【摘要】：論文針對時間步進算法數(shù)值不穩(wěn)定性和計算效率低下問題,開展隨機粗糙面與目標復合散射時域積分方程穩(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算磁矢勢二階導數(shù)項以減少數(shù)值誤差,得到了二維目標、粗糙面以及目標與粗糙面電磁散射穩(wěn)定算法。為了提高數(shù)值計算效率,給出了粗糙面與目標復合電磁散射的TDIE TDKA混合方法。研究結(jié)果表明:TDIE TDKA混合方法不僅對粗糙海面與漂浮艦船目標復合電磁散射場景有效,對粗糙海面與上方多目標復合電磁散射計算也同樣適用。為了進一步提高數(shù)值計算效率,提出了粗糙面與上方目標復合電磁散射多區(qū)域TDIE算法。論文主要研究成果如下:基于磁矢勢一階導數(shù)的后向差分公式對時域電場積分方程進行顯式時間步進求解,計算了二維目標、一維粗糙面、二維目標與一維粗糙面復合模型的瞬態(tài)電流。討論了二維目標尺寸、時間步長、剖分尺度、粗糙面的粗糙度、目標與粗糙表面距離對瞬態(tài)電流穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,時間步越長、目標尺寸越大、粗糙表面越光滑,瞬態(tài)電流越穩(wěn)定;對于粗糙面與目標復合模型,瞬態(tài)電流不穩(wěn)定性急劇增加,并且目標尺寸越小、目標與粗糙面距離越近,瞬態(tài)電流越不穩(wěn)定。為了改善時域積分方程的數(shù)值穩(wěn)定性,利用二階中心差分公式計算磁矢勢項。分別對二維目標,一維粗糙面以及目標與粗糙面復合模型開展算法的穩(wěn)定性研究。數(shù)值結(jié)果表明,對于單獨目標、單獨粗糙面以及粗糙面與目標復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復合電磁散射的TDIE TDKA混合算法。該方法將粗糙海面與艦船目標復合模型劃分為TDIE和TDKA區(qū)域。TDIE區(qū)域包括艦船目標及其近鄰海面,剩余電大尺寸粗糙海面為TDKA區(qū)域。求解過程中考慮了兩個區(qū)域表面電流的相互耦合作用以保障混合算法的計算精度。與傳統(tǒng)TDIE算法相比較,TDIE-TDKA混合算法能夠大大提高數(shù)值計算效率。利用混合算法研究了海面上方風速、艦船目標尺寸、吃水深度對瞬態(tài)散射場的影響。建立了粗糙海面與上方多目標復合電磁散射TDIE-TDKA混合算法理論模型。將電大尺寸粗糙海面劃分為TDKA區(qū)域,將粗糙面上方每一個目標視為一個TDIE區(qū)域�？紤]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復合瞬態(tài)散射矩陣方程。數(shù)值結(jié)果表明TDIE-TDKA混合算法對于粗糙面與上方多目標復合模型同樣適用。此外,分析討論了海面上方目標數(shù)量、目標尺寸、目標高度、目標間距以及海面上方風速對復合模型瞬態(tài)散射場的影響。為了進一步提高數(shù)值計算效率,提出了粗糙面與其上方目標復合電磁散射的多區(qū)域TDIE算法。在多區(qū)域模型中,根據(jù)錐形脈沖波強度沿粗糙表面不均勻分布的特點,將粗糙面分成多個區(qū)域;粗糙面中心區(qū)域入射波強度較大,該區(qū)域分配為主區(qū)域,主區(qū)域包括粗糙面上方目標。入射波強度較小的區(qū)域分配為輔助區(qū)域。主區(qū)域瞬態(tài)散射場通過傳統(tǒng)TDIE方法計算,而輔助區(qū)域瞬態(tài)散射場通過TDKA方法計算。為了保障計算的精度,求解過程中考慮了各區(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算法計算效率得到進一步提升。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441.4
【圖文】：

西安電子科技大學博士學位論文第六章：粗糙面與上方目標復合電磁散射的多區(qū)域 TDIE 算法。根據(jù)錐形波強度分布特點，將粗糙面分成多個區(qū)域，粗糙面中心區(qū)域以及上方目標被劃分為主區(qū)，其余區(qū)域為輔助區(qū)域�？紤]到不同區(qū)域之間的耦合作用，利用顯式時間步進技術(shù)求解時域電場積分方程。討論了高斯粗糙面上方目標尺寸、目標高度、脈沖電磁波入射角粗糙面均方根高度和相關長度對復合模型后向及鏡向散射場的影響。第七章：結(jié)論與展望�？偨Y(jié)了全文的主要研究工作，展望了未來本領域亟待解決的熱點問題，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 軟件進行數(shù)值計算，臺式計算機主頻為 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：2715500