三维大尺寸介质目标散射问题的总场边界PSTD技术

传统的伪谱时域差分(PSTD)方法中不存在硬连接边界条件,基于Gao 等人的思想,在PSTD计算区域内设置8～10个网格层的连接区.通过引入加权窗函数,使得整个计算区域被有效地划分为总场区、连接区和散射场区.总场边界PSTD技术在成功地把入射波引入到PSTD计算区域内的同时,更便于复杂目标离散建模.以时域高斯脉冲为宽频带平面入射波,通过数值算例,验证了总场边界PSTD技术应用于三维大尺寸介质目标散射问题的有效性和实用性.     

一种有效减少总场—散射场源电磁泄漏的方法

总场-散射场源是时域有限差分法(FDTD)最常用的激励源,但受时域有限差分法电场和磁场数值采样既不同位又不同时的影响,不可避免地会有入射波泄漏到散射场区,从而对计算结果造成影响。文中提出一种减少总场-散射场源电磁泄漏的方法,其基本原理是:在总场区和散射场区的连接界面附近,使用亚网格进行仿真,而在其它区域,使用主网格进行仿真。使用亚网格仿真时,空间步长和时间步长均明显小于使用主网格仿真时的空间步长和时间步长,从而可以明显减小在加入激励源时电场和磁场数值采样既不同位又不同时的影响,大幅度地改善计算结果。编程进行了数值实验,实验结果表明新方法在减少总场-散射场源电磁泄漏方面效果明显。     

一种降低内存的时域散射计算方法——RPSTD

提出一种降低内存的时域伪谱法——RPSTD。PSTD方法基于Maxwell旋度方程，应用FFT（Fast Fourier Transform）算法近似表示空间导数。由于肿具有高阶精度，理论上每个波长只需划分两个网格即可计算目标的宽带电磁散射特性。为进一步减少存储量，RPSTD方法在PSTD方法的基础上，在Maxwell旋度方程两边取散度，将PSTD方法存储空间6个场分量减缩为存储4个独立的场分量，而其他两个场分量可由4个独立的场分量导出。将RPSTD用于二维散射计算，结果表明RPSTD的计算精度与PSTD相当。     

求解目标地波散射特性的方法研究

本文把求解半空间散射问题的FDTD技术与地波传播理论相结合，研究任意复杂目标的地波散特性。入射地波设置在FDTD计算区域中的总场边界上并在散射场输出边界面上提取散射近场数据，然后利用等效及镜像原理，计算无地波衰减时的远区散射场，通过引入地波衰减因子，把该远区散射场转换为远区地波散射场，文中给出了方法验证例子以及一个较复杂目标的单站RCS计算结果。     

脉冲平面波斜入射旋转对称体时域电磁散射特性分析

介绍了一种运用旋转对称时域有限差分算法进行电磁散射问题分析的方法。对脉冲平面波在圆柱坐标系下进行分解,应用总场/散射场连接边界引入入射波,采用PML吸收边界条件。运用这种方法分析了有限长度闭合金属圆柱体的散射问题,通过与矩量法分析结果的比较,验证了该方法的正确有效性。     

一种降低内存的时域散射计算方法--RPSTD

提出一种降低内存的时域伪谱法--RPSTD.PSTD方法基于Maxwell旋度方程,应用FFT(Fast Fourier Transform)算法近似表示空间导数.由于FFT具有高阶精度,理论上每个波长只需划分两个网格即可计算目标的宽带电磁散射特性.为进一步减少存储量,RPSTD方法在PSTD方法的基础上,在Maxwell旋度方程两边取散度,将PSTD方法存储空间6个场分量减缩为存储4个独立的场分量,而其他两个场分量可由4个独立的场分量导出.将RPSTD用于二维散射计算,结果表明RPSTD的计算精度与PSTD相当.     

