用MoM—PCG—FFT分析金属栅有限阵列的散射问题

本文用矩量法、预条件共轭梯度法和快速傅里叶变换（MoM-PCG-FFT)的混合技术来分析金属栅有限阵列的电磁散射问题。首先以等效电流作为未知函数建立积分方程组或积分－微分方程组,再用矩量法（脉冲／点匹配）获得一个线性代数方程组,其系数矩阵是一个对称二重复Toeplitz矩阵,基于这一特点,应用预条件共轭梯度法和快速傅里叶变换的结合算法（PCGFFT）来求解这个线性代数方程组,其中预条件器选用T.Chan循环预条件共轭梯度法和快速傅里叶变换的结合算法（PCGFFT）来求解这个线性代数方程组,其中预条件器选用T．Chan循环预条件器的二重分块形式。文中给出的数值算例表明该混合技术是有效的,适用于较大的金属栅有限阵列的分析。     

预条件共轭梯度法在辐射和散射问题的应用

用矩量法求解一些辐射和散射问题,如线天线辐射和线状体散射等问题时,可以产生一个Ｔｏｅｐｌｉｔｚ线性方程组,采用预条件共轭梯度法（ＰＣＧ）与快速富里叶变换（ＦＦＴ）的结合方法（ＰＣＧＦＦＴ）来求解该方程组,其中预条件器采用Ｔ．Ｃｈａｎ的优化循环预条件器。使用ＰＣＧＦＦＴ算法,可有效地节省内存,提高了计算速度。为说明其有效性,将ＰＣＧＦＦＴ算法与ＣＧＦＦＴ算法以及Ｌｅｖｉｎｓｏｎ递推算进行了对比。     

预条件共轭梯度法在大型振子阵列天线RCS分析中的应用

本文提出三重Toeplitz线性方程组预条件共轭梯度法,并将该法与快速付里叶变换(FFT)结合.这种结合算法称为PCGFFT.将PCGFFT应用于振子阵列天线的RCS分析中.由于预条件器的使用,系数矩阵的条件数得到了很大改善.数值结果表明,PCGFFT不仅降低了对计算机内存的需求,加快了迭代速度而且提高了算法的收敛性.     

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.     

求解复杂载体天线辐射问题的近场预条件技术

提出了一种近场预条件技术与LDU分解法相结合的新技术,用于加速矩量法(MoM)分析复杂载体上线天线辐射问题中线性方程组的迭代求解.通过LDU分解可将系数矩阵中表示载体上单元相互作用的具有对角占优特性的子阵分离出来,构造一个矩阵分解形式的预条件阵.结合广义最小留数(GMRES)法,分别对装载在两个简单形体和一架大型飞机模型上的线天线的辐射问题进行了求解.数值结果表明,该方法可大大加快线性方程组迭代求解的收敛速度,提高分析计算效率.     

金属-介质混合目标电磁散射的P-FFT快速求解

针对任意形状金属-介质混合目标的电磁散射问题,使用矩量法将体-面结合的积分方程(VSIE)转换成线性方程组,并利用预修正快速傅立叶变换(P-FFT)方法来进行快速求解.为减少直接计算和预修正的近区未知量个数,采用一种改进的模板拓扑.数值计算结果表明,基于VSIE的P-FFT方法可以高效准确地求解金属-介质混合目标的电磁散射问题,改进的模板拓扑可以显著减少近区未知量个数,从而减少算法的存储需求和计算时间.     

自适应交叉近似压缩的高阶矩量法的并行实现

高阶矩量法在计算电磁学中的应用越来越广泛, 为了进一步提高其计算规模, 引入并行的自适应交叉近似压缩算法(Adaptive Cross Approximation algorithm, ACA).该算法首先采用非均匀有理B样条建模(Non-Uniform Rational B-Splines, NURBS)的方法进行面片分组; 然后利用矩量法中远区阻抗矩阵的低秩特性进行ACA压缩; 最后采用稀疏近似逆预条件(Sparse Pattern Approximate Inverse preconditioning, SPAI)的共轭梯度法(Conjugate Gradient method, CG)快速求解矩阵方程.该算法中的ACA压缩过程和迭代求解过程都特别适合并行计算.数值实验表明, 对于电大尺寸问题, ACA压缩后的矩阵占用的内存远远低于原矩阵, 而预条件的共轭梯度法可以很快收敛.此外该算法在大规模并行时的效率较高.     

