用于处理六边对称结构电磁散射的GIM技术

利用散射体的几何对称特性，使各种矩阵方法（指通过离散化，最终导致应用矩阵求解的数值方法）求解散射场过程中所需要的存储单元和时间减少，是当前具有理论和实际意义的重要课题。为此，本文在广义镜像法原理（GIM）的基础上，给出了处理一种具有六边对称结构的电磁散射问题的新方法。本文的结果表明：在计算散射体形状为六边对称的散射场的过程中，能够使所需总的矩阵阶数降至1／4，所需总的运算时间降至约1／32。这一运算结果较之于原来的GIM方法处理同一问题，在不降低运算精度的情况下．可使运算时间和运算所需的存储量节约近一倍。     

小波矩量法计算导电平面上的三维腔体散射

该文采用小波矩量法求解导电平面上的三维腔体散射,利用小波变换稀疏化矩量矩阵,加速其求逆,减少了腔体散射的总体计算时间。通过具体的算例,表明小波矩量法在计算三维散射问题中是非常有效的。     

用条件预优加速小波矩量法的计算

本文在小波矩量法中利用阻抗矩阵稀疏的特点,用条件预优法快速求解电磁散射问题,讨论了矩量法的采样密度对预优方法的影响。通过二维理想导电柱体散射的例子,表明该方法十分有效地加速了小波矩量法的计算,并且比文献（1）的方法更显著地减少了计算时间。     

利用CCGM-FFT解格林函数在近场光学中的应用

利用共轭梯度法与快速傅立叶变换(CCGM-FFT)相结合的方法来研究近场多体散射问题.通过将求解的格林函数方程离散化,应用CCGM-FFT法来进行数值求解.由于CCGM减小了计算机内存,在CCGM迭代过程中矩阵与向量的乘积运算又采用了FFT算法,进而减少CPU的计算时间,因此可以有效的处理大尺寸三维目标的近场电磁散射.CCGM-FFT是一种有效的数值模拟方法,数值模拟结果为实验分析提供了参考.     

基于GPU 加速的高阶矩量法研究与应用

矩量法(MOM)在求解电磁场散射问题时,当未知量数目比较大时,其内存占用和计算时间非常大.基于最佳一致逼近理论构造了高阶矩量法,并引入了计算统一设备架构(CUDA)技术,在图形处理器(GPU)上实现了并行加速计算二维电磁散射问题.实例结果表明,在与快速多极子算法(FMM)相对比下,该方法在较低剖分的情况下,具有很高的计算精度,并且在阻抗矩阵填充和矩矢相乘时的速度大大提升,适用于电大尺寸目标的散射问题.     

处理对称与反对称结构电磁散射问题的统一理论

利用散射体的几何和物理特征,减少用矩量法求解散射场过程中所需要的存储量和计算时间,是当前具有理论和实际意义的重要课题。本文利用群论方法,给出了处理对称与反对称结构电磁散射问题的统一方法和理论依据。     

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.     

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.     

基于矩量法的电大目标RCS核外并行计算

核外求解计算可以解决计算机内存不足的问题,但由于硬盘读写速度的限制,使得问题的求解速度过慢。针对上述问题,该文采用了核外并行求解方法;为充分利用各计算节点的内存和减少读写数据的时间,将矩阵按分块依次并行消元,加快了问题求解速度。计算了金属立方体、金属组合体和飞机模型的双站雷达散射截面,并与常规核外并行方法、核内并行方法进行了比较。结果表明,该文方法可快速、有效地求解电大目标的电磁散射问题,而且不损失计算精度。     

一种多导体散射问题的快速宽频带分析

分块阻抗矩阵迭代算法(Block-Iterative Algorithm)是一种非常直接而有效的求解多导体散射的加速求解算法.然而当单导体尺寸较大时,求解多导体散射的宽频带特性时仍然存在较费计算资源问题.基此,提出采用一种有效的Pade逼近型[Z]阻抗矩阵内插技术与分块阻抗矩阵迭代算法相结合的方法来快速分析多导体的宽频带电特性;计算结果与已有结果吻合较好,并且大大节省了计算资源,从而说明了该方法的快速性和精确性.     

基函数展开加速的PBSV-DDM及其在柱体散射中的应用

基于部分基础解向量的区域分解算法(PBSV-DDM)是一种新的快速高效的电磁场数值计算方法.不同于传统的区域分解算法,PBSV-DDM首先求出关于连接边界上节点的部分基础解向量,在迭代过程中,只需要对部分基础解向量做简单的线性组合就可以获得整个求解区域的最终解.然而当子区域间连接边界上的节点很多时,PBSV-DDM方法中求解基础解向量就会变得非常耗时.为此,将连接边界节点上的场值用数量较少的基函数展开,并采用欠松弛法加速部分基础解向量的迭代计算,进一步提高了PBSV-DDM的计算效率,降低了存储量.     

