時域積分方程混合與快速算法及其在分析復雜結構中瞬態(tài)電磁效應的應用研究.pdf

1、近年來，電子信息系統在功能日漸強大的同時，也面臨著電磁環(huán)境日益復雜和惡劣的問題。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)設備，如何深入研究外來高功率電磁脈沖對典型器件、系統的耦合機理和損毀效應顯得非常迫切和重要。在研究艦船平臺EMC問題時，由于真實試驗條件有限，花

2、費代價也巨大，受到諸多限制。因此，使用計算電磁學方法進行數值仿真，對問題和設計進行評估、量化和改進，可發(fā)揮重要作用。正是本著這樣的目標，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)新點可歸納為:
　　1)基于時域積分方程的特性，較為系統地研究了時間步進算法。分析了常用時間基函數波形及其特性，研究了顯式和隱式算法;針對時間步進算法后時不穩(wěn)定性問題，利用新型拉蓋爾

3、多項式時間基函數，提出了后時穩(wěn)定的自適應階數步進(MOD)求解方法;
　　2)系統研究了復雜金屬-介質組合體目標的電磁特性，建立TD-EFIE-PMCHW方程，研究介質涂覆、金屬貼片等不同情形，提出一種處理金屬-介質-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，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)系統研究了自適應積分方法，提出了TD-AIM-MOD快速算法，包括輔助基函數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，以及奇異值分解壓縮技術;
　　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。在此基礎上，研究了典型先進艦船桅桿結構及其電磁建模技術，運用并行TD-AIM-MOD方法分析了艦船桅桿典型結構模型的瞬態(tài)散射特性。