多尺度问题电磁特性叠层矩量法分析北大核心CSCD

论文提出了一种叠层矩量法分析多尺度目标电磁特性。论文采用矩量法直接计算强相互作用区域,多层矩阵压缩方法(MLMCM)和多层快速多极子方法(MLFMA)分别用于加速计算低频和高频作用区域。论文通过使用多分辨ILU(MR-ILU)预条件加速迭代求解矩量法离散多尺度目标产生的病态矩阵方程。通过分析实际多尺度目标电磁特性证明论文方法的有效性。     

邻居预条件加速的多层快速非均匀平面波算法

采用邻居预条件加速的多层快速非均匀平面波算法求解三维导电目标的电磁散射.通过分组,将耦合划分为附近和非附近区,对于非附近区采用索末菲恒等式对格林函数展开,用修正最陡下降路径代替索末菲积分路径进行数值积分.采用内插与外推技术将复角谱序列转换成均匀实角谱序列,以便于算法的高效实施.该算法的计算复杂度与多层快速多极子相当,且更具潜在优势.为改善迭代特性,本文研究了一种邻居预条件方法,加速迭代收敛,数值结果验证了算法的准确和高效.     

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。     

基于混合ACA的缺陷钢轨高效电磁建模

提出了一种基于矩量法(MoM)结合多层快速多极子(MLFMA)和自适应交叉近似(ACA)算法计算目标电磁特性的算法,该算法实现了对电大尺寸复合目标散射计算的加速和内存的降低。对于目标自作用的近场区域,多层快速多极子加速矩量法中的矩阵矢量乘运算,降低了计算的存储和复杂度;对于远场区域,根据阻抗矩阵的低秩特性,采用ACA对其压缩,加速矩阵的填充。矩阵填充按照树形结构划分的单元块间的相互作用依次进行存储,对每一块与块之间的求解采用ACA算法,对矩阵做压缩处理。提出的基于ACA的混合算法能够对2个目标耦合作用的阻抗矩阵进行压缩,缩短矩阵的填充时间并降低内存需求,同时也能够减少迭代求解过程中矩阵向量的计算时间,从而极大缩短电磁散射计算的总时间。数值仿真实验表明该算法比传统方法计算更高效,且计算精确度保持一致。     

基于多层快速多极子方法的三维目标RCS高效数值求解技术

随着工程应用的不断深入,复杂三维目标雷达截面积(RCS)的高效计算越来越受关注.本文介绍了我们所发展的基于多层快速多极子方法的几种高效数值方法:后期近似迭代多层快速多极子方法、自适应射线传播多层快速多极子方法、快速远场近似多层快速多极子方法、高阶多层快速多极子方法.作为数值方法,这些方法通用性强,适于任意形状目标RCS·计算.它们不仅具有很好的计算精度,也具有优良的计算性能.对于未知量数目为N的三维电磁散射,计算量为O(NlogN)量级,存储量为O(N)量级,特别适合求解复杂三维目标RCS,有望在将来的雷达工程领域得到更深入的应用.     

基于MT-SIE法求解电大介质目标电磁散射

介绍了一种用于均匀介质目标电磁散射求解的新型多区域表面积分方程(MT-SIE)方法。不同于传统的用于介质目标散射求解的积分方法,该方法将均匀介质目标分解为内、外2个独立的子区,通过在介质表面强加Robin传输条件来保证电流和磁流的连续性。由于介质目标被分解为内外2个独立的子区,不同的子区允许非共形剖分。相较于传统方法,该方法可以更高效地与多层快速多级子(MLFMA)相结合求解电大尺寸目标。为进一步加速矩阵的迭代求解,提出了一种高斯-赛德尔型预条件技术,可以有效改善矩阵的收敛,加快迭代求解速度。     

三维大纵横比目标散射的快速精确求解

采用积分方程法严格求解三维大纵横比目标的电磁散射。在积分方程法的迭代求解中用快速我极子法（ＦＭＭ）加速矩阵与矢量的相乘计算,同时运用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）进一步提高快速多极子方法中的转换预计算,数值结果表明：这种快速多极子法－快速傅立叶变换方法（ＦＭＭ－ＦＦＴ）特别适合于三维大纵横比目标的散射求解。     

用于复杂目标三维矢量散射分析的快速多极子方法

本文着重介绍了一种用于复杂目标三维电磁散射精确建模和数值分析的高型高效数值方法,即快速多极子方法和多层快速多极子方法。     

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.     