用于分析电磁散射问题的快速多极算法

介绍了用于分析电磁散射问题的快速多极算法(FMA)和多层快速多极算法(MLFMA)的基本思想与基本步骤。通过计算实例表明,快速多极算法在计算速度和存贮要求方面比矩量法有明显优势,适合于在现有计算机条件下求解电大尺寸目标的散射问题。     

基于连续干扰消除的毫米波MIMO系统混合预编码算法

该文研究多用户毫米波MIMO系统的混合模数预编码器和合并器设计。针对因信号传播漫散射造成的多用户间信号干扰问题,提出一种基于连续干扰消除(SIC)的鲁棒混合预编码算法。首先对信道矩阵进行正交分解,以消除来自已知用户信号的干扰,从而将含有非凸约束的多用户链路优化问题分解为多个单用户链路优化问题。然后采用相位提取算法逐个求解每个用户的最优传输链路,并结合最小均方误差(MMSE)准则求得多用户混合预编码矩阵。仿真结果表明,与现有的混合预编码算法相比,所提算法在强干扰环境下具有显著的性能优势。     

多层低频快速多极子算法分析电磁散射问题

主要研究了低频条件下目标的散射问题,详细给出了基于Loop-Tree矩量法的多层低频快速多极子方法基本原理。通过对自由空间格林函数进行多极子展开,避免了传统快速多极子方法通过平面波展开格林函数遇到的低频崩溃问题。改进的对角预条件技术显著地减少了预条件矩阵的构造时间和矩阵的迭代求解时间。数值算例证明了算法的有效性。     

基于COCG的组合迭代法求解电磁场FEM线性方程组

针对COCG算法在求解有限元法分析电磁场边值问题所得到的线性系统时存在的不稳定性问题,提出了一种基于COCG的组合迭代方法。该方法通过在低精度迭代阶段采用COCG,而在其易出现迭代崩溃问题的高精度迭代阶段采用其他相对更稳定的迭代法来进行联合求解。该方法不仅能有效避免COCG算法的不稳定性问题,同时也让其高效率的优点得到充分保留因而有利于整个迭代收敛过程。数值结果表明,提出的组合迭代法能将COCG的高效率和其他迭代法的稳定性进行优势互补,从而能获得比常规的单独迭代法更高的求解性能。     

电磁散射的拉格朗日乘子区域分解算法

针对电磁散射问题,提出了一种基于广义变分原理的区域分解算法.将原求解区域划分为若干个不重叠的子区域,引入拉格朗日乘子法以满足相邻子区域之间场的连续性要求,并建立其修正泛函,使原问题转化为求解拉格朗日乘子.研究了子区域系数矩阵的可逆性.为了进一步提高效率,采用了重启的广义最小残量法为求解器.数值算例验证了本文方法的准确性和有效性.     

基于STFT与G函数相结合的短波DFH跳检测方法

差分跳频利用频率的跳变携带信息,只要正确检测出每跳的频率,就可以恢复出信息.本文提出一种基于STFT的跳检测方法,并与G函数相结合来分析短波DFH信号在每跳时间间隔内的频率特性,以检测可能的跳频率.仿真结果表明,在短波信道几种可能的情况下,检测效果良好.     

有限差分法解电磁场方程的共轭梯度法三角阵预处理器

通过考察电磁场微分方程经非均匀网格离散后的有限差分方程组矩阵,建立了函数偏微分运算与离散向量矩阵相乘运算的对应关系,给出了差分方程组矩阵对应于微分算子的分解式,并据此提出了共轭梯度法的三角阵预处理器。此外,还提出了对不同的边界条件、求解域内部边界、介质分界面和时谐场方程的处理技术以便应用该预处理器。数值计算结果验证了本文算法的正确性,展示了其十分明显的加速收敛效果,表明了本文算法有线性的存储复杂度和几乎线性的计算复杂度,可有较广泛的应用。本文中将算子细节和矩阵细节对应的基本思想对构造其它高效预处理器具有借鉴作用。     

Thermal aware floorplanning using Gauss-Seidel method

The Gauss-Seidel method is effective to solve the traditional sparse linear system. In the paper, we define a class of sparse linear systems in iterative algorithm. The iterative method for linear system can be extended to the dummy sparse linear system. We apply the Gauss-Seidel method, which is one of the iterative methods for linear system, to the thermal model of floorplan of VLSI physical design. The experimental results of dummy sparse linear system are computed by using Gauss-Seidel method that have shown our theory analysis and extendibility. The iterative time of our incremental thermal model is 5 times faster than that of the inverting matrix method.     

