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.     

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.     

导体介质组合体电磁分析的建模与计算

为提高导体介质复合目标电磁散射分析的效率,采用一类新的表面混合场积分方程进行求解,该方程通过伽略金方法建立的阻抗矩阵具有良好的条件数.分析了多区域连接边上的电磁流分布和基函数的定义,然后根据边界条件推导了广义EFIE-CFIE-JMCFIE方程形式,最后比较了不同积分方程建立阻抗矩阵的收敛性.数值算例表明该方法能明显提高计算效率,实现导体介质复合目标电磁散射分析快速、准确的求解.     

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。     

求解多尺度目标电磁散射的积分方程快速算法

多层快速卡特森展开算法(Multilevel Accelerated Cartesian Expansion Algorithm, MLACEA)可用于加速电小尺寸结构积分方程矩量法,且矩阵与矢量乘积运算计算复杂度为O（N）量级; MLACEA和多层快速多级子算法(Multilevel Fast Multipole Algorithm, MLFMA)均基于八叉树分组结构,便于实现它们的混合快速算法MLACEA-MLFMA. 该混合算法可大幅度降低模拟含精细结构的电大尺寸目标宽带电磁散射问题的计算复杂度. 还详细阐述了求解电场积分方程的MLACEA算法及其与MLFMA算法的混合快速算法MLACEA-MLFMA算法;并通过计算实例对比分析了MLFMA算法与MLACEA-MLFMA混合算法的计算效率.     

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.     

机翼后缘电磁散射特性分析

采用多层快速多极子方法分析了梯形机翼后缘行波电磁散射和极化特性.针对机翼后缘半径和机翼展长等关键设计参数,建立了变参数模型并进行了多方案仿真分析,讨论了后缘半径和展长参数对机翼后缘行波在前向角域产生波峰的变化规律和散射量级.最后针对机翼后缘应用吸波材料的方案进行了计算分析,结果证明在机翼后缘应用吸波材料可以有效减缩后缘...     

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.     

用时域积分方程法计算介质目标的电磁散射

本文应用时域积分方程法计算介质目标的散射场，并以球体和带球帽的圆柱体为例给出了沿轴向入射平面波的电磁散射结果，与实际测试结果非常一致，值得指出的是，虽然本文给出的介质目标具有平面对称性，但该方法适用于任意形状的目标。     

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.     

三维矢量散射积分方程中奇异性的分析

本文研究了电场积分方程（ＥＦＩＥ）中被积函数奇异性的处理方法,特别是三维矢量散射分析中出现的高阶奇异性,给出了两种解决积分方程奇异性的数值方法。一种方法是计算Ｏ（１／Ｒ）阶奇异积分转移法,另一种方法是为解决Ｏ（１／Ｒ＾２）高阶奇异积分的数值计算问题的,它是通过排除一包含奇点的有限小块,而这一小块区域对积分的贡献为零,从而使积分方程在整个积分域变得数值可积。     

精确稳定求解时域电场积分方程的一种新方法

时域电场、磁场和混合场积分方程已被广泛用来分析散射体的时域散射响应.基于适当的空间积分方法和隐式的时间步进算(MOT)法在求解时域磁场和混合场积分方程时总是稳定的,然而在求解TDEFIE时则是不稳定的.在本文中,时域电场积分方程的非奇异性积分采用标准的高斯求积法来计算;而利用参数坐标变换和极坐标变换将其奇异性积分转换成为可以分区域精确快速计算的非奇异性积分.通过数值实验表明,利用该方法可以非常精确稳定地求解时域电场积分方程,即使是在时间迭代后期也不必采用任何求平均的过程;另外,该方法可以用于任意时间基函数并可以推广到高阶空间基函数的情形.     

埋地三维复杂介质目标电磁散射特性分析

采用混合位积分方程（MPIE）和基于四面体元基函数的矩量法分析计算了埋地三维介质目标电磁散射问题,利用二级离散复镜像（DCIM）和广义函数束（GPOF）相结合的方法求解近场Sommerfeld积分,很好地解决了多层媒质中复杂目标电磁散射计算中的棘手问题,其方法简练、精确、高效,数值分析结果与有关文献吻合很好,证实了该方法的正确性和通用性。此外,该文还通过计算比较了不同观察点、不同目标埋地深度及介质参数的电磁散射特性。     

隐身目标的P 波段电磁散射特性仿真研究

介绍了敌方隐身目标的威胁、P 波段反隐身的基本原理及该频段电磁散射特性的研究现状,分析了基于快速多极子技术的全波数值仿真方法在隐身目标散射特性精确求解中的独特作用;阐释了基于快速多极子技术的全波数值仿真方案实施的矩量法原理、快速多极子技术、预处理算法及高效迭代求解技术,通过与标准体的测量结果对比,验证了仿真方案的可靠性及精度;利用文中提出的仿真框架对几种典型的隐身目标进行数值仿真,讨论了隐身目标在P 波段的电磁散射特性。     

金属散射问题的积分方程区域分解法

研究了区域分解法在求解金属散射体的积分方程时的应用。积分算法可以精确地求解各种电磁场问题,但因为受限于格林函数,需要求解较为复杂的矩阵。区域分解法是一种迭代算法,把原来较大的求解区域划分成若干个相对独立的子区域,将原问题的求解转化为在各子区域上分别进行求解,并利用某种数据交换条件在子区域之间传递信息,最后得到原电大区域上的解。由于每个子区域相互独立并且单独划分网格,区域分解法更加适合解决多尺度的电磁散射问题。最后通过与商业软件的对比验证了算法的正确性。     

基于阻抗边界条件建模的涂敷目标电磁散射分析

针对飞行器上常用的涂敷吸波材料结构开展电磁散射数值建模和散射特性分析。利用涂敷结构表面电磁场的阻抗边界条件,建立表面电流和表面磁流的新型积分方程形式,并利用快速算法进行求解。数值结果表明:该型积分方程在不增加额外计算量和存储量的条件下,显著改善了迭代求解收敛性,为复杂涂敷结构的电磁散射分析提供了快速、可靠的技术途径。     

有耗介质柱体瞬态散射积分方程的新解法

本文研究二维非均匀有耗介质柱在电极化二维脉冲波激励下的瞬态散射。采用分片双线性插值的空间离散方案,经解析处理,子域上的积分能得到闭式结果。离散化方程在复频域用CG-FFT法求解,并用一种新外推法产生初值,数值结果证实了本文方法的有效性。