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.     

一种多层快速多极子的高效并行方案

基于多层快速多极子中不同层间数据分布和计算时间不同的特点,提出一种按不同方式并行处理不同层平面波和转移矩阵的高效并行方案.从理论分析和数值试验出发,给出了在不同层间高效使用不同并行方式的原则及具体公式.在北京理工大学信息科学技术学院电磁仿真中心的高性能计算机集群上成功计算了直径为144个波长、超过1000万未知数模拟的金属球散射;与美国伊利诺伊大学计算电磁中心的报道进行了比较,展示了本方案的高效精确.还计算了飞机模型的散射,显示本方案对电大复杂目标散射问题的求解能力.     

一种高性能并行多层快速多极子算法

针对主流并行计算机架构以及电特大目标的特点,提出并实现一种高性能并行多层快速多极子算法。采用由粗到细、多层次渐进展开的表述形式,并配以算例,具体分析算法每个环节的数值性能,充分研究、展示算法的效率和精度。使用本文算法,成功计算了未知数超过3亿1千万,电尺寸达到2000个波长的电特大目标的电磁散射。     

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.     

对三维多层快速多极子方法中不变项计算的优化

本文首先研究了三维MLFMA中不变项的内在性质.它们分别是:α_mlm'l具有平移不变性,V_s和V_f在角谱空间中共轭对称,使用Galerkin法时 _sparse为对称矩阵并且V_s和V_f相等.这些性质可用于优化不变项的计算,使α m_lm'_l的计算复杂度从O(M_l(6³-3³))降到O(7³-3³)甚至O((7³-3³)/8),而V_s和V_f的复杂度则从O(K_LN)降至O(K_LN/4),A_ji的从O(N)到O(N/2).数值结果表明了优化的有效性.     

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。     

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。     

自适应多层快速多极子算法及其并行算法

在多层快速多极子算法的基础上提出了一种改进的电大问题电磁散射快速算法及其并行算法.算法中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,使各部分的积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅里叶变换计算完成,同时还给出了该算法的并行化算法.数值结果说明了算法的有效性.     

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.     

快速多极子在任意截面均匀介质柱散射中的应用

采用快速多极子法（FMM）加速后的矩量法（MoM）求解由电磁场等效原理导出的关于均匀介质柱表面等铲电磁流的积分方程,进而计算其电磁散射特性,FMM的引入使计算时间和内存开销都从O(N^2）降到O（N^3/2）,且并不增加多少复杂度。最后给出了一些介质柱体RCS的算例。     

一种旋转对称涂覆导体电磁散射高效分析方法

为改善传统方法分析旋转对称涂覆导体电磁散射问题的效率,提出了一种高效分析方法.该方法在介质表面建立电磁流混合场积分方程(Electric and Magnetic Current Combined Field Integral Equation,JMCFIE),在导体表面建立混合场积分方程(Combined Field Integral Equation,CFIE),利用了旋转对称体在空间上的旋转周期性,只需要对表面的母线进行剖分,具有未知量少且阻抗矩阵条件数好的特点.根据等效原理与边界条件推导了JMCFIE-CFIE方程,并与传统的PMCHW-CFIE方法对比了求解效率.数值算例表明该方法能明显改善方程的收敛性.     

电特大复杂目标电磁特性的高效精确并行计算

在不同层间采用不同的并行方式来处理多层快速多极子中的平面波和转移矩阵后,并行算法的效率非常高.但当目标尺寸达到几百个电波长时,计算多极子中盒子的距离信息非常消耗计算资源,成为进一步提升并行多层快速多极子仿真能力的瓶颈.为此,提出了一种并行的递归相邻中心算法来高效处理盒子间距离信息.通过计算超过2,300万个未知数模拟的直径达到200个波长金属球的散射,检验了本文并行算法的精度和效率,充分说明本文方案消除了上述瓶颈极大提高了并行算法的仿真能力.为进一步证明算法的通用和高效,还计算了尺寸接近500个电波长的飞机模型电磁特性,这是目前国际上公开报道的用MLFMA所能求解的尺寸最大的问题.     

