通过正则化矩阵方程的L曲线的二阶导数的最大值点来确定正则化参数,使得预条件矩阵方程求解的效率最高.数值实验表明,对于高阶矩量法求解电场积分方程或者磁场积分方程时分别产生的矩阵方程,采用常见的预条件迭代方法求解时收敛很慢,但是采用本文的预条件迭代方法却可以较快地收敛.     

Direct solution of the EFIE with half the computation

When using the electric field integral equation (EFIE) with the same basis and testing functions, a complex symmetric (non-Hermitian) moment method matrix results. Stable methods that directly solved this matrix with roughly half the storage and execution time required for the nonsymmetric case exist. Apparently these methods are relatively unknown among moment method practitioners. Furthermore, the resulting advantage in storage and execution time of the EFIE (when a direct solution is used) over other methods (such as the MFIE and CFIE) seems not to be widely appreciated     

PC集群MPI并行矩量法分析复杂平台多天线特性

为分析安装于诸如飞机、舰艇等复杂目标上多天线的电磁兼容性,本文引入了Costa基函数对多天线线面连接结构进行建模.针对计算量过大、耗时太长这一主要障碍,结合RWG基函数特点,设计了一种高效的适用于共轭梯度方法求解的棋盘状并行矩阵填充算法,避免了RWG基相互作用的重复计算,然后详细地讨论了并行共轭梯度算法求解矩量法矩阵方程的并行实现过程.本文进一步开发并在PC集群中实测了MPI并行矩量法程序性能,作为应用计算了安装于某飞机头部的多天线辐射特性.     

利用遗传算法求取雷达目标极点分布

散射物体自然频率(极点)是目标识别可以利用的一个基本特征,传统的理论求解极点的方法一般是用迭代法求取由矩量法得到的矩阵方程系数行列式的零点.矩阵方程系数矩阵的病态性是其最大的缺点.文章提出了用遗传算法获得极点的方法,对遗传算法应用于求取雷达目标极点方面的问题做了理论和算法分析.由于球体目标的极点可以解析获得,所以利用了球体作为实验验证的例子.并计算了有限长圆柱的结果.实验结果表明算法相对于传统的围线积分法不仅避免了病态矩阵的问题,而且简单易行,结果可靠.     

Fast solution of electromagnetic integral equations using adaptivewavelet packet transform

The adaptive wavelet packet transform is applied to sparsify the moment matrices for the fast solution of electromagnetic integral equations. In the algorithm, a cost function is employed to adaptively select the optimal wavelet packet expansion/testing functions to achieve the maximum sparsity possible in the resulting transformed system. The search for the best wavelet packet basis and the moment matrix transformation are implemented by repeated two-channel filtering of the original moment matrix with a pair of quadrature filters. It is found that the sparsified matrix has above-threshold elements that grow only as O(N^1.4) for typical scatterers. Consequently the operations to solve the transformed moment equation using the conjugate gradient method scales as O(N^1.4). The additional computational cost for carrying out the adaptive wavelet packet transform is evaluated and discussed     

任意形状微带天线辐射特性的研究

本文从研究微带天线的积分方程出发,推导了从积分方程组到矩阵方程的全部公式,特别是对奇异积分进行了处理。提出了任意形状微带天线贴片及其附近表面的分块法,及矩形和三角形分块的自耦和互耦的计算方法,从而解决了用矩量法分析任意形状微带天线的问题。进一步利用几何绕射理论,考虑载体的绕射场影响,使载体上天线辐射方向图的计算结果与实验结果更吻合。计算了一种很有实用价值的特殊形状——双扇形微带天线的辐射方向图,并同实验结果作了比较。     

均匀随机媒质中传播的波——有不同波数的m-n阶矩方程的解

在研究随机媒质中传播的波的一些有关问题时,常常需要求解波的矩方程。具有不同波数的m-n阶矩方程是一个抛物近似的偏微分波动方程。本文应用格林函数方法将偏微分方程变为积分方程,并用迭代法求得了该积分方程的解。同时,又应用接连散射的方法求解了具有不同波数的m-n阶矩方程,两种方法所得的结果完全相同。文中对解的物理含义作了说明,并讨论了用于波传播研究中的一些问题。     

MLFMA/VIE-MoM大型矩阵方程的快速迭代求解方法

 本文针对体积分方程矩量法(VIE-MoM)分析三维非均匀介质电磁散射问题所导出的大型矩阵方程的求解问题, 基于多层快速极子技术(MLFMA)算法研究了快速近似迭代方法.提出了一种基于MLFMA分组方案对系数矩阵进行重组并提取强耦合元素的近场预条件器的构造方法,有效地提高了广义最小余量法(GMRES)的迭代收敛速度.提出了一种在迭代计算过程中的近似矩阵向量乘积方案,明显降低了单步计算过程中MLFMA远区耦合作用的计算时间.计算实例表明,采用本文的迭代加速技术可使计算速度提高3至5倍,有效地提高了VIE-MoM大型矩阵方程的迭代求解速度.     

Studies on Fast Algorithm for the Scattering of a Large Array of Waveguide-Fed Wide-Slot Antennas in Millimeter Wave Region

We present an effective numerical technique to characterize the scattering of wide-slot antennas fed by waveguides with arbitrary terminations in terms of the method of moment (MoM) and the mixed potential integral equation (MPIE). In particular, the precorrected-fast Fourier transform (P-FFT) eliminates the need to generate and store the usual square impedance matrix andthus leads to speed up the matrix-vector multiplication in the resultant system. This property makes the Rao-Wilton-Glisson (RWG) functions to be useful in simulating electrically large-scale problems. In addition, the scattering from the finite ground surfaces is accounted for in the total scattered field by using the method of equivalent edge currents. The numerical results are presented and compared with both the traditional method of moment results obtained using the entire-domain basis functions and the experimental results, to demonstrate the proposed method to be a good candidate for study on the scattering of arbitrary wide-slot large array.     

均匀随机媒质中传播的波有不同波数的m-n阶矩方程的解

在研究随机媒质中传播的波的一些有关问题时,常常需要求解波的矩方程。具有不同波数的m-n阶矩方程是一个抛物近似的偏微分波动方程。本文应用格林函数方法将偏微分方程变为积分方程,并用迭代法求得了该积分方程的解。同时,又应用接连散射的方法求解了具有不同波数的m-n阶矩方程,两种方法所得的结果完全相同。文中对解的物理含义作了说明,并讨论了用于波传播研究中的一些问题。