旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體電磁問(wèn)題的高效分析與應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電磁學(xué)的飛速發(fā)展，如何精確快速計(jì)算目標(biāo)的電磁特性成為在目標(biāo)識(shí)別、隱身與反隱身、微波成像等領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)，例如旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)(BOR)，由于幾何外形的特性，對(duì)場(chǎng)進(jìn)行傅立葉展開(kāi)成不同模式的疊加，不同的模式由于模式正交特性可以獨(dú)立討論。傳統(tǒng)的三維電磁問(wèn)題可以退化為二維半問(wèn)題，大大降低計(jì)算規(guī)模。本文研究的是基于旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的高效計(jì)算方法，主要分為五個(gè)部分討論。
　　 第一部分回顧了矩量法(MoM)計(jì)算旋轉(zhuǎn)體結(jié)

2、構(gòu)目標(biāo)的散射場(chǎng)，采用了三角基函數(shù)、脈沖基函數(shù)離散目標(biāo)表面的等效電流和磁流。分別利用電場(chǎng)積分方程(EFIE)、磁場(chǎng)積分方程(MFIE)、混合積分方程(CFIE)計(jì)算理想導(dǎo)電(PEC)旋轉(zhuǎn)體的雷達(dá)散射截面(RCS)。采用Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu(PMCHW)方程分析均勻介質(zhì)旋轉(zhuǎn)體的RCS。最后，在理想導(dǎo)電體區(qū)域采用EFIE，在均勻介質(zhì)區(qū)域采用PMCHW方程，分析了介質(zhì)金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的電磁散射問(wèn)題。

3、r>　　 第二部分研究了快速非均勻平面波算法（FIPWA）求解電大尺寸的旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)散射問(wèn)題。采用Weyl恒等式展開(kāi)格林函數(shù)，近場(chǎng)區(qū)仍然使用傳統(tǒng)矩量法計(jì)算，當(dāng)場(chǎng)源點(diǎn)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)關(guān)系，采用FIPWA技術(shù)。同時(shí)利用貝塞爾函數(shù)的解析積分表達(dá)，導(dǎo)出了旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)聚合因子和配置因子的解析表達(dá)。采用FIPWA對(duì)旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁計(jì)算，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度和內(nèi)存需求復(fù)雜度，因此該方法特別適合電大尺寸的旋轉(zhuǎn)體問(wèn)題求解。
　　 第三部分采用有限元方法(

4、FEM)分析了復(fù)雜介質(zhì)填充旋轉(zhuǎn)腔體問(wèn)題，該腔體內(nèi)部介質(zhì)在周向均勻，在截面上非均勻分布。本文采用三角形網(wǎng)格離散旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的截面，使用標(biāo)量點(diǎn)元基函數(shù)和矢量邊元基函數(shù)分別表示不同模式下周向和切向場(chǎng)分量。分析了腔體內(nèi)部的不同諧振模式的諧振頻率、場(chǎng)分布等問(wèn)題。利用不同的基函數(shù)組合，抑制奇異模出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，又采用了高階有限元分析了旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)腔體問(wèn)題，提高了計(jì)算的精度。
　　 第四部分結(jié)合有限元方法和邊界元方法處理任意截面非均勻介質(zhì)分布的旋

5、轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)目標(biāo)的散射問(wèn)題。將計(jì)算區(qū)域分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域的場(chǎng)采用有限元方法計(jì)算，外部區(qū)域采用積分方程計(jì)算表面等效電流和磁流的關(guān)系。結(jié)合有限元方法和邊界元方法計(jì)算，該算法既可以方便處理非均勻介質(zhì)分布，保持了算法的靈活性；同時(shí)無(wú)需添加吸收邊界條件，利用格林函數(shù)直接滿足輻射條件，又保證了結(jié)果的精確性。該方法也可用于介質(zhì)金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的電磁散射問(wèn)題。
　　 第五部分采用多區(qū)迭代方法分析群旋轉(zhuǎn)體目標(biāo)。將每一個(gè)旋轉(zhuǎn)體目標(biāo)單獨(dú)劃分為一個(gè)

6、子域求解，逐漸考慮子域之間的耦合，直到最后整體解收斂，子域之間的耦合和子域內(nèi)部耦合都采用多層快速多極子求解。同時(shí)在這個(gè)基礎(chǔ)上，采用多區(qū)迭代方法分析了任意三維結(jié)構(gòu)的多體目標(biāo)和電大尺寸目標(biāo)，既保證了求解的精度，同時(shí)也很好的節(jié)約了計(jì)算資源。
　　 本文采用積分方程方法，有限元方法，有限元-邊界元混合方法分析旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)目標(biāo)。通過(guò)快速算法加速計(jì)算，節(jié)約計(jì)算資源。本文的研究工作表明，快速高效的算法能夠很好的提高旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)目標(biāo)問(wèn)題的求解效率，