基于LOD5-FDTD算法的复杂模型多阶精度建模及其电磁散射应用研究

发布时间：2020-07-15 11:25

【摘要】：由于时域有限差分(FDTD)方法在电磁计算时可以对所计算的电磁问题进行直观的描述,并且易于编程仿真,使其已经成为电磁仿真计算领域一种重要的数值方法。然而,随着科学技术的发展,该方法对计算效率和精度的要求越来越高,在实际电磁仿真时,传统FDTD方法由于受到建模模型复杂程度的限制,严重影响该方法的适用范围。因此,为了扩大建模的工程实际适用范围,本文结合几种流行的商用建模软件,研究了一种复杂模型多阶精度FDTD建模方法。在回顾和总结FDTD建模方法研究的基础上,研究了一种新的基于三角面元的FDTD网格建模方法,该方法利用商用建模软件生成的三角面元为转化媒介,生成FDTD网格模型,并对之进行优化处理验证,最终达到工程建模需求。该方法解决了多部件复杂材料目标FDTD建模问题、模型内部含有空腔的FDTD建模问题及自由选取模型空间大小问题。同时,通过将该方法建模的结果CAD可视化,从而验证了复杂模型建模算法的正确性,并通过典型目标的雷达散射截面的计算结果与MIE级数解相对比,验证了该建模方法的准确性及实用性。随后,在前述的建模方法上进一步研究了一种新的多阶精度建模方法。即将一个正常大小的网格(一阶精度网格)按边长一半的规则分割成八个小网格(二阶精度网格),从而提高模型的精确度及分辨率。对于模型中普通的部件,选用一阶精度网格降低内存消耗,而对于小部件或者特殊材料的部件,采用二阶精度网格提升模型的分辨率,展示该部件的细节特征,最后对不同精度的部件整合堆叠,输出最终的多阶精度建模文件。依据上述思想,可将一个二阶精度网格八等分,即得到了三阶精度网格,以此类推,最终实现多阶精度建模方法。该方法最后将结合CAD可视化,验证建模的正确性。最后,为了将多阶精度建模方法应用到FDTD电磁散射计算中,本文研究了基于LOD5-FDTD方法的二阶精度电磁散射算法。详细研究了二阶精度网格下电磁场的具体转换方法,以及各个电磁场分量在二阶精度下的具体迭代公式。通过金属球算例与MIE级数解对比,验证算法的正确性,通过复杂模型不同部件二阶精度的选取,验证二阶精度算法能够提升电磁散射运算的准确度。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN011

【参考文献】

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本文编号：2756432