混合场积分方程结合MLFMA分析导体介质复合目标电磁散射问题

针对组合目标电磁散射问题,采用一类新的混合场积分方程进行分析.通过合理选择比例系数组合表面电场和磁场积分方程,构造出具有良好收敛性的阻抗矩阵.MLFMA的迭代求解采用广义最小残差方法(GMRES),结合预条件技术进一步减少迭代次数,加速计算并提高处理电大尺寸导体介质复合目标的能力,研究了几类典型目标电磁散射特性并比较了计算效率,数值算例验证了该方法的准确性和高效性.

复杂金属载体上线天线的MoM分析

各类金属载体上线天线的特性分析具有很重要的实用价值。本文运用矩量法处理各种载体上线天线问题。首先将线天线模拟为带状线,天线和载体表面均采用平面三角形单元进行剖分,RWG基函数作电流展开函数。然后介绍了线面连接处贴片单元的剖分方法,以及在连接处定义基函数和添加电压源模型。本文分析了各种形状金属载体上线天线的特性,研究了角度和位置对天线输入阻抗或辐射特性的影响。数值结果验证了方法的正确性。

导体介质组合体电磁分析的建模与计算

为提高导体介质复合目标电磁散射分析的效率,采用一类新的表面混合场积分方程进行求解,该方程通过伽略金方法建立的阻抗矩阵具有良好的条件数。分析了多区域连接边上的电磁流分布和基函数的定义,然后根据边界条件推导了广义EFIE-CFIE-JMCFIE方程形式,最后比较了不同积分方程建立阻抗矩阵的收敛性。数值算例表明该方法能明显提高计算效率,实现导体介质复合目标电磁散射分析快速、准确的求解。

大型阵列结构电磁特性分析的特征基函数方法

运用基于矩量法的特征基函数方法分析了大型阵列结构的电磁辐射与散射特性。特征基函数方法首先对阵列结构进行分区,通过区间互耦构造高层级基函数,大大降低了生成的全局矩阵的尺度,能够对矩阵直接求解。将特征基函数方法运用于对大型阵列结构的分析中,通过深入的研究,给出了加速计算和节省内存的手段。数值结果表明方法的准确性和高效性。

三维导体介质复合结构电磁辐射与散射的MLFMA分析

利用多层快速多极子方法(MLFMA)分析三维导体介质复合结构的电磁辐射与散射特性。根据等效原理,介质表面构造Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu(PMCHW)方程,导体表面建立电场积分方程(EFIE)。分析了含介质目标MLFMA算法中远区组矩阵矢量相乘运算以及有耗媒质空间中格林函数的平面波展开。利用该方法研究了涂敷目标电磁散射特性以及天线罩对直线阵天线辐射特性的影响。MLFMA的应用降低了计算量和存储量,实现了对电大尺寸目标快速、准确的求解。

MLFMA分析复杂载体平台上天线问题

该文分析了导体介质复合结构平台上线天线的辐射问题。利用等效原理建立EFIE-PMCHW表面积分方程组,定义线、面和连接基函数描述复杂结构上电流分布,分析了导体介质分界面处基函数的处理;利用多层快速多极子方法(MLFMA)加速迭代求解过程中的矩阵矢量相乘运算,并用于有耗媒质求解。MLFMA的运用极大地提高了求解实际电大问题的能力。数值计算结果验证了方法的正确性和高效性。

导体平台上线天线问题的MoM-PO分析

采用高低频混合技术的混合矩量法-物理光学法(MoM-PO)分析导体平台上的线天线问题;天线与平台上不规则区域采用MoM分析,平台其他部分用PO方法计算。研究了MoM区的选择对计算精度和内存需求的影响,给出了一种考虑PO区域单元间互耦的迭代方法,以此改善PO近似带来的计算误差。分析了典型载体平台上线天线问题,研究了载体上天线的阻抗和辐射特性。数值计算结果和传统MoM结果有较好的吻合。该方法在工程应用中具有较高的实用性。

面向工程应用能力提升的电磁散射高效数值分析:进展与挑战

本文介绍了在先进高效数值方法—多层快速多极子方法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)分析框架下,旨在进一步提升数值求解能力和工程应用能力的研究成果,以及结合相关成果的应用研究;重点讨论了用于超电大目标(特别是含腔目标)散射分析的各型相位提取(Phase Extracted,PE)基函数、用于金属-厚介质层复合结构散射建模的电流磁流混合场积分方程(Electric and Magnetic Current Combined Field Integral Equation,JMCFIE)、用于天线罩及雷达仓散射计算的多层介质散射的多层薄介质层(Thin Dielectric Sheet,TDS)边界条件方法、用于多尺度结构电磁散射建模的快速笛卡尔展开方法;并给出了相关应用实例.最后,对当前仍然存在的主要挑战和可能的对策进行了简略的讨论和展望.

