時域積分方程混合與快速算法及其在分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)中瞬態(tài)電磁效應(yīng)的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，電子信息系統(tǒng)在功能日漸強(qiáng)大的同時，也面臨著電磁環(huán)境日益復(fù)雜和惡劣的問題。隨著電磁脈沖武器研制的發(fā)展，電磁兼容和電磁干擾問題成為高度研究的問題。高功率電磁脈沖可以通過天線、線纜等注入電子器件與線路，使受輻照的電子設(shè)備功能失效甚至損毀。特別是，對于艦船平臺，在有限的空間需放置大量不同波段收發(fā)設(shè)備，如何深入研究外來高功率電磁脈沖對典型器件、系統(tǒng)的耦合機(jī)理和損毀效應(yīng)顯得非常迫切和重要。在研究艦船平臺EMC問題時，由于真實(shí)試驗(yàn)條件有限，花

2、費(fèi)代價也巨大，受到諸多限制。因此，使用計算電磁學(xué)方法進(jìn)行數(shù)值仿真，對問題和設(shè)計進(jìn)行評估、量化和改進(jìn)，可發(fā)揮重要作用。正是本著這樣的目標(biāo)，論文有針對性地研究了時域積分方程混合與快速算法，開發(fā)了用于分析電磁脈沖照射下瞬態(tài)電磁問題的并行平臺，主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為:
　　1)基于時域積分方程的特性，較為系統(tǒng)地研究了時間步進(jìn)算法。分析了常用時間基函數(shù)波形及其特性，研究了顯式和隱式算法;針對時間步進(jìn)算法后時不穩(wěn)定性問題，利用新型拉蓋爾

3、多項式時間基函數(shù)，提出了后時穩(wěn)定的自適應(yīng)階數(shù)步進(jìn)(MOD)求解方法;
　　2)系統(tǒng)研究了復(fù)雜金屬-介質(zhì)組合體目標(biāo)的電磁特性，建立TD-EFIE-PMCHW方程，研究介質(zhì)涂覆、金屬貼片等不同情形，提出一種處理金屬-介質(zhì)-自由空間三者的交界邊(junction)的精確方法，并且研究了卷積計算加速技術(shù)，使算法更為有效;
　　3)研究了時域積分方程與高頻方法的混合，提出了TDIE-TDPO混合方法，有效分析了平臺上多天線耦合特性;<

4、br>　　4)系統(tǒng)研究了自適應(yīng)積分方法，提出了TD-AIM-MOD快速算法，包括輔助基函數(shù)投影矩陣的快速求解、FFT加速Toeplitz矩陣-向量乘積，稀疏矩陣存儲技術(shù)，以及奇異值分解壓縮技術(shù);
　　5)研究和開發(fā)了快速算法TD-AIM-MOD的并行程序，解決了4-D時-空FFT并行求解技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究了典型先進(jìn)艦船桅桿結(jié)構(gòu)及其電磁建模技術(shù)，運(yùn)用并行TD-AIM-MOD方法分析了艦船桅桿典型結(jié)構(gòu)模型的瞬態(tài)散射特性。