復(fù)雜目標(biāo)矢量電磁散射的高效方法快速多極子方法及其應(yīng)用

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1、電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文復(fù)雜目標(biāo)矢量電磁散射的高效方法--快速多極子方法及其應(yīng)用姓名：胡俊申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)指導(dǎo)教師：聶在平2000.5.1電子科技大學(xué)博士論文摘要由于強(qiáng)烈的工程應(yīng)用背景，復(fù)雜目標(biāo)矢量電磁散射研究一直廣受關(guān)注。本文采用快速多極子方法、多層快速多極子方法及其它擴(kuò)展方法來(lái)分析復(fù)雜目標(biāo)的三維矢量散射。本文首先回顧了用于散射分析的積分方程方法、微分方程方法和混合方法。深入研究了快速多極子方法的基礎(chǔ)一矩量法的關(guān)鍵技術(shù)，提出用加減近奇異項(xiàng)和切平面上三角形積分的方法處理近奇異性積分，并討論了矩陣的稀疏化技術(shù)。接著，詳細(xì)研究了快速多極子方法。f本文的快速多極子方法基于均勻

2、網(wǎng)格分組，以便于劃分附近區(qū)和非附近區(qū)，計(jì)算結(jié)果精確芤雖然，矩陣與矢量相乘的計(jì)算量比O(N。5J量，．、級(jí)稍大，但其存儲(chǔ)量低于o(N“’J量級(jí)，故更適于電大尺寸目標(biāo)計(jì)算。本文還研究了快速多極子方法的三種擴(kuò)展方法一最陡下降快速多極子方法、快速多極子方法一快速傅立葉變換法和多層快速多極子方法。最陡下降快速多極子方法將三維點(diǎn)源格林函數(shù)用最陡下降路徑上的若干個(gè)二維格林函數(shù)疊加來(lái)表示。二維格林函數(shù)則用二維快速多極子方法計(jì)算?？焖俣鄻O子方法一快速傅立葉變換法利用均勻網(wǎng)格中轉(zhuǎn)移因子的平移不變性，將轉(zhuǎn)移過(guò)程中的線性卷積轉(zhuǎn)化為離散圓卷積．以便于采用快速傅立葉變換高效計(jì)算。對(duì)于近平面型目標(biāo)的散射。最陡下降快速多極子

3、方法和快速多極子方法一快速傅立葉變換法的效率明顯高于快速多極子方法。對(duì)于非近平面型目標(biāo)的散射，快速多極子方法則優(yōu)于最陡一F降快速多櫥子方法和快速多極子方法弋快速傅立葉變換法。當(dāng)未知量N>>l時(shí)，應(yīng)用多層快速多和子方法能夠獲得更高效率．y多層快速多極子方法是多層級(jí)的快速多極子方法的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是基于樹(shù)形結(jié)構(gòu)1}j算：逐層聚合、逐層轉(zhuǎn)移和逐層配置。本文重點(diǎn)研究了該法的原理、樹(shù)形算法與數(shù)值誤差．并首次將快速勒讓德展開(kāi)方法用于轉(zhuǎn)移因子的快速計(jì)算，取得了比直接計(jì)算轉(zhuǎn)移岡子更高的計(jì)算效率。本文還以導(dǎo)體球的散射為例對(duì)比考察了快速多極子方法和多層快速多極子方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)N>35000時(shí)，多層快速多極子方法將優(yōu)

4、于快速多極子方法。最后，本文還研究了快速多極子方法的應(yīng)用。f除應(yīng)用于復(fù)雜導(dǎo)電目標(biāo)散射之外．本文還將快速多極子方法應(yīng)用于涂敷目標(biāo)散射分析。對(duì)于薄有耗介質(zhì)涂敷問(wèn)題，本文采用快速多極子方法和阻抗邊界條件實(shí)現(xiàn)了其電磁散射的精確建模和高效分析。本文還將快速多極子方法與復(fù)波數(shù)技術(shù)相結(jié)合。有效地解決了二維導(dǎo)電腔體散射問(wèn)題．采用該方法可克服腔體內(nèi)諧振性，大大降低所需的迭代次數(shù)。除快速多極子方法在波動(dòng)問(wèn)題中的應(yīng)Hj之外，本文還將快速多極子方法用于靜態(tài)問(wèn)題的求解。文中僅給出了兩個(gè)基本的應(yīng)用：空間任意分布線電荷間電位分析及多導(dǎo)體傳輸線系統(tǒng)電容的提取。它們的處理思路相似：將實(shí)變量變換到復(fù)平面上，再用快速多極子方法計(jì)算

5、。事實(shí)上．快速多極子方法的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止這一些。由于時(shí)問(wèn)有限，快速多極子方法在靜態(tài)問(wèn)題中的更深入應(yīng)用如非均勻分層介質(zhì)中三維摘要導(dǎo)體電容提取等問(wèn)題，將在以后的工作中開(kāi)展。本文所有數(shù)值結(jié)果均與獨(dú)立的測(cè)量值或文獻(xiàn)結(jié)果吻合電好，充分說(shuō)明了快速多極子方法及其擴(kuò)展方法的高效性及精確性。本文研究工作為復(fù)雜三維目標(biāo)尤其是電大尺寸復(fù)雜目標(biāo)的矢量電磁散射的精確建模和高效分析提供了強(qiáng)有力的手段。可以預(yù)計(jì)，隨著快速多極劭洲凝槲鼽雌勝嶗賺撒夠好施黼礦黼醐赧戶關(guān)鍵詞：矢量瓷曲，電大)爵目標(biāo)，快速主璃辱方法，多層快速爹霰子方法，最陡睪磊秧速多極子方法，快速多極子方法一快速傅立葉變換法＼／II屯子科技大學(xué)博士論文Abstrac

6、tTheresearchofelectromagneticscaRedngfromcomplextargethasattractsmuchattentionsforlongtimeforstrongengineeringapplicationrequirement．Thefastmultipolemethod，multilevelfastmultipolealgorithmandtheextendedmethodshavebeenusedtosolve3-Dvectorscatteringfromcomplextargetinthispaper．Firstly,theintegralequat

7、ionmethod，differentialequationmethodandhybridmethodsusedforanalysisofscatteringarereviewedinthepresentpaper．Thesparsematrixtechniqueisdiscussed．Thekeytechniquesofmomentofmethod，asthebasisoffastmultipo