改进的离散化方法在二维电磁散射中的应用

电磁散射问题的数值解通常采用积分方程结合矩量法求解,而阻抗矩阵元素的计算是影响矩量法计算精度和效率的重要因素之一。对于电大尺寸目标,要保持计算精度,传统矩量法需成倍细化网格剖分,这将耗费大量的计算机资源,并且计算效率大为下降。针对二维散射情况,引入二级近似方法来生成阻抗矩阵,将计算结果与传统矩量法及数值积分进行了比较,结果表明:该方法在同等计算精度的前提下,所需未知量数大大减少。     

二代小波插值在目标RCS计算中的应用

针对二维目标电磁散射特性分析问题,提出了一种基于传统矩量法的新算法。该算法采用二代小波插值理论,通过近相关和远相关分离的办法,实现了阻抗矩阵元素的快速填充,从而实现目标雷达散射截面(RCS)的快速计算。将计算结果与传统矩量法计算的结果进行了比较,数值结果表明:在不影响精度的前提下,尤其是对于电大目标问题,本文方法的计算效率大大提高。     

求解电大目标散射问题的累进迭代方法

在矩量法(MOM)的基础上,采用混合场积分方程(CFIE)结合累进迭代的数值方法(PNM)研究了电大尺寸目标电磁散射问题。目标被分成一些小区域,因此缩小了所需要求逆的矩阵的大小并且减少了计算时间。数值模拟计算了理想导电的圆柱,矩形柱的表面电流分布。所得的结果和一般分域基矩量法的结果以及圆柱的理论计算结果吻合得很好ss,说明了本文方法的有效性。     

二代小波在求解电磁场积分方程中的应用

为实现电磁场积分方程的快速求解,对第二代小波变换理论进行了阐述,并给出了适用于矩阵变换的具体公式,从而提出了一种基于第二代小波变换的预处理算法.通过对矩量法生成的稠密阻抗矩阵进行稀疏化预处理,加速了矩阵方程迭代求解中的矩阵矢量积.针对传统小波变换在矩阵方程维数上的限制,构造了一种任意维矩阵方程的预处理算法.对不同目标的电磁散射特性进行了分析,并将结果与解析解、矩量法直接求解等进行了对比,验证了算法的有效性.鉴于其通用性,所提任意维矩阵方程预处理算法可以推广至其他工程计算领域.     

改进的特征基函数法分析电磁散射问题

目标电磁散射特性分析具有重要意义,矩量法等数值方法是求解该类问题的重要工具。当待分析目标的电尺寸增大时,矩量法的内存需求和计算量随之快速增加,极大地限制了可求解问题的规模。宏基函数类方法通过在宏域上构造各种宏基函数,减少未知量数目,实现最终矩阵方程规模的缩减,使分析大规模问题变为可能。重点研究该类方法中近期获得较大发展的特征基函数法,结合物理光学法和球谐函数展开-多层快速多极子技术分析电磁散射问题。数值结果验证了改进的特征基函数法的准确性与高效性。     

介质体电磁散射的矩量法快速求解

针对传统低阶矩量法(MoM)几何建模复杂、计算量大等缺点,采用高阶矩量法和双线性表面技术对介质体电磁散射问题进行了研究。首先建立散射体的双线性表面几何模型,然后基于等效原理建立表面电磁积分方程,最后以典型散射体为例,采用高阶矩量法进行了仿真计算。计算结果表明,高阶矩量法结果不仅与MoM结果吻合很好,而且至少减少了50%的未知量,同时也节省了计算机内存。因此该算法在快速求解介质体的电磁散射问题时有一定的理论和应用价值。     

基于PO和EEC的特征基函数快速构造方法

特征基函数的构造是特征基函数方法(characteristic basis function method, CBFM)的关键步骤之一，传统的CBF构造方法(construction of characteristic basis functions, CBFs)是在子区域上应用矩量法(method of moment, MoM)，因此需要消耗大量的计算时间。为降低构造过程的计算量，提高电大目标电磁散射的计算效率，提出了基于高频近似方法的特征基函数快速构造方法，针对边缘效应引入了等效边缘流(equivalent edge currents, EEC)修正，可以在保持算法通用性的同时显著提高包含边缘结构的目标散射计算精度。数值结果验证了方法的正确性及高效性。     

