大型武器平台天线辐射快速仿真算法研究

摘要

安装于大型武器平台上的天线会受到平台的耦合影响，从而导致天线的辐射性能发生畸变。对复杂武器平台天线的辐射性能进行仿真预测，不但是平台电磁兼容性分析的重要内容，也是指导平台上天线布局的主要依据，因此对大型武器平台上天线辐射的快速算法研究不仅具有重要的理论意义，还具有十分重要的工程应用价值。
　　基于光束追踪的SBR算法最初用来解决雷达散射截面(RCS)的快速计算，本文在射线管构造方面对其做了改进，使之能应用于天线辐射仿真计算，我们将这种算法命名为弹跳光束法(SBB)。基于该算法开发了一款电磁仿真软件(Electromagnetic Radiation Code，EMRC)，该软件能够精确、快速地完成平台天线辐射特性的预测。本文完成的主要工作有:
　　1.开展了针对天线辐射计算的射线管构造研究，对平面波射线管的构造做了改进从而得到了辐射型射线管的构造方法，改进的内容包括:根据实际需求，完成了以天线方向图作为天线模型和以立方体包围盒作为初始虚拟孔径面的构建;为加速查找到射线管的照亮区域，改进了基于KDTree的射线管遍历算法;改进了射线管的划分算法，使得目标三角形对射线管初始面的划分结果更加理想。
　　2.结合天线辐射计算的特点，开展了基于弹跳光束法的电磁辐射计算的研究，内容包括:利用GO和逆向射线追踪的思想，改进了辐射型射线管出射电场的求解方法;改进了可见棱边的查找方法，求解出棱边绕射贡献。
　　3.开展了SBB算法并行加速的研究，利用OpenMP完成了SBB算法的并行开发;在该算法的基础上，利用面向对象技术开发出了天线辐射仿真软件—EMRC。
　　4.开展了EMRC的软件校模工作，首先通过几个典型算例，将EMRC软件的仿真结果与商业仿真软件FEKO的MLFMA算法结果做了对比，验证了EMRC的正确性和高效性;最后，用EMRC软件对舰载平台天线的辐射特性进行了仿真计算，验证了该软件的实用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 本文的主要工作和结构安排

第二章 电磁辐射计算理论基础

2．1 GO理论

2．1．1 GO中的传播理论

2．1．2 GO中的反射理论

2．2 PO理论

2．2．1 利用PO实现远场计算

2．2．2 利用PO实现近场计算

2．3 TW-ILDC理论

第三章 弹跳光束法(SBB)

3．1 弹跳光束法简介

3．2 弹跳光束法的射线管构建

3．2．1 天线模型的选择和初始孔径面的构建

3．2．2 弹跳光束法的射线管划分算法

3．2．3 射线管划分过程的加速方案

3．3 弹跳光束法的电磁计算

3．3．1 PO积分条件

3．3．2 射线管的PO积分

3．4 棱边绕射修正计算

3．4．1 查找可见棱边

3．4．2 利用TW-ILDC计算棱边绕射

第四章 基于弹跳光束法的软件实现

4．1 并行加速设计

4．1．1 并行技术介绍

4．1．2 本文并行方案

4．2 整体框架设计

4．2．1 人机交互CAD模块设计

4．2．2 电磁计算模块设计

4．2．3 人机交互POST模块设计

4．3 EMRC软件介绍

4．3．1 EMRC软件功能介绍

4．3．2 EMRC人机交互界面

第五章 EMRC计算结果验证和后续工作展望

5．1 远场结果验证

5．2 近场结果验证

5．3 绕射修正计算结果验证

5．4 EMRC在大型舰船上的应用

5．5 后续工作展望

结束语

致谢

参考文献

硕士期间研究成果