快速求解导体目标宽带电磁散射特性方法研究

摘要

目标宽带电磁散射特性的研究是军事和民用技术发展的基础，而加速分析目标宽带电磁散射特性则是数值计算研究的重点。利用矩量法(MoM)分析目标宽带电磁散射特性可以采用逐个频点计算，但代价是内存大，时间长，尤其是分析电大尺寸目标时，几乎无法计算，因此研究快速算法具有十分重要的价值。
　　 当计算的频带较宽时，利用频带内有限频点的信息来获取整个宽带内的电磁散射特性则是一种重要思路。本文正是基于这种思想并结合快速方法来提高分析导体目标宽带雷达散射截面(RCS)的效率。
　　 论文首先引入矩量法的基本理论，介绍RCS及相关基本概念，给出了电场积分方程(EFIE)求解三维导体目标RCS的具体步骤。最后计算的两个实例验证了MoM的有效性。
　　 接着介绍用于分析电大尺寸目标电磁散射特性的新的快速算法-快速偶极子法(FDM)。该方法以等效偶极子法(EDM)为基础，对相距较远偶极子间的相互作用作近似处理，这样加速了求解过程且对精度影响很小。本文就是以FDM作为研究导体目标宽带RCS的基础。文中对FDM的计算及内存复杂度进行了详细分析，最后给出的数值算例显示该算法具有很好的精度和效率。
　　 然后本文利用阻抗矩阵有理插值方法计算导体目标宽带RCS。阻抗矩阵有理插值法被用来加速频带内非插值点上阻抗矩阵的填充速度，而对矩阵方程的求解没有影响。为了加快矩阵方程的求解速度，将FDM、预条件迭代技术同阻抗矩阵有理插值相结合，只需对近场矩阵和预条件矩阵进行插值计算，从而节省了大量的时间。最后给出的数值算例显示了该算法的良好精度和较高的效率。
　　 最后将AWE技术结合FDM来求解导体目标宽带RCS。虽然应用AWE技术需要存储多个阻抗矩阵，但在分析目标宽带RCS时只需对几个频点进行分析。并且在应用时结合FDM加快了求解的速度。数值实例结果表明该混合法可有效降低计算时间，具有满意的精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 RCS基本概念

1．3 宽带电磁散射研究的主要方法及应用

1．4 目标宽带电磁散射研究现状

1．5 本文的主要内容及结构安排

第二章 矩量法

2．1 矩量法的基本原理

2．1．1 常用基函数

2．1．2 检验函数

2．2 积分方程

2．2．1 电场积分方程

2．2．2 磁场积分方程

2．2．3 混合场积分方程

2．3 导体目标建模

2．3．1 目标建模简介

2．3．2 三维导体的建模软件

2．3．3 几何目标计算数据的提取

2．4 电场积分方程在电磁散射中的应用

2．5 本章小结

第三章 基于快速偶极子法的目标RCS快速计算

3．1 引言

3．2 等效偶极子法的基本原理

3．3 快速偶极子法的数学原理

3．4 快速偶极子法的复杂度分析

3．5 数值算例及分析

3．6 本章小结

第四章 基于预条件矩阵插值技术的目标宽带RCS快速计算

4．1 引言

4．2 常用迭代算法

4．3 预条件技术

4．3．1 不完全LU分解预条件技术(ILU)

4．3．2 稀疏近似逆(SAI)预条件技术

4．4 插值法基本原理

4．5 阻抗矩阵插值法

4．6 数值算例及分析

4．7 本章小结

第五章 快速偶极子法结合AWE技术快速求解目标宽带RCS

5．1 引言

5．2 AWE技术基本原理

5．3 FDM与AWE技术结合的数学原理

5．4 数值算例及分析

5．5 本章小结

第六章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间的科研情况