基于特征基函數(shù)的高效算法及其在電磁散射中的應(yīng)用.pdf

1、隨著航空、航天、航海等電子技術(shù)的發(fā)展，在雷達(dá)目標(biāo)隱身和反隱身技術(shù)、雷達(dá)目標(biāo)特征分析以及現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的電磁兼容性等領(lǐng)域經(jīng)常需要對(duì)一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維目標(biāo)體做電磁建模，并力求精準(zhǔn)且快速的分析結(jié)果，這一需求也成為了計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文在此背景下對(duì)計(jì)算電磁學(xué)中的一個(gè)分支進(jìn)行了研究，以表面積分方程為理論基礎(chǔ)，通過矩量法的求解方式，提出了一種新的計(jì)算方法——自適應(yīng)修正特征基函數(shù)法。整篇文章緊緊圍繞這一新的方法，研究該方法的加速技術(shù)以及

2、對(duì)不同類型目標(biāo)體電磁散射分析的適應(yīng)性，最終的目的是通過開發(fā)通用的電磁計(jì)算程序來切實(shí)可行的解決電磁工程中復(fù)雜的電磁目標(biāo)特性。本文中，對(duì)該方法的研究主要分為兩大部分，第一部分是方法本身的研究，包括方法的提出，加速技術(shù)等，第二部分是方法的拓展，包括將自適應(yīng)修正特征基函數(shù)法應(yīng)用到均勻介質(zhì)體、介質(zhì)與理想導(dǎo)體混合體的電磁散射研究中，并詳細(xì)討論了該方法在windows環(huán)境下的并行實(shí)現(xiàn)等。 在第一部分中，首先提出了一種新的計(jì)算方法——自適應(yīng)修正

3、特征基函數(shù)法（AMCBFM），該方法對(duì)目標(biāo)體的阻抗矩陣進(jìn)行分塊，通過等效電流或者磁流系數(shù)的自適應(yīng)修正技術(shù)，克服了已有方法中對(duì)基函數(shù)階數(shù)的選取不能自由控制的缺點(diǎn)，采用一種簡(jiǎn)單的電流誤差判斷方式方便快捷地控制計(jì)算精度。并討論了不同參數(shù)，包括分塊數(shù)目、基函數(shù)階數(shù)等對(duì)計(jì)算效率的影響，找出了較為合適的取值，數(shù)值結(jié)果表明本方法具有較高的計(jì)算效率。在此基礎(chǔ)上，將基于Dual-MGS的QR分解技術(shù)與AMCBFM結(jié)合，通過判斷塊間互阻抗矩陣的數(shù)值秩來確定

4、是否進(jìn)一步計(jì)算其他塊間互阻抗矩陣，大大降低了內(nèi)存需求，提高了計(jì)算速度。同時(shí)，將基于MBPE的有理函數(shù)插值技術(shù)與AMCBFM結(jié)合，成功的應(yīng)用到了電大尺寸目標(biāo)體的單站RCS求解以及寬帶特性研究中，討論了部分參數(shù)比如第三采樣點(diǎn)、精度誤差、分段采樣等對(duì)計(jì)算效率的影響，數(shù)值結(jié)果表明采用該插值方法后，所需要的采樣點(diǎn)數(shù)目大大減少。 在第二部分中，主要圍繞AMCBFM進(jìn)行拓展研究。首先簡(jiǎn)單介紹了適用于均勻介質(zhì)體的PMCHW方程組，該方程組基于場(chǎng)

5、等效性原理和表面積分方程。與AMCBFM結(jié)合，用來分析均勻介質(zhì)體的電磁散射，討論了塊間重疊區(qū)域、基函數(shù)階數(shù)的選取等對(duì)計(jì)算效率的影響。建立了用于介質(zhì)與理想導(dǎo)體混合體的表面積分方程組EFIE-PMCHW，與AMCBFM結(jié)合，分析了完全涂敷介質(zhì)的理想導(dǎo)體，部分涂敷介質(zhì)的理想導(dǎo)體等目標(biāo)體的電磁散射問題，討論了介質(zhì)厚度，介電常數(shù)等參數(shù)對(duì)計(jì)算效率的影響，通過分析微帶天線、微帶天線陣等目標(biāo)體的電磁散射進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的正確性和高效性。最后，在wind