应用时域有限差分法计算房间脉冲响应和声场参数

在室内声学时域有限差分(FDTD)计算模型中,将房间的复阻抗边界用数字阻抗滤波器描述,并给出了门、窗和墙壁的数字滤波器复阻抗模型,应用该模型计算房间脉冲响应和声场参数。对一真实房间,将FDTD模拟计算得到的房间脉冲响应和声学参数与实际测量结果相比较,验证了在室内声学FDTD计算中,采用数字滤波器近似的复阻抗边界模型能较好地模拟房间中的声场。     

PML吸收边界条件下的TE波FDTD算法的仿真与验证

FDTD方法已成为计算电磁学的一个重要发展方向。在时域有限差分法基本原理的基础上,通过建立二维TE波的FDTD表达式,实现了基于MATLAB的TE波传播仿真与吸收边界条件的验证。仿真结果表明:PML对TE波的传播具有良好的吸收效果。     

散射问题中的新型FDTD共形技术

提出一种新型的共形技术：假设导体边界附近电场呈线性变化。导体边界上电场为零。借用邻近场量。可以完成在相应边上电场环路积分．并证明了该方法有较好的收敛性,并将其应用电磁散射分析．导体柱和扁平双弧柱的计算表明,算法中空间步长可选择为A／15,计算结果明显优于常规FDTD中计算精度．空间步长的增加可以减少内存和计算时间,证实了该方法的准确性和高效性．     

地下二维各向异性圆柱目标近场计算的FDTD方法

利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了地下二维各向异性介质目标的散射特性。首先,总体模型采用经典的半空间总场/散射场模型,吸收边界采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML);其次,入射源使用高斯脉冲,并通过一维FDTD法添加到时域迭代方程中;最后分别计算了地下二维电各向异性介质和地下二维磁各向异性介质的散射,给出了目标尺寸,土壤电参数对目标散射场的影响。通过与仿真软件FEKO的对比和模型误差分析,验证了算法和程序的可靠性。     

三角面元数据模型FDTD网格生成技术

提出了一种将描述目标表面形状的三角面元数据转换为时域有限差分(FDTD)目标几何模型的投影求交方法,根据目标的介质信息得到相应位置Yee元胞的电磁参数,得到目标的FDTD电磁模型．给出了典型目标金属球和圆柱的FDTD网格模型,计算得到的雷达散射截面(RCS)结果与其他方法符合很好．另外,还根据某导弹的三角面元数据给出了它的FDTD模型,并计算其后向RCS．结果表明,该方法可应用于复杂目标的FDTD计算建模．     

用FDTD及Z变换方法分析电离层中电磁波传播

时域有限差分（FDTD）方法是计算时域电磁散射和辐射的方法，在处理色散介质电磁波传播及散射问题时，应用Z变换获得FDTD计算中电位移矢量D到电场强度E的时域递推关系式。并且应用这一方法分析线性调频雷达信号在电离层中的传播特性。     

适应FDTD方法的AutoCAD高效建模技术与应用

针对时域有限差分(FDTD)方法在计算电磁散射等所遇到的精确有效建模问题,采用AutoCAD建立目标的三维模型,调用VBA程序进行适应FDTD计算的目标网格离散处理,生成相应的几何-电磁参数描述文件,并建立该文件与FDTD求解程序结合的计算程序接口,实现了有效、快速和精确建模手段,可以实现从目标建模到电磁特性分析一体化。作为应用,对金属球、金属抛物面旋转体和金属球部分体3个结构进行了建模、运算的实例仿真计算,计算结果表明了该建模方法的正确性和有效性,对通常用FDTD方法进行建模有重要意义。     

在PML边界条件下锥形波导内场分布研究

根据Yee氏的时域有限差分(FDTD)方法模拟了具有PEC(Perfectly Electric Conducting)边界的锥形波导内场分布情况,同时为了减少外行传播时在网格截断处的反射,在计算域中引入了Berenger完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML),证明了PML吸收边界条件应用于光波导结构分析的有效性。     

在PML边界条件下锥形波导内场分布研究

根据Yee氏的时域有限差分（FDTD）方法模拟了具有PEC（Perfectly Electric Conducting）边界的锥形波导内场分布情况，同时为了减少外行传播时在网格截断处的反射，在计算域中引入了Berenger完全匹配层（Perfectly Matched Layer，PML），证明了PML吸收边界条件应用于光波导结构分析的有效性。     