无人机极化散射特性室内测量研究

无人机目标的雷达检测、分类和识别研究需要无人机的极化散射特性支撑。该文通过对复杂材质无人机的室内测量研究,揭示了无人机与金属化模型的全极化散射特性差异。利用部件分解测量的分析方法,阐述了无人机与主要部件极化散射一致性关系,证明了机身、机翼直接影响整机的退极化效应,其中机身部位是整机交叉极化散射的主要来源。

基于阻抗边界条件建模的涂敷目标电磁散射分析

针对飞行器上常用的涂敷吸波材料结构开展电磁散射数值建模和散射特性分析。利用涂敷结构表面电磁场的阻抗边界条件,建立表面电流和表面磁流的新型积分方程形式,并利用快速算法进行求解。数值结果表明:该型积分方程在不增加额外计算量和存储量的条件下,显著改善了迭代求解收敛性,为复杂涂敷结构的电磁散射分析提供了快速、可靠的技术途径。

用于雷达反隐身的低可探测目标电磁散射高效数值分析

本文介绍基于多层快速多极子方法(MLFMA)分析框架下的高效处理新方法和相关研究成果,重点讨论用于厚介质层散射分析的电流磁流混合场积分方程(JMCFIE)、用于多薄层介质散射的多层薄介质层(TDS)边界条件方法及其应用等;最后介绍了所研发的P-UEST软件及其在隐身飞行目标散射特性计算中的应用成果。

积分方程平面反射阵电磁建模技术

针对基于空间功率合成的空馈平面反射阵(FLAPS)型高功率微波辐射器的高效率电磁仿真需求,应用积分方程方法结合多尺度混合电磁建模技术MLFMA-MLACE进行问题的电磁建模及求解,主要过程包括:针对设计模型进行多尺度几何建模;在宏观层面采用多层快速多极子加速矩矢相乘;在微观层面采用多层笛卡尔展开加速求解。结合W波段的FLAPS初步模型,利用传统多层快速多极子技术(MLFMA)进行了精度验证,对于混合方法在仿真中的适用性、模型等效处理程度的影响以及计算成本等进行了分析。结果表明,该方法在内存及计算时间方面显著地提高了效率,论文还对后续改进方向进行了讨论。

MOM、MOM-PO及HEMI在载体天线问题中的比较

在传统矩量法(MOM)的基础上,对其与物理光学(PO)混合的方法(MOM-PO)以及电磁场积分方程混合迭代方法(HEMI)进行了详细的推导,从物理机制、计算成本、数值结果的精度等方面比较了3种方法的异同。数值算例表明,HEMI的输入阻抗及辐射方向图结果均能与MOM很好地吻合,同时在较大程度上节约了计算时间;而MOM-PO虽然在计算时间及内存消耗上均显著优于上述两种方法,但小尺寸结果的精度相对较差,特别是方向图,在小尺寸情况下,主瓣、旁瓣及后瓣上均存在较大误差。

一种宽带内可调的开关型有源频率选择表面

有源频率选择表面可以作为精密电磁仪器的外壳,根据外界环境的变化,调节通带的频率,达到滤波的目的,从而降低外界环境对于仪器内部的干扰,不影响仪器的正常工作。本文利用在四边缝隙加载PIN二极管的技术,设计了一种新型的开关型有源频率选择表面,其通带在0.6GHz到3.2GHz的范围内可调,并且可以保证透射系数均大于0.7。相比传统的有源频率选择表面,该型表面在宽带内中心频率可调方面具有更强的灵活性,对于实际电磁兼容中滤波功能的实现,具有一定的可行性和参考价值。