时域物理光学法分析均匀介质目标的瞬态散射

提出将时域物理光学法（TDPO）应用于计算电大均匀介质目标的时域散射场。将菲涅尔反射系数应用到频域物理光学近似中,由逆傅里叶变换推导出介质TDPO的表达式,从而使TDPO能够分析电大均匀介质目标的瞬态响应。同时给出了三角面片建模下入射波的遮挡消隐方法。计算了典型目标的瞬态散射响应和宽带雷达散射截面（RCS）,与其他方法求得的结果吻合良好,验证了介质TDPO的正确性。     

合元极技术再认识--一种电大复杂目标散射混合计算技术的考察

合元极技术,即混合有限元、边界元、快速多极子技术,是计算电磁学中近年来日益受到关注的一种精确、高效、通用的技术.本文首先将此技术推广应用于既带涂层又带腔的复杂电大目标电磁散射的计算;接着对合元极技术各种算法的计算精度、迭代收敛速度进行了理论和数值实验的分析研究;然后,从通用性和高效性的角度,对作者采用的不对称合元极技术和近来来其他作者提出的对称合元极技术做了分析比较.最后,本文计算了几种复杂目标的散射截面以证实此项技术的高效、通用.     

An efficient multiregion model for electromagnetic scattering and radiation by PEC targets

An efficient multiregion model has been proposed for the fast implementation of the electromagnetic scattering by perfectly electrical conducting (PEC) targets and the radiation of point sources or wire antennas near PEC targets. In the multiregion model, the PEC target under consideration is divided by multiple regions depending on the position of point source/antenna or the incident direction of plane waves. Then the method of moments (MoM) is used on the first region, which is close to the source or is the illuminated region, to obtain the accurate electric current. The mutual coupling between different regions are considered approximately based on the magnetic-field integral equation, from which closed-form approximations for electric currents on other regions are derived. Because MoM is only performed on the first region, the number of unknowns in the new model is much fewer than that in the full MoM analysis, making the new model much more efficient. Compared with the published hybrid methods, the multiregion model gives a more reasonable physical explanation, and provides a better accuracy in both currents and scattered fields. Numerical simulations for two-dimensional (2-D) problems (transverse-magnetic/transverse-electric) and 3-D problems are given to test the validity and efficiency of the proposed modeling.     

大尺寸均匀有耗球电磁散射的算法

给出了一种用于计算大尺寸均匀有耗球电磁散射的算法，克服了直接利用Ｍｉｅ理论递堆公式在大尺寸时数值解的不确定性，在直接利用Ｍｉｅ理论递推公式适用的大尺寸范围内其数值数与直接利用Ｍｉｅ理论递推公式计算的数值解精度相当。     

电大尺寸目标电磁散射的区域分解计算

提出了电大尺寸目标电磁散射的有限元区域分解计算方法。分析了子区域的有限元解法,建立了区域分解耦合的边界方程,导出了相应的耦合矩阵,并采用了内视法还原了耦合矩阵对称、稀疏的特征,最后研究了不同类型大尺寸目标的雷达散射截面问题并与公开文献结果进行了分析比较。     

An iterative physical optics approach for analyzing theelectromagnetic scattering by large open-ended cavities

A formulation based on the high frequency asymptotic principles of physical optics is developed for analyzing the scattering by relatively arbitrary open-ended waveguide cavities containing complex interior terminations. A magnetic field integral equation (MFIE) is obtained for the equivalent currents on the interior cavity walls and is solved using an iterative physical optics (IPO) algorithm which iteratively applies physical optics to account for multiple reflections inside the cavity. The number of iterations required for convergence is related to the expected number of important reflections. The IPO method is more approximate than a matrix solution of the MFIE, but it is quite accurate for electrically large cavities and is much more efficient. Numerical results are presented which demonstrate the convergence and accuracy of the method by comparison with modal reference solutions     

三维导体介质复合结构电磁辐射与散射的MLFMA分析

利用多层快速多极子方法(MLFMA)分析三维导体介质复合结构的电磁辐射与散射特性.根据等效原理,介质表面构造Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu(PMCHW)方程,导体表面建立电场积分方程(EFIE).分析了含介质目标MLFMA算法中远区组矩阵矢量相乘运算以及有耗媒质空间中格林函数的平面波展开.利用该方法研究了涂敷目标电磁散射特性以及天线罩对直线阵天线辐射特性的影响.MLFMA的应用降低了计算量和存储量,实现了对电大尺寸目标快速、准确的求解.