收藏本站
《电子科技大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非均匀复杂结构目标电磁散射理论建模与高效算法研究

何十全  
【摘要】:本文主要研究了电大尺寸复杂结构目标三维矢量电磁辐射与散射的精确建模和高效数值求解方法。从电磁等效模型的建立,麦克斯韦方程的离散,矩阵方程的求解和时频域的等效转换等基本点出发,逐一击破,分别研究了电大尺寸金属目标、多层薄介质结构和薄层涂敷结构,以及复杂结构多区域组合目标的高效电磁建模与快速数值计算,为最终实现非均匀复杂结构目标的一体化电磁建模和高效数值求解奠定了基础。 本文首先介绍了复杂结构目标电磁特性分析的主要数值方法,系统地阐述了积分方程方法的数值实现和关键技术。根据等效原理,分别建立了表面积分方程,体积分方程和体面混合积分方程;采用RWG基函数,CRWG基函数和SWG基函数分别展开金属表面和介质体内的等效电流;使用伽略金法离散积分方程;运用加减奇异项处理积分方程的奇异性;最后选用多层快速多极子算法对线性方程组进行迭代求解。 为实现电大尺寸金属目标的高效求解,基于对金属表面感应电流物理特性的理解,本课题组提出了能准确描述感应电流相位分布的相位提取(PE)基函数。本文从麦克斯韦方程和边界条件出发,推导了相位提取因子的数学证明和近似准则。相位提取基函数同时描述了感应电流随频率和位移缓变的幅度部分和快变的相位部分,可以定义在很大的剖分贴片上。我们可以用尺寸较大的高阶单元,如曲三角形贴片离散几何目标,然后用很少的相位提取基函数就能准确描述金属表面的感应电流分布。基函数数目的减少大幅度地降低了数值计算对计算机资源的需求。相位提取基函数的展开系数随频率是缓变的,具有很好的宽带电磁特性,借助于频率采样和电流系数插值技术,它们非常适合于宽带电磁散射分析。 薄介质结构和薄介质涂敷结构的精确电磁建模与高效数值分析是计算电磁学的难点。基于局部线性近似和场量连续性条件,本文提出了针对这类特殊结构的多层薄介质片等效模型和广义薄涂敷等效模型,并结合多层快速多极子算法对它们的电磁散射进行快速求解。新的等效模型在降低多薄层结构电磁建模复杂度的同时,减少了基函数的数目。多层薄介质片等效模型简化了体积分方程的网格剖分和法向矢量基函数的离散形式,广义涂敷等效模型使得求解任意薄涂敷结构的计算复杂度和求解理想导体(PEC)的复杂度相当。从而我们可以非常高效地求解分析天线罩结构、隐身材料涂敷等电大尺寸目标的电磁辐射和散射特性。 对于含有精细结构的任意复杂结构目标、多区域组合目标和有限周期结构目标,本文提出了基于多求解器的广义阻抗边界条件(MS-GIBC)算法以高效求解它们的电磁辐射和散射问题。局部复杂结构的电磁散射被等效为边界面上等效电流和等效磁流的散射,并在该边界面上建立了等效磁流和等效电流间的广义阻抗边界条件,实现了基于广义阻抗边界条件的区域分解技术(DDM)。在不同性质的目标区域,可以分别选用边界积分方程(BIE)或有限元方法(FEM)来建立广义阻抗边界条件。最终,我们只需要求解关于各个边界面上等效电流的边界积分方程,并且多层快速多极子算法和各种预条件技术可以很方便地加速该边界积分方程的数值求解。 多层快速多极子方法是非常高效的算法,它通过对目标区域分组,组间耦合,逐层递推的方式,成功地将积分方程的求解复杂度降低为O ( N log N )量级。然而,为了准确描述复杂目标中的精细结构,或者用体积分方程和体面混合积分方程求解介质目标时,我们需要对精细结构进行细密剖分,并对介质结构进行三维离散,这使得MLFMA每个组里面的未知量数目变得非常巨大。这使得计算和存储附近组阻抗矩阵,聚合矩阵和配置矩阵等会消耗太多的计算机资源,大大降低了MLFMA的计算效率。本文提出了基于矩阵压缩的多层快速多极子方法,基于物理近似和数学变换,对MLFMA中的非满秩矩阵进行压缩,大幅度节省了附近组阻抗矩阵,聚合矩阵和配置矩阵的内存需求,同时减少了迭代求解时间,提高了MLFMA算法本身的求解效率。 最后,结合如前所述的针对各类复杂结构目标的频域高效分析方法,我们研究了时域宽带电磁散射的频域分析技术。通过对连续时域信号莱奎斯特离散,二次采样,扫频计算,电流系数插值和傅立叶反变换等,我们可以非常高效地求解得到电大尺寸目标的宽带时域响应。 本文的研究工作为复杂结构目标电磁辐射与散射问题的精确建模和快速求解提供了有效的方法途径,为该课题的进一步深入开展打下了坚实的基础。开发完成了相应的数值分析程序,集成了OpenMP多处理器并行技术和高效数值求解技术,代码具有很好的平台移植性和可继承性。数值算例验证了程序代码的可靠性和准确性,形成了相应的工程求解能力。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN011

免费申请
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱峰,赵柳;C_(2V)群寻基在矩量法求解二维电磁散射问题中的应用[J];计算物理;2005年03期
2 朱峰,任朗,张善谋;用于处理六边对称结构电磁散射的GIM技术[J];微波学报;1997年02期
3 胡俊;王晓峰;聂在平;肖运辉;;三维目标电磁散射的自适应积分方法[J];电波科学学报;2007年04期
4 袁军;刘其中;郭景丽;;一种基于矢量有限元与多层快速多极子技术的电磁散射快速并行算法[J];电子学报;2008年03期
5 张骅;曾渊;许家栋;;一种计算旋转对称目标散射的有限元算法[J];西北工业大学学报;2005年06期
