应用改进的快速偶极子法和特征基函数法分析导体目标电磁散射特性

该文提出了一种分析导体目标电磁散射特性的有效数值方法,该方法基于特征基函数法,将改进后的快速偶极子法与之相结合,把远场组间的矩阵矢量积转化为聚集-转移-发散的形式,从而加速次要特征基函数和缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘的速度。与传统的快速偶极子法结合特征基函数法相比较,在同等精度下,计算时间和内存消耗都得到了有效地缩减,数值结果证明了该方法的精确性和有效性。     

分形粗糙海面电磁散射的波束模拟法

利用波束模拟法研究了波束入射下一维分形粗糙海面的电磁散射.通过与传统的矩量法计算进行比较,避免了矩量法在数值计算时因计算机内存限制而遇到的困难,分析了波束模拟法处理粗糙面散射问题的有效性,讨论了计算精度与子波束数目、极化特性和分维的关系.     

一维粗糙介质分形海面电磁散射的扩展边界条件法

在采用经典扩展边界条件法处理导体分形粗糙面散射的基础上,将此方法推广到了一维粗糙介质分形海面的电磁散射.通过与传统的基尔霍夫近似法计算结果进行比较,验证了本文所给的方法,分析了不同入射角,不同分维和空间波数时海面双站散射振幅角分布的特点.     

电磁散射数值分析中的特征基函数方法

研究了电磁散射分析中一种新颖的矩阵降阶技术--特征基函数(CBF)方法,并从理论和应用两方面对其进行讨论.基于模型分块以及高层级基函数的概念,首先构造散射体子块上的特征基函数,包括反映初始激励响应的一次基函数(PCBF)和反映不同子块之间互作用的高次基函数,来构成全局的矩阵方程.所得到的矩阵尺度仅与子块数量M有关,故极大的降低了传统矩量法中阻抗矩阵的尺度.由于基函数的构建充分考虑了子块间的相互耦合,因而得到的特征基函数较能真实地描述实际电流分布规律;通过求解全局方程确定M2待求量,即可得到较为精确的数值结果.     

分形粗糙海面高斯波束散射特性模拟

利用波束模拟法研究了高斯波束入射下一维分形粗糙海面的电磁散射.通过与传统的矩量法计算进行比较,避免了矩量法在数值计算时因计算机内存限制而遇到的困难,分析了波束模拟法处理粗糙面散射问题的有效性,讨论了计算精度与子波束数目、极化特性和分维的关系.     

二维多导体柱电磁散射特性的特征基函数法分析

特征基函数法是近两年提出来的一种求解电磁散射问题的有效方法,该方法使用的特征基函数不受传统矩量法离散尺寸的限制,因而可以大大减小要求解的矩阵方程。应用特征基函数法分析了二维多导体柱的电磁散射特性,计算了多个无限长导电椭圆柱和方柱的雷达散射截面,结果表明特征基函数法的计算结果与传统矩量法的计算结果吻合良好,而计算量却大为减少。     

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。     

介质目标电磁散射特性的多层特征基函数法分析

特征基函数法是近几年提出的一种基于分块和高阶基函数概念求解电磁散射问题的快速算法.为了更有效地分析电大尺寸多目标的电磁散射问题,将基于Foldy-Lax多径散射方程的特征基函数法扩展为多层特征基函数法,通过对子域进行多层划分来控制生成矩阵维数的大小和计算精度.应用多层特征基函数法计算了介质目标的远区散射场,数值结果与传统特征基函数法的计算结果吻合良好,且计算效率明显提高.     

粗糙面与目标电磁散射统计特性分析

首先给出用于描述和产生粗糙海面的模型，然后在锥形平面波入射条件下，用矩量法求解了粗糙面及与圆柱形近地小目标复合散射所满足的积分方程，最后给出了不同条件下粗糙面、粗糙面与目标复合散射特性的统计结果及相互间的比较。     

电磁散射与辐射问题中的混合基函数矩量法

三维散射与辐射问题通常采用电场积分方程(EFIE)结合矩量法(MoM)求解，而基函数是决定矩量法精度和效率的重要因素。本文针对采用三角形网格剖分会引起未知元过多而采用四边形网格剖分会因为网格质量变差而影响计算精度的问题，提出一种基于三角形与四边形混合网格的混合基函数，应用于散射体RCS和天线阻抗特性计算。结果表明，相比于三角形剖分，混合基函数能够在减少未知元个数的同时获得较高的精度；另外也解决了基于单纯四边形网格的基函数在网格质量较差的情况下不能准确模拟表面电荷的问题。     

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.     