FDTD入射波解析设置的约束条件

用ＦＤＴＤ方法求解电磁散射问题中，入射波的设置起着关键性作用。本文从ＦＤＴＤ零场初始条件出发，导出了入射波解析设置时的约束条件，该约束条件表明，在ＦＤＴＤ总场边界上要求入射波逐点延时设置，通过与自由空间及半空间散射数值例子对比，验证了该约束条件下入射波解析设置方法的正确性。     

一种新的FDTD入射场设置方法

本文提出了一种新的入射场设置方法.采用一维FDTD算法来模拟入射波.所得结果与通常的入射场解析表达式的结果比较表明,采用一维FDTD算法引入的入射波在总场区分布均匀,在散射场区泄漏小.     

用于分析电磁散射的多层Z缓冲器技术

本文提出了一种用于分析电磁散射的多层Ｚ缓冲器技术，它使计算机图形学与电磁散射分析相结合，能有效地解决复杂物体电磁散射分析中的隐藏面消除问题和多次散射计算的射线跟踪问题，从而使复杂物体电磁散射的分析和计算更为精确，而且使多次散射计算的射线跟踪速度加快。计算机模拟计算结果表明，提出的新技术是有效的，本文的多层Ｚ缓冲器技术可应用于其它研究领域。     

地表目标的复合散射法及其SAR成像分析

本文研究了复合激励方法在电磁散射计算中的应用,此方法首先分析地面的散射,再将地面的散射与入射波一起作为激励作用于目标,从而得到目标的电磁散射信号.文章分析了地表背景下车体的电磁散射,计算了目标的RCS和SAR成像,并与试验作了对比,两者吻合较好.     

有耗媒质中3D目标体散射特性的TSNU-PSTD模拟

结合PML边界条件的傅立叶时域伪谱(PSTD)算法已广泛用于模拟电磁波传播和目标散射,但传统的PSTD方法在每个坐标方向上需要均匀分布的空间坐标网格点,从而不能够很好地模拟曲面目标和与网格空间尺寸不一致的目标,基于变空间的PSTD方法可以很好地克服这些不足。文中将CFS-PML边界条件在PSTD算法中实现并将它与TSNU-PSTD方法结合模拟了大范围有耗媒质中2D\3D曲面介质体目标的电磁散射,部分结果与FDTD计算结果进行了比较。仿真结果表明,基于变空间的PSTD只需平均每波长分成3个网格就可以达到较好的精度,可高效模拟电大尺寸空间曲面形状目标体的电磁散射。     

Applications of the PSTD for scattering analysis

In this paper, we apply a pseudospectral time domain (PSTD) algorithm for calculation of the radar cross section of three-dimensional scattering objects. For the purpose of exciting an incident wave without leading to unwanted Gibbs' phenomenon, we utilize an initial condition-excitation technique. Meanwhile, we adopt the pure scattered field formulation to surmount a difficulty of introducing the incident field into computational space. In addition to accommodating a PSTD near-to-far-zone field transform for far-field computations in the algorithm, we develop a one-dimensional memory-saving storage technique for efficient truncation of computational boundary.     

计算电大尺寸建筑物内电波场强的PSTD方法

本文采用一种新的时域数值方法－伪谱时域（ＰＳＴＤ）法来计算电大尺寸建筑物内电波场强。提出了由初始条件技术和一维ＰＳＴＤ方程对入射平面波脉冲进行模拟,并利用纯散射场法和线性插值把平面波引入求解问题空间,有效地解决了ＰＳＴＤ方法中入射波设置问题。数值结果表明这种新方法用于模拟电大尺寸建筑物内电波场强的精度和有效性。     

PSTD算法及其吸收边界分析

在解时域电大尺寸电磁场问题时,由于受到有限差分格式二阶精度的限制,传统FDTD算法的效率很低,对内存的要求高.采用以伪谱方法离散Maxwell微分方程为核心的Pseudospectral time-domain(PSTD)算法计算电大尺寸电磁场时域问题,将大大提高计算效率,降低内存需求.本文重点探讨了在PSTD技术中,电大尺寸问题的高效实现,并和传统FDTD算法进行了比较.此外还分析了其吸收边界－完全匹配层(PML)所发挥的作用,PML的设置以及各参数对场吸收的影响.     

