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《国防科学技术大学》 2005年
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边界积分方程及快速算法在分析复杂电磁问题中的研究与应用

董健  
【摘要】: 学习和研究现代电磁场数值计算理论和算法的最终目的是用其解决各种实际的复杂电磁场问题。在雷达目标隐身和反隐身技术研究、雷达目标特性识别、复杂天线系统设计、现代电子系统电磁兼容性分析等领域,经常需要对一些具有复杂结构和复杂媒质组成的三维电大尺寸目标作电磁建模。本文就是围绕这一背景展开的,研究对象是由分块连续、线性、各向同性媒质组成的“金属与介质混合结构”,研究问题是复杂的散射和辐射问题,研究目标是以统一的方法对电大尺寸复杂结构作电磁建模与快速计算,最终目的是开发通用的电磁计算程序,来解决一些工程中的复杂电磁计算问题。为此,我们选择了电磁场边界积分方程(BIE)理论作为理论基础,以矩量法(MoM)作为数值求解方法,并使用多层快速多极算法(MLFMA)来加速求解过程和降低存储需求。论文的内容可分为两大部分,第一部分主要阐述了用于分析“金属与介质混合结构”的边界积分方程理论及其基于矩量法的求解技术;第二部分阐述了用于加速计算的快速多极算法理论及其串行与并行实现技术。 在第一部分中,首先从电磁场的基本理论出发,基于等效原理和边界条件以统一的方法建立了用于分析金属、介质及金属与介质混合结构的边界积分方程,并归纳和比较了各类积分的适用范围和优缺点;在此基础上,给出了使用基于RWG函数的矩量法求解各种边界积分方程的一般过程;研究了具有任意线、面、体组成的复杂结构的电磁建模方法,并给出了各种多面连接情况下基函数和未知量的选取方法;研究了使用矩量法分析电路、天线问题时集总元件和激励源的处理方法,并基于矩阵束方法(Matrix Pencil Method)提取了电路和天线问题的S参数;最后通过分析一些工程中的复杂金属天线问题和具有“金属与介质混合结构”的散射和天线问题验证了方法的准确性和高效性。 在第二部分中,首先阐述了快速多极算法的基本原理,研究了将快速多极算法(FMM)应用于加速求解导体问题的混合积分方程(CFIE)和介质问题的PMCHW积分方程的方法,并给出了单层快速多极算法和多层快速多极算法的详细实现步骤;为降低迭代求解过程的迭代次数,基于二叉搜索树排序算法改进了ILUT预条件算法,并将之与MLFMA算法相结合,解决了电场积分方程、PMCHW积分方程迭代求解时较难收敛的问题;开发了单机环境下基于MLFMA的快速电磁计算软件包,并完成了很多工程中的电大尺寸电磁散射和天线问题的电磁模拟;研究了MLFMA的并行实现技术,基于消息传递接口(MPI)并行实现了一种自动负载平衡的并行MLFMA算法,并解决了未知量超过5,000,000的超大规模电磁计算问题和一些军事目标的电磁散射计算问题。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN011

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【引证文献】
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1 王生水;毛钧杰;姜永金;柴舜连;陈忠宽;;利用时域电场积分方程分析天线辐射问题[J];电波科学学报;2007年05期
2 王生水;陈忠宽;柴舜连;毛钧杰;;利用时域积分方程分析散射问题的稳定求解[J];系统工程与电子技术;2007年10期
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1 肖科;体面结合积分方程及快速算法在复杂电磁问题中的分析与应用[D];国防科学技术大学;2011年
2 蔡明娟;时域积分方程在分析介质问题中的算法研究与应用[D];国防科学技术大学;2006年
3 李颖;时域积分方程快速算法研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 覃宇建;复杂系统电磁兼容性分析方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
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【参考文献】
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1 姚海英;介质以及涂敷介质结构电磁散射特性的基础研究——积分方程法及其快速求解[D];电子科技大学;2002年
【共引文献】
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1 付彪,吴先良,李世雄;小波变换法求电磁波动方程的高频解[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年03期
2 李民权,吴先良;飞行动目标RCS可视化计算[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年03期
3 徐博;孙玉发;;三维目标表面缝隙的宽带电磁散射特性研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年06期
