三维散射体宽带RCS频率响应的快速算法:渐进波形估计技术加速的区域分裂法

本文基于渐近波形估计(AWE)技术和区域分裂法(DDM)快速预测有限长三维柱体RCS的频率响应.首先采用区域分裂法结合频域有限差分(FDFD-DDM)计算柱体表面等效电流和磁流在某一给定频率展开的Taylor级数,然后通过Padè逼近将Taylor级数转化为有理函数,由此可获得柱体在任一频率入射波照射下的表面等效电流和磁流,进而计算出RCS频率响应特性.本文结果和文献结果吻合较好,证明了本文方法的正确性,另外相对于直接采用FDFD-DDM法而言,计算效率得到了显著的提高.     

渐近波形估计技术用于介质柱宽角度RCS的计算

基于渐近波开估计（AWE）技术和矩量法（MOM）快速预测任意形状非均匀介质柱体的单站雷达散射截面RCS方向图,采用矩量法求解介质柱的电场积分方程,得到介质柱在某一给定方向入射波照射下的极化电流,然后利用AWE技术将任一角度入射波照射下的极化给定角度附近展开成Taylor级数,通过Pade逼近将Taylor级数转化为有理函数,由此可获得介质柱在任一角度入射波照射下的极化电流,进而计算出RCS方向图。计算结果表明AWE完全能逼近MOM精确计算的曲线,同时可加快计算速度。     

渐近波形估计技术在涂敷导体柱宽角度RCS快速计算中的应用

采用渐近波形估计技术 (AWE)和矩量法相结合的方法 ,计算了TM波入射下表面涂敷有耗介质的导体柱的宽角度单站RCS ,本方法首先采用矩量法求解由电磁场等效原理得到的介质层表面等效电磁流耦合方程 ,得到柱体在某一给定方向入射波照射下的电流和磁流密度 ,然后采用渐近波形估计技术将任意角度入射波照射下的电流和磁流密度在给定的角度附近按Taylor级数展开 ,通过Pad埁逼近将Ｔａｙｌｏｒ级数转化为有理函数 ,由此可以得到涂敷导体柱在任意角度TM波入射下的电流和磁流密度 ,进而可以得到柱体的宽角度RCS。此方法得到的结果与由MOM计算的结果完全吻合 ,而AWE的计算效率却提高了一个数量级。     

渐近波形估计技术应用于导体柱RCS方向图的快速获取

本文基于渐近波形估计(AWE)技术和矩量法(MOM)快速预测任意形状导电柱体(PEC)的单站RCS方向图.首先采用矩量法求解导体柱的电场积分方程,得到导体柱在某一给定方向入射波照射下的表面电流的低阶矩量,然后利用AWE技术求出在任意方向入射波照射下用有理分式函数表示的表面电流,进而计算出RCS方向图.计算结果表明AWE完全能逼近MOM精确计算的曲线,同时在计算速度上可加快几十倍.     

用区域分裂法求解波导不连续性问题

基于区域分裂法（DDM）结合频域有限差分（FDFD）和波导模式展开求解矩形波导不连续性问题，在矩形波导的规则部分用解析的方法把电磁场用波导模式展开，不规则部分用FDFD方法建立关于各离散点电磁场值的方程，各个相邻的子区域间用Depres传输条件连接，通过迭代得到整个区域的解，计算了几个波导不连续性问题的散射参数，结果和其它方法结果吻合较好，证明了该算法的正确性。     

预处理结合AWE技术求解导体目标RCS

采用渐近波形估计技术(AWE)和预处理技术求解导体目标的宽带雷达散射截面(RCS)。应用矩量法求解导体目标的电场积分方程,通过构造预条件算子,使由矩量法得到的阻抗矩阵稀疏化,从而计算导体表面电流时变得简便,再结合渐近波形估计(AWE)技术计算导体目标的宽带雷达散射截面(RCS)。实例结果表明,该方法在计算电大导体目标时具有较高的计算效率和很好的精度。     

