復(fù)雜媒質(zhì)及其涂覆目標的電磁散射分析.pdf

1、在雷達對空探測、衛(wèi)星對地探測、雷達目標識別等技術(shù)領(lǐng)域中,對目標的電磁散射特性的研究具有十分重要的意義。本論文以矩量法(Method of Moment,MoM)這一數(shù)值計算工具為基礎(chǔ),重點圍繞復(fù)雜介質(zhì)及其涂覆導(dǎo)體目標的電磁散射仿真技術(shù)展開研究。作者的主要工作和研究成果可概括為:
　　1.研究了雙各向異性介質(zhì)及其涂覆理想導(dǎo)體目標的電磁散射特性。首先,建立了分析雙各向異性介質(zhì)的體積分方程(Volume Integral Equatio

2、ns, VIE),推導(dǎo)了求解該VIE的離散過程;擴展了等效偶極矩法(Equivalent Dipole-moment Method, EDM)的應(yīng)用領(lǐng)域;在此基礎(chǔ)上,針對雙各向異性復(fù)雜介質(zhì),提出了一種新的快速計算方法——雙各向異性快速偶極子方法(Bi-anisotropic Fast Dipole Method, BI-FDM),并應(yīng)用BI-FDM分析了包括各向異性介質(zhì)、雙各向同/異性介質(zhì)、手征媒質(zhì)等多種形式的介質(zhì)的電磁散射特性。另外,

3、手征雙負介質(zhì)和手征零介質(zhì)作為兩種特殊的材料,首次采用基于MoM的BI-FDM對其電磁散射特性進行了分析。進一步,建立了分析雙各向異性介質(zhì)及其涂覆理想導(dǎo)體目標的體面積分方程(Volume-Surface Integral Equations, VSIE)。采用BI-FDM結(jié)合EDM的方案分析了介質(zhì)及其涂敷導(dǎo)體目標的電磁散射特性。數(shù)值算例表明方法是正確有效的。
　　2.研究了左手材料(Left-Handed Materials, LH

4、M)的電磁散射特性。建立了分析LHM目標電磁散射的面積分方程(SIE)。根據(jù)這種SIE在完全匹配的LHM-RHM(Right-Handed Materials)邊界處存在諧振性問題的特點,采用了一種對介質(zhì)參量的虛部人為增加一微小損耗的預(yù)處理方法,有效地克服了收斂較慢甚至發(fā)散的缺點。另外,首次嘗試采用VIE分析LHM的電磁散射特性的可能性,針對矩陣性態(tài)差的問題,構(gòu)造了預(yù)處理器,對預(yù)處理前后的阻抗矩陣特征值分布做了分析。通過數(shù)值算例說明了S

5、IE和VIE計算左、右手材料時各自的優(yōu)缺點。
　　3.研究了高對比度介質(zhì)及其涂覆理想導(dǎo)體目標的電磁散射特性。結(jié)合 Poggio,Miller, Chang,Harrington,Wu,Tsai(PMCHWT)和VIE,建立了高對比度介質(zhì)目標的廣義體面積分方程(General Volume-Surface Integral Equations, GVSIE)。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了適用于高對比度介質(zhì)涂覆理想導(dǎo)體混合目標的 EFIE-GV

6、SIE,結(jié)合 EDM和自適應(yīng)交叉近似算法(Adaptive Cross Approximation Algorithm,ACA)等加速技術(shù),分析了高對比度介質(zhì)及其敷涂理想導(dǎo)體目標的電磁散射特性?；隗w電磁流和面電磁流的表達形式,給出了一種簡單有效的預(yù)處理方法,有效地改善了阻抗矩陣性態(tài)。數(shù)值結(jié)果表明,GVSIE可以有效地減少高對比度介質(zhì)計算過程中需要求解的未知量數(shù)目。結(jié)合預(yù)處理技術(shù)、EDM/ACA大大地節(jié)省了CPU計算時間和內(nèi)存需求,計算

7、效率得到明顯提高。
　　4.研究了薄電介質(zhì)和薄手征介質(zhì)的電磁散射特性。首先推導(dǎo)了各向同性薄電介質(zhì)片(Thin Dielectric Sheet, TDS)全電流等效模型,該模型是通過體積分方程轉(zhuǎn)化為面積分方程,切向電位移矢量采用修正的 RWG基函數(shù)展開,法向電位移矢量采用脈沖矢量基函數(shù)展開來實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上,提出了雙各向同性薄介質(zhì)片的等效模型,并對雙各向同性薄介質(zhì)片中的手征薄介質(zhì)片進行了電磁散射分析。和VIE數(shù)值結(jié)果比較,驗證了