大型目标RCS的快速计算及分析

阐述了近年来发展的用于分析电磁散射问题的快速多极子算法（FMM）和多层快速多极子算法（MLFMA）．为了能够有效快速地分析大型复杂结构目标的散射特性,利用了混合积分方程（CFIE）,并在上述快速算法迭代过程中采用不完全分解LU方法（ILU）的加速收敛技术,极大地提高了计算速度．同时重点研究了某特殊结构飞行目标的雷达散射截面（RCS）,其结果对分析该飞行目标的散射特性有很好的指导意义．     

并行区域分解法分析千波长目标散射特性

为了在资源有限的条件下快速准确地分析电大尺寸目标的电磁散射特性,给出了一种并行非重叠非共形的基于积分方程的区域分解方法．在子区域内部以及子区域间耦合的计算采用并行多层快速多极子算法进行加速．针对多层快速多极子的八叉树结构,用改进的平面波自适应划分策略提高了并行效率．子区域间的耦合使用场迭代的方式计算,避免了存储互阻抗矩阵,进一步降低了内存需求．数值仿真实例表明,该方法可以高效地解决上千波长目标的散射问题．     

复合电磁散射分析中的精确几何建模

研究了二维导体粗糙面与三维半掩埋导体目标双站复合电磁散射,给出了一种粗糙面与目标复合电磁散射建模方案．首先利用谱方法生成随机粗糙面并利用逆向工程方法获得连续曲面,进而与半掩埋目标复合获得精确的三维复合模型．在精确几何模型基础上,根据入射波频率对其进行表面网格剖分．接着利用物理光学方法和多层快速多极子方法对单一导体粗糙面以及粗糙面与目标复合体模型的电磁散射特性进行研究,计算了双站雷达散射截面．     

战斗机座舱次强散射源雷达隐身技术研究

座舱是战斗机主要电磁散射源,实现座舱雷达隐身是隐身战斗机研制过程中的关键技术之一。战斗机座舱散射主要包括座舱内腔体散射(强散射源)以及座舱局部结构散射(次强散射源),其中腔体散射目前主要通过透明件镀膜及低RCS外形设计来进行控制,但要达到更高的隐身要求,必须对座舱次强散射源的雷达散射截面进行减缩控制(RCSR)设计。以隐身战斗机的棱边结构和螺栓排列结构(座舱典型次强散射源)为研究目标,分析其散射机理,并结合多层快速多极子方法(MLFMM)及微波暗室RCS试验对主要散射源的散射强度进行了评估。进一步运用外形、材料等雷达隐身技术,提出了锯齿结构设计及吸波结构材料应用等针对座舱结构次强散射源的减缩控制措施。经仿真和试验验证,所提出的减缩控制措施有效解决了座舱结构次强散射源的散射问题,进一步提高了座舱雷达隐身性能。     

二维局部多层快速非均匀平面波算法

将一种新型的近似迭代技术——局部迭代融合到二维多层快速非均匀平面波算法,形成二维局部多层快速非均匀平面波算法,用于二维电磁散射问题的快速计算。多层快速非均匀平面波算法的计算复杂度等同于多层快速多极子方法,因此可用于电大尺寸问题的求解。由于其格林函数直接基于索末菲尔德积分,具有可以直接推广到分层媒质问题的优势。利用局部迭代技术可以进一步提高求解效率。数值结果验证了该方法的有效性。     

MoM-PO-MEC混合法及其在组合体散射中的应用

对于携带电小结构的电大目标的散射问题,单纯的矩量法(MoM)或单纯的物理光学法(PO)由于自身固有的缺点,都不能给出有效的结果.而矩量法与物理光学法的混合方法是解决此类问题的有效途径,本文在MoM-PO混合法的基础上,通过引入等效电磁流方法(MEC)来计算PO区域边缘的绕射贡献,提出了一种MoM-PO-MEC混合方法,并将其计算结果与多层快速多极子计算结果进行比较,最终证明了该混合方法的有效性.     

现代计算电磁学中的矩量法与快速算法

介绍了现代电磁理论中辐射散射问题的基于边界积分方程的矩量法.通过引入Krylov子空间迭代算法来求解矩阵方程,并使用快速多极子算法来加速计算矩阵向量积,可以使算法的空间和时间复杂度降为O（N15）.     

基于相位提取基函数的高效区域分解方法

为了进一步提高电大导体目标电磁散射问题的计算能力,给出了一种高效的区域分解方法。该方法采用定义在曲面三角形单元上的相位提取基函数来展开目标表面的感应电流,大幅减少了待求未知量的数目;同时结合区域分解方法,将原问题分解为若干个重叠的子问题并逐个进行求解,进一步降低了峰值内存需求。此外,为了简化缓冲区的构造过程,采用了仅一层锯齿状的边长约为0.5个波长的三角形单元作为缓冲区,取得了良好的收敛效果。多层快速多极子方法被用于加速矩矢相乘运算。数值算例说明了该方法的高效性和稳健性。     

MoM-PO混合方法在电磁散射问题中的应用

在分析电大尺寸物体的电磁散射特性过程中,高频近似方法和数值方法各有其优势和局限性,因此结合两者的优点来解决电大尺寸物体的电磁散射特性将是一条切实可行的途径。文章结合矩量法(MoM)和物理光学法(PO),提出了MoM-PO混合方法来求解电大尺寸物体的电磁散射问题,极大地提高了计算精度,改善了计算速度,为快速有效地解决电大尺寸物体的电磁散射问题提供了良好的途径。MoM-PO混合方法的数值计算结果与传统的MoM计算结果相一致。     