Multidomain pseudospectral time-domain simulations of scattering by objects buried in lossy media

A multidomain pseudospectral time-domain (PSTD) method with a newly developed well-posed PML is introduced as an accurate and flexible tool for the modeling of electromagnetic scattering by 2-D objects buried in an inhomogeneous lossy medium. Compared with the previous single-domain Fourier PSTD method, this approach allows for an accurate treatment of curved geometries with subdomains, curvilinear mapping, and high-order Chebyshev polynomials. The effectiveness of the algorithm is confirmed by an excellent agreement between the numerical results and analytical solutions for perfectly conducting as well as permeable dielectric cylinders. The algorithm has been applied to model various ground-penetrating radar (GPR) applications involving curved objects in a lossy half space with an undulating surface. This multidomain PSTD algorithm is potentially a very useful tool for simulating antennas near complex objects and inhomogeneous media.     

区域分裂法及其在三维散射中的应用

基于区域分裂（ＤＤＭ）和频域有限差分（ＦＤＦＤ）提出了一种分析三维散射问题的精确高效算法。用区域分裂法可以把原问题分解成若干子问题,可以大大缩小稀疏矩阵的规模,使得求解大尺寸三维散射问题成为可能。文中首先在小尺寸下计算了三维立体柱的散射特性,并和没有进行区域分裂时的ＦＤＦＤ法进行了对比,验证了本算法的正确性;然后又计算了尺寸比较大的三维矩形柱的散射特性,验证了它的高效性。     

一种处理分层有耗色散介质的时域逆散射方法

为了重建分层有耗色散介质的特征参数,我们应用泛函分析和变分法,提出一种时域逆散射新方法.该方法首先以最小二乘准则构造目标函数,将逆问题表示为约束最小化问题;接着应用罚函数法转化为无约束最小化问题;然后基于变分计算导出闭式的拉格朗日(Lagrange)函数关于特征参数的Fréchet导数;最后借助梯度算法和时域有限差分(...     

地下目标散射的FDTD计算

该文给出了一种利用时域有限差分法(FDTD),结合各向异性完全匹配层(UPML)以及互易原理,计算地下目标雷达散射截面的计算方法。通过数值实验,对这种计算方法的数值性能作了仔细研究。给出了一批新的不同电尺寸、不同形状、不同介电常数地下目标的雷达散射截面计算结果。     

Calculation of transfer functions of three-dimensional indentedobjects by the physical optics approximation combined with the method ofstationary space

Transient scattering by variously shaped objects is obtained from the transfer functions and the spectrum of the incident pulse by using the Fourier synthesis technique. In order to evaluate the transfer functions of indented three-dimensional smooth objects, an effective method based on the physical optics approximation combined with the method of stationary phase is presented. It is shown that for indented three-dimensional objects, there exist several stationary phase points, including the complex ones. It is confirmed from the numerical results that an accurate solution can be obtained by taking into account the complex stationary points. Also, for a complete solution, the creeping wave term should be included     

先验知识在压缩感知求解电磁场问题中的应用

快速求解三维目标宽角度电磁散射问题一直都是计算电磁学中的一个难点问题.前期研究表明：在传统矩量法中引入压缩感技术后可仅通过数次观测还原出全部入射角度下的电流,从而有效减少计算量.为获取应用压缩感知时所需的观测次数并讨论合适的稀疏变换选择,本文提出一种基于物理光学法的先验技术.该技术可对宽角度下电流系数的投影稀疏度及相应的观测次数进行预估,为利用压缩感知求解宽角度问题的快速算法特别是稀疏转换基的选择提供了先验知识,在实际计算前确定了相关参数,从而为该快速算法应用于工程实践奠定了良好基础.