電磁散射與電磁兼容分析中的高性能數(shù)值算法研究.pdf

1、雷達(dá)隱身與反隱身技術(shù)近些年來發(fā)展迅速，實(shí)戰(zhàn)中已經(jīng)出現(xiàn)了大量針對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)體制的隱身化目標(biāo)。目標(biāo)的電磁散射特性研究一直是電磁場(chǎng)與微波技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)重要的研究方向，然而各種新型目標(biāo)的出現(xiàn)無疑對(duì)現(xiàn)有研究工作提出了更高的要求。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求目標(biāo)在盡量降低可探測(cè)性的同時(shí)，還要保證在需要時(shí)能隨時(shí)隨地進(jìn)行各種信息的傳遞，為提高電子信息化程度，各種目標(biāo)上不斷集成新型設(shè)備，這就不可避免的會(huì)引發(fā)各種電磁兼容問題，尤其是天線間的相互干擾問題。大型平臺(tái)上天線群的電磁兼

2、容分析同樣是一個(gè)很重要的課題。根據(jù)實(shí)際工程需要，在吸收國(guó)內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)對(duì)適用于多種電大目標(biāo)電磁散射與電磁兼容分析的高性能電磁場(chǎng)數(shù)值算法展開研究，作者的主要工作和成果可概括為：
　　 1.研究了適用于良導(dǎo)體表面的自適應(yīng)多層快速多極子算法及其并行算法。在自適應(yīng)多層快速多極子算法中分別將矢量基函數(shù)和權(quán)函數(shù)用不同空間位置上的點(diǎn)源函數(shù)展開，從而實(shí)現(xiàn)了阻抗積分的自適應(yīng)快速計(jì)算，并且所有轉(zhuǎn)移過程可由快速傅里葉變換計(jì)算，這種

3、算法中同時(shí)引入了轉(zhuǎn)移因子的快速計(jì)算與優(yōu)化存儲(chǔ)措施以及一些其它的改進(jìn)措施，這種算法相對(duì)于傳統(tǒng)的多層快速多極子算法計(jì)算效率大大提高。該算法同時(shí)具有很高的并行性，其并行算法可解決電尺寸大得多的良導(dǎo)體目標(biāo)的電磁仿真問題。
　　 2.研究了適用于均勻介質(zhì)體、涂層體及組合體表面的自適應(yīng)多層快速多極子算法及相應(yīng)的并行算法。首先建立了適用于介質(zhì)表面及組合體表面的組合電磁場(chǎng)積分方程。采用自適應(yīng)多層快速多極子算法對(duì)方程進(jìn)行求解時(shí)，在遠(yuǎn)、近場(chǎng)相互作用

4、過程、轉(zhuǎn)移與配置過程中引入自適應(yīng)快速計(jì)算措施，使算法效率獲得大幅提升。為進(jìn)一步擴(kuò)展算法的應(yīng)用范圍，文中還對(duì)該算法的并行算法進(jìn)行了研究。文中采用串、并行算法對(duì)幾種介質(zhì)體、涂層體及組合體目標(biāo)的電磁散射特性及幾種電大平臺(tái)上天線系統(tǒng)的電磁兼容性進(jìn)行了分析。
　　 3.研究了一種單元級(jí)矢量有限元算法及其并行算法。該算法可在單元級(jí)別上完成矩陣與向量的乘法運(yùn)算，無須生成總體系數(shù)矩陣，從而可大大節(jié)省計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)量。該算法具有很高的并行性，文中

5、對(duì)該算法的并行算法進(jìn)行了研究。
　　 4.為分析非均勻介質(zhì)體及涂層體的電磁特性，研究了一種基于單元級(jí)矢量有限元和自適應(yīng)多層快速多極子算法的快速矢量有限元/邊界積分方法。該算法的計(jì)算效率相對(duì)于傳統(tǒng)算法有了很大提高。因?yàn)樽赃m應(yīng)多層快速多極子算法與單元級(jí)矢量有限元算法均可進(jìn)行并行計(jì)算，所以這種快速矢量有限元/邊界積分方法同樣可以進(jìn)行并行計(jì)算，文中研究了該算法的并行算法并分別采用快速矢量有限元/邊界積分方法及其并行算法對(duì)涂層體目標(biāo)的電磁

6、散射特性及大型平臺(tái)上天線系統(tǒng)的電磁兼容性進(jìn)行了分析，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文方法的有效性。
　　 5.研究了適用于求解不同目標(biāo)寬帶電磁參數(shù)的寬帶快速算法及其相應(yīng)的并行算法。寬帶快速算法將波形漸進(jìn)預(yù)估技術(shù)分別與自適應(yīng)多層快速多極子算法、快速矢量有限元/邊界積分方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)表面寬帶電磁流和電磁場(chǎng)的快速求解，文中同樣研究了相應(yīng)的并行算法，以進(jìn)一步提升寬帶快速算法求解大型目標(biāo)寬帶電磁特性的能力。數(shù)值算例及其結(jié)果證明了算法是高

7、效、精確的。
　　 6.推導(dǎo)了導(dǎo)體、介質(zhì)體、組合體上線.面結(jié)合結(jié)構(gòu)的快速多極子表達(dá)式，討論了大型平臺(tái)上天線系統(tǒng)電磁兼容指標(biāo)的選擇問題以及不同指標(biāo)之間的相互關(guān)系，對(duì)這些指標(biāo)在天線電磁兼容中的重要性進(jìn)行了討論。建立了大型平臺(tái)上天線系統(tǒng)電磁兼容分析的幾種通用模型，這些模型包括輻射場(chǎng)計(jì)算模型、隔離(耦合)度計(jì)算模型、干擾功率計(jì)算模型及天線布局優(yōu)化模型，討論了這些模型的求解方法及大型平臺(tái)上天線系統(tǒng)電磁兼容分析的流程。最后結(jié)合實(shí)際工程，集中