本文關鍵詞：金屬與均勻介質體散射的矩量法高效算法及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬與均勻介質目標電磁散射特性的快速精確數值計算是計算電磁學中的一個重要研究課題。矩量法因其精確性、高效性及通用性，尤為適合求解此類問題。近年來，隨著實際工程應用需求的增大，如何進一步提高矩量法的計算性能是亟需解決的關鍵問題。本文在充分了解、掌握矩量法各個關鍵環(huán)節(jié)的基礎上，針對矩量法高效精確求解金屬與均勻介質體散射以及工程應用問題，利用高階基函數、新型BC函數以及構建高效預處理器，對矩量法高效算法展開了系統研究，并實現了一系列高效算法。在此基礎上，將實現的矩量法高效精確算法應用于計算任意形狀大尺寸粒子的光散射特性方面，為光學測量和大氣氣溶膠的氣候效應研究等提供理論指導。 論文首先介紹了矩量法的發(fā)展歷程并詳細闡述其關鍵技術，從算子的性態(tài)出發(fā)，對均勻介質體不同面積分方程組合形式的精度和效率進行研究，為后續(xù)采用矩量法快速求解均勻介質體散射問題打下基礎。 論文研究了高階矩量法并實現了高階技術在均勻介質體散射問題方面的應用。采用曲面三角形上定義的疊加型基函數大大減少了未知數的數量并實現高階收斂。針對均勻介質體的高階聯合切向積分方程（CTF）迭代求解收斂慢甚至不收斂問題，通過研究高階基函數以及CTF方程的離散矩陣元素的特點，提出了一種高效預處理構建方法。數值試驗表明，采用此預處理方法的高階CTF方程在保留CTF方程高精度與穩(wěn)定性的基礎上，具高效性。 傳統的磁場積分方程離散因為存在高奇異性的單位算子離散誤差，計算精度差。為解決此問題，本論文使用新型的BC函數作為試函數來進行離散求解。數值實驗結果表明，，采用此種方法可以明顯的提高磁場積分方程求解的精確性。并結合多層快速多級子技術來加速求解，可用于計算分析大目標尺寸散射的問題。通過數值算例詳細分析了幾何單元形狀選擇以及目標大小對BC函數離散磁場積分方程精度和迭代收斂性的影響。 論文最后將基于并行多層快速多極子技術的電磁流混合場積分方程（JMCFIE）矩量法程序應用于求解任意形狀電大尺寸粒子的光散射特性問題。通過一系列的數值實驗研究了目標尺寸、形狀和入射情況對粒子散射特性的影響，并給出物理分析。
【關鍵詞】：電磁散射 表面積分方程法 高階矩量法 預處理技術 多層快速多極子技術 BC函數
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-27
• 摘要12
• 1.1 本論文研究的目的和意義12-15
• 1.2 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢15-19
• 1.3 本文工作的主要內容和創(chuàng)新點19-20
• 1.4 本文的組織結構20-22
• 參考文獻22-27
• 第二章 面積分方程矩量法的理論基礎27-36
• 摘要27
• 2.1 引言27-28
• 2.2 電磁學中表面積分方程的建立28-29
• 2.3 矩量法離散表面積分方程29-33
• 2.4 結論33-34
• 參考文獻34-36
• 第三章 計算均勻介質體散射的表面積分方程數值性能研究36-47
• 摘要36
• 3.1 引言36-38
• 3.2 表面積分方程的公式體系38-41
• 3.2.1 等效原理及積分方程的建立38-40
• 3.2.2 不同面積分方程精度與效率研究40-41
• 3.3 數值算例41-45
• 3.4 結論45-46
• 參考文獻46-47
• 第四章 高階矩量法的預處理技術47-73
• 摘要47
• 4.1 引言47-49
• 4.2 高階矩量法49-56
• 4.2.1 高階面元構造49-51
• 4.2.2 高階基函數51-55
• 4.2.3 高階基函數離散 CTF 方程55-56
• 4.3 預處理技術56-62
• 4.3.1 預處理技術簡介56-57
• 4.3.2 常用預處理器57-59
• 4.3.3 NS 稀疏法59-60
• 4.3.4 基于高階矩量法的預處理器構建60-62
• 4.4 數值計算62-68
• 4.5 結論68-69
• 參考文獻69-73
• 第五章 BC 函數與應用73-91
• 摘要73
• 5.1 引言73-74
• 5.2 MFIE 誤差分析及對策74-76
• 5.3 磁場積分方程的離散化76-79
• 5.4 多層快速多極子技術79-80
• 5.5 數值算例分析80-87
• 5.5.1 目標表面模擬對 MFIE 精度的影響81-84
• 5.5.2 目標電尺寸對 MFIE 精度的影響84-86
• 5.5.3 數據結果分析及討論86-87
• 5.6 結論87-88
• 參考文獻88-91
• 第六章 矩量法計算任意粒子光散射特性91-113
• 摘要91
• 6.1 引言91-94
• 6.2 任意粒子的密勒矩陣計算94-96
• 6.3 數值算例96-108
• 6.4 結論108-109
• 參考文獻109-113
• 第七章 總結與展望113-115
• 摘要113
• 7.1 總結113-114
• 7.2 進一步開展工作114-115
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單115-116
• 致謝116-117
• 作者簡介117

【共引文獻】

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  本文關鍵詞：金屬與均勻介質體散射的矩量法高效算法及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：463166