电大尺寸目标电磁散射的并行FVTD计算

实际目标的高频电磁散射模拟属于电大尺寸目标电磁计算问题,其高精度数值计算通常伴随着大存储量和大计算量的沉重负担。为保证高精度数值计算,构建了直接求解电磁学麦克斯韦方程组,采用贴体多块结构网格的时域有限体积法(FVTD)解算器。为解决大规模网格带来的大计算量问题,则采用MPI并行编程,进行网格多进程分割、负载平衡以及进程通信设置和程序并行化处理,成功地对电大尺寸飞翼外形进行了L波段双站电磁散射场和雷达截面(RCS)计算。结果表明pmbRCS3d这一并行高精度电磁散射模拟软件具有稳定和鲁棒特性,适合进一步应用于目标更高频段电磁散射计算。

采用FDTD/FVTD混合算法分析蝶形微带天线

用FDTD和FVTD混合算法分析了蝶形微带天线的反射损失。在适于矩形网格的区域采用常规的非均匀FDTD算法,在微带贴片天线的斜边或PEC弯曲表面处采用FVTD算法,重叠区域的场通过邻近场的线性插值得到。程序仿真和实际测量结果的比较表明在较宽的频带内,该算法在不损失精度,不显著增加CPU时间和内存的情况下,极大地降低了常规FDTD所要求的网格密度。

非结构网格FVTD中二次函数重构技术用于电磁计算

提出了一种适用于非结构网格下格子中心型时域有限体积方法的基于最小平方法的二次函数重构技术以取代以往采用的线性重构技术,包括插值模板的选择和重构函数的确定。通过对典型的电磁场本征值问题及散射问题的计算验证,表明了文中方法较以往方法大大改善了算法的耗散性,提高精度的同时可以显著地减少CPU时间和存储量。

多块对接网格技术在电磁场散射问题中的应用

采用多块对接网格技术和时域有限体积法(FVTD)研究了典型目标和多体的电磁场散射问题.控制方程采用三维一般曲线坐标系下的时变麦克斯韦方程组.时间方向采用四步Runge-Kutta方法,空间离散采用基于通量雅可比矩阵特征结构的通矢量差分分裂,依赖变量采用MUSCL插值.时间方向的计算精度为2阶,空间方向的计算精度可达3阶.典型算例的雷达散射截面(RCS)的计算结果与理论解吻合很好.对于多体问题计算与文献结果相当一致,说明该算法具有对复杂拓扑结构外形(包括多体问题)进行数值模拟的能力.

两种适用于时域有限体积方法的截断边界

将广泛用于时域有限差分（FDTD）的各向异性完全匹配层推广到非结构网格下格子中心型时域有限体积方法（UCFVTD）中，并同Silver-Mtiller截断边界相结合，提出了一种适用于UCFVTD的截断边界条件。将良态完全匹配层推广到三维UCFVTD计算，给出了三维情况下UCFVTD算法在良态完全匹配层中的场方程。通过数值反射试验以及对典型的电磁场散射问题的计算，验证了这两种截断边界条件的有效性和整体算法的稳定性。同以往的Silver—Muller吸收边界比较，反射误差分别有15～25dB和17～28dB改善，提高了计算精度。

结构/直角切割网格下时域有限体积法在计算电磁中的应用研究

采用有限体积法直接求解时域麦克斯韦方程组,研究了二维圆柱、翼型和三维球体、立方体、双球体等典型完全导电目标的电磁散射问题。空间离散使用近似黎曼解构建网格通量,并针对二维结构网格、三维自适应直角切割网格分别给出重构方法,时间方向采用二步龙格库塔法。计算与理论、实验或文献结果符合良好。

混合尺寸目标电磁计算的时域伪谱/有限体积混合方法

针对单一算法对混合尺寸目标进行时域电磁分析的困难,提出一种时域伪谱(PSTD)同时域有限体积(FVTD)混合方法。FVTD可方便地分析复杂的几何结构和材料,但是难以计算电大尺寸的目标,PSTD则特别适合计算电大尺寸的规则结构,但在模拟复杂的几何结构尤其是带有曲边结构以及电大、电小共存结构时存在困难。混合方法克服了单独算法的缺点,融合各自的优势,提高了算法的求解能力和应用范围。为了减小两种算法连接边界带来的反射,采用了FVTD计算面均值的二次函数重构方法,给出了交叠网格和非交叠网格两种混合方案。数值试验表明,混合方法有较高的精度,具有时域分析混合尺寸目标电磁问题的能力。