腔体电磁散射的混合算法研究

以进气道、尾喷管等为代表的凹形空腔结构的电磁散射是现代计算电磁学中的一个重要论题。计算分析和降低此类结构的雷达散射截面积(RCS)在军事应用领域更具有特殊重要的意义,因为这些结构通常形成军用目标上较强的散射中心,构成被雷达探测的典型回波信号。不同于闭合散射目标将入射波直接散射到远区,凹形结构的特殊性在于目标的各部分之间存在很强的相互作用,造成电磁波的多次高阶散射现象,比起闭合目标要更为复杂。针对腔体结构的特殊情况,从混合算法的角度出发,采用不同混合算法对腔体结构的散射特性进行了详细研究,主要研究贡献包含以下几个方面: ●针对低频算法解决电大尺寸腔体的巨大运算量问题,采用混合算法和小波分析两种途径进行了改进。前者将电大腔体结构分解为较小的结构,避免直接形成大型矩阵的运算;后者针对低频算法得到腔体结构的稠密系数矩阵进行稀疏化,提高了低频算法解决电大结构的能力。 ●采用混合模式法求解复杂腔体结构的散射,增加了模式法处理问题的灵活性,使其适用范围更广。 ●利用广义模式散射矩阵的混合级连特性,首次对以进气道为代表的多重复杂腔体终端进行了分析研究。 ●提取模式射线特征改进了模式法在计算电大尺寸腔体中的复杂性,在保持计算精度的前提下采用较少的模式数目达到计算要求。 ●采用分段迭代物理光学法和广义互易原理相结合处理电大凹形空腔,通过分段降低了大型矩阵的出现,通过迭代改进了高频近似的误差,而互易原理不仅减少了运算量,更为迭代物理光学和其他方法相结合处理复杂腔体提供了条件。 ●提出混合谱域法分析腔体电磁散射。利用电磁波的平面波谱展开特性,结合物理光学分析了电磁波在腔体内的传播。谱域方法分析电磁波传播过程简单,而且适用于任意形式的激励源展开,能够处理任意形状口径的腔体,而且能够分析带有介质涂层的结构,具有很好的应用前景。