三维柱坐标系下近场-远场转换及其验证

在三维扩展圆柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层吸收边界条件下的时域有限差分表达式(PML FDTD),并用Mur边界条件对PML有关参数的设置进行了修正。利用线性插值法和等效原理完成了柱坐标系下的近场 远场转换,从而把PML拓展到三维柱坐标系。提出了利用等效激励源法、等距离线法及方向图法等对算法进行验证的方法,这些验证方法也同样适用于其它坐标系及边界条件下的FDTD方法验证。最后利用FDTD方法计算分析了同轴电缆的孔缝电磁辐射效应。     

时域有限差分并行算法中的吸收边界研究

针对并行FDTD中以二阶Mur、单轴各向异性介质完全匹配层(UPML)和卷积形式完全匹配层(CPML)为吸收边界的并行化处理方法进行论述.用金属球的远区散射计算,并与Mie级数解对比,验证了并行计算中三种吸收边界的吸收效果.最后给出UPML吸收边界FDTD计算内存估计公式,并以电大尺寸目标卫星模型为例对并行性能进行了测试.由于并行中通信时间影响并行加速比和效率,UPML和CPML吸收边界的相邻子域数据通信方式与FDTD选代式相同,而Mur吸收边界的相邻子域间数据通信方式与FDTD完全不同,它的并行性能要低于前两者.电大尺寸卫星目标模型的多机并行计算测试结果表明,UPML和CPML并行FDTD计算的并行加速比及其效率整体上高于Mur,其中CPML吸收条件下的效率达到90%以上.     

分析周期结构的Crank-Nicolson FDTD方法

常规FDTD方法的最大时间步长受最小离散网格的限制,需要满足CFL(courant-friedrich-levy)稳定性条件。一维Crank-Nicolson FDTD方法采用隐式差分格式,突破了稳定性条件的限制,是求解PBG(photonicband-gap)这类周期性结构目标的有效方法之一。讨论了一维Crank-Nicolson FDTD方法中总场边界的设置,引入总场边界后便于提取周期性结构的反射系数。应用该方法分析了一种周期性结构的反射特性,与用传播矩阵方法所得结果一致。算例也表明了当时间步长取为常规FDTD时间步长100倍时,该算法仍然是无条件稳定的。     

时域有限差分法的一种新的吸收边界条件

本文首次把数字信号处理的窗函数引入时域有限差分法(FDTD),提出了FDTD法的一种新的吸收边界条件。数值结果表明:这种吸收边界条件能有效地减少电磁波在边界处的反射,提高分析精度,具有应用价值。     

超宽带冲激无线电引信地面回波仿真算法

超宽带冲激无线电引信系统设计过程中使用计算电磁学的方法研究地面对回波信号的影响,目前对超宽带冲激信号地面回波的计算多使用传统FDTD算法,其仿真步长受到稳定性条件的限制,计算量较大;基于ADI-FDTD(交替方向隐式-时域有限差分)算法,使用CPML(卷积完全匹配层)作为吸收边界,使用多极点Debye土壤模型描述地面电磁特性,提出一种多极点Debye介质中的CPML-ADI-FDTD方法;对不同湿度和粗糙度的地面回波进行仿真,结果表明所用的算法具有较高的精度和计算效率。     

组合目标电磁散射的FDTD/TDPO混合法

为分析组合目标的后向电磁散射,提出了时域有限差分FDTD与时域物理光学TDPO相结合的混合算法。组合目标包括电大尺寸和电小尺寸两个彼此相互分离的部分。采用FDTD方法分析形状或介质较复杂的电小结构部分;采用TDPO方法分析目标的电大尺寸部分。在处理FDTD区对TDPO区耦合时,利用了基尔霍夫积分的近场-近场外推技术,并提出了顺序传递方法,按照FDTD的时域计算顺序将FDTD区对TDPO区的贡献直接传递到远区观察点,计算效率高,所需内存少。对于远区后向散射,TDPO区对FDTD区的耦合则由互易性定理得到。最后给出了验证和应用算例,表明了方法的正确和有效性。     

小波技术在时域有限差分法中的应用

在时域有限差分法(FDTD)中利用小波变换技术进行数据压缩,提高了计算效率,同时节省计算存储空间。利用小波分解对惠更斯表面的时域切向场分布进行分解,存储经过阈值量化后的小波系数达到压缩编码的目的。在FDTD近场计算结束后,利用小波重构所得到的惠更斯表面的时域切向场分布进行近—远场变换计算散射场。结合小波变换的FDTD法计算缝隙金属平板的散射场的数值实验结果说明该方法的有效性。     

基于CUDA的图形处理器FDTD算法仿真研究

由于数值色散及时域迭代的特点,利用时域有限差分（FDTD）进行电磁仿真往往是十分耗时的,通用图形处理器（GPGPU）技术为其提供了解决方案。通过分析FDTD算法及其数值稳定条件,阐明其天然并行优势。基于计算统一设备架构（CUDA）模型,提出了利用图形处理器并行FDTD仿真的实现方法,并与传统CPU计算相比较,验证了并行结果的精确性,分析了各种尺度网格下速度提升情况,通过进一步优化并行方法,计算速度与单CPU相比可提升数十倍。     