频率选择表面电磁特性计算的时域有限差分和外推混合法

目前,频率选择表面（Frequency Selection Surface,FSS）作为一种空间滤波器,在军事领域得到广泛应用,因此对其电磁特性的研究具有重要意义。结合时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）法和外推法各自的优点,采用FDTD法和外推法相结合的混合算法来计算周期性结构FSS的反射系数。通过引入Floquet定理且综合考虑FSS的周期边界、吸收边界等条件,建立三维计算模型,并对其进行计算。结果表明,在相同精度条件下,该混合法相对仿真软件显著提高了计算速度且减少了占用计算机内存,可为后续FSS的电磁特性研究提供重要的参考依据。     

超吸收边界条件在地质雷达剖面正演中的应用

运用时域有限差分法正演地质雷达剖面时,边界条件的吸收特性对计算结果起着关键性作用．为了使截断边界的影响尽可能小,对边界条件的吸收特性进行了研究,提出了超吸收技术,让电场与磁场分量同时参与边界条件的计算,采用误差抵消的原理,首先减小截断边界对磁场分量的畸变,进而以此比较精确的磁场值重新计算边界上的电场,从而得到更加精确的电磁场值．数值试验表明,它能有效地减小截断边界的伪反射,提高计算精度．把这一技术用于地质雷达剖面的正演合成,得到了满意结果．     

共享内存系统中高效并行FDTD计算方案

针对电大问题的FDTD仿真,在共享内存系统中提出一种不交换数据的并行FDTD计算方案。该方案利用共享内存系统的通用多核处理器架构,直接读取并行场域边界面的数据实现并行计算,采用自主开发的多线程技术实现FDTD的并行计算。通过数值仿真测试,提出了最大并行计算效率的区域划分方式,并验证了所提出的方案是一种理想的基于共享内存系统的并行FDTD计算方案。     

交替方向隐式时域有限差分法中的Berenger理想匹配层

提出一种新方案．用于离散Berenger场分裂形式Maxwell方程．将理想匹配层吸收边界条件由通常的时域有限差分法推广到交替方向隐式时域有限差分法．和已有的离散方案比较，采用文中提出的离散方案可使理想匹配层吸收边界的反射误差成数量级地减小．     

波动方程二阶差分方法的研究及在矩形波导中的应用

通过中心差分法可将电场满足的波动方程化为一组耦合二阶差分公式形式。在所研究的问题仅涉及横向(X方向)时,此耦合电场二阶差分方程组简化为一非常简洁的形式,即一个单一电场(E1)去耦合二阶差分方程。它具有计算简单,节省计算机内存的特点。文中研究了其稳定条件,空间网格的划分特性和吸收边界条件,并与相应的FDTD方法进行了对比。在研究矩形波导中电感不连续问题中,计算出的数据与已发表的数据吻合得很好。     

结合频域有限差分法分析二维柱体电磁散射

引入多波前算法,提出了结合频域有限差分法分析二维柱体的电磁散射问题。数值计算过程中利用Mur's二阶吸收边界条件和场平均吸收条件截断网格;作为算例,分析了一无限长理想导体柱对平面电磁波的散射,由于使用了多波前算法求解差分矩阵方程,大大地减少了计算时间,数值结果表明了该方法的有效性。     

复杂目标对柱面波散射的二维ADI-FDTD方法

为了处理柱面波照射复杂目标的散射问题，给出了二维ADI—FDTD方法中加入柱面波(线源)的详细计算公式．这种加源方式的特点是两个子时间步上都存在线电流源的激励．作为验证，应用文中方法计算了线电流照射金属圆柱的辐射方向图，与级数解结果一致，给出了线电流照射复杂目标二维机翼的辐射方向图，与常规FDTD计算结果吻合得很好，表明此种方法的正确性，计算中时间步的取值突破了Courant稳定性条件的限制．     

双负介质覆盖导体球宽带散射特性分析

从双负介质的本构关系出发,给出了描述双负介质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的三维递推表达式。与文献[5]结果对比并验证了本文该算法和程序的正确性。最后,计算了导体球覆盖双负介质或等离子体时的电磁散射。计算表明:由于模拟的双负介质是匹配介质,其吸波性能要明显地优于等离子体的;适当选取双负介质参数,可以使双负介质包层有效地减小目标的雷达回波。     

FDTD方法在柱面波及半空间有耗介质散射问题中的应用

以柱面波及半空间有耗介质散射问题为例,研究了在时域有限差分计算分区的总场边界上入射波设置的波前逐步推进方法．给出了以Ｇｒｅｅｎ函数表述的、用于近－远场外推的统一公式,适用于自由空间以及地下介质电参数任意时的半空间中目标远区散射场的求解．几个数值计算例子验证了应用时域有限差分方法的有效性．