目標電磁散射的快速預估和基于多分辨基函數的高效算法.pdf

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

2、。因此，高頻方法為電磁散射問題的快速預估提供了有力的工具。本文系統地介紹和對比了多種經典的高頻方法，給出了這些高頻方法的基本原理、公式和在實際工程中應用，并且通過數值算例驗證了這些高頻方法在電磁散射計算中的正確性。重點研究了目前應用最為廣泛的彈跳射線法(SBR)，提出了一種改進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，本文系統地研究了多種經典高頻方法的時域形式，推導了多種時域高頻方法的基

3、本公式。并且以時域彈跳射線法(TD-SBK)為例，詳細介紹了時域高頻方法在實際工程中的實現方式。
　　 雖然高頻方法在目標電磁散射的快速計算中具有一定的優(yōu)勢，但是高頻方法對于電小結構和含有精細結構的目標的計算誤差很大。因此，研究低頻數值方法具有重要的意義。矩量法是一種典型的低頻數值方法，它無需引入截斷邊界條件、產生未知量較少，具有很強的實用性。因此，本文選擇矩量法作為研究對象，研究了應用于矩量法中的多分辨基函數及其預條件技術。與

4、矩量法中常用的RWG基函數相比，多分辨基函數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。因此，多分辨基函數及其預條件技術可以有效地應用于電磁散射問題的快速計算。多分辨基函數可以分為基于網格細分和基于網格聚合兩種基函數。本文分別對這兩種多分辨基函數及相應的預條件技術作了深入的研究。
　　 首先，本文研究了基于網格細分的多分辨基函數，并且在此基礎上構造了多分辨預條件技術?；诰W格細分的多分辨基函數的優(yōu)點是構造簡單，缺點是建

5、模能力受到輸入粗網格形狀限制。本文通過引入一個磁場積分算子主值項擾動，進一步改善了多分辨預條件的效果。本文將多分辨基函數推廣到了曲面，構造了一種曲面多分辨基函數。這種曲面多分辨基函數既具有良好的建模能力，同時還具有良好的收斂特性。本文還將多分辨預條件技術與多層快速多極子算法相結合分析電磁散射問題。此外，本文研究了多分辨預條件技術在物理光學和矩量法的混合方法中的應用，并且實現了對該混合方法的有效加速。
　　 其次，本文研究了基于網

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