多层递推小波算法及其在计算电磁学中的应用

本文给出了一种快速的多层递推小波算法,它能有效地求解由小波展开而获得的稀疏矩阵方程,这种算法利用小波展开的阻抗矩阵的多分辨率表示,将原来的稀疏矩阵方程转化为多个小型矩阵方程进行求解,从而节省求解方程的时间.在本文中,我们以求解二维散射问题为例,将这种算法用于计算电磁学中,数值结果表明该算法比通常的小波算法更快速有效.     

采用分部外推BCGS-FFT方法快速求解电磁散射问题

为了快速求解电磁散射问题中具有震荡性、奇异性、慢收敛性的索末菲积分,提出了一种利用分部外推算法加速索末菲尾部积分计算,并结合稳定双共轭快速傅里叶变换(stabilized biconjugate gradient fast Fourier transform,BCGS-FFT)算法求解电磁散射问题场分布情况的新方法. 首先给出电场积分方程(electric field integral equation, EFIE)的表达形式,且在求解过程的索末菲积分中应用一种便捷的椭圆积分路径来最小化索末菲积分的震荡性与奇异性,在索末菲尾部积分使用Levin分部外推法来提高积分收敛速度,以此来快速填充并矢格林函数矩阵. 然后对新方法进行了多种数值实验,验证算法的精确度,并对比了新方法与传统BCGS-FFT方法的计算效率,发现在保持相同计算精度的条件下,新方法可节省20%～37%的计算时间. 该方法能应用于复杂散射体嵌入多层空间的电磁散射计算,为快速求解目标区域的电磁散射场提供了一种新的方法.     

An enhanced Gauss-Newton inversion algorithm using a dual-optimal grid approach

We developed two algorithms for solving the nonlinear electromagnetic inversion problem in the Earth. To achieve a balance between efficiency and robustness, both algorithms employ the Gauss-Newton inversion method. Moreover, to speed up the inversion's computational time, the so-called optimal grid technique is utilized. The first algorithm uses a forward solver with a very coarse optimal grid to calculate the Jacobian matrix. Hence, in this scheme we employ two different sets of optimal grids. One set is used to compute the data mismatch to be minimized and the other set is used to construct the Jacobian matrix. In the second approach we use a fixed-point iteration process where the inverse kernel is approximated on a coarse optimal grid that does not significantly compromise accuracy. The advantage of these optimal grids is that they considerably reduce the computation time without compromising accuracy. Numerical examples for two-dimensional axially symmetric and three-dimensional anisotropic configurations are used to demonstrate the advantage of using both algorithms over the standard Gauss-Newton inversion method.     

分层粗糙面电磁散射的矩量法研究

本文主要采用矩量法(method of moment MOM)研究了分层粗糙面的电磁散射特性,首先给出了该散射问题的积分方程和矩阵方程,然后通过与时域有限差分(finite difference time domain FDTD)计算结果的对比说明了本文所提算法的有效性,最后讨论了分层粗糙面的均方根高度、相关长度以及两层粗糙面之间的距离对双站散射系数的影响。     

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。     

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。     

The use of the FFT for the efficient solution of the problem ofelectromagnetic scattering by a body of revolution

The enhancement of the computational efficiency of the body of revolution scattering problem is discussed with a view of making it practical for solving large body problems. The problem of the electromagnetic scattering by a perfectly conducting body is considered, although the methods provided can be extended to multilayered dielectric bodies as well. Typically, the generation of the elements of the moment method matrix consumes a major portion of the computational time. It is shown how this time can be significantly reduced by manipulating the expression for the matrix elements in a manner that allows one to compute them efficiently by using the fast Fourier transform (FFT). A technique for extracting the singularity of the Green's function that appears within the integrands of the matrix diagonal is also presented, further enhancing the usefulness of the FFT. It is shown that, with the use of the method discussed here, the computational time can be improved by at least an order of magnitude for large bodies in comparison to that for previous algorithms     

Millimeter Wave Scattering of 2-D Frequency Selective Surface by Efficient Method of Lines with Preconditioned CG Technique

In this paper, both banded and symmetric successive overrelaxation (SSOR) preconditioned conjugate gradient (PCG) techniques are combined with method of lines (MOL) to further enhance the computational efficiency of this semi-analytic method. The electromagnetic wave scattering of 2-D frequency-selective surface is used as the examples to describe its implementation, whose analysis usually needs fast algorithms because of electrically large dimension. For arbitrary incident wave, helmholtz equation and boundary condition are used to calculate the impedance matrix and then to obtain reduced current-voltage linear matrix equation in spatial domain. Both banded and effective symmetric successive overrelaxation preconditioned conjugate gradient iterative method are chosen to solve this matrix equation. Our numerical results show that PCG methods can converge to accurate solution in much fewer iteration steps for analysis of the electromagnetic wave scattering from 2-D frequency-selective surface.