一种适合FMM法的预处理技术在车载通信系统中的应用

提出了一种针对适合于快速多极子(FMM)近场作用矩阵的不完全LU预条件方法。与传统单纯靠填充参数来控制非零元素个数的ILU分解方法相比,该方法由于引入了数值丢弃阈值,因而可以获得更好的预条件矩阵。利用该预条件技术,收敛更快,计算花费的时间和存储量更少。数值试验表明,此方法是一种适合FMM计算的预条件技术。     

含复杂细节结构的金属目标电磁散射ACE-MLFMA 分析

多层快速多极子算法(MLFMA)在计算含复杂细节结构目标的散射问题时,求解效率会迅速下降。本文介绍了快 速笛卡尔展开(ACE)算法及其与MLFMA 的结合,使得原先MLFMA 的最细层能够再局部细分,加速了阻抗矩阵的填充 和迭代求解。本文将该混合算法应用于求解含复杂细节结构目标的电磁散射问题,包括具有尖端的杏仁核和由复杂带线 结构构成的频率选择表面,计算实例验证了该方法求解效率的提高和内存开销的减少,以及算法的可靠性和高效性。     

Block storing method for efficient storage of near group impedance in MLMFA

The block storing method (BSM) based on Morton Key ordering for the efficient storage of the near group interaction matrix in the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is presented. The proposed method is applied in a parallel MLFMA and a scattering problem with nearly 5 300 000 unknowns is solved, for which the BSM saves 6.84 GB without any extra cost.     

MLFMA-based quasi-direct analysis of scattering from electrically large targets

The multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is traditionally employed in the context of an iterative matrix solver, in which the MLFMA is utilized to implement the underlying matrix product with NlogN complexity, where N represents the number of unknowns. The total computational complexity of such an approach is order PNlogN, where P represents the number of iterations required for convergence of the iterative-solver (e.g. conjugate gradients) to a desired accuracy. Many electromagnetic-scattering problems are poorly conditioned, and therefore P is often large. Rather than applying an iterative matrix solver, we perform a matrix product involving the inverse of the impedance matrix. By using the properties of the MLFMA, this process is performed very efficiently for electrically large problems. In particular, numerical experiments indicate that this new formulation (which avoids the iteration count P) is often significantly faster than the traditional iterative MLFMA solution, while requiring the same computer memory. The basic theory is described, and several examples are presented.     

Sparse inverse preconditioning of multilevel fast multipole algorithm for hybrid Integral equations in electromagnetics

In computational electromagnetics, the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is used to reduce the computational complexity of the matrix vector product operations. In iteratively solving the dense linear systems arising from discretized hybrid integral equations, the sparse approximate inverse (SAI) preconditioning technique is employed to accelerate the convergence rate of the Krylov iterations. We show that a good quality SAI preconditioner can be constructed by using the near part matrix numerically generated in the MLFMA. The main purpose of this study is to show that this class of the SAI preconditioners are effective with the MLFMA and can reduce the number of Krylov iterations substantially. Our experimental results indicate that the SAI preconditioned MLFMA maintains the computational complexity of the MLFMA, but converges a lot faster, thus effectively reduces the overall simulation time.     

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.     

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.     

混合ACA和MLFMA方法计算复合目标电磁散射

采用矩量法(MoM)计算电大尺寸的复合目标的电磁散射。为了能够高效快速地计算电大尺寸三维复合目标的电磁散射,提出一种新的混合方法,将自适应交叉近似(ACA)算法和多层快速多级子(MLFMA)算法相结合,共同加速矩量法的计算。其中,MLFMA用于加速目标与自身的作用,ACA用于加速目标与其他目标的相互作用。提出的混合算法在计算复合目标电磁散射时,可降低运算存储,缩短阻抗矩阵填充时间,并且能够加快矩阵矢量乘,且不影响计算精确度。数值算例表明,所提快速算法能够在保证电磁散射计算精确度前提下,比传统方法更高效。     

应用互耦迭代法计算二维随机海面微波散射

海面对微波散射可用介质散射PMCHW方程描述,针对其离散后阻抗矩阵块的特点,引入电磁互耦迭代方法,结合多层快速多极子(MLFMA)求解,给出计算海面散射等效电流源和磁流源的算法.使用该方法求解分析得到不同起伏程度的海面对微波散射方向性的影响及规律,所得到的规律与文献报道实验测试结论相比较,对比结果验证方法的正确性.