多极德拜色散媒质的时域电磁逆散射改进技术

在已有的经验模型中,多极德拜(Debye)模型最适合高精地描述生物组织、土壤、水等媒质的色散特性.为了同时反演这类媒质的电磁参数,本文提出了一种时域逆散射改进技术:分别应用迭代法和吉洪诺夫(Tikhonov)正则化技术克服逆问题的非线性和病态性困难;解析导出了目标泛函关于目标参数的梯度;迭代重建过程中,产生的正演、反演子问题分别选用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法求解.噪声环境下,通过两个一维(1-D)的数值算例,初步证实了该技术的可行性和鲁棒性.     

浅层地下目标时域电磁散射问题的数值模拟

本文用时域有限差分法计算了浅层地下目标的时域电磁散射。     

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(...     

浅层地下目标时域电磁散射问题的数值模拟

本文用时域有限差分法(FD-TD法)计算了浅层地下目标的时域电磁散射。在地下色散媒质的参数r()和r()都是以Debye方程表示时,推出了FD-TD法的迭代分式,并给出了相应的吸收边界条件。通过将FD-TD法计算的结果与其它结果相比较,证实了该方法对计算有耗媒质中电磁场问题的有效性。对瞬态脉冲在色散媒质中的传播特性进行了讨论。分别计算了典型地下目标的时域散射波形和波形堆积图。     

用MEI—FD方法分析Chiral媒质的电磁散射问题

本文应用不变性测试方程和有限差分方法分析Ｃｈｉｒａｌ媒质的电磁散射问题。应用该方法时，要在所讨论的区域内建立起一组有关电场和磁场的耦合差分方程，并且要在截断边界上应用不变性测试方程建立起有关边界点系数的方程。文中给出了一些非均匀、有耗且具有电大尺寸任意横截面Ｃｈｉｒａｌ柱的雷达散射截面的数值结果。     

色散媒质覆盖导电体的瞬时散射

本文提出了修正的时域有限差分法（ＦＤＴＤ）来分析计算色散媒质中瞬变场问题，并采用普郎尼近似法使时域卷积可转化为违推计算，是充分利用现代计算机技术解决时域和宽带电磁场问题的一种有效手段。同时运用此方法对色散媒质中及色散媒质覆盖的导体目标瞬时域散射场进行了计算和分析，直观可靠地反映了其特性，并与传统的（非色散）ＦＤＴＤ方法计算的结果进行了比较，差别是显而易见的，为此必须重视色散媒质对瞬变场分析的影响。     

时域有限差分技术结合Thompson变换计算复杂形体的电磁散射问题

本文首次将微分－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换应用到电磁散射领域，为解决复杂物体的电磁微射问题提供了一种全新的方法。该方法先利用微分－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换将形体变换为计算域内的规则形体，再用时域有限差分法在计算域内求出分布，由变换的一一对应关系直接得出物理域内的场值。具体计算实例成功验证了该方法的有效性。     

FD—TD法计算色散媒质中埋入异常体的电磁散射

本文论述了ＦＤ－ＴＤ法用于计算地下浅层目标的电磁散射问题。推出了Ｄｅｂｙｅ型色散媒质中ＦＤ－ＴＤ法的迭代公式和吸收边界条件。通过将ＦＤ－ＴＤ法计算的结果与其它结果相比较，证实了该方法计算有耗媒质中电磁场问题的有效性。对瞬态脉冲在色散媒质中的传播特性进行了讨论。分别计算了典型地下目标的散射波形和波形堆积图。     

负折射率媒质覆盖导体柱散射特性的FDTD分析

利用时域有限差分(FDTD)方法研究了负折射率媒质覆盖二维导体目标的散射特性.从负折射率媒质的本构关系出发,给出了描述负折射率媒质场与流的微分方程组,将其离散得到用于FDTD计算的递推表达式.对TM波季直入射时的仿真结果的分析表明,适当选取媒质参数,负折射率媒质覆盖层可以显著减少雷达目标的电磁回波能量.由于模拟的负折射率媒质是匹配介质,其吸波性能要明显优于等离子体.     

