【摘要】：論文針對(duì)時(shí)間步進(jìn)算法數(shù)值不穩(wěn)定性和計(jì)算效率低下問(wèn)題,開(kāi)展隨機(jī)粗糙面與目標(biāo)復(fù)合散射時(shí)域積分方程穩(wěn)定算法和快速混合算法研究。為了改善數(shù)值算法的穩(wěn)定性,利用二階中心差分公式計(jì)算磁矢勢(shì)二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)以減少數(shù)值誤差,得到了二維目標(biāo)、粗糙面以及目標(biāo)與粗糙面電磁散射穩(wěn)定算法。為了提高數(shù)值計(jì)算效率,給出了粗糙面與目標(biāo)復(fù)合電磁散射的TDIE TDKA混合方法。研究結(jié)果表明:TDIE TDKA混合方法不僅對(duì)粗糙海面與漂浮艦船目標(biāo)復(fù)合電磁散射場(chǎng)景有效,對(duì)粗糙海面與上方多目標(biāo)復(fù)合電磁散射計(jì)算也同樣適用。為了進(jìn)一步提高數(shù)值計(jì)算效率,提出了粗糙面與上方目標(biāo)復(fù)合電磁散射多區(qū)域TDIE算法。論文主要研究成果如下:基于磁矢勢(shì)一階導(dǎo)數(shù)的后向差分公式對(duì)時(shí)域電場(chǎng)積分方程進(jìn)行顯式時(shí)間步進(jìn)求解,計(jì)算了二維目標(biāo)、一維粗糙面、二維目標(biāo)與一維粗糙面復(fù)合模型的瞬態(tài)電流。討論了二維目標(biāo)尺寸、時(shí)間步長(zhǎng)、剖分尺度、粗糙面的粗糙度、目標(biāo)與粗糙表面距離對(duì)瞬態(tài)電流穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,時(shí)間步越長(zhǎng)、目標(biāo)尺寸越大、粗糙表面越光滑,瞬態(tài)電流越穩(wěn)定;對(duì)于粗糙面與目標(biāo)復(fù)合模型,瞬態(tài)電流不穩(wěn)定性急劇增加,并且目標(biāo)尺寸越小、目標(biāo)與粗糙面距離越近,瞬態(tài)電流越不穩(wěn)定。為了改善時(shí)域積分方程的數(shù)值穩(wěn)定性,利用二階中心差分公式計(jì)算磁矢勢(shì)項(xiàng)。分別對(duì)二維目標(biāo),一維粗糙面以及目標(biāo)與粗糙面復(fù)合模型開(kāi)展算法的穩(wěn)定性研究。數(shù)值結(jié)果表明,對(duì)于單獨(dú)目標(biāo)、單獨(dú)粗糙面以及粗糙面與目標(biāo)復(fù)合模型都能得到更加穩(wěn)定的數(shù)值結(jié)果。給出了粗糙海面與艦船目標(biāo)復(fù)合電磁散射的TDIE TDKA混合算法。該方法將粗糙海面與艦船目標(biāo)復(fù)合模型劃分為T(mén)DIE和TDKA區(qū)域。TDIE區(qū)域包括艦船目標(biāo)及其近鄰海面,剩余電大尺寸粗糙海面為T(mén)DKA區(qū)域。求解過(guò)程中考慮了兩個(gè)區(qū)域表面電流的相互耦合作用以保障混合算法的計(jì)算精度。與傳統(tǒng)TDIE算法相比較,TDIE-TDKA混合算法能夠大大提高數(shù)值計(jì)算效率。利用混合算法研究了海面上方風(fēng)速、艦船目標(biāo)尺寸、吃水深度對(duì)瞬態(tài)散射場(chǎng)的影響。建立了粗糙海面與上方多目標(biāo)復(fù)合電磁散射TDIE-TDKA混合算法理論模型。將電大尺寸粗糙海面劃分為T(mén)DKA區(qū)域,將粗糙面上方每一個(gè)目標(biāo)視為一個(gè)TDIE區(qū)域。考慮到TDIE區(qū)域之間以及TDIE區(qū)域與TDKA區(qū)域之間的耦合,得到了求解粗糙海面與其上方多目標(biāo)復(fù)合瞬態(tài)散射矩陣方程。數(shù)值結(jié)果表明TDIE-TDKA混合算法對(duì)于粗糙面與上方多目標(biāo)復(fù)合模型同樣適用。此外,分析討論了海面上方目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)尺寸、目標(biāo)高度、目標(biāo)間距以及海面上方風(fēng)速對(duì)復(fù)合模型瞬態(tài)散射場(chǎng)的影響。為了進(jìn)一步提高數(shù)值計(jì)算效率,提出了粗糙面與其上方目標(biāo)復(fù)合電磁散射的多區(qū)域TDIE算法。在多區(qū)域模型中,根據(jù)錐形脈沖波強(qiáng)度沿粗糙表面不均勻分布的特點(diǎn),將粗糙面分成多個(gè)區(qū)域;粗糙面中心區(qū)域入射波強(qiáng)度較大,該區(qū)域分配為主區(qū)域,主區(qū)域包括粗糙面上方目標(biāo)。入射波強(qiáng)度較小的區(qū)域分配為輔助區(qū)域。主區(qū)域瞬態(tài)散射場(chǎng)通過(guò)傳統(tǒng)TDIE方法計(jì)算,而輔助區(qū)域瞬態(tài)散射場(chǎng)通過(guò)TDKA方法計(jì)算。為了保障計(jì)算的精度,求解過(guò)程中考慮了各區(qū)域之間相互耦合作用。與TDIE-TDKA混合算法相比較,多區(qū)域TDIE算法計(jì)算效率得到進(jìn)一步提升。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文第六章：粗糙面與上方目標(biāo)復(fù)合電磁散射的多區(qū)域 TDIE 算法。根據(jù)錐形波強(qiáng)度分布特點(diǎn)，將粗糙面分成多個(gè)區(qū)域，粗糙面中心區(qū)域以及上方目標(biāo)被劃分為主區(qū)，其余區(qū)域?yàn)檩o助區(qū)域�？紤]到不同區(qū)域之間的耦合作用，利用顯式時(shí)間步進(jìn)技術(shù)求解時(shí)域電場(chǎng)積分方程。討論了高斯粗糙面上方目標(biāo)尺寸、目標(biāo)高度、脈沖電磁波入射角粗糙面均方根高度和相關(guān)長(zhǎng)度對(duì)復(fù)合模型后向及鏡向散射場(chǎng)的影響。第七章：結(jié)論與展望。總結(jié)了全文的主要研究工作，展望了未來(lái)本領(lǐng)域亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題，提出了下一步研究工作的建議。本論文中所有數(shù)值算例都是利用 Fortran6.5 軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，臺(tái)式計(jì)算機(jī)主頻為 2.93 GHz 的 Intel 處理器(Intel (R) Core (TM) i3 CPU)、內(nèi)存為 2GB、操作系統(tǒng)是Windows 7。

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本文編號(hào)：2715500