高阶MoM及其与PO的混合法计算电磁散射问题

本文提出了一种新的以高阶矩量法(MoM)与物理光学法相结合的混合法(MoM-PO).该方法采用曲面参数化的离散方法,保证了建模的精确性.计算过程中将散射表面灵活划分为MoM区和PO区,在各自区域可以灵活确定离散单元的大小和密度.MoM区域的高阶矩量法,采用基于Lagrange插值的高阶矢量基函数,结合点匹配技术,比传统的高阶法简单,易于实现.计算结果表明,本文的高阶矩量法及其与物理光学法结合的混合方法能准确有效的计算目标的电磁散射特性.     

矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场

基于电流的矩量法（method of moments，MoM）和物理光学法（physical optics，PO）的混合算法是目前求解电中尺度和多尺度目标电磁散射和辐射的主要方法，在计算MoM区和PO区的耦合作用时需要对PO区域进行亮区判断.传统纯CPU亮区判断方法时间复杂度为O（N2），时间消耗随着面片数量N增加而急剧增大.文中通过GPU渲染功能及对深度缓冲区（zbuffer）的利用，对PO亮区判断过程进行加速，亮区消耗时间与面片数量无直接联系，在面片数量达到105数量级以上加速优势明显.将加速的MoM-PO混合方法应用于复杂目标与粗糙面的组合情况，对比多层快速多级子（multi level fastmultipole method，MLFMA）方法，相比于纯PO方法，获得较高的精度.相比于单一算法，混合算法有明显优势.     

基于UV／MOM-PO的电大载体附近阵列天线的研究

基于UV技术加速的矩量法/物理光学混合算法(UV/MoM-PO),研究了电大尺寸载体对位于其附近的阵列天线性能的影响.在UV/MoM-PO算法中,载体被设置为PO区域,阵列天线被设置为MoM区域.PO区域采用三角面片剖分,并用RWG基函数展开,MoM区域则用线段剖分,并用分段线性基函数展开.根据与MoM区域的远近,将PO区域的单元分组,其中每个小组与MoM区域的相互作用矩阵采用UV分解技术快速得到.给出了两个具体的算例,并与多层快速多极子(MLFMM)的结果进行了比较,表明本文的算法有较好的计算精度.     

基于高低频混合方法的梅利逼近扫频技术

将矩量法(MoM)和物理光学(PO)混合方法与梅利逼近结合分析了电大载体平台上天线的宽带辐射特性.在切比雪夫逼近的基础上,通过梅利展开技术实现快速扫频,并利用MoM-PO方法减少矩阵方程中未知量个数,从而大大降低了内存需求和计算时间.相比于切比雪夫逼近,由于梅利展开式为有理函数,提高了计算精度.数值结果表明:该方法可以快速有效地分析大型载体平台上天线的宽带特性.     

高低频电磁混合算法在目标高分辨特征提取中的应用

利用电磁混合算法对复杂目标进行电磁精确建模仿真,以获得真实目标较为准确的雷达高分辨像信息,对未来高分辨雷达实现目标探测与自动识别有着重要的意义.对于电大尺寸复杂目标电磁仿真计算,高频近似方法和低频数值方法各有其优势和局限性,如能结合两者的优点来解决计算中的精度和速度问题,将对建立高分辨目标特征库有着重要的帮助.本文以低频矩量法(MoM)和高频物理光学法(PO)混合为例, 提出了基于MoM-PO混合算法来精确求解电大尺寸目标的高分辨电磁散射特性,有效地提高了计算精度, 改善了计算速度, 为快速有效地解决复杂电大尺寸目标的高分辨特征提取提供了良好的途径.通过对典型目标和实际复杂目标实例的仿真计算,提取高分辨特征结果验证了该方法的有效性和实用性.     

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。     

复杂散射环境中MoM与UTD混合方法的PO扩展

本文提出利用物理光学PO可扩展MoM UTD的应用范围 .理论和数值结果表明 ,PO电流的引入抛开了MoM UTD混合中的镜像原则 ,使散射体扩展到任意复杂面 ,以及很好地解决了线天线距离弯曲曲面较近的情况下UTD技术的缺陷 .另外 ,本文指出适当比例的PO区域仍可以较准确地求解MoM区域的电流和阻抗特性 ,使得本文方法变得简单有效 ;这为快速有效地分析复杂电大目标的电磁兼容问题提出了一条新的切实可行的途径     

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。     

基于NURBS曲面的雷达散射截面物理光学算法研究

本文实现了一种使用物理光学（PO）计算雷达散射截面的算法。目标模型用非均匀有理B样条（NURBS）曲面建立,并使用等参数等弦长方法剖分为N个四边形面元。在剖分面元上,使用Gordon方法将物理光学积分转化为闭合区域线积分。整个算法在在保持计算精度的前提下有较高的计算速度。     

利用UTD修正的MoM-PO混合算法研究

介绍了利用矩量法(MoM)和物理光学(PO)混合方法处理复杂线体结构的电磁散射问题，提出利用pulse基函数对线电流进行展开，使得处理复杂线体结构问题变得简化，并推导出一般的矩阵方程。然后针对PO在阴影区域失效等问题，利用UTD(一致性几何绕射)对该简化模型结构下的PO区域电流进行了修正，使得其应用范围得到扩展、计算精度得到提高。文中的实例结果与传统的MoM很好的一致，从而说明了该方法的有效性和精确性。     

