基于特殊结构目标的积分方程区域分解方法关键技术研究

摘要

对于包含复杂结构和媒质的三维电大尺寸目标,特别是多尺度(Multi-Scale)目标的电磁建模并准确分析变得越来越重要。本文主要针对实际工程中的多尺度问题,系统研究了积分方程区域分解算法(IE-DDM)。研究工作覆盖了理想金属目标,均匀无耗介质目标以及金属介质复合目标的电磁散射与电磁辐射的仿真分析。对于多尺度目标,不仅研究了共形网格的区域分解方法,而且进一步研究了基于非共形网格的积分方程区域分解算法在复杂目标电磁仿真中的应用。
　　首先,本文介绍了积分方程区域分解算法的基本原理,并描述了该算法的矩量法数值求解主要步骤。对于全金属目标,各个子区域采用混合场积分方程(CFIE)求解,对于均匀的介质目标,使用基于介质表面积分方程的广义混合场积分方程( G-CFIE)求解,而对于金属介质混合目标则采用表面积分方程的组合方法(CFIE-G-CFIE)求解。
　　传统积分方程区域分解算法,各相邻闭合子区域的交界面必须使用共形接触面,其网格离散难度较大。本文使用非共形接触面,以实现非共形的积分方程区域分解方法,并成功应用于带有外挂系统的直升机模型电磁散射特性的求解。
　　对于复杂多尺度结构的电磁仿真分析,区域分解算法虽然可以改良阻抗矩阵的条件数,但矩阵方程迭代求解仍然较慢。为进一步提高积分方程区域分解算法的效率,IE-DDM充分利用了算法中各闭合独立子区域的自耦合阻抗矩阵,在原有区域分解阻抗矩阵的左侧加入预条件矩阵,改变原阻抗矩阵的条件数,调整矩阵的特征值分布,减少迭代求解次数。
　　最后,本文提出了针对旋转体和非旋转体组合目标的区域分解算法。针对旋转对称结构子区域,使用与旋转子区域相应的基函数(BoR Basis)对旋转结构目标进行离散剖分,而对于非旋转体结构则使用RWG基函数离散,进而应用区域分解思想对此类目标进行分析。数值实验证明该方法在求解旋转体和非旋转体组合目标电磁问题上具有良好效果。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 频域积分方程基础

2.1 引言

2.2 表面积分方程

2.3 矩量法原理

2.4 阻抗矩阵的计算

2.6 本章小结

第三章 金属目标非共形积分方程区域分解方法

3.1 引言

3.2 积分方程区域分解原理

3.3 积分方程区域分解矩量法分析

3.4 基于叠层矩阵加速的IE-DDM

3.5 数值算例

3.6 本章小结

第四章 金属介质复合目标区域分解方法

4.1 引言

4.2 金属介质复合目标分析

4.3 金属介质复合目标IE-DDM

4.4 数值算例

4.5 本章小结

第五章 旋转体与非旋转体组合目标区域分解方法

5.1 引言

5.2 旋转体目标分析

5.3 旋转体与非旋转体组合目标分析

5.4 数值算例

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果