AWE技术结合帕德逼近在二维电磁散射中的应用

渐近波形估计(AWE)技术结合帕德(Pade)逼近的误差估计方法可以快速预测二维理想导电柱体的表面电流。首先采用表面离散化边界方程(OS-DBE)法对导体表面任意点的未知场源进行求解,其次运用AWE技术获得该点附近一段区域的场源分布,然后通过帕德逼近的误差估计方法可以确定AWE展开的确切范围。依此步骤进行下一个点的计算,最终可以求得导体表面上全部点的场源分布。计算结果表明此方法很大程度上提高了OS-DBE法的计算效率和AWE技术的实用价值。     

渐近波形估计应用于地限大导体平面上凹槽散射场宽角度方向性函数的快速获取

本文基于渐近波形估计（AWE）技术和矩量法（MOM）快速预测无限大导体平面上任意形状凹槽的散射场方向性函数。用矩量法求解得到给定方向入射波照射下凹槽口径磁流,用AWE技术得到任意方向人射波照射下口径磁流,进而计算出散射场的方向性函数。计算结果表明AWE能逼近MOM计算结果,同时在计算速度上可提高几十倍。     

广义Cauchy技术加速MOM对介质柱单站RCS的快速求解

本文基于Cauchy技术和矩量法（MOM）快速预测任意截面形状、非均匀介质柱体的单站雷达散射截面（RCS）。首先采用MOM求解介质柱的电场积分方程,得到介质柱在某一给定方向入射波照射下的各低阶矩量的极化电流,然后利用Cauchy技术获得用有理函数模型表示的、在任意角度入射波照射下的极化电流,进而计算出RCS的宽角响应。计算结果表明,Cauchy技术守全能逼近MOM精确计算的曲线,同时可大大加快计算速度。     

一种新的雷达目标散射截面宽带和宽角同时外推技术

雷达散射截面(RCS)既与频率有关又与角度有关.采用矩量法(MOM)结合降维展开格式(RDES)和渐近波形估计技术(AWE),可同时获得单站RCS的频域和角度域特性.首先,建立了关于目标表面电流的电场积分方程(EFIE),并采用MOM将EFIE离散为线性代数方程组;其次,基于RDES技术,可将目标表面电流展开为关于频率与角度及其各阶导数的叠加;再次,基于AWE技术,可快速获取目标表面电流的频域与角度域特性;最后,由目标表面电流计算远区散射场及RCS.本方法至少具有两个明显的优点,其一是能得到RCS的解析表达式,其二是明显降低计算机仿真时间.     

基于AWE技术的宽角度与宽频带RCS的快速计算

目标的雷达散射截面（RCS）与照射角度和照射频率都有关系,采用渐近波形估计（AWE）技术在角度域和频率域上预测任意形状的理想导体的单站RCS,通过Pade逼近求出给定角度域内任意角度及给定频带内任意频点的表面电流密度分布,进而计算出给定目标的散射场及雷达散射截面。对数值结果与矩量法逐点求解的结果进行了比较,两者吻合较好,而且提高了计算效率。     

Fast RCS computation over a frequency band using method of momentsin conjunction with asymptotic waveform evaluation technique

The method of moments (MoM) in conjunction with the asymptotic waveform evaluation (AWE) technique is applied to obtain the radar cross section (RCS) of an arbitrarily shaped three-dimensional (3-D) perfect electric conductor (PEC) body over a frequency band. The electric field integral equation (EFIE) is solved using the MoM to obtain the equivalent surface current on the PEC body. In the AWE technique, the equivalent surface current is expanded in a Taylor's series around a frequency in the desired frequency band. The Taylor series coefficients are then matched via the Pade approximation to a rational function. Using the rational function, the surface current is obtained at any frequency within the frequency range, which is in turn used to calculate the RCS of the 3-D PEC body. A rational function approximation is also obtained using the model-based parameter estimation (MBPE) method and compared with the Pade approximation. Numerical results for a square plate, a cube, and a sphere are presented over a frequency bandwidth. Good agreement between the AWE and the exact solution over the bandwidth is observed     

渐近波形估计技术在三维电磁散射问题快速分析中的应用

本文将渐近波形估计技术应用到矩量法中,计算了三维理想导体目标的宽带雷达散射截面(RCS)和单站RCS方向图.用矩量法求解电场积分方程,得到给定频率点、给定方向入射波照射下的导体表面电流密度,应用渐近波形估计技术分别得到频带内任意频率点以及任意角度入射波照射下的导体表面电流密度,进而计算出宽带RCS和单站RCS方向图.计算结果表明渐近波形估计技术与矩量法结合可以逼近矩量法逐点计算的结果,且计算效率大大提高.     

