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

2、容分析同樣是一個很重要的課題。根據(jù)實際工程需要，在吸收國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上，本文重點對適用于多種電大目標電磁散射與電磁兼容分析的高性能電磁場數(shù)值算法展開研究，作者的主要工作和成果可概括為：
　　 1.研究了適用于良導體表面的自適應多層快速多極子算法及其并行算法。在自適應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源函數(shù)展開，從而實現(xiàn)了阻抗積分的自適應快速計算，并且所有轉(zhuǎn)移過程可由快速傅里葉變換計算，這種

3、算法中同時引入了轉(zhuǎn)移因子的快速計算與優(yōu)化存儲措施以及一些其它的改進措施，這種算法相對于傳統(tǒng)的多層快速多極子算法計算效率大大提高。該算法同時具有很高的并行性，其并行算法可解決電尺寸大得多的良導體目標的電磁仿真問題。
　　 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多層快速多極子算法及相應的并行算法。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積分方程。采用自適應多層快速多極子算法對方程進行求解時，在遠、近場相互作用

4、過程、轉(zhuǎn)移與配置過程中引入自適應快速計算措施，使算法效率獲得大幅提升。為進一步擴展算法的應用范圍，文中還對該算法的并行算法進行了研究。文中采用串、并行算法對幾種介質(zhì)體、涂層體及組合體目標的電磁散射特性及幾種電大平臺上天線系統(tǒng)的電磁兼容性進行了分析。
　　 3.研究了一種單元級矢量有限元算法及其并行算法。該算法可在單元級別上完成矩陣與向量的乘法運算，無須生成總體系數(shù)矩陣，從而可大大節(jié)省計算時間和存儲量。該算法具有很高的并行性，文中

5、對該算法的并行算法進行了研究。
　　 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矢量有限元和自適應多層快速多極子算法的快速矢量有限元/邊界積分方法。該算法的計算效率相對于傳統(tǒng)算法有了很大提高。因為自適應多層快速多極子算法與單元級矢量有限元算法均可進行并行計算，所以這種快速矢量有限元/邊界積分方法同樣可以進行并行計算，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涂層體目標的電磁

6、散射特性及大型平臺上天線系統(tǒng)的電磁兼容性進行了分析，數(shù)值實驗結(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寬帶電磁參數(shù)的寬帶快速算法及其相應的并行算法。寬帶快速算法將波形漸進預估技術(shù)分別與自適應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，可實現(xiàn)不同目標表面寬帶電磁流和電磁場的快速求解，文中同樣研究了相應的并行算法，以進一步提升寬帶快速算法求解大型目標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.推導了導體、介質(zhì)體、組合體上線.面結(jié)合結(jié)構(gòu)的快速多極子表達式，討論了大型平臺上天線系統(tǒng)電磁兼容指標的選擇問題以及不同指標之間的相互關(guān)系，對這些指標在天線電磁兼容中的重要性進行了討論。建立了大型平臺上天線系統(tǒng)電磁兼容分析的幾種通用模型，這些模型包括輻射場計算模型、隔離(耦合)度計算模型、干擾功率計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上天線系統(tǒng)電磁兼容分析的流程。最后結(jié)合實際工程，集中