目標(biāo)電磁散射的快速預(yù)估和基于多分辨基函數(shù)的高效算法.pdf

1、目標(biāo)的電磁散射特性在雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和目標(biāo)識別、軍用武器的隱身與反隱身、復(fù)雜環(huán)境中的電磁兼容等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的和數(shù)值方法的發(fā)展，電磁場數(shù)值仿真技術(shù)已經(jīng)成為研究目標(biāo)電磁散射特性的重要手段。電磁場數(shù)值方法可以分為高頻方法和低頻數(shù)值方法兩大類。本文主要研究了這兩類方法在電磁散射問題中的快速計(jì)算。
　　 高頻方法是一類利用局部近似原理忽略目標(biāo)各部分之間的大部分電磁耦合作用的近似方法，具有計(jì)算速度快、計(jì)算資源需求少的優(yōu)點(diǎn)

2、。因此，高頻方法為電磁散射問題的快速預(yù)估提供了有力的工具。本文系統(tǒng)地介紹和對比了多種經(jīng)典的高頻方法，給出了這些高頻方法的基本原理、公式和在實(shí)際工程中應(yīng)用，并且通過數(shù)值算例驗(yàn)證了這些高頻方法在電磁散射計(jì)算中的正確性。重點(diǎn)研究了目前應(yīng)用最為廣泛的彈跳射線法(SBR)，提出了一種改進(jìn)的雙站加速單站算法用于加速SBR單站仿真，并且基于SBR算法開發(fā)了一款的電磁分析軟件。此外，本文系統(tǒng)地研究了多種經(jīng)典高頻方法的時(shí)域形式，推導(dǎo)了多種時(shí)域高頻方法的基

3、本公式。并且以時(shí)域彈跳射線法(TD-SBK)為例，詳細(xì)介紹了時(shí)域高頻方法在實(shí)際工程中的實(shí)現(xiàn)方式。
　　 雖然高頻方法在目標(biāo)電磁散射的快速計(jì)算中具有一定的優(yōu)勢，但是高頻方法對于電小結(jié)構(gòu)和含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)的計(jì)算誤差很大。因此，研究低頻數(shù)值方法具有重要的意義。矩量法是一種典型的低頻數(shù)值方法，它無需引入截?cái)噙吔鐥l件、產(chǎn)生未知量較少，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。因此，本文選擇矩量法作為研究對象，研究了應(yīng)用于矩量法中的多分辨基函數(shù)及其預(yù)條件技術(shù)。與

4、矩量法中常用的RWG基函數(shù)相比，多分辨基函數(shù)生成的矩陣可以很好地稀疏化，并且具有良好的矩陣條件數(shù)。因此，多分辨基函數(shù)及其預(yù)條件技術(shù)可以有效地應(yīng)用于電磁散射問題的快速計(jì)算。多分辨基函數(shù)可以分為基于網(wǎng)格細(xì)分和基于網(wǎng)格聚合兩種基函數(shù)。本文分別對這兩種多分辨基函數(shù)及相應(yīng)的預(yù)條件技術(shù)作了深入的研究。
　　 首先，本文研究了基于網(wǎng)格細(xì)分的多分辨基函數(shù)，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了多分辨預(yù)條件技術(shù)?；诰W(wǎng)格細(xì)分的多分辨基函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，缺點(diǎn)是建

5、模能力受到輸入粗網(wǎng)格形狀限制。本文通過引入一個(gè)磁場積分算子主值項(xiàng)擾動，進(jìn)一步改善了多分辨預(yù)條件的效果。本文將多分辨基函數(shù)推廣到了曲面，構(gòu)造了一種曲面多分辨基函數(shù)。這種曲面多分辨基函數(shù)既具有良好的建模能力，同時(shí)還具有良好的收斂特性。本文還將多分辨預(yù)條件技術(shù)與多層快速多極子算法相結(jié)合分析電磁散射問題。此外，本文研究了多分辨預(yù)條件技術(shù)在物理光學(xué)和矩量法的混合方法中的應(yīng)用，并且實(shí)現(xiàn)了對該混合方法的有效加速。
　　 其次，本文研究了基于網(wǎng)

6、格聚合的多分辨基函數(shù)。與基于網(wǎng)格細(xì)分的多分辨基函數(shù)相比，基于網(wǎng)格聚合的多分辨基函數(shù)具有更好的建模能力。本文提出通過幾何方式構(gòu)造多分辨基函數(shù)。與代數(shù)方式構(gòu)造多分辨基函數(shù)相比，幾何方式構(gòu)造多分辨基函數(shù)更容易、物理意義更明確。對比了幾何和代數(shù)方式構(gòu)造的多分辨基函數(shù)，并且將這兩種方式構(gòu)造的多分辨基函數(shù)應(yīng)用于分析低頻問題。此外，本文提出了一種冗余l(xiāng)oop基函數(shù)作為多分辨基函數(shù)的旋度部分以改善多分辨基函數(shù)在分析閉合體時(shí)的收斂特性。本文還提出將基于網(wǎng)