6 胡俊;洪伟;周后型;李卫东;宋喆;谢家烨;;电磁场积分方程全等形子域的重叠型区域分解算法[J];应用科学学报;2011年04期
7 王湃;夏明耀;周乐柱;;导体-介质组合体散射分析两种积分方程法比较[J];电波科学学报;2007年04期
8 宋开宏;吴先良;陈明生;;改进的离散化方法在二维电磁散射中的应用[J];系统工程与电子技术;2008年01期
9 袁家德;顾长青;韩国栋;;介质体电磁散射的偶极子模型法研究[J];电波科学学报;2009年05期
10 芮锡;胡俊;聂在平;;基于相位提取电磁散射的高效算法[J];电子科技大学学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 丁建军;朱剑;陈如山;丁大志;樊振宏;;一种用于电磁散射的多分辩预曲面RWG基函数[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
2 安玉元;许平平;姜兆能;胡倩;陈如山;;高阶叠层基函数结合ACA分析电磁散射问题[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
3 周志刚;;故障检测中的人工神经网络[A];信号与信息处理技术第三届信号与信息处理全国联合学术会议论文集[C];2004年
4 李善坡;隋允康;;基函数近似响应面方法的研究[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
5 张建伟;玄书鹏;;浸没循环撞击流反应器压力波动信号的Hilbert-Huang谱分析[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
6 张传东;宋文武;;线天线输入导纳的矩量法分析[A];第六届全国电磁兼容性学术会议2004EMC论文集[C];2004年
7 高荣奉;;基础分析的改进有限条法[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第一卷)[C];1996年
8 罗健旭;邵惠鹤;;超闭球CMAC学习算法的改进和收敛性分析[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
9 杨颖怡;赵延文;陆田;;基于样条时间基函数的精确稳定时间步进算法[A];2009年全国天线年会论文集(上)[C];2009年
10 陶诗飞;郭星辰;胡小情;陈如山;;高阶相位基函数结合射线快速多极子方法分析电大尺寸结构问题[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 邱霞;目标永不消失[N];中国航天报;2003年
2 波宣;坚持自我特色优势 发挥技术基础支撑[N];中国电子报;2000年
3 刘柳;肖良勇:退休后从专家到企业家[N];经理日报;2004年
4 本报通讯员杭尔轩实习生罗晓燕;碧血丹心写春秋[N];科技日报;2002年
5 ;电磁兼容学扮演着越来越重要的角色[N];科技日报;2004年
6 本报实习记者 朱杰;海天以性价比垄断市场[N];中国经营报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何十全;非均匀复杂结构目标电磁散射理论建模与高效算法研究[D];电子科技大学;2011年
2 杨伟;三维复杂粗糙海面电磁散射建模研究与特性分析[D];电子科技大学;2012年
3 高强业;时域多分辨方法研究及其在电磁散射中的应用[D];南京航空航天大学;2011年
4 袁军;电磁散射与电磁兼容分析中的高性能数值算法研究[D];西安电子科技大学;2008年
5 丁建军;目标电磁散射的快速预估和基于多分辨基函数的高效算法[D];南京理工大学;2011年
6 关鑫璞;目标时域EM散射特性数值计算方法与实验研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 姚纪欢;粗糙海面的电磁散射研究[D];西安电子科技大学;2000年
8 张德悦;手性介质中某些电磁散射和反散射问题的研究[D];吉林大学;2004年
9 高天玲;某些手性介质电磁散射和反散射数学问题的分析与计算[D];吉林大学;2007年
10 聂小春;电磁散射混合方法及相关问题研究[D];西安电子科技大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 秦毅;腔体和含腔目标电磁散射与耦合的有限元方法研究[D];电子科技大学;2003年
2 赵亚敏;缝隙电磁散射的算法研究[D];西北工业大学;2004年
3 陈雄;涂敷以及薄介质目标的电磁散射计算快速方法研究[D];南京理工大学;2010年
4 尹玉;基于大角度抛物线方程方法的多体目标RCS计算[D];安徽大学;2005年
5 赵倩;FEM/PML算法在电磁散射特性分析中的应用[D];西北工业大学;2006年
6 田丽君;复杂三维目标电磁建模的新型积分方程方法研究[D];电子科技大学;2008年
7 夏浩淼;随机分布多目标电磁散射问题的快速分析[D];安徽大学;2004年
8 肖东山;平面分层媒质中浅层埋入目标的电磁散射研究[D];武汉大学;2004年
9 汪华;电磁高频快速估算系统[D];浙江大学;2004年
10 段梦蛟;负折射率微波媒质散射特性数值仿真研究[D];电子科技大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026