复杂冷等离子体电磁散射改进的FDTD方法研究

发布时间：2019-08-16 10:43

【摘要】：含等离子体目标的电磁散射特性在雷达隐身及电子对抗领域中具有非常重要的研究意义。近年来,在对含等离子体目标的电磁散射特性的研究中,时域有限差分(FDTD)方法应用甚广。从等离子体的本构方程出发,国内外学者先后提出了许多种改进的FDTD方法。在前人的基础上,论文利用一种基于Boris粒子模型的FDTD方法研究了三维非时变等离子体的电磁散射特性,该方法称之为Boris-FDTD方法。该方法在处理等离子体本构方程时,将Boris粒子模型原理应用于等离子体粒子模拟中。这个方法的优点是:将所有的迭代式显性化,不需要计算矩阵各元素的傅里叶变换或拉普拉斯变换,从而减少了计算量和存储量。论文首先利用Boris-FDTD方法计算无碰撞和有碰撞等离子体球的雷达散射截面(RCS),并将结果与电流密度拉普拉斯变换时域有限差分(CDLT-FDTD)方法结果、Mie级数准确结果进行对比,验证了该方法的正确性。然后用Boris-FDTD方法计算了带有磁化等离子体尾焰的导弹的RCS,证明了Boris-FDTD方法也具备计算复杂等离子体实际目标电磁问题的能力。然而,实际应用中的等离子体参数会随外界客观条件的改变而发生变化。越来越多的实际应用过程需要从理论上对时变等离子体模型做出研究,所以针对等离子体的研究从非时变拓展到时变是非常有必要的。论文研究了趋于理想过程的一维瞬变等离子体,首先结合非时变磁化等离子体的CDLT-FDTD方法和截断非时变等离子体的修正的近似完全匹配层(M-NPML)理论,推导出了适于分析一维瞬变等离子体电磁散射特性的FDTD方法和可以截断一维瞬变等离子体的M-NPML吸收边界条件,并验证了该方法和吸收边界的正确性。其次利用该方法研究了一维瞬变等离子体对电磁波频域特性的影响,发现瞬间出现的等离子体板对频域中的电磁波有频率偏移和新增频率点的作用。论文的研究成果可以为非时变和时变等离子体的电磁散射特性问题的研究提供可行的算法。
【图文】：

模型图,尾焰,等离子体,平面波

图 3.5 等离子体尾焰模型图 3.6 导弹和尾焰的整体三维建模图形维 FDTD 模型的坐标系设为 xyz，为 incinc , 。另外，以平面波向量向量为 e 和 e 。平面波电场向量与

尾焰,三维建模,导弹,图形

图 3.6 导弹和尾焰的整体三维建模图形如图 3.7 所示，三维 FDTD 模型的坐标系设为 xyz，平面波向量k 在 xyz 系中对应的球坐标方向参数为 incinc , 。另外，，以平面波向量方向为re 建立球坐标系，其它两个方向单位向量为 e 和 e 。平面波电场向量与的角度为。 e eincE incH rere e e yzinc inc
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN011

【参考文献】