有耗平面和三维目标复合散射的FDTD分析

采用FDTD方法计算了有耗地面与三维目标的复合散射,对吸收边界条件,连接边界条件和近远场变换作了细致讨论.吸收边界使用了广义PML吸收层,它对电磁波有较好的吸收效果.连接边界处则利用解析入射波和三波迭加技术,上半平面用入射波和反射波、下半平面用透射波作为对目标的外加场进行计算.得到近场数据后,为避免出现复杂的Sommerfeld积分,用互易原理简化了外推过程.FDTD算法与矩量法和快速多层多极子相比,具有节省内存,计算时间短等优点.通过地上物体和地下物体的计算验证了FDTD方法的精确性,讨论了散射体离地高度对后向RCS的影响.     

并行FDTD方法在海面及其上方漂浮目标复合电磁散射中的应用

利用基于图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)的并行时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)法计算一维粗糙海面及其上方二维漂浮目标的复合电磁散射.采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML)吸收边界作为截断边界, 为了便于并行程序的设计, 在整个计算区域使用UPML吸收边界差分公式进行迭代.利用异步通信技术来隐藏主机和设备之间的通信时间, 同时使用片上的共享存储器提高读取速度, 进一步对程序进行优化, 得到很好的加速比, 证明了该方法的计算高效性.通过与串行FDTD法以及串行矩量法获得的数值结果进行比较, 验证了该并行方法的正确性, 进而研究了海面上方类似舰船漂浮目标的电磁散射特性, 讨论了入射角、海面风速以及目标吃水深度对双站散射系数的影响.     

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.     

多元Pade逼近结合FDTD法快速获取柱体宽角度和宽频带RCS

计算散射问题时,采用FDTD法可以很好地解决散射体比较复杂的一类问题。FDTD法的时域特征使得获取频率响应比较容易。但是,一般来说,FDTD法迭代计算的时间比较长。当计算散射体宽角度RCS时,每变换一个角度,就需要重新用FDTD法计算一次。同样,近远区时频变换也要消耗较多的计算时间。引入Pade多元逼近技术,可以大大节省计算时间。对FDTD法计算获得的、稀疏的RCS响应进行逼近,然后用获得的Pade二元逼近式同时计算宽角度和宽频带RCS响应。文中采用了最小二乘法,进行全局约束,以充分利和已有信息,达到最佳副近的效果。计算结果表明Pade有理逼近式能很好地逼近FDTD法精确计算的曲线,同时在计算速度上可加快十几倍。     

应用UPML的FDTD法计算平面微带电路

采用非分裂式理想匹配层（UPML）的时域有限差分（FDTD）法对矩形微带天线及低通滤波器等微带电路进行了分析计算,给出了时域和频域的仿真结果。与其他的理想匹配层（PML）相比,UPML利用D和H,物理概念明确,将PML区域与FDTD计算域隔离开来,并且减少了PML吸收边界计算所占用的存储量。从仿真结果看,该方法有效且极大减少了迭代次数。     

地下目标的瞬态电磁散射特性分析及成像

地下目标的瞬态电磁散射分析对于探测、检验及识别埋地目标，特别是冲击探地雷达的研究具有重要的理论和应用价值。本文用FDTD三维建模计算在收发天线作用下地下无限长管道的时域散射场，重点探讨适用于吸收土壤中凋落波的GPML吸收边界以及处理有耗色散媒质的(FD)^2TD算法，并利用所得数据进行成像分析。BP方法成像结果证明了整个模拟计算过程的正确性。     

三维周期结构弱无条件稳定FDTD算法研究

将单轴完全匹配层UPML引入于弱无条件稳定算法LOD-FDTD中用于解决周期结构的电磁散射问题。在求解过程中,引入Sherman-Morrison方程解决迭代过程中产生的非三对角矩阵,显著提高了计算效率。为了检验本文所提方法的吸波效能,将其用于计算将带有细缝的周期阵列的反射系数,结果显示:当将本文所提方法的UPML层数设置为16时,其反射误差同传统FDTD方法的反射误差相当,当将本文所提方法的UPML层设置为4时,其反射误差比传统FDTD要低50dB。     

在手机辐射作用下人体内外的场强分布

利用FDTD法在建立人体电磁模型的基础上，计算了在手机辐射作用下，人体内外的场强分布。在计算过程中，采用了硬吸收边界条件来解决FDTD算法中计算区域的截断误差问题，即把吸收性能良好的吸波材料加到计算空间的边界上以吸收边界上的入射波，消除反射波。计算结果表明，手机的辐射绝大部分被人体的皮肤所吸收，人体内部在手机辐射作用下的场很弱。因此，在非长期地、连续性地使用手机的情况下，手机的辐射应不会对人体的健康产生较大的影响。     

一种节省内存的降维时域有限差分法及其在散射计算中的应用

介绍一种节省内存的降维时域有限差分方法(R-FDTD)．该方法理论上可节省约33％的场分量存贮量。本文首次把R-FDTD用于散射计算，提出了一种更为简单直观的新的导体处理方法，并阐明R—FDTD中连接边界、吸收边界和近一远场变换的实现方法。以TE波入射时二维柱体散射为例的计算结果表明，R—FDTD在节省约33％内存的基础上，计算精度与标准FDTD相当。     

ADI-FDTD在二维散射问题中的应用

利用交替隐式时域有限差分(ADI—FDTD)这一新方法计算二维电磁散射问题。研究了ADI—FDTD方法的入射波设置、连接边界条件、PML吸收边界和近远场变换等关键技术。与传统FDTD方法相比，ADI—FDTD的时间步长不受时间步长和空间步长的稳定性条件(CFL约束条件)限制。在该方法中，可选取较大的时间步长进而提高计算效率。最后还给出了金属和介质柱散射截面的数值算例，证实了ADI—FDTD方法处理散射问题的有效性和实用性。