高频电磁场问题中的并矢Green函数方法

高频电磁辐射、散射问题中激励与响应之间的线性关系成立。这一关系可用一并矢变换函数给出。因此高频电磁场问题关键在于寻求并矢变换函数。并矢格林函数理论能够给出典型电磁场问题激励与响应之间的线性关系，借助高频电磁场的局域性原理、传播与绕射遵循的费马原理，极易求得高频电磁场问题的并矢变换函数。本文讨论了高频电磁场问题中的并矢格林函数方法，研究了并矢格林函数方法在寻求并矢变换函数中的应用，得到了部分工程问题的理论结果。     

计算电磁学在电磁兼容仿真中的应用

由于航空飞行器上用电设备电磁兼容问题频发及其复杂性,用电设备的电磁兼容设计就显得尤为重要。为此,提出了利用计算电磁学理论对用电设备的电磁兼容性进行分析,针对系统中不同电磁兼容问题以及不同数值计算方法的自身特点,选择适用的数值方法对问题进行仿真计算。最终实现在产品的设计初期,就能够对其电磁兼容性进行预测和评估,满足其电磁兼容性的要求。因此,采用计算电磁学进行仿真分析可为解决用电设备电磁兼容问题提供有效的手段和途径。     

FEM/BEM混合法计算各向异性不均匀介质柱电磁散射

应用有限元-边界元(FEM/BEM)混合法计算二维各向异性不均匀介质柱电磁散射,对介质柱内、外区域分别采用有限元和边界元法进行分析,然后应用边界条件建立部分稀疏部分满填充的矩阵方程.应用内观法结合多波前法求解该矩阵方程,分别计算了均匀分布和不均匀分布的各向异性介质柱的雷达散射截面.数值计算表明,有限元-边界元混合法在分析和计算不均匀开放域电磁问题时有一定的优势.     

一种分析稠密随机媒质的新方法

一种基于ＦＤＴＤ法的数值方法用来分析稠密离散随机媒质。本文采用在ＦＤＴＤ法的差分多格中进行随横填充来模拟随机媒质，并求解其瞬态电磁散射场。然后对该散射场曲线的分形维数进行了计算，数值结果表明，稠密离散随机媒质的瞬态散射场的分数数与其数密度之间作一定的范围内存在线性函数关系。     

电磁张量姿态旋转不变量研究

首先研究了传统基于重叠偶极子模型的几何误差校正方法,该方法需要姿态角测量装置测得仪器的姿态角信息,且具有无法消除姿态角测量装置的安装角度误差、探测区域地形的起伏倾角误差以及感应误差的不足;基于类似的公式推导以及姿态角旋转矩阵中各分量间的等式关系,推导出在层状大地模型下的电磁张量姿态旋转不变量.由模型仿真结果可知,在一个测量周期内,当系统姿态角恒定不变时,垂直共轴、垂直共面以及水平共面三种常用线圈架构由姿态角引起的总误差,分别可以达到12%,11.5%,-11.5%,而不变量的总误差恒为零;当系统姿态角变化率恒定不变时,不变量的总误差随着初始姿态角以及姿态角变化量的增大而增大,且可以忽略发射频率以及大地电导率的影响.若选取的测量周期足够短,此时姿态角变化量足够小,则可以忽略不变量的总误差,从而不再需要测量系统的姿态角信息.已知RESOLVE系统在30 ms的测量周期内翻滚角及俯仰角的初始姿态角均为27°,姿态角变化量均为0.45°,得到不变量在H型层状大地下的总误差仅为-0.21%,验证了不变量的可行性.