4 赵方方;吴先良;陈明生;;旋转PE算法在目标电磁散射分析中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年05期
5 俞能福;富比尼原理及应用[J];安徽技术师范学院学报;2005年03期
6 杨文麟;李华;孙晓欣;;电波暗室的设计方法[J];安全与电磁兼容;2005年S1期
7 简科;;雷达吸波材料的涂层结构设计[J];安全与电磁兼容;2009年03期
8 孙国亮;陈韬文;郑文伟;胡启升;左红稳;;球磨时间对片状铁磁性吸收剂吸波性能的影响[J];安全与电磁兼容;2009年04期
9 朱正吼;雷达罩复合材料细观电磁特性研究[J];兵器材料科学与工程;2001年05期
10 徐卫东,王吉军,吕绪良,唐建宁;一种单层MAM设计计算的简便方法及其最佳吸收厚度问题初探[J];兵器材料科学与工程;2003年04期
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1 李斌;陈志鹏;李弘;罗辰;王慧慧;耿松;冯雷;刘秋艳;刘万东;;利用脉冲压缩雷达反射法测量复杂背景等离子体密度剖面[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
2 雷磊;王志瑾;;铝箔V-型皱褶构型板的雷达散射性能影响因素的研究[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
3 彭朕;盛新庆;;介质填充波导高次模求解的快速边缘元算法[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
4 赵涛;强勇;;米波雷达目标RCS分析[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
5 刘海韬;程海峰;周永江;张德勇;楚增勇;;容性频率选择表面在单层吸波材料中的应用[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
6 程海峰;周永江;陈朝辉;曹义;刘海韬;;Jaumann吸收体的优化设计[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
7 顾家琳;蔡道炎;赵樱;吕瑞涛;阚茹心;康飞宇;;碳纳米管掺杂对磁性吸波材料性能的影响[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
8 徐国亮;朱正和;蒋刚;李步云;常方高;;碳团簇型微波吸收材料的尺寸效应[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
9 田启祥;吕绪良;胡江华;王友军;李晓鹏;;含Cu_9S_5导电PAN纤维材料的制备与性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
10 徐光华;;Zemax程序功能的扩展[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
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1 易煦农;人工电磁材料的光学特性及应用研究[D];华中科技大学;2010年
2 芮锡;旋转结构体电磁问题的高效分析与应用[D];电子科技大学;2010年
3 荆燕飞;线性方程组迭代法与预条件技术及在电磁散射计算中的应用[D];电子科技大学;2010年
4 任志刚;预条件算法及在电磁场数值模拟中的应用[D];电子科技大学;2010年
5 赖生建;计算电磁学中的径向基无网格法[D];电子科技大学;2010年
6 黄卓红;PDE离散方程组和鞍点问题的预处理方法[D];电子科技大学;2010年
7 田焜;水泥基电磁防护吸波多功能复合材料的研究[D];武汉理工大学;2010年
8 高敬伟;多形态聚吡咯的制备与吸波性能研究[D];东华大学;2010年
9 王怀军;MIMO雷达成像算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 尹文禄;高阶矢量有限元方法在电磁领域中的研究及应用[D];国防科学技术大学;2010年
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1 崔盈慧;基于障碍物智能识别的人机融合汽车安全预警研究[D];郑州大学;2010年
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4 鲁统臻;星载SAR与AIS舰船目标检测技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 娄琪;带PML的光波导中模式展开方法的有效性分析[D];浙江大学;2010年
6 夏灿;介质目标电磁散射特性的矩量法分析[D];安徽大学;2010年
7 姚寅芳;模板法制备聚苯胺及其吸波性能研究[D];东华大学;2011年
8 叶珍;微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术[D];电子科技大学;2011年
