薄涂覆目标电磁散射特性分析

发布时间：2020-05-31 10:56

【摘要】：薄涂覆结构在实际工程中应用广泛,除具有复杂结构的飞行器表面涂覆外,薄涂覆结构还广泛应用于微带天线、天线罩的设计当中。在雷达隐身技术中,一般通过降低RCS(Radar Cross Section,雷达散射截面)来提高雷达系统或飞行器系统的隐身性能。采用吸波材料涂覆结构能有效地降低飞行器RCS,提升飞行器自身生存能力。利用全波建模方法仿真涂覆结构时会产生较大未知量,这极大地增加了计算难度。为实现薄涂覆结构的电磁散射特性仿真分析,与之对应的电磁近似算法应运而生。目前计算薄涂覆问题的近似算法主要有阻抗边界条件法和薄介质片等效法。阻抗边界条件法通常具有较强的有效性约束条件,不具有广泛的适用性;薄介质片等效法对计算资源的要求相对较高,由于场的法向分量通过脉冲基函数定义,这会额外增加未知量的个数。在此基础上,本文研究了针对薄涂覆结构的近似方法。本文介绍了矩量法的基本理论,包括矩量法的基本过程和广泛使用的RWG基函数;同时介绍了电场积分方程、磁场积分方程和混合场积分方程的构建及其矩量法解,且针对散射问题,讨论了近场和远场两种散射场的计算方法。以上述理论为基础,重点阐述了涂覆问题的基本理论,介绍了几种主流算法,包括阻抗边界条件、薄介质片等效等,并研究了广义薄涂覆等效模型,计算了雷达散射截面,并与商业软件全波模型和等效模型的结果进行对比,验证了算法的正确性。相比于全波模型,薄涂覆等效模型在保证计算结果准确性的同时,没有增加额外的未知量,这极大地减少了对计算资源的消耗,因此在计算薄涂覆目标电磁散射特性问题时,使用该算法能更高效地进行求解和分析。为了解决仿真电大尺寸目标电磁散射特性时计算量大、存储量大以及对于腔体结构迭代解法难于收敛的问题,实现了矩量法矩阵填充和矩阵方程直接求解算法的并行化。采用分布式内存编程模式,即MPI(Message Processing Interface,消息传递接口)将算法程序并行化,利用高性能计算机进行并行计算,扩大了计算规模,实现了对电大尺寸薄涂覆目标电磁散射特性的分析。
【图文】：

隐身飞机示意图

采用并行 LU 分解算法进行求解，加快了求解速度，，提升了该算法的求解效率。图1.2 “天河二号”超级计算机1.3 本文的主要工作及内容安排本文主要从应用需要的角度，进行了薄涂覆目标电磁散射特性的分析和研究。在矩量法的基础上，介绍了基函数的基本概念、电场与磁场积分方程的基本形式及其矩量法解。本文重点分析和阐述了针对薄涂覆电磁散射特性分析时常用的方法，包括阻抗边界条件和薄介质片等效等方法，并在该方法的基础上提出近似。此外，还研究了并行理论的基础，尤其是矩量法的并行理论基础，实现了矩阵填充和矩阵求解的并行化，并在此理论基础上分析了薄涂覆目标电磁散射特性的并行分析方法，最后给出算例分析。本文共分五章，每一章的组织结构如下：第一章：简述了基于矩量法的薄涂覆目标电磁散射特性分析这一课题的研究意义和工程背景
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN011

【参考文献】

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本文编号：2689747