电大平台中多天线辐射特性的快速计算

为了在有限计算机资源条件下快速分析电大平台中的天线辐射特性,基于混合场积分方程实现了自动分层的多层快速多极子方法,采用结合GMRES(l)和BiCG优点的BiCGStab(l)进行求解,给出了一种新的基于“物理邻居”的近场预条件技术,该预条件能将矩量法单元之间的主要作用量考虑在内,有效提高了BiCGStab(l)的收敛速度．以实例计算了一个尺度与真实尺寸相当的舰船模型上多根超短波天线的远场辐射特性,数值结果表明这种方法能准确、快速地分析电大平台中的天线特性．     

Efficient solution of 3D electromagnetic scattering from large homogeneous targets

Based on the combined tangential formulation of surface integral equation, a fast algo- rithm is presented for calculating electromagnetic scattering from electrically large 3D homogeneous objects. In the algorithm, the lower triangular approximate Schur preconditioner is combined with the multilevel fast multipole algorithm （MLFMA）. The coefficient matrix of the near-field coupling element is selected to set up the approximate matrix. For large problems, the incomplete LU factori- zation with dual threshold （ILUT） has better performance than sparse approximate inverse （SAI） of accelerating the convergence of the generalized minimal residual method （ GMRES ） iteration. Nu- merical experiments validate the efficiency and robustness of the presented fast algorithm for homo- geneous dielectric objects.     

小波矩量法在理想导体柱散射分析中的应用

利用Daubechies离散小波变换,结合双共轭梯度法对平面波照射的无限长理想导体圆柱的表面电流进行了分析,将其结果与Haar小波展开点选配方法、经典矩量法的计算结果加以比较。在不影响精度的情况下,小滤变换法大大降低了计算复杂程度,并可将其推广至其他形状实体的散射分析中。     

Volume integral method for calculation of weak scattering from electronically large dielectric targets

To calculate the high-frequency scattering fields from the weak scattering dielectric objects, starting with the vector and scalar wave equation separately,Born approximation and Rytov approximation are introduced to directly compute the radar cross section and extended to the high-frequency analysis of the electrical large weak scattering dielectric objects based on the volume integral equation. By weakening the mutual actions between the scattering field, the incident field and the total scattering field through this approximation, the complicated procedures for solving the matrix by the traditional method can be avoided, thus saving the computational resources and the time consumption. Numerical results show that the approach is accurate and effective.     

基于快速多极间接边界元法的地震超材料隔震效应研究

本文将快速多极间接边界元法 (FMIBEM) 应用至地震超材料对地震波的散射模拟,并提出一种周期性隔震材料——岩土复合地震超材料 (RSCSM)。在精度验证基础上,对RSCSM的带隙结构及不同单晶胞结构下的隔震效果与带隙范围进行详细的数值分析。结果表明：采用FMIBEM能够有效地处理大型地震超材料对地震波的宽频散射问题；RSCSM能够隔离地震波超低频段隙,方形晶胞结构产生的带隙宽度(0.5-17 Hz与54-72 Hz)涵盖了地震波产生危害的主要频段(0.5-2 Hz),隔震效果可达35%以上；改变RSCSM的单晶胞结构会对地震超材料带隙结构产生重要影响。本文研究为二维地震超材料对地震波散射的模拟提供一种高效方法,研究结论可为地基隔震设计提供部分科学依据。     

快速分析线面结构天线宽带特性的扫频方法简

The best uniform rational approximation in conjugation with the method of moments (MoM) is applied to analyze the wide-band electromagnetic characteristic of the wire-surface objects. For the analysis of wire-surface objects, all the wire-surface models are substituted by surface-surface models, and then the radiation problem can be solved more efficiently by the Chebyshev approximation for the surface current combined with discrete wavelet transform (DWT). This technique offers a considerable computational saving in terms of memory. To improve the accuracy, the polynomial series is replaced by the Maehly series and the best uniform rational approximation is obtained. Numerical examples are performed to demonstrate the validity.     

粒子散射的几何光学模型中的多值散射角函数计算

对大颗粒散射特性分析通常采用物理意义清晰的几何光学近似模型(GOM)计算散射光强。本文分析了GOM,针对散射角的多值问题,提出一种基于MATLAB的遍历取值的求解方法,给出了球形大气泡粒子单一阶数散射光强和总散射光强分布图,并与Mie理论和Debye理论光强计算进行了比对,计算结果与Mie理论和Debye理论光强计算吻合很好,验证了算法的正确性。     

TDPO及其并行算法在电磁散射中的应用

为分析电大尺寸金属目标瞬态电磁特性,首先由逆傅里叶变换导出时域物理光学表达式,并对内存估计作了详细讨论。在此基础上,实现了基于网络并行平台MPI的TDPO并行算法,以解决利用TDPO计算超电大尺寸目标时计算时间长和由于内存限制单个微机不能计算的问题。测试了PC集群系统中并行TDPO算法的并行加速比。数值结果表明,N个性能相同的微机并行计算所需时间约为单机的1/N,大大提高了计算效率。     

粗糙海面与上方多目标瞬态电磁散射混合算法

为了提高时域算法的计算效率,提出了求解一维导体粗糙海面与其上方多目标复合电磁散射的时域混合算法．该算法将时域积分方程与时域基尔霍夫近似算法相结合,多目标散射以及目标之间的耦合散射通过时域积分方程精确求解,粗糙海面瞬态散射采用时域基尔霍夫算法近似求解．考虑到目标与粗糙面之间的耦合作用,建立了求解粗糙海面与其上方多目标复合瞬态散射的矩阵方程．通过与传统时域积分方程方法比较,表明混合算法既能保证数值结果精度,又能大大提高数值计算效率．