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10 黄明红;FDTD方法在半空间散射问题中的应用[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
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2 叶红霞,蒋延生,汪文秉,师振盛;介质杆天线的时域特性分析[J];电波科学学报;2003年04期
3 万继响,张玉,梁昌洪;任意导体与线天线连接问题的MoM分析[J];电波科学学报;2003年05期
4 赵延文,聂在平,徐建华,武胜波;时域电场积分方程的稳定求解[J];电波科学学报;2004年02期
5 卢斌先;王泽忠;;外场激励下多导体传输线响应的节点导纳分析法[J];电工技术学报;2007年10期
6 唐旻,马西奎;一种用于分析高速VLSI中频变互连线瞬态响应的精细积分算法[J];电子学报;2004年05期
7 王湃,夏明耀,周乐柱,董硕;使用改进的时域积分方程法计算导体目标的瞬态散射[J];电子学报;2005年03期
8 赵延文,聂在平,徐建华,武胜波;基于RWG基函数的伽略金法中奇异性积分的精确快速计算[J];电子学报;2005年06期
9 董健,柴舜连,毛钧杰;任意形状线、面、体组成导体目标的电磁建模[J];电子学报;2005年09期
10 齐磊;崔翔;;基于时域有限差分法的电缆系统电磁瞬态分析[J];电子学报;2006年03期
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1 韩一平;椭球粒子对高斯波束的散射[D];西安电子科技大学;2000年
2 姚海英;介质以及涂敷介质结构电磁散射特性的基础研究——积分方程法及其快速求解[D];电子科技大学;2002年
3 尹家贤;时域有限差分法在天线计算中的理论和应用研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
4 徐利明;分层介质中三维目标电磁散射的积分方程方法及其关键技术[D];电子科技大学;2005年
5 郭景丽;全向宽带天线及天线罩电磁特性研究[D];西安电子科技大学;2005年
6 潘小敏;计算电磁学中的并行技术及其应用[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
7 白璐;多粒子对高斯波束的相干散射[D];西安电子科技大学;2006年
8 周东明;时域积分方程快速算法及其应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
9 姜永金;多区域时域伪谱算法关键问题研究及其应用[D];国防科学技术大学;2006年
10 蔡明娟;时域积分方程在分析介质问题中的算法研究与应用[D];国防科学技术大学;2006年
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1 李明磊;复杂目标电磁散射分析中的参数化建模及并行求解[D];西安电子科技大学;2011年
2 张云峰;电磁场问题层次型矩阵快速算法的研究[D];南京邮电大学;2011年
3 徐红梅;电磁散射体积分方程的H矩阵算法的研究[D];南京邮电大学;2012年
4 黄薇薇;导电体电磁散射问题H-矩阵算法研究[D];南京邮电大学;2012年
5 李毅;电磁场中的快速多极子方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
6 秦三团;电磁散射的时域积分方程法研究[D];西安电子科技大学;2005年
7 武胜波;三维目标电磁散射的时域积分方程方法[D];电子科技大学;2005年
8 张奕;特征基函数法及其在电磁散射中的应用[D];安徽大学;2005年
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10 朱金松;时域矩量法及其在辐射和散射问题中的应用[D];西安电子科技大学;2005年
【二级引证文献】
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1 李颖;刘锋;周东明;任猛;何建国;;任意形状导体介质混合目标的瞬态电磁散射特性分析[J];电波科学学报;2008年05期
2 李会容;赵延文;张雪峰;武昭妤;;求解时域电场积分方程的稳定时间步进算法[J];电波科学学报;2009年06期
3 车驾雄;;双振子反射板型电视天线辐射数学模型[J];电波科学学报;2010年05期
4 金杰;韩杰;李可佳;金涛斌;;基于矩量法的螺旋天线设计[J];电波科学学报;2011年05期
5 张旭锋;盛松林;赵兴录;罗建书;;线天线和散射体时域分析的半解析法[J];电波科学学报;2011年06期
6 李高升;覃宇建;蒋耀明;何建国;;求解传输线网络响应的BLT方程方法[J];空间电子技术;2012年04期
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1 肖科;体面结合积分方程及快速算法在复杂电磁问题中的分析与应用[D];国防科学技术大学;2011年
2 张旭锋;传输线理论及电磁兼容计算的半解析方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 葛欣宏;光电系统的电磁兼容设计技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