薄涂层介质目标电磁散射的CFDTD分析

针对介质目标表面具有薄涂层材料的电磁散射问题,提出了一种基于等效介质参数的共形FDTD(Conformal FDTD,CFDTD)方法。对于介质目标表面包含薄涂层的共形网格,电场采样点处的介电常数和电导率的等效值通过元胞中介质、涂层和自由空间三者所占的长度加权平均得到,而磁场采样点处的磁导系数和导磁率的等效值利用介质、涂层和自由空间所占的面积加权平均得到。共形网格上电磁场递推式与常规FDTD递推式形式相同,只是递推式系数中的介质参数用相应的等效参数代替。涂层介质球的计算结果说明在保证计算精度的情况下,该方法可比常规FDTD方法节约大量的内存和计算时间。最后用该方法计算分析了复合结构弹翼的电磁散射特性。     

FDTD并行计算中的区域划分及负载平衡

与并行处理机相比,基于局域网的并行FDTD算法是解决复杂电磁问题相对简单的、有效的方法。本文讨论了利用网络进行FDTD并行计算时需要解决的两个关键问题:区域划分及负载平衡策略,并利用局域网内的2台和4台PC实现了对平面光波导实例的并行计算,给出了实验结果。结果表明,利用该方法可以获得较好的加速比,并能大大提高计算的效率。     

Perfectly matched layer implementation for ADI-FDTD in dispersive media

1.INTRODUCTIONThe finite difference time domain(FDTD)method iswidely used for solving electromagnetic problems[1].The Courant stability condition must be satisfiedwhen the method is used.Alternating direction i m-plicit finite difference ti me domain(ADI-FDTD)method proposed by Namiki is based on the alternat-ing direction i mplicit technique and is applied toYee’s cell to solve Maxwell’s equations[2,3].Thisscheme is unconditionally stable and is not dissipa-tive.Therefore,the ti …     

一种新型的吸收边界条件

在应用时域有限差分法得到Maxwell方程的数值解时,需要采用吸收边界条件来截断无限大空间。比较已存在的数种吸收边界条件,提出了一种新的吸收边界条件——电流吸收边界条件。它人为地采用理想导电体包裹计算区域,并在边界上引入辅助电流来截断无限空间,抵消反射波,保持计算域内的行波状态。数值计算结果表明,这是一种简单、高效的吸收边界条件。     

歼击机座舱供气流动边界条件计算模型

歼击机座舱空气分配系统的送风参数是影响舱内流场的重要因素。建立了供气流动边界条件计算模型以获得舱内流场计算的入口边界条件。分别采用该计算模型及传统的均匀供气边界条件对舱内流场进行了数值计算,并通过地面模拟实验验证了数值计算的准确性。计算结果和实验结果的对比表明,采用该计算模型的流场计算精度比传统方法有显著提高。     

非共形区域分解法分析电磁散射问题

非共形区域分解法允许相邻子域在分界面上具有不一致的网格剖分,对所形成的方程组的求解类似于Jacobi迭代。通过对子域分界面上混合边界条件的修正,以及使用修正后的Galerkin测试基函数,可以很大程度上加速迭代收敛。同时,将各向异性完全匹配层（perfectly matched layer, PML)引入非共形区域分解法,也极大地减少了未知量。另外,还对多种加速求解的方法做了深入研究,对非共形分界面上实现数据交换做了详细的阐明。最后通过算例验证了该算法的准确性和高效性。     

基于CAD模型的边界离散元法仿真算法研究

为实现由边界的二维CAD模型(二维CAD软件设计图)建立边界的二维离散元法分析模型,提出一种基于图元的二维边界离散元法仿真算法。该算法采用Bresenham方法设置边界图元信息以进行邻居搜索,采用几何和数值方法进行颗粒与边界图元的接触检测、接触点求解和接触叠合量的计算。实例验证证明了该算法的正确性和有效性,为实现由机械部件的CAD模型进行机械部件工作过程的离散元法仿真分析奠定了基础。     

FD-TD Analysis of Electromagnetic Wave Scattering by Infinite Periodic Structure

ＦＤＴＤＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅＳｃａｔｅｒｉｎｇｂｙＩｎｆｉｎｉｔｅＰｅｒｉｏｄｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｈｅｎＢｉｎ，ＦａｎｇＤａｇａｎｇ＆ＹａｏＰｉｎｇＮａｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ...     

Well-Posedness of Initial Boundary Value ProblemsAssociated with Absorbing Boundary Conditions

1IntroductionWhencalculatingsolutionstopartialdifferentialequationsitisoftenessentialtointroduceartificialboundariestolimittheareaofcomputation.Importantareasofapplicationwhichuseartificialboundariesarelocalweatherprediction(see[1]and[2]),geophysicalcalculationsinvolvingacousticandelasticwaves[3],andavarietyofotherproblemsinfluiddynamics.Oneneedsboundaryconditionsattheseartificialboundariesinordertoguaranteeauniqueandwell-posedsolutiontothedifferentialequation.Ofcourseltheseboundaryconditionss…     

利用MoM和LIBC求解材料涂覆导体平板的后向散射

利用矩量法结合Leontovich阻抗边界条件求解材料涂覆导体平板的后向散射问题，并与PO和UTD的计算结果进行了比较，理论与测量验证了该方法的有效性。通过分析不同材料参数或不同平板尺寸对材料涂覆导体平板后向散射的影响，得到一些有益的结论。     

CPML在脉冲辐射场数值模拟中的应用研究

利用时域有限差分法对电磁脉冲模拟器辐射天线产生的电磁场进行数值模拟,在分析卷积完全匹配层(CPML,convolutional perfectly matched layer)原理的基础上,分别选用CPML和修正的完全匹配层(MPML)两种吸收边界条件进行对比分析,仿真结果表明CPML不仅可以吸收传播模,而且还能够有效吸收低频凋落波,获得了很好的截断效果,展示了其在电磁脉冲模拟器数值模拟中的应用前景。