三维导电目标电磁散射的高阶多层快速多极子方法

为进一步提高电大尺寸目标散射求解能力,采用了基于多层快速多极子方法的高阶方法.与低阶相比,该方法所需未知量数目大大减少,而计算精度不变,因而具有比传统多层快速多极子方法更高的计算效率.给出的典型计算结果充分说明了高阶多层快速多极子方法的高效性.     

三维电大目标散射求解的多层快速多极子方法

为进一步提高对电大尺寸目标散射求解的能力,详细研究了多层快速多极子方法.重点设计了用于多层快速多极子方法的各种优化方法包括Morton编号、转移因子修正内插技术与外向波重复存储策略.对于未知量数目为N的三维电磁散射,数值实验显示多层快速多极子方法具有O(NlogN)量级的计算量、O(N)量级的存储量,特别适合求解三维电大尺寸目标的电磁散射.利用该方法在单机(内存1Gb)上成功计算了未知量为25万的电大尺寸目标散射.     

倾斜双垂尾L频段电磁散射特点分析

利用低散射载体,应用电磁仿真手段分析隐身飞机所采用的倾斜双垂尾的电磁散射特点。建立典型倾斜双垂尾模型,采用多层快速多极子算法（MLFMM）进行仿真计算,获得其方位角特性及雷达散射截面（RCS）量级。针对尾翼位置、倾斜角度、边缘后掠角等尾翼关键几何设计参数,建立变参数模型并进行多方案仿真。基于计算结果,分析参数敏感性,获得以上设计参数对RCS的影响规律及具体影响量级,为隐身性能约束下的尾翼设计提供参考。     

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。     

一种基于矢量有限元与多层快速多极子技术的电磁散射快速并行算法

在混合矢量有限元/多层快速多极子算法的基础上提出了一种快速算法及其并行算法,该算法中,其有限元部分的计算可在单元级上完成,无须生成总体系数矩阵,因此可大大节省内存及计算时间;对多层快速多极子部分,将基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使阻抗积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅立叶变换计算完成,同时还给出了一些其他的改进措施.数值结果说明了算法的有效性.     

面向工程应用的电磁散射高效数值方法:实践与思考

基于作者近十年来在计算电磁学领域中的工作实践,回顾了电磁散射高效数值方法的研究进展,重点讨论了快速多极子方法(FMM)与多层快速多极子方法(MLFMA)及与之相配合的进一步高效处理方法,介绍了本课题组研发的A-UEST软件及其应用成果.文中还讨论了高效数值方法今后的若干发展方向.     

翼尖尖点散射特性分析

为解决机翼翼尖等弱散射源所带来的雷达散射截面(RCS)贡献问题,针对典型机翼设计了几种不同的机翼翼尖方案,建立了典型翼尖数值模型。利用基于多层快速多极子算法（MLFMA）的FEKO软件,计算、分析不同方案翼尖外形在不同频段、不同方位角下的RCS量级,并优选出对机翼RCS贡献最低的翼尖外形方案。计算结果表明,针对典型机翼,从翼尖到翼根方向上15%处顺气流直切的翼尖外形方案,其翼尖尖点所带来的RCS贡献最小。     

飞机舵面缝隙缺陷建模及电磁散射特性分析

为了研究飞机舵面缝隙在飞机头向威胁角域的散射特性,提取舵面前端缝隙设计了雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)数值仿真分析模型.采用混合场积分方程和多层快速多极子算法进行了RCS仿真计算,并以RCS峰值、波峰宽度、均值增量三个评价指标分析散射特点.舵面前端缝隙的垂直极化散射明显(不同频率下的均值...     

用于雷达反隐身的低可探测目标电磁散射高效数值分析

本文介绍基于多层快速多极子方法（MLFMA）分析框架下的高效处理新方法和相关研究成果,重点讨论用于厚介质层散射分析的电流磁流混合场积分方程（JMCFIE）、用于多薄层介质散射的多层薄介质层（TDS）边界条件方法及其应用等;最后介绍了所研发的P-UEST软件及其在隐身飞行目标散射特性计算中的应用成果。     

混合场积分方程结合MLFMA分析导体介质复合目标电磁散射问题

针对组合目标电磁散射问题,采用一类新的混合场积分方程进行分析.通过合理选择比例系数组合表面电场和磁场积分方程,构造出具有良好收敛性的阻抗矩阵.MLFMA的迭代求解采用广义最小残差方法(GMRES),结合预条件技术进一步减少迭代次数,加速计算并提高处理电大尺寸导体介质复合目标的能力.研究了几类典型目标电磁散射特性并比较了计算效率,数值算例验证了该方法的准确性和高效性.     

