TDPO关键技术及TDPO/FDTD混合算法研究

【摘要】： 系统深入的研究了时域物理光学(TDPO)方法。通过逆傅立叶变换(IFFT),将面电流密度和物理光学的频域表达式过渡到时域,得到时域物理光学表达式。同时对TDPO方法的内存估计、时间采样和消隐判断进行了探讨。给出了典型电大尺寸目标的瞬态特性和宽带RCS。数值结果表明该方法所需内存少,效率高。 研究了结合网络并行平台MPI的TDPO并行算法,可用于解决利用TDPO计算电尺寸过大目标时计算时间长和由于内存限制单个微机不能计算的问题,并测试了并行TDPO算法的并行性能。结果表明,N个性能相同的微机并行计算,可以获得约为N的加速比。 为分析电大尺寸目标各部分之间的相互耦合作用,提出了时域迭代物理光学(TD-IPO)方法。将时域物理光学电流作为初始电流即0阶迭代的TD-IPO表面电流,然后通过迭代考虑目标各部分之间的相互作用,求得一个修正电流。用光学电流与修正电流的叠加来逼近导体目标表面的实际电流,从而提高了计算精度。 提出了TDPO与FDTD相结合的时域混合算法,应用与分析组合目标的后向电磁散射。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,可分别采用TDPO方法和FDTD方法来分析。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。 同时,应用时域有限差分(FDTD)方法模拟了电磁脉冲对金属表面接合处搭接缝隙的耦合穿透。应用等效原理将电磁流在1/4空间的辐射等效为电磁流及其镜像在自由空间的辐射,避免了计算搭接缝隙边界情形下的空间格林函数的困难。采用分区外推法节省了计算时间,并且通过分析耦合场的变化曲线,总结了耦合共振规律。 研究了基于基尔霍夫面积分的FDTD近场到近(远)场的转换技术。当计算外推面外一点上任意一个场分量时,仅需要外推面上对应的该场量。并由此分析了正方形、长方形及多口径和不同极化方向电磁波对屏蔽箱体外部辐射场的影响。研究表明:口径为正方形时辐射能量较小;而对长方形口径,当脉冲极化方向与其短边平行时,辐射能量最大;在口径面积相同的条件下,多口径辐射的能量比单口径小。