粗糙面及其與目標復合電磁散射建模及快速計算研究.pdf

1、本論文就粗糙面及其與目標的復合電磁散射中的相關問題開展了系統(tǒng)的研究工作。主要包括高階微擾法研究一維導體隨機粗糙面電磁散射；修正雙尺度法結合矢量輻射傳輸理論和米(Mie)理論研究泡沫覆蓋風驅二維粗糙海面電磁散射；EPILE(擴展傳播內(nèi)層展開)+GFBM(廣義前后向迭代法)研究一維導體粗糙面與上方及漂浮二維導體目標共存時復合電磁散射；EPILE+FBM(前后向迭代法)研究一維介質粗糙面與上方及下方二維導體目標共存時復合電磁散射；EPILE+

2、FBM研究一維介質粗糙面與上方及下方二維介質目標共存時的復合電磁散射；二維粗糙面、三維目標電磁散射及其復合散射問題。論文主要工作如下:
　　 1.建立了一維粗糙面模型,推導得到高階微擾法高階項散射系數(shù),針對有限尺寸微粗糙面,引入錐形入射波,克服傳統(tǒng)平面波照射下出現(xiàn)的邊緣效應,研究了一維隨機粗糙面電磁散射問題。通過將數(shù)值結果與矩量法結果對比發(fā)現(xiàn),高階微擾法計算結果與矩量法吻合更好,改進了傳統(tǒng)低階微擾法計算結果不夠準確的不足。

3、>　　 2.針對風驅實際二維介質粗糙海面有泡沫覆蓋時的復合電磁散射問題。采用修正雙尺度法(MTSM),計算了海面電磁散射,并結合矢量輻射傳輸理論(VRT)和Mie理論,計算了水氣泡粒子的散射、消光系數(shù)及其與海面間的耦合散射。通過與相關實驗測量數(shù)據(jù)進行比對,證實該MTSM+VRT+Mie算法的有效性,同時給出不同入射角、不同散射角、不同入射頻率、不同方位角和不同極化方式下的數(shù)值結果并進行了詳細討論。
　　 3.針對一維導體粗糙面

4、與上方及漂浮二維導體目標共存時的復合電磁散射問題,采用快速數(shù)值算法-EPILE來加速下墊粗糙面及其漂浮目標與上方目標間復合散射,采用前后向迭代法(GFBM)加速粗糙面與漂浮目標間復合散射。數(shù)值結果不僅有高斯粗糙面與上方圓柱目標復合散射,且有海面與上方導彈及漂浮艦船目標復合散射,均與矩量法進行驗證,證實算法能降低計算復雜度,且在保證計算精確度前提下能顯著提高計算效率。
　　 4.針對一維介質粗糙面與上下方二維導體目標共存時的復合電

5、磁散射問題,采用快速算法-EPILE來加速中間層粗糙面與上下方導體目標間的耦合感應,采用前后向迭代法(GFBM)來加速介質粗糙面局部自感應。數(shù)值結果以指數(shù)譜粗糙面與上、下方圓柱目標共存復合散射為例,與矩量法進行驗證,證實算法能有效降低計算復雜度,且在保證計算精確度的前提下能顯著提高計算效率。
　　 5.針對一維介質粗糙面與上下方二維介質目標共存時復合電磁散射問題,采用快速數(shù)值算法-EPILE來加速中間層粗糙面與上下方介質目標間的

6、耦合散射,采用快速數(shù)值算法.前后向迭代法(GFBM)來加速計算介質粗糙面局部自感應散射。數(shù)值結果主要以高斯粗糙面與上、下方圓柱目標共存時復合散射為例,同時給出上方介質類導彈目標與下方介質類艦船目標的復合問題,與矩量法進行驗證,證實算法能降低計算復雜度,且在保證計算精確度前提下能顯著提高計算效率。同時證實,目標越復雜、尺寸越大,EPILE+FBM算法在計算效率上的優(yōu)勢越顯著。
　　 6.針對二維粗糙面、三維目標電磁散射,采用Del

7、auy優(yōu)化剖分算法,建立二維粗糙面和三維目標的三角面片優(yōu)化剖分網(wǎng)格模型,基于RWG基矩量法,采用偶極子模型進行散射場的計算,結果與純RWG基計算結果及FEKO商用電磁計算軟件仿真結果均一致,證實Delay優(yōu)化剖分算法和偶極子模型的準確合理性。建立二維粗糙面與三維目標復合情形的三角面片剖分模型,采用FEKO電磁仿真軟件進行計算,并針對二維粗糙面和三維目標尺寸增加造成計算未知量逾越計算機內(nèi)存容量情形,采用FEKO并行核外求解技術,將巨額昂貴