介质导体复合目标电磁散射分析的表面积分方程方法

论文摘要

导体与介质复合目标的电磁散射特性分析对于实际工程应用具有重要意义，尤其在雷达系统设计、雷达目标识别、遥感遥测以及军用目标的隐身、反隐身等应用上需求强烈。然而导体与介质间复杂的耦合与复杂的材料分布，导致这类问题的电磁散射求解面临计算时间长与所需计算机存储量大的困难。对此，本文主要研究了三维任意形状的介质以及均匀介质涂覆导电目标电磁散射的建模和高效求解方法。本文按导体与介质的复合程度以及所使用的计算方法划分层次，对于导体介质复合目标的两种基本模型（全涂覆导体模型和局部涂覆导体模型）分章节进行了讨论，基于表面积分方程结合各种快速算法进行了比较。第一部分首先回顾了计算全涂覆目标雷达散射截面（RCS）的几何建模和基于等效原理建立电场、磁场积分方程、PMCHW方程，通过不同组合构建TE+PMCHW和CFIE+PMCHW方程的过程，详细介绍了矩量法求解方程的过程及奇异性积分的处理方法，为后面的工作奠定了基础，并给出了相应的例子考察了程序的精确性。第二部分本文结合了快速多极子方法加快矩量法的求解速度，验证了PMCHW表面积分方程对介质体RCS求解的精确性。最后两章对于全涂覆导体目标和局部涂覆导体目标电磁散射的快速计算进行了推导，对局部涂敷目标分界面边缘的基函数处理进行了讨论，然后进一步采用多层快速多极子方法进一步加快求解速度，减少内存需求，使表面积分方程能适用于电大尺寸混合目标的计算。全文给出了大量算例检验了程序的精确性和高效性，对于基于表面积分方程的矩量法、快速多极子方法、多层快速多极子方法求解各类混合体目标的性能作了详细比较。结论得出基于表面积分方程方法的程序对于各种混合体目标具有较好的适用性，结合快速算法后对计算效率有很大提高且能保持矩量法所具有的精确性。本文研究工作为三维介质体以及介质涂覆导电结构电磁散射特性研究提供了良好的分析手段，且程序具有较好的可移植性，便于再进一步优化以在工程上获得更广泛的应用。另外本文也给相关的研究提供了一个有意义的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究工作的背景和意义
• 1.2 研究工作的主要内容
• 1.3 本文的结构安排
• 第二章 导体涂覆介质目标电磁散射特性分析的表面积分方程法
• 2.1 引言
• 2.2 目标的几何建模
• 2.3 目标的电磁建模及面积分方程的建立
• 2.4 积分方程的矩量法求解
• 2.4.1 方程的离散
• 2.4.2 方程的组合
• 2.4.3 阻抗元素积分奇异性的处理
• 2.5 数值结果
• 2.6 小结
• 第三章 表面积分方程方法结合快速多极子方法求解介质体RCS
• 3.1 快速多极子方法简介
• 3.2 介质体散射的快速多极子方法求解
• 3.3 快速多极子方法计算介质体RCS算例
• 3.4 数值结果分析
• 第四章 多层快速多极子方法用于全涂覆目标的RCS求解
• 4.1 多层快速多极子算法
• 4.2 多层快速多极子中的一些关键技术
• 4.2.1 层间的递推
• 4.2.2 转移项的对角化和快速计算
• 4.3 多层快速多极子的一些优化方法
• 4.3.1 发射接收方向图重复存储技术
• 4.3.2 修正多极子模式数
• 4.4 介质体RCS求解的多层快速多极子方法
• 4.5 全涂覆目标的表面积分方程的多层快速多极子方法求解
• 4.5.1 全涂覆导电球的数值结果
• 4.5.2 全涂覆矩形块的数值结果
• 4.5.3 使用继承迭代算法的单站RCS考察
• 4.5.4 多层快速多极子方法存储量考察
• 4.6 小结
• 第五章 多层快速多极子法用于局部涂覆目标的RCS求解
• 5.1 基本理论
• 5.2 部分涂覆目标的介质导体分界面的处理
• 5.3 数值结果分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间撰写和发表的论文