半空间环境下跨界金属目标电磁散射快速分析研究

通过对半空间分界面进行截断,半空间环境下目标的散射问题可以等效为自由空间中目标与背景构成的复合介质体的散射问题。不同于传统的半空间散射问题分析方法,该文使用自由空间格林函数,从而避免复杂耗时的半空间格林函数的计算,特别是当目标靠近或横跨分界面时。根据自由空间格林函数的特性,该方法可以有效地利用多层快速多级子方法进行加速处理,不仅解决了传统的半空间问题中缺乏有效的快速方法的问题,而且改善了由截断半空间分界面而引入的额外未知量问题。通过对跨界舰船的数值分析,验证了该方法的准确性和有效性。另外,从能量守恒的角度出发,提出了透射深度的概念,为跨界目标处于下半空间部分的截断问题提供了依据。

分层等离子体包覆飞行器天线性能一体化分析

提出了一种适用于分层等离子体鞘套、高超声速飞行器以及天线一体化求解的修正多层薄介质片(Multi-Layer Thin Dielectric Sheet,ML-TDS)方法.该方法只需在相关参考面上进行面剖分,避免了对覆盖于机体表面等离子体的海量体剖分,从而大幅降低了待求未知量和计算量.详细介绍了修正ML-TDS方法,通过与体面积分方程方法和面积分方程方法的对比展示了其在分析分层等离子体鞘套覆盖下天线辐射特性问题中的优势.基于高速飞行器表面等离子体鞘套和天线间的互耦模型,分别计算了飞行器上单天线和双天线在等离子体鞘套和飞行器平台影响下的辐射特性.该方法可对等离子体鞘套包覆的飞行器和天线实现一体化的建模和计算,数值结果准确,计算复杂度低,是研究分层等离子体鞘套电磁效应较为便捷的数值分析工具.

米波频段飞机目标全极化散射仿真与特性分析

该文基于全极化雷达对空探测和目标识别的应用需求,研究了飞机目标全极化散射特性,特别是交叉极化散射的产生原理和可利用性。在米波频段对隐身和非隐身飞机目标开展了数值建模和仿真计算;分析对比了不同飞机目标的极化散射空域分布特性,分析了不同的外形结构产生强交叉极化的条件。结果表明:非隐身飞机具有较丰富的极化散射特性,有利于雷达目标的极化识别。

电大尺寸天线罩电磁特性高效数值仿真技术

针对电大尺寸天线罩电磁特性,分析研究了快速求解表面积分方程的多层快速多极子算法及其改进技术。构造了具有良好矩阵性态的积分方程形式,提出加速迭代求解的并行预条件技术,利用分组稀疏化方式构造预条件矩阵,显著降低了迭代求解次数。采用快速球谐展开技术对聚合和配置因子项进行压缩,将其存储量降低了2/3。通过数值算例验证了方法的精确性和高效性,并实现了大型带罩阵列天线辐射特性的仿真分析。

太赫兹雷达散射截面的仿真与时域光谱测量

太赫兹时域光谱技术在安检、无损检测、生物医学等领域有广泛的应用,而其在雷达目标特性领域的应用一直存在诸多争议.针对目前太赫兹时域光谱雷达散射截面定量测量的难题,本文基于太赫兹时域光谱技术搭建了太赫兹时域光谱目标散射测量系统,利用该系统测量了金属球、金属圆盘、金属圆柱等典型定标体在0.2-1.6 THz频段内的极窄时域脉冲回波,数据处理后得到了各定标体的雷达散射截面,与理论数据对比验证了系统测量结果的精度.在此基础上,测量了太赫兹频段电大尺寸复杂目标的雷达散射截面,并将表面积分方程法与多层快速多极子算法相结合对目标的雷达散射截面进行了数值计算,测量值与理论值达到了较好的一致性.研究结果为太赫兹时域光谱技术在太赫兹目标特性领域的应用奠定了基础.

基于多层快速多极子算法的快速成像方法研究

多层快速多极子算法(MLFMA)能够快速准确地实现三维复杂目标的电磁散射计算。本文利用MLFMA对三维复杂目标进行几何分层分组,通过求解混合场积分方程(CFIE)获得给定频率和观测方向的雷达散射截面(RCS);然后利用每个子区域内的电流对散射场贡献大小,即可实现高分辨率雷达目标三维成像。论文对实现二维成像的相干投影和非相干投影技术开展了有效性验证。与传统的ISAR成像方法相比,基于MLFMA的快速成像方法所需的成像数据计算成本极低,所成图像更加直观,且可多角度呈现目标散射特性。