【摘要】：為了分析艦船武器平臺的系統(tǒng)穩(wěn)定性,需要獲取其電磁特性,傳統(tǒng)的評估方法是在真實的電磁環(huán)境下對其進行測量,但隨著現(xiàn)代艦船集成度的不斷提高,對其進行測量的成本越來越大,消耗大量的人力物力。因此,對復(fù)雜艦船平臺的電磁仿真分析具有重要的價值,但此類問題給目前的數(shù)值仿真技術(shù)帶來了巨大的挑戰(zhàn),一方面,艦船武器平臺的規(guī)模往往達到數(shù)百乃至數(shù)千波長,屬于電大尺寸目標(biāo)問題;另一方面,由于平臺集成度的不斷提高,存在許多復(fù)雜的精細結(jié)構(gòu),屬于多尺度問題。面對這兩方面的挑戰(zhàn),基于矩量法的傳統(tǒng)積分方程方法無法解決,而具備解決電大尺寸問題能力的多層快速多極子方法分析多尺度目標(biāo)時往往不能收斂。為了給出有效的解決方案,滿足上述實際工程需求,本文主要研究了用于分析多架飛機、導(dǎo)彈裝載的船艦平臺的電磁兼容問題的快速算法,通過改進傳統(tǒng)的多層快速多極子方法來避免上述弊端,給出高效的解決方案,在保證其結(jié)果精度的情況下利用更少的硬件資源實現(xiàn)對此類問題的電磁分析。首先,本文將以一種新的區(qū)域分解方法為基礎(chǔ),對其進行改進,簡化邊界元素的處理,并結(jié)合自適應(yīng)交叉近似算法對其阻抗矩陣進行加速處理,降低該方法對硬件資源的需求,提高計算效率。其次,由于復(fù)雜艦船平臺上存在多尺度結(jié)構(gòu),采用上述傳統(tǒng)的表面積分方程和共形的區(qū)域分解方法所得到的矩陣性態(tài)較差,在迭代求解中往往不能收斂。為了解決該問題,給出基于表面積分方程的不連續(xù)伽遼金方法,該方法與傳統(tǒng)方法相比,允許網(wǎng)格非共形,給予網(wǎng)格劃分極大的靈活性。此外,為了實現(xiàn)對具有多尺度結(jié)構(gòu)的艦船目標(biāo)的電磁仿真,將不連續(xù)伽遼金方法與多層快速多極子方法相結(jié)合,給出不連續(xù)伽遼金的快速多極子方法。該方法不但具備多層快速多極子方法的計算效率,同時也能夠解決多尺度結(jié)構(gòu)所帶來的不收斂問題。為了進一步提高該方法的計算效率,從兩方面進行優(yōu)化處理,一方面將該方法進行并行化處理,充分利用多核處理器的計算能力;另一方面通過預(yù)處理改善矩陣條件數(shù)降低迭代求解時間。該方法經(jīng)過稀疏近似逆預(yù)處理后,在迭代求解過程中具備了快速收斂的能力,并通過數(shù)值算例驗證了該方法的正確性與高效性。本文最后給出了文中所述算法的軟件實現(xiàn),詳細介紹了其所需要的運行環(huán)境、軟件工作流程與求解器相關(guān)的參數(shù)配置,并通過直觀的流程圖給予清晰的說明,解釋相關(guān)的輸出文件。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN03;U674.703.5;TJ762.3
【圖文】：

Hinc) 照射在上面的電磁散射問題，如圖2.1所示。其中區(qū)域 中的介電常數(shù)為 ，磁導(dǎo)率為 ，區(qū)域中的電磁場表示為 (E1, H1)，均勻介質(zhì)目標(biāo) 的介電常數(shù)為 , 磁導(dǎo)率為，區(qū)域中的電磁場表示為 (E2,H2)，由 Love 場等效原理（Love’s equivalence principle）可將原文題劃分為外等效和內(nèi)等效問題，再結(jié)合邊界條件建立積分方程。圖 2.1 任意均勻介質(zhì)中目標(biāo)物體在平面波照射下的電磁問題5

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文首先考慮外等效問題，保持區(qū)域 參數(shù)不變，將區(qū)域 的相關(guān)電磁參數(shù)替換為( , )，并且區(qū)域 中的場強為零如圖2.2，由唯一性定理可知，為了等效原問題，需圖 2.2 外等效問題要在目標(biāo)表面建立等效面電流 和等效面磁流 M1：J1n1H1(2.1)M1E1n1(2.2)其中，n1表示目標(biāo)表面的外法向量，原問題中目標(biāo) 在區(qū)域 中產(chǎn)生的散射場等效為由等效面電流 J1和等效面磁流 M1在區(qū)域 中產(chǎn)生的輻射場。由 Stratton-Chu 公式和格林定理可得到如下表達式：Es1(J1)∫ 2( )r r′J1(r′) r′(2.3)Es1(M1)∫ 2 r r′M1(r′) r′(2.4)Hs1(J1)∫ 2 r r′J1(r′) r′(2.5)Hs1(M1)∫ 2( )r r′M1(r′) r′(2.6)其中 ， 分別表示區(qū)域 的傳播常數(shù)和波阻抗， 表示單位并矢，源點 r′ ，場點 r

1(2.11)同理，內(nèi)等效問題存于與目標(biāo)區(qū)域 中，如圖2.3所示。采用相同的方式保持區(qū)域圖 2.3 內(nèi)等效問題 參數(shù)不變，將區(qū)域 中的參數(shù)替換為 ( )，并將區(qū)域 中的場強置為零，再根據(jù)唯一性定理，在目標(biāo)表面 表面建立等效電流 J2和等效面磁流 M2：J2n2H2(2.12)M2E2n2(2.13)其中，n2表示目標(biāo) 內(nèi)表面法向量。此實，原問題中目標(biāo)區(qū)域 中的電磁場可由等效面電流 J2和等效面磁流 M2產(chǎn)生的輻射場表示，與外等效問題類似，由 Strattion-Chu場源關(guān)系和格林定理可得到如下關(guān)系：Es2(J2)∫ 2( )r r′J2(r′) r′(2.14)Es2(M2)∫ 2 r r′M2(r′) r′(2.15)Hs2(J

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 江明;基于積分方程區(qū)域分解法的研究及應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2016年

2 鄭開來;基于電磁場積分方程的區(qū)域分解方法研究[D];東南大學(xué);2015年

3 趙勛旺;復(fù)雜電磁環(huán)境中快速多極子方法的研究與應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2008年

4 樊振宏;電磁散射分析中的快速方法[D];南京理工大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 黃磊;電磁散射分析中的非重疊型區(qū)域分解方法[D];南京理工大學(xué);2013年

本文編號：2763015