宽带电磁特性快速算法研究

发布时间：2018-06-05 07:57

本文选题：矩量法 + 积分方程　；参考：《西安电子科技大学》2015年博士论文

【摘要】：近年来,随着信息技术的迅速发展,现代战争已不再是传统上的机械战争,而是多层次全方位的信息战争。雷达系统在武器战略平台中发挥着至关重要的作用。在现代雷达目标识别、探测与隐身技术当中,快速准确的获取目标体的宽频带宽角域全方位信息已成为决定信息战争成败的关键。因此,对目标体的宽带电磁辐射和散射特性的研究不仅是一项学术研究课题,而且更具重大的实际工程意义。本文密切结合国家自然科学基金项目,主要研究了基于电场积分方程的电磁宽带快速分析方法及其在载体平台上线天线和低频段宽带电磁特性分析方面的应用。本文的主要工作可概括为以下几个方面:1.详细介绍了导体、线结构和导体-介质混合等目标的表面电场积分方程建立过程,并采用矩量法分析了金属导体、线结构和均匀介质体的电磁辐射与散射特性。对导体采用传统的基于三角面元的RWG基函数进行处理;对于细线结构,首先剖分为直线段,然后利用三角形基函数进行处理;对于导体-介质混合目标体散射问题则采用EFIE-PMCHWT方法来解决。2.对于电磁宽带问题的分析,本文主要详细介绍了基于Taylor级数展开的渐近波形估计技术(AWE)和基于Chebyshev多项式的最佳一致逼近技术。从理论公式推导和算法实施等方面都做了细致的推导。为了进一步降低计算机内存消耗,提高计算效率,引入自适应积分方法,并对该方法在电磁计算方面的应用做了详细的介绍。3.提出了利用自适应积分方法加速计算线-面连接混合结构电磁特性的方法。对导体和细线结构分别进行离散化并采用不同基函数进行计算,而线面连接处使用特殊的连接域基函数来进行处理。与以往的面面模型相比,这种处理方式更能准确的表达出线面连接处电流变化。在使用自适应积分方法解决线面连接问题时,首先用均匀笛卡尔网格将整个线面连接结构包围,然后将导体、细结构和连接域三部分原始基函数分别投影到包围该基函数的(p+1)2个网格节点上。由于各部分是单独处理的,因此三部分基函数的投影过程是相互无关的,得到与导体、线结构和线面连接域相对应的辅助基函数也是相互独立的。4.提出了利用渐近波形估计方法和最佳一致逼近方法分析了线面连接结构的宽带电磁特性。渐近波形估计方法的基础是Taylor级数展开法,因此利用其分析线面连接结构电磁特性的难点在于对线面混合需要对阻抗矩阵进行高阶求导,特别是连接域自阻抗的高阶导数的求解过程更为复杂。最佳一致逼近方法求解线面连接问题的思想是利用有理函数将导体、导线和连接域各部分的表面感应进行转换,然后利用Chebyshev节点电流信息得到电磁宽带响应。与渐近波形估计方法相比,该方法无需求解阻抗矩阵的高阶导数,这大大降低了计算复杂度。5.提出了将自适应积分方法与渐近波形估计方法和最佳一致逼近方法相结合加速求解线面结构的宽带电磁特性。引入的自适应积分方法克服了渐近波形估计方法中线面阻抗矩阵及其高阶导数存储量大的问题,同时由于格林函数矩阵的卷积特性可以利用快速傅里叶变换,这样加速了线性方程迭代求解中阻抗矩阵与三部分电流矢量的相乘过程,缩短了求解时间。与渐近波形估计方法相比,自适应积分方法与最佳一致逼近方法的结合更容易实现,算法理论基础简单,计算程序也容易编写。6.提出了基于Loop-Tree基函数的宽带分析方法。应用矩量法求解电场积分方程是目前求解电磁辐射与散射问题最常用的方法。当利用矩量法处理低频电磁问题时会出现“低频崩溃”的情况,因而其应用范围受到限制。为了解决传统矩量法的低频失效问题通常采用将磁矢位和电标位相分离的方法,这种分离可以利用Loop-tree和Loop-star基函数来实现。在Loop-tree基函数基础上利用渐近波形估计方法和最佳一致逼近方法快速分析了给定频带和角域内的RCS。与传统逐个角度或逐个频点计算相比,大大降低了计算时间。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of information technology , modern warfare is no longer a traditional mechanical war , but a multi - level and comprehensive information war .
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN95;TN011

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