辛FDTD算法

利用Hamilton函数的变分形式,将Maxwell方程表述为Hamilton正则方程形式.利用辛传播子技术结合高阶差分格式对方程进行离散以保持方程的内在结构,建立了求解Maxwell方程的辛时域有限差分(SFDTD)算法.对SFDTD算法的稳定性及数值色散性进行了探讨,并将辛SFDTD算法应用于时域电磁散射计算中,数值结果表明该方法的正确性及高精度性.     

基于高阶辛算法求解Maxwell方程

为克服标准时域有限差分(FDTD)方法的缺陷,引入一种新的数值计算方法———高阶辛算法求解Maxwell方程,即在时间上用高阶辛差分格式离散,空间分别采用二阶及四阶精度的差分格式离散。系统地分析了高阶辛算法的稳定性及数值色散性,通过理论上的分析及数值计算表明,在空间采用相同的二阶精度的差分离散格式时,高阶辛算法的稳定性与FDTD法相当;四阶辛算法结合四阶精度的空间差分格式较FDTD法具有更为优越的数值色散性———各向同性。结合二维TMz波的数值计算结果表明,高阶辛算法较FDTD法有着更强的计算优势。     

基于时域有限差分方法求解薛定谔方程

时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)方法广泛应用于电磁场仿真领域,并与量子力学理论相结合来求解时域薛定谔方程,然而数值计算中的稳定性研究缺少理论方面的探讨。基于冯·诺依曼的稳定性分析方法得到了时域薛定谔方程的一维以及多维的稳定性条件,并且讨论了在不同势能情况下该稳定性条件的表现形式。数值结果充分证明了结论的正确性。     

MRTD和高阶FDTD算法的数值色散特性的分析

时域多分辨分析（MRTD）算法和高阶时域有限差分法（HO-FDTD）是目前解决电大尺寸电磁结构仿真的有效手段。导出了基于Daubechies小波尺度函数的MRTD算法和HO-FDTD算法的通用差分公式和数值色散方程，并详细讨论了空间步长、时间步长以及电磁波传播方向对二者数值色散误差的影响。结果证明，MRTD算法与HO-FDTD算法非常相似，但HO-FDTD算法的数值色散特性优干具有相同展开项个数的MRTD算法。     

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。     

基于FDTD的早期乳腺癌超宽带成像的仿真与校验

介绍了一种基于时域有限差分法(FDTD)的早期乳腺癌超宽带微波成像仿真软件。该软件能模拟由激励源发出的超宽带微波信号在乳房组织中的色散传播,以及遇目标后发生散射、最终被接收天线接收的过程。软件还考虑了在两种介质分界面上电磁波发生反射和折射的情况。为验证该软件的有效性,分析了几种情况下接收信号的波形,并用该软件得到的仿真数据进行共焦成像。结果表明该仿真软件可用于仿真早期乳腺癌超宽带微波成像。     

用FDTD方法计算二维各向异性涂层目标的RCS

给出了计算二维情况各向异性介质物体散射的时域有限差分 (finitedifferencetimedomain ,FDTD)方法公式 ,讨论了编程时应注意的问题。用FDTD方法计算了各向异性有耗介质涂层目标的雷达散射截面 (radarcossse tion ,RCS) ,说明这种介质涂层能够缩减金属目标的RCS。     

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。     

基于移位算子方法的通用介质CFS-PML实现

针对通用色散介质时域有限差分方法计算时完全匹配层吸收边界截断的问题,提出了一种新颖的复频率完全匹配层实现方法。该方法从拉伸坐标系的麦克斯韦旋度方程出发,首先利用移位算子方法得到拉伸坐标张量系数的移位算子表示式,进而得到完全匹配层的时域有限差分更新公式。该公式与计算区域内的介质无关,可用于通用介质情况。数值计算结果表明,所得吸收边界在内存占用、计算时间、应用场合等方面均表现出色,且推导简单,概念明确。     