N阶色散媒质的瞬态散射特性

本文提出了Ｎ阶色散媒质瞬态特性的时域分析方法，结合Ｚ变换对常规的时域有限差分（ＦＤＴＤ）法进行了修正，改进后的ＦＤＴＤ法能分析和与频率有关的电磁场问题，具有方法简洁、易实现等优点。为验证此方法的有效性和可靠性，对Ｎ阶色散媒质的反向系数进行了分析与计算，并与已知的解析结果进行了比较，同时，采用此时域方法对Ｎ阶色散媒质和导体覆盖Ｎ阶色散媒质散射场进行了计算和分析。     

一种处理多极Davidson-Cole色散媒质的FDTD改进方案

为模拟一般Davidson-Cole色散媒质中的电波传播,本文提出了一种时域有限差分(FDTD)改进方案,改进之处体现在:(1)适用媒质从单极推广到多极情形;(2)适用媒质从无磁推广到有磁情形;(3)保留了色散模型公式的静态电导率项;(4)补充了三维问题算例.改进方案中,面临的主要困难是差分离散分数阶导数.首先,利用帕德(Padé)多项式近似媒质的介电常数;其次,通过傅里叶逆变换(IFT)导出了一组整数阶的辅助微分方程(ADEs),从而巧妙克服了该困难.几个算例的结果和分析,初步证实了改进方案的可行性和有效性.     

一种色散介质中的低误差ADI-FDTD 算法

交变方向隐式时域有限差分（ADI-FDTD）能够克服传统时域有限差分算法中稳定性条件对时间步长的限制,从而提高计算效率,但是在大步长时其误差较大。ER（低误差）-ADI-FDTD 方法通过补偿截断误差项,提高了计算精度,但是目前仅给出二维非色散条件下的形式。在ER-ADI-FDTD 的基础上,提出了一种色散介质中的低误差D-ER-ADI-FDTD 算法,推导出了完整的三维计算公式。最后通过计算和结果比较对算法进行检验。     

PCB上微带线的电磁耦合时域建模分析方法

基于时域有限差分方法和传输线方程,结合高效网格建模技术,文中提出了一种高效的时域建模算 法,它能有效解决微带线的电磁耦合建模问题,实现空间电磁场与微带线瞬态响应的同步计算。首先,结合经验公 式,计算得到微带线的单位长度分布参数,构建适用于微带线电磁耦合分析的传输线方程。然后,采用时域有限差 分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法,结合非均匀网格技术和自动网格生成技术,仿真得到微带线激励场, 并在每个时间步进上引入传输线方程获得等效分布源项。最后,对传输线方程使用FDTD 的中心差分格式进行离 散,实现微带线及其端接电路上瞬态响应的迭代求解。为了验证时域建模算法的正确性和高效性,通过自由空间和 屏蔽腔内PCB 上微带线电磁耦合的数值模拟,从计算精度和耗时两方面与传统FDTD 方法的计算结果进行了对比。     

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法.通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去,从而实现FDTD并行计算.我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法.计算结果表明了本方法的正确性和有效性.     

基于帕德近似法模拟一般色散媒质电波传播的ADE-FDTD-CPML统一实现方案

为方便一站式处理常见几类各向同性、线性、无磁耗电色散媒质的电波传播问题,提出了一种ADE-FDTD-CPML统一实现方案:一是问题空间和吸收边界的统一处理;二是色散特性的统一建模:适用的媒质类型可以是单一的Havriliak-Negami(H-N)媒质、Davidson-Cole(D-C)媒质、Cole-Cole(C-C)媒质、Debye媒质、常规媒质或其任意组合;媒质属性可以是单极或多极的、有电耗的或无电耗的.该方案利用帕德(Padé)近似法,导出了一组整数阶辅助微分方程(ADEs),既克服了时域描述时遇到的分数阶导数困难,又展现了通用性好、复杂度低等优势.几个一维、三维算例解析、数值结果之间的对比,初步证实了统一实现方案的可行性和有效性.     

一种求解Maxwell方程组的无条件稳定时域精细积分法

本文提出了一种基于精细积分技术求解Maxwell旋度方程的半解析时域方法.由于精细积分技术的引入,该方法不仅摆脱了Courant-Frendrich-Levy稳定性条件对时间步长的限制,而且使得数值色散与时间步长的选取无关.文中分别推导了时域精细积分法在计算区域内和吸收边界处的差分格式,时域递推的计算格式;并提出了时域递推过程涉及的矩阵不可逆问题的解决方案.进行了实例计算,并与解析解和时域有限差分法的结果进行了对比.     

有限深度海域海面电磁散射的FDTD 方法研究

雷达能够探测、遥感有限深度海域的海面及附近目标,针对这一需求,采用改进的文氏海谱和Monte Carlo 方法模拟有限深度海域海面,选取Debye 模型计算海水介电常数,运用时域有限差分法研究了有限深度海域海面 电磁散射,仿真了散射系数的角分布曲线。仿真结果表明:散射系数随散射角振荡变化,在镜反射方向处产生散射增强 效应;海水深度虽然对散射系数影响较小,但是仍有规律可循,海水深度越大,散射系数越小;海面风速、入射角、风区范 围对散射系数影响较大,风速越大,散射系数越小;入射角越大,散射系数越小;风区范围越大,散射系数越小。