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。     

一种新的混合基函数在电磁散射问题中的应用

三维电磁散射问题通常采用电场积分方程(electric field integral equation,EFIE)结合矩量法(meth-od of moment,MoM)求解,而基函数是决定矩量法计算精度和效率的重要因素。采用具有降维效果的双线性四边形模型来模拟实际物体表面,提出了一种基于该四边形的混合域基函数,应用于金属物体的电磁散射特性的计算仿真中。该混合域基函数集成了分域基和全域基的优点,结果表明,相比于基于三角形剖分的RWG函数(rao,wilton and glisson,RWG),混合基函数能够在减少未知数个数的同时获得较高的计算精度,具有计算精度高、速度快、内存要求低的特点。     

三维局部多层快速多极子算法

为了进一步加速多层快速多极子算法求解电大尺寸目标电磁散射,提出了一种基于局部耦合技术计算矩阵矢量相乘的多层快速多极子方法。通过在迭代过程中设置与迭代误差相关的最初层,每次迭代仅仅需要考虑局部的耦合区域。该方法在保证合理计算精度的同时大大降低了迭代过程中矩阵矢量相乘的计算复杂度,提高了多层快速多极子方法计算效率。数值结果说明了所提方法的有效性。     

基于渐近波形估计与混合粒子群算法的目标外形反演

提出了一种能同时重构多个导体目标外形的新方法--混合粒子群算法。利用矩量法和渐近波形估计技术求解电磁散射问题,以测量的散射场和计算散射场偏差作为目标函数,将待优化变量设置为目标的截面轮廓近似表达的三角级数形式的系数,通过混合粒子群算法对待优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对自由空间中的散射体进行电磁成像。仿真结果表明,混合粒子群算法比伪群交叉算法具有更好的收敛性能和成像精度,具有较强的抗随机噪声干扰能力。     

参数曲面屋顶基函数在电磁散射中的应用

针对基于屋顶基函数的传统矩量法几何建模复杂、计算量大等缺点,提出一种定义在参数曲面上的屋顶基函数,并将其用于矩量法求解电磁散射问题。参数曲面几何建模能用较少的曲面四边形精确地逼近散射体表面,定义在参数曲面上的屋顶基则大大减小了矩阵规模,简化了计算。计算结果表明,与基于屋顶基（rooftop basis function, RBF）函数的传统矩量法相比,所提方法不仅结果精确可靠,而且极大地减少了未知量,同时也节省了计算机内存。     

电大涂覆载体天线间宽频带干扰快速分析

分析电大尺寸涂层体天线间的宽带干扰,必须解决电大尺寸涂层体电磁快速计算问题和宽带参数计算问题。首先建立了天线间干扰分析模型,并提出了一种混合单元级矢量有限元/自适应多层快速多极子算法,算法中有限元部分的计算可在单元级上完成,无须生成总体系数矩阵,因此可大大节省内存及计算时间;将多层快速多极子算法中的基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使各部分的积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅里叶变换计算完成。最后结合波形渐进估计技术实现了宽带干扰参数的快速计算。数值结果说明了方法的有效性。     

计算粗糙地面下方埋藏目标复合散射的E-PILE+BMIA/CAG算法

为快速获取电大尺寸随机粗糙面下方埋藏目标的电磁散射特性,基于层内波传播展开法（propagation-inside-layer-expansion, PILE）和带状矩阵迭代及规范网格法（banded matrix iterative approach canonical grid,BMIA/CAG）,提出了结合带状矩阵迭代及规范网格法的扩展层内波传播展开法（E-PILE+BMIA/CAG）。数值计算过程中,以高斯随机粗糙面模拟实际地表面,并引入锥形入射波以减小人为截断粗糙面所引起的计算误差。为验证算法的有效性和收敛性,计算了一维介质粗糙面下方埋藏无限长二维介质圆柱目标的散射特性,研究了目标与粗糙面之间的相互作用,并与已有算法结果进行比较。最后计算了大入射角情况时地面下方埋藏目标的复合散射特性。该研究成果对于目标探测等领域具有一定的理论指导价值。     