基于三角面元的涂层目标FDTD共形网格生成技术

提出了一种基于三角面元数据生成涂层目标时域有限差分（finite-difference time domain, FDTD）共形网格的方法。通过将原目标中各三角面元的顶点沿曲面在该点处的法线方向内移（内涂层）或外移（外涂层）所需的厚度,得到一组关于涂层的三角面元数据。其中曲面上各顶点处的法线方向近似等于包围该顶点的各三角面元的单位法向的矢量和。对于局部涂敷的情况,可根据需要只将涂敷部分所包含的三角面元顶点进行相应的移动,而其余顶点的位置保持不变。利用投影求交法,由原目标的三角面元数据和新生成的涂层三角面元数据即可得到共形FDTD计算所需要的共形网格参数。数值结果验证了方法的正确性和有效性。     

辛欧拉格式形式能量的收敛性

对谐振子系统和单摆系统分析了辛欧拉格式形式能量的收敛性。得到辛欧拉格式的形式能量后,发现应用于谐振子系统的辛欧拉格式的形式能量是收敛的,对单摆系统无法确定形式能量的收敛范围,但其修正方程精确保持系统的平衡点。理论分析和数值模拟表明在形式能量收敛的条件下,用辛欧拉格式计算这两个系统具有保持整体结构的效果。     

微波段电单轴介质主轴方向确定及参数反演

给出了各向异性介质介电系数张量主系表达式和实验室系表达式之间的关系。讨论了实验室系中电单轴介质介电系数张量的特点。将各向异性介质沿三个正交方向切割成板状样品,分析了电磁波沿不同入射方向和不同极化情形下,样品板后向散射的特点。提出了一种测量板状样品后向散射场交叉极化分量并结合已有方法反演微波段电单轴各向异性介质参数和确定介质主轴方向的新方法。利用时域有限差分方法数值模拟了电各向异性板状材料的后向散射,并给出了参数反演和主轴方向确定的算例。理论分析和数值模拟结果表明,本文方法可应用于自由空间测量中电单轴各向异性介质主轴方向确定和介质参数测量。     

F117A隐身飞机的电磁散射特性研究

针对F117A隐身飞机通过独特的几何外形设计来实现隐身的特点,利用网络并行FDTD方法,在网络并行计算系统平台上,计算和分析了其电磁散射特性,包括低频散射特性、高频散射特性、俯仰特性、双基地特性和时域波形特性,同时还给出与微波暗室实测结果的比较,验证了计算结果的正确性。通过计算获得了一些有价值的数据和结论,为反隐身雷达设计提供了理论依据。     

一个改进的微波近场乳癌检测仿真系统

根据微波近场乳腺癌检测仿真系统研究存在的问题,设计出一套比较完善的仿真软件。此次的更新点主要在于:1.加入了天线的线性极化设置;2.采用廖氏二阶吸收边界提高运算速率;3.能够实时观测电场或磁场的分布情况。采用confocal成像算法对仿真软件产生的数据进行处理,结果表明该软件产生的数据有效,能够用于今后成像算法的研究,对建立实际系统也有一定指导意义。     

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 …     

地面附近开口箱体孔缝耦合效应的数值仿真

在时域有限差分（FDTD）法中引进时域表面阻抗边界条件（SIBC），对电磁脉冲斜入射有耗地面附近开口葙体时的孔缝耦合期律进行了数值仿真，由频域表面阻抗出发通过拉氏变换得到时域表面阻抗边界条件（SIBC），并将这种边界条件应用于FDTD方法中来模拟有耗地面的反射。仿真结果表明：（1）电磁脉冲相对于开口的入射角度不变时，当地面的导电率越大，则经地面反射而耦合进箱体内的电磁脉冲场就越强。但耦合进箱体内的总脉冲场的主峰幅度与自由空间中的相等。（2）地面的导电率不变时，当电磁脉冲垂直于开口平面入射时，耦合进箱体内的脉冲场最强。     

Deterministic simulation of UWB indoor propagation channel

A site-specific model of UWB pulse propagation in indoor environment is addressed. The simulation utilizes the principles of geometrical optics （GO） for direct and reflected paths＇ tracing and the time domain technique for describing the transient electromagnetic field reflected from wall, floor, ceiling, and objects. The polarization of the received waveform is determined by taking into account the radiation pattern of the transmitting and receiving antennas, as well as the polarization changes owing to every reflection. The model provides more intrinsical interpretations for UWB pulse propagation in realistic indoor environment.