Analysis of Antenna Around NURBS Surface With Hybrid MoM-PO Technique

The hybrid method of moments and physical-optics (MoM-PO) approach is used to calculate the radiation pattern of antenna around arbitrarily shaped structure. The structure is modeled with Non-uniform rational B-spline (NURBS) surfaces. The hybrid MoM-PO approach is implemented by modifying the impedance matrix of the MoM region with PO. Formula for the scattered PO field is deduced for cases of antenna located around NURBS surface. The stationary phase method (SPM) is applied for the integral of the induced current in the PO region. Results obtained from this method and from MoM-PO approach based on triangle facet model agree well while the former is more efficient in execution time     

Higher order hybrid method of moments-physical optics modeling technique for radiation and scattering from large perfectly conducting surfaces

An efficient and accurate higher order, large-domain hybrid computational technique based on the method of moments (MoM) and physical optics (PO) is proposed for analysis of large antennas and scatterers composed of perfectly conducting surfaces of arbitrary shapes. The technique utilizes large generalized curvilinear quadrilaterals of arbitrary geometrical orders in both the MoM and PO regions. It employs higher order divergence-conforming hierarchical polynomial basis functions in the context of the Galerkin method in the MoM region and higher order divergence-conforming interpolatory Chebyshev-type polynomial basis functions in conjunction with a point-matching method in the PO region. The results obtained by the higher order MoM-PO are validated against the results of the full MoM analysis in three characteristic realistic examples. The truly higher order and large-domain nature of the technique in both MoM and PO regions enables a very substantial reduction in the number of unknowns and increase in accuracy and efficiency when compared to the low-order, small-domain MoM-PO solutions. The PO part of the proposed technique, on the other hand, allows for a dramatic reduction in the computation time and memory with respect to the pure MoM higher order technique, which greatly extends the practicality of the higher order MoM with a smooth transition between low- and high-frequency applications.     

基于NURBS建模技术的迭代MoM-PO方法分析电大尺寸平台天线方向图

本文采用基于非均匀有理B样条(NURBS,Non-Uniform Rational Bezier Spline)曲面建模技术的物理光学方法结合矩量法(Method of Moments-Physical Optics)分析位于电大尺寸平台附近天线的辐射方向图.文章推导了基于有理贝齐尔曲面的物理光学散射场计算公式.采用驻相法计算有理贝齐尔曲面上的物理光学感应电流积分.利用物理光学散射场迭代矩量法区域的电压矩阵.通过与传统平面片建模的物理光学方法的计算结果对比,说明本文方法的有效性和优点.     

任意形状电大散射体附近天线受扰方向图的快速分析

该文采用基于非均匀有理B样条曲面(NURBS)建模的物理光学方法结合矩量法(MoM-PO)分析任意形状电大散射体附近天线的受扰方向图。采用插值驻相点技术加快了方向图的计算速度。文章推导了基于有理贝齐尔曲面的物理光学散射场计算公式,采用驻相法(SPM)计算有理贝齐尔曲面上的物理光学感应电流积分从而得到物理光学散射场,并利用物理光学散射场迭代矩量法区域的电压矩阵。通过与传统平面片建模的物理光学方法的计算结果对比,说明该文方法的有效性和计算速度快的优点。     

Coupled TDIE-PO method for transient scattering from electrically large conducting objects

An efficient hybrid method based on the time domain integral equation (TDIE) coupled with physical optics (PO) is proposed for the transient scattering from electrically large conducting objects. The computational complexity of the proposed hybrid method is drastically reduced compared with full TDIE, and the accuracy is improved compared with only PO. The numerical results demonstrate the validity and efficiency of the hybrid method.     

MoM/PO混合法中劈绕射电流基函数研究

论文给出了Bilow所提出的绕射电流基函数的理论依据,并把这种电流基函数和Burnside所提出的绕射电流基函数作了比较.考虑到绕射理论和基本电磁理论场量关系,对Bilow绕射电流基函数在过渡区和非过渡区分别进行了修正,提出了新的绕射电流基函数.三种基函数模拟的结果和理想导体劈绕射的解析解进行了比较,证明目前所采用的基函数精度最高.     

MM-PO分析电大天线-载体系统的电磁特性

针对电大尺寸目标体的电磁散射和辐射特性,在以处理表面积分方程的矩量法(Moment method,MM)为代表的低频法基础上,将物理光学法(Physical Optical Method,PO)与之有机结合起来,构成MM-PO混合法,对局部区域较为平坦的大型反射面天线、阵列以及载体系统电磁辐射或散射特性进行了仿真研究。结果表明该混合法对于快速有效地分析该类问题具有良好的适用性。     

An iterative current-based hybrid method for complex structures

This paper presents a general unified hybrid method for radiation and scattering problems such as antennas mounted on a large platform. The method uses a coupled electric-field integral equation (EFIE) and magnetic-field integral equation (MFIE) formulation, referred to as the hybrid EFIE-MFIE (HEM), in which the EFIE and MFIE are applied to geometrically distinct regions of an object. The HEM is capable of modeling arbitrary three-dimensional (3-D) metallic structures, including wires and both open and closed surfaces. We show that current-based hybrid techniques that utilize physical optics (PO) are an approximation of the HEM formulation. A numerical solution procedure is given that combines the moment method (EFIE) with an iterative Neumann series technique (MFIE). This permits one to effectively utilize the PO approximation when appropriate, and provides a general and systematic mechanism to correct the errors introduced by PO. Consequently, the HEM overcomes the inherent limitations of hybrid techniques which rely upon ansatz-based improvements of PO. The method is applied to the problem of radiation from objects that can be modeled using wires and metallic surfaces as fundamental elements. A representative example is given to demonstrate that the method can handle the difficult problem of a parasitic monopole located in the deep shadow region