快速多极子-边棱元混合算法分析三维非均匀各向异性复杂目标的电磁散射

本文发展了一种能有效分析非均匀各向异性复杂目标的电磁散射特性的三维快速算法;该算法在切向矢量有限元、即边棱元的基础上,采用近年来发展起来的快速多极子算法加速问题的求解,大大降低了计算复杂度,并减小了计算内存.计算实例表明了该方法的有效性和可靠性.     

平板边缘锯齿化电磁散射特性仿真研究

采用矩量法进行单站RCS 数值计算,研究平板边缘加载锯齿结构的锯齿类型与排列方式对平板散射特性的影 响,对边缘锯齿的高度、齿面与平面夹角、齿数以及面宽等结构参数进行优化设计,并将优化后锯齿化平板与普通平 板的单站RCS 仿真结果进行比较分析。研究结果表明：合理调整锯齿结构参数可有效减缩平板法向单站RCS,散射特 性得到有效改善。     

压缩感知结合FMM分析目标宽角度电磁散射问题

应用快速多极子方法(FMM)直接计算宽角度电磁散射问题时,需要对每一个入射角度迭代求解,计算量较大,效率较低。基于快速多极子方法中聚合、转移和发散过程与电磁波入射方向的无关性,将压缩感知理论(CS)引入并构建富含空间信息的新型激励源,仅由远小于入射角度数目的几次快速多极子计算,即可获得感应电流的观测值,近而恢复出所有入射角度下的激励电流。与传统矩量法结合压缩感知理论方法相比,该方法的计算精度较高,并且计算时间大幅减少。     

FMM算法用于二维复杂散射体的RCS计算

利用快速多极子算法(FMM)计算任意形状二维电大尺寸导体加介质体目标的电磁散射，介质体为镶嵌在电大尺寸金属体上的有耗介质。建立金属一介质体的混合积分方程，用共轭梯度法和场量叠代的方法计算散射场，在叠代过程中用快速多极子方法，大大降低计算时间和减小内存要求。数据结果表明该方法的准确和高效。     

高效求解任意非常规目标电磁散射的修正电场积分方程方法

本文研究了一种可以高效求解任意非常规目标电磁散射的修正电场积分方程方法.借助磁场积分方程主值项的提取,加入到传统电场积分方程中,将传统的一次迭代求解过程转变成逐渐逼近真解的内外两层迭代.其外层迭代不断刷新电流,最终得到精确解.加入磁场主值项的修正电场积分方程显著降低了条件数,同时保留了原电场积分方程普适性强,可用于处理任意非常规目标的优点.对于每一外层迭代步中电流的求解,本文采用了加速矩阵矢量相乘的多层快速非均匀平面波算法,形成高效的内层迭代求解.数值结果表明,该方法在保证精度的同时,可以显著降低问题的求解时间.     

吸波结构前缘翼面散射的快速分析

翼面是飞行器对正向入射波的后向RCS的重要来源，为了减缩翼面的后向RCS，一般可在翼面的前缘改用吸波结构以减小翼面对后向的散射。在建立吸波结构前缘翼面的物理模型后，采用快速多极子方法和矩量法的混合方法，计算不同的金属介质分界面条件下的后向雷达散射截面，经过比较和分析，得出降低飞行器翼面后向雷达散射截面的较优方案。     

并行多层快速多极子的高效预条件技术

多层快速多极子法是基于矩量法的快速算法,具有较低的计算复杂度和存储复杂度,被广泛应用于目标电磁散射特性分析。对于复杂结构电磁目标,由于矩阵条件数较差,往往存在迭代收敛慢甚至不收敛的问题。针对这一情况,文中利用快速多极子的近区矩阵,结合稀疏矩阵方程求解构造了一种高效预条件。数值实例表明该方法相比于块对角预条件效果更好,能有效加速多层快速多极子迭代过程。     

并行处理技术在电大尺寸复杂目标电磁散射中的应用

虽然快速多极子算法FMM(Fast Multipole Method)和多层快速多极子算法MLFMA(Multi-Level Fast Multipole Algorithm)是解决复杂目标电磁散射问题比较有效的方法,但是当问题的规模较大时,传统的串行FMM 和MLFMA难以胜任.本文在工作站网络系统NOW(Network Of Workstation)上采用并行处理技术来解决电大尺寸复杂目标电磁散射问题.结果表明:本文提出的并行解决方案与国内外相关成果相比不仅更具实用性,并行效率达到54%以上,且解决了串行方法难以解决的电磁散射问题,本文在四台DEC工作站构成的NOW系统上用32小时完成了未知量为160,000的雷达散射截面的计算.