基于PO-EEC的各向同性介质薄层涂覆目标电磁散射

基于阻抗边界条件,将介质薄层涂覆目标等效为无厚度阻抗表面,应用三维各向同性阻抗面电磁散射的物理光学(physical-optics, PO)算法,并通过各向同性阻抗劈的一致性几何绕射理论导出各向同性阻抗边缘的等效边缘流(equivalent edge currents, EEC),从而以边缘波场修正物理光学场,实现各向同性介质薄层涂覆三维导电目标电磁散射的高频预估。给出两个典型算例,与矩量法精确结果吻合良好,验证该各向同性PO-EEC算法的精度和效率。     

一种舰船目标SAR回波的快速仿真方法

为满足合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在海洋遥感的应用需求,提出一种舰船目标SAR成像的快速仿真方法。对成像场景中重点关注的目标进行精确电磁建模,并利用"四路径"模型计算目标与海面的复合散射回波,对海面背景采用散射面元法计算回波;将舰船复合散射回波与海面回波进行合成得到总的SAR回波,利用聚束SAR成像处理方法获得SAR图像。结果表明:该算法避免了对整个成像区域进行复杂的电磁仿真,能够有效降低对海面大场景的电磁计算效率。由于在目标区域采用高频电磁算法,保留了目标的电磁散射的精细结构,为精确模拟SAR回波提供了一种准确而高效的仿真算法。     

基于HPP/PO的舰船与海面耦合散射快速算法

针对粗糙海面上舰船类超电大尺寸复杂目标电磁散射问题,提出了一种基于混合面元投影(HPP)和物理光学法(PO)的计算目标与海面耦合散射的快速算法。首先建立基于海谱的海面几何模型,并考虑海面面元的微粗糙特性,修正海面反射系数,然后针对目标和海面的结构特点,形成两种尺度面元混合的目标与海面模型,对电磁波在海面和目标之间的多次反射按照GO原理进行快速投影运算,并利用PO计算投影区域的散射贡献,最后给出了几组典型实例的计算结果。数值计算表明,该方法对于海面舰船类目标的散射计算是高效、准确的。     

MPI并行矩量法计算二维粗糙面波束电磁散射

通过有限脉冲响应滤波器理论和快速傅里叶变换方法,模拟了二维高斯随机粗糙面。从电场积分方程出发,利用RWG (Rao-Wilton-Glisson)基函数矩量法结合Galerkin方法,在PC集群并行平台上研究了二维导体高斯粗糙面对波束的电磁散射特性。为使得PC集群信息传递接口(message passing interface, MPI) 并行平台上各参与运算的各进程的负载平衡,对整个阻抗矩阵按行分块,并详细讨论了并行共轭梯度法求解矩量法矩阵方程的并行实现过程。最后在PC集群MPI并行平台上进行数值实验,分析了在波束入射条件下,均方根高度、相关长度和极化方式对二维导体高斯粗糙面的电磁散射特性的影响。     

多层快速多极子算法中修正多极子模式数技术

为了提高多层快速多极子算法求解电磁散射问题的效率,提出了两种修正多极子模式数的方法。与传统的多层快速多极子相比,该方法通过有效地减少多极子模式数,从而减少了迭代求解矩阵方程时的矩矢相乘时间和内存存储需求。计算结果表明,该方法提高了电磁散射问题求解的计算效率,保留了原有方法的精度,同时保持了多层快速多极子算法的计算复杂度,并且简单易于实现,十分适于三维电大结构电磁散射问题的求解。     

分形海面及其上方目标电磁散射的混合算法

采用一维带限Weierstrass分形粗糙海面模拟实际的粗糙海面,运用基于矩量法(method of moment, MOM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation, KA)的混合算法,研究了分形海面与上方需考虑旋转的复杂矩形截面导体柱的复合电磁散射。将不同入射角情形下的混合算法计算结果与传统的MOM结果进行了比对,结果表明该混合算法具有较高的准确性和计算效率。最后,讨论了复合散射系数与粗糙海面参数、目标参数以及入射波参数之间的依赖关系,得到了较完整的复合电磁散射特征。