高阶基尔霍夫法求解导体粗糙表面的散射特性

在分析粗糙表面电磁散射特性的基础上,提出了一种考虑粗糙表面协方差函数Taylor展开的高阶基尔霍夫近似(KA)法,解决了经典KA近似的大逼近误差问题.应用9阶高度的KA和传统的KA,对比研究了不同照射频率和均方根高度下的后向散射系数,并比较了遮挡函数的修正效应.同时应用高、低阶KA计算了典型粗糙面的后向散射系数,并分别与测量值和矩量法的数值解进行了比较.结果表明,9阶表面高度展开的切平面KA不仅拓宽了KA的适用条件,还具有更高的精度范围,从而证明了高阶均方根高度展开的KA近似的有效性.     

基于GPU的并行FDTD方法在二维粗糙面散射中的应用

利用显卡(Graphics Processing Unit, GPU)加速时域有限差分(Finite-Difference Time Domain, FDTD)法计算二维粗糙面的双站散射系数, 介绍了FDTD的理论公式以及计算模型.采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML)截断FDTD计算区域.重点讨论了基于GPU的并行FDTD计算粗糙面双站散射系数的并行设计方案计算流程.在NVIDIA GeForce GTX 570显卡上获得了50.7×的加速比.结果表明:通过对FDTD计算粗糙面散射问题的加速, 极大地提高了计算效率.     

三类新型随机粗糙面模型的快速散射特性分析

基于表面粗糙度对雷达目标电磁散射特性的影响,为真实地模拟实际自然场境,提出了三类粗糙环境中表面粗糙度不同的新型分区域复合随机粗糙面模型.采用在同一粗糙面上使用不同均方根高度和相关长度的方法进行建模,替代了传统的单一谱函数模型.应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法快速计算了此三类新型随机粗糙面模型的电磁散射特性,重点分析了不同表面粗糙度模型对于环境电磁散射特性的影响,为研究、分析和探测符合实际自然环境的地形、地貌提供了理论依据.     

FINITE DIFFERENCE METHOD FOR ELECTROMAGNETIC SCATTERING FROM PERFECTLY CONDUCTING CYLINDER

A numerical method of solving electromagnetic wave scattering problem is described.Radiation boundary condition(RBC)is applied to confine EM scattering problem in unboundedregion into problem in finite region.Combined with RBC and scatterer surface boundary condi-tion,Helmholtz equation in the finite region is solved numerically by the finite difference method.Thus the distribution of induced surface current on conducting cylinder and near field can beobtained.Computational results for both polarizations for circular,elliptic and square cylindersare presented.These results are in excellent agreement with those obtained by the eigenfunctionexpansion method or moment method and much better then the results of OSRC method.     

一维Weierstrass分形粗糙表面光散射特性研究

本文采用Weierstrass-Mandelbort分形函数模拟实际粗糙表面,从简谐光波满足的亥姆荷兹方程出发,利用基尔荷夫近似推导出Weierstrass-Mandelbort分形粗糙表面的光散射场的积分公式,数值计算并分析了表面散射光强的角分布特性。     

New equations for electromagnetic scattering by small perturbationsof a perfectly conducting surface

New equations are derived for the electromagnetic scattering produced by a small perturbation of a general perfectly conducting surface. These equations explicitly incorporate the magnetic field boundary condition on the general surface, which implies that the new Born term by itself leads to conventional backscatter formulas. The accuracy of the new equations is demonstrated by an example     

三维介质粗糙面上导体目标散射的解析-数值混合算法

推导出二维介质粗糙面与其上三维导体目标复合散射的耦合积分方程,提出目标散射的数值矩量法(Method of Moment,MoM)与粗糙面散射的基尔霍夫解析近似法(Kirchhoff Approximation,KA)相结合的混合迭代算法.理论推导表明:当目标距离粗糙面的高度满足条件时,目标的离散单元在粗糙面上任意一点的散射场满足局部平面波关系,利用粗糙面局部面元的反射和透射关系,得出粗糙面感应场的KA解析计算式.由于粗糙表面的感应场用KA解析计算,只需对目标的感应电流进行一次数值积分,无需数值求解粗糙面的积分方程,节省大量的存储空间和运算时间,能在理论上十分简明、数值计算上十分有效地求解三维体目标与面目标组合的复合散射问题.讨论了目标与粗糙面相互作用的互耦迭代算法的有效性和收敛性.结合Monte-Carlo方法产生随机粗糙面样本,数值分析Gauss介质粗糙面上方的规则导体球或任意不规则六面体的散射,讨论了粗糙面的介电参数和目标几何形状等对双站散射的影响.     

二维分形粗糙面电磁散射的分形规律研究

采用二维归一化带限Brown分形函数来模拟二维分形粗糙面,利用基尔霍夫近似给出了该粗糙面的电磁散射场和散射强度方差的计算公式,主要讨论了散射场分布与分维的关系,获得了散射场波峰拟合线的斜率与分维D满足线性关系这一重要规律。