粗糙面及其與目標(biāo)復(fù)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(biāo)的復(fù)合電磁散射中的相關(guān)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(dǎo)體隨機(jī)粗糙面電磁散射；修正雙尺度法結(jié)合矢量輻射傳輸理論和米(Mie)理論研究泡沫覆蓋風(fēng)驅(qū)二維粗糙海面電磁散射；EPILE(擴(kuò)展傳播內(nèi)層展開)+GFBM(廣義前后向迭代法)研究一維導(dǎo)體粗糙面與上方及漂浮二維導(dǎo)體目標(biāo)共存時復(fù)合電磁散射；EPILE+FBM(前后向迭代法)研究一維介質(zhì)粗糙面與上方及下方二維導(dǎo)體目標(biāo)共存時復(fù)合電磁散射；EPILE+

2、FBM研究一維介質(zhì)粗糙面與上方及下方二維介質(zhì)目標(biāo)共存時的復(fù)合電磁散射；二維粗糙面、三維目標(biāo)電磁散射及其復(fù)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(dǎo)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(yīng),研究了一維隨機(jī)粗糙面電磁散射問題。通過將數(shù)值結(jié)果與矩量法結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),高階微擾法計算結(jié)果與矩量法吻合更好,改進(jìn)了傳統(tǒng)低階微擾法計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確的不足。

3、>　　 2.針對風(fēng)驅(qū)實際二維介質(zhì)粗糙海面有泡沫覆蓋時的復(fù)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(jié)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(guān)實驗測量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jié)果并進(jìn)行了詳細(xì)討論。
　　 3.針對一維導(dǎo)體粗糙面

4、與上方及漂浮二維導(dǎo)體目標(biāo)共存時的復(fù)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(biāo)與上方目標(biāo)間復(fù)合散射,采用前后向迭代法(GFBM)加速粗糙面與漂浮目標(biāo)間復(fù)合散射。數(shù)值結(jié)果不僅有高斯粗糙面與上方圓柱目標(biāo)復(fù)合散射,且有海面與上方導(dǎo)彈及漂浮艦船目標(biāo)復(fù)合散射,均與矩量法進(jìn)行驗證,證實算法能降低計算復(fù)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(zhì)粗糙面與上下方二維導(dǎo)體目標(biāo)共存時的復(fù)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(dǎo)體目標(biāo)間的耦合感應(yīng),采用前后向迭代法(GFBM)來加速介質(zhì)粗糙面局部自感應(yīng)。數(shù)值結(jié)果以指數(shù)譜粗糙面與上、下方圓柱目標(biāo)共存復(fù)合散射為例,與矩量法進(jìn)行驗證,證實算法能有效降低計算復(fù)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(zhì)粗糙面與上下方二維介質(zhì)目標(biāo)共存時復(fù)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(zhì)目標(biāo)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(zhì)粗糙面局部自感應(yīng)散射。數(shù)值結(jié)果主要以高斯粗糙面與上、下方圓柱目標(biāo)共存時復(fù)合散射為例,同時給出上方介質(zhì)類導(dǎo)彈目標(biāo)與下方介質(zhì)類艦船目標(biāo)的復(fù)合問題,與矩量法進(jìn)行驗證,證實算法能降低計算復(fù)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(biāo)越復(fù)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(biāo)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(biāo)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(jìn)行散射場的計算,結(jié)果與純RWG基計算結(jié)果及FEKO商用電磁計算軟件仿真結(jié)果均一致,證實Delay優(yōu)化剖分算法和偶極子模型的準(zhǔn)確合理性。建立二維粗糙面與三維目標(biāo)復(fù)合情形的三角面片剖分模型,采用FEKO電磁仿真軟件進(jìn)行計算,并針對二維粗糙面和三維目標(biāo)尺寸增加造成計算未知量逾越計算機(jī)內(nèi)存容量情形,采用FEKO并行核外求解技術(shù),將巨額昂貴