MOM/Lanczos-AWE算法快速求解良导体柱的RCS宽带与宽角响应

考虑导体柱的电磁散射 ,由于一般实际导体为良导体 ,若利用表面阻抗的边界条件 ,则良导体柱的电场积分方程 (EFIE)为第二类Fredholm积分方程 ;将矩量法 (MOM )应用到该积分方程时 ,该积分方程转化为第二类Fredholm矩阵方程。本文提出了一种求解第二类Fredholm矩阵方程的Lanczos AWE递归迭代快速算法 ,首先采用Lanczos技术快速求解在某一给定频率或角度时第二类Fredholm矩阵方程 ,得到在该频率或角度时良导体的表面电流分布 ;然后采用渐近波形估计 (AWE)技术求取所考虑的频段内任意频率或角度范围内任意角度时良导体的表面电流分布。根据表面电流分布预测了任意形状良导体柱的单站雷达散射截面 (RCS)的宽带与宽角响应。计算结果表明Lanczos AWE技术可大大加快MOM法的计算速度。     

应用渐近波形估计技术快速计算宽带雷达散射截面

将渐近波形估计技术应用到矩量法中,计算了任意形状二维理想导体目标的宽带雷达散射截面.计算中使用矩量法和奇异值分解技术求解电场积分方程,得到一展开频率点的表面电流密度,通过Padé近似求出给定频带内任意频率点的表面电流密度分布,进而计算出散射场和雷达散射截面.奇异值分解技术的使用消除了电场积分方程的内谐振问题.对数值计算结果与矩量法逐点求解的结果进行了比较,两者吻合良好,且计算效率提高了约一个数量级.     

渐近波形估计技术加速的频域有限差分法

本文提出了一种基于三维频域有限差分法(3D-FDFD)和渐近波形估计技术(AWE)计算三维微波结构S参数的快速算法。在分析中,将输入和输出端口的电场分别展开成某抽样频率点处的泰勒级数,通过Pad逼近及奇异值分解技术求出电场与频率的有理函数解析表达式,从而获得频带内的S参数。数值计算结果与已有结果吻台良好,并且与传统FDFD法相比,计算效率提高很多。     

Fast Analysis of RCS Over a Frequency Band Using Pre-Corrected FFT/AIM and Asymptotic Waveform Evaluation Technique

The pre-corrected fast Fourier transform (PFFT)/adaptive integral method (AIM) is combined with the asymptotic waveform evaluation (AWE) technique to present fast RCS calculation for arbitrarily shaped three-dimensional PEC objects over a frequency band. The electric field integral equation (EFIE) is used to formulate the problem and the method of moments (MoM) is employed to solve the integral equation. By using the AWE method, the unknown equivalent current is expanded into a Taylor series around a frequency in the desired frequency band. Then, instead of solving the equivalent current at each frequency point, it is only necessary to solve for the coefficients of the Taylor series (called “moments”) at each expansion point. Since the number of the expansion points is usually much smaller than that of the frequency points, the AWE can achieve fast frequency sweeping. To facilitate the analysis of large problems, in this paper, all the full matrices are stored in a sparse form and the PFFT/AIM method is employed to accelerate all the matrix-vector products on both sides of the matrix equation for the moments. Further, the incomplete LU preconditioner is used at each expansion point to improve the convergence behaviour of the matrix equation for the moments. The present method can deal with much larger problems than the conventional MoM-AWE method since the PFFT/AIM achieves considerable reduction in memory requirement and computation time. Numerical results will be presented to show the efficiency and capability of the method.