4 李颖;时域积分方程快速算法研究[D];国防科学技术大学;2009年
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1 刘磊承;时域积分方程后时不稳定性的研究与应用[D];安徽大学;2011年
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4 曹锐;平面分层结构格林函数求解及其在微带结构分析中的应用[D];国防科学技术大学;2011年
5 冯容辉;基于电磁拓扑的多导体线缆网络电磁干扰研究[D];南京邮电大学;2013年
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3 张红伟;张玉;晏璎;赵勋旺;;并行高阶矩量法分析波导缝隙阵列[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
4 李伟中;邓次平;;任意二维波导接头的矩量法解[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年
5 韩国兵;方大纲;;动电问题尺寸维AWE方法[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
6 张瑜;王红霞;周战荣;刘皓淳;郑立林;;不同消失矩的小波在小波矩量法中的应用比较[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
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8 王文涛;龚书喜;王兴;凌劲;路宝;姜文;;采用遗传算法和阵列矩量法的天线方向图综合[A];2009年全国天线年会论文集(下)[C];2009年
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1 ;并行算法研究进展[N];中国计算机报;2004年
2 郑立志;FEKO在天线设计中的应用[N];中国航空报;2004年
3 李讯 特约记者 刘程 本报记者 于莘明;银河有颗闪亮的星[N];科技日报;2005年
4 ;名师上讲台:每堂课都是精心编排的演出[N];科技日报;2006年
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7 曙光信息产业有限公司研发中心 温鑫;并行计算软件开发概述[N];中国计算机报;2007年
8 英特尔微处理器技术实验室主任工程师 Anwar Ghuloum;并行编程为什么这么难?[N];中国计算机报;2007年
9 本报记者 赵波 本报特约记者 刘程 本报通讯员 章立丁;一位巾帼学者的无悔征程[N];解放军报;2005年
10 沈建苗 编译;高性能计算集群渐入主流[N];计算机世界;2006年
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1 董健;边界积分方程及快速算法在分析复杂电磁问题中的研究与应用[D];国防科学技术大学;2005年
2 王生水;时域积分方程及其并行算法的研究与应用[D];国防科学技术大学;2007年
3 王少刚;UWB雷达目标频率响应和极点的求解[D];国防科学技术大学;2007年
4 吴树林;分裂——迭代算法的理论分析及应用[D];华中科技大学;2010年
5 张玉;FDTD与矩量法的关键技术及并行电磁计算应用研究[D];西安电子科技大学;2004年
6 黄晋;非光滑域上科学与工程问题的第一类边界积分方程高精度机械求积法与分裂外推[D];四川大学;2004年
7 单润红;Toeplitz系统的高效预处理技术和分布式并行算法研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 雷霆;快速多极边界元并行算法的研究与工程应用[D];清华大学;2006年
9 韩国栋;基于特征基函数的高效算法及其在电磁散射中的应用[D];南京航空航天大学;2008年
10 高长征;复杂线结构电磁场问题的快速计算方法研究及其应用[D];华北电力大学(河北);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘婷;块五对角线性方程求解[D];华东师范大学;2009年
2 辛师勃;并行信号处理系统研究[D];南京理工大学;2004年
3 吴青;基于地理信息系统的配电网优化规划的研究[D];广西大学;2004年
4 毕兴忠;混合计算方法在机箱开口辐射中的应用研究[D];重庆大学;2005年
5 潘海琳;高拱坝体形优化决策系统研究[D];河海大学;2006年
6 高海燕;拟变分和似变分不等式的迭代算法的收敛性[D];辽宁师范大学;2006年
7 刘淼;基于平衡分割的并行序列比对[D];西安电子科技大学;2007年
8 焦建英;求解微分方程的区域分解两重网格算法[D];西安理工大学;2007年
9 王操;单元可旋转的频率选择表面电磁散射特性研究[D];上海交通大学;2008年
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