旋轉結構體電磁問題的高效分析與應用.pdf

1、隨著計算機技術和電磁學的飛速發(fā)展，如何精確快速計算目標的電磁特性成為在目標識別、隱身與反隱身、微波成像等領域研究的重點。對于某些特殊結構，例如旋轉體結構(BOR)，由于幾何外形的特性，對場進行傅立葉展開成不同模式的疊加，不同的模式由于模式正交特性可以獨立討論。傳統(tǒng)的三維電磁問題可以退化為二維半問題，大大降低計算規(guī)模。本文研究的是基于旋轉體結構的高效計算方法，主要分為五個部分討論。
　　 第一部分回顧了矩量法(MoM)計算旋轉體結

2、構目標的散射場，采用了三角基函數(shù)、脈沖基函數(shù)離散目標表面的等效電流和磁流。分別利用電場積分方程(EFIE)、磁場積分方程(MFIE)、混合積分方程(CFIE)計算理想導電(PEC)旋轉體的雷達散射截面(RCS)。采用Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu(PMCHW)方程分析均勻介質(zhì)旋轉體的RCS。最后，在理想導電體區(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)金屬復合結構的電磁散射問題。

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體結構散射問題。采用Weyl恒等式展開格林函數(shù)，近場區(qū)仍然使用傳統(tǒng)矩量法計算，當場源點滿足遠場關系，采用FIPWA技術。同時利用貝塞爾函數(shù)的解析積分表達，導出了旋轉體結構聚合因子和配置因子的解析表達。采用FIPWA對旋轉體結構進行電磁計算，大大降低了計算復雜度和內(nèi)存需求復雜度，因此該方法特別適合電大尺寸的旋轉體問題求解。
　　 第三部分采用有限元方法(

4、FEM)分析了復雜介質(zhì)填充旋轉腔體問題，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)格離散旋轉體結構的截面，使用標量點元基函數(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分量。分析了腔體內(nèi)部的不同諧振模式的諧振頻率、場分布等問題。利用不同的基函數(shù)組合，抑制奇異模出現(xiàn)。在此基礎上，又采用了高階有限元分析了旋轉結構腔體問題，提高了計算的精度。
　　 第四部分結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、轉結構目標的散射問題。將計算區(qū)域分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域的場采用有限元方法計算，外部區(qū)域采用積分方程計算表面等效電流和磁流的關系。結合有限元方法和邊界元方法計算，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；同時無需添加吸收邊界條件，利用格林函數(shù)直接滿足輻射條件，又保證了結果的精確性。該方法也可用于介質(zhì)金屬復合結構的電磁散射問題。
　　 第五部分采用多區(qū)迭代方法分析群旋轉體目標。將每一個旋轉體目標單獨劃分為一個

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。同時在這個基礎上，采用多區(qū)迭代方法分析了任意三維結構的多體目標和電大尺寸目標，既保證了求解的精度，同時也很好的節(jié)約了計算資源。
　　 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體結構目標。通過快速算法加速計算，節(jié)約計算資源。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體結構目標問題的求解效率，