电大尺寸含腔体复杂目标矢量电磁散射一体化精确建模与高效算法研究

本文主要研究了含有电大尺寸腔体的复杂目标三维矢量散射的精确建模与高效计算问 题。全文以这一问题所展开的三个子问题作为线索分别研究了高效求解含腔目标外域问题 的多层快速多极子方法（MLFMA）和高效求解含腔目标内腔散射贡献问题的腔体级联法 （CS），并提出了广义混和场积分方程新技术。利用这一新技术，并结合MLFMA和CS，我 们成功求解了含腔电大复杂目标的电磁散射。 首先，本文系统地阐述了作为整个课题研究的基础—矩量法的关键技术，例如目标体 的几何建模，基函数和权函数的选择，积分方程奇异积分的处理，导体目标的内谐振以及 如何去除伪解等等。在矩量法的基础上本文还研究了一系列加速RCS计算的方法，如基波 激励法，矩阵块对角预处理方法，以及带相位修正的初值继承迭代方法。使用这些技术极 大提高了矩量法求解单站RCS的速度，并为后面的研究打下了良好的基础。 针对高效求解含腔目标的外域散射的问题研究了复杂度分别为O(N1.5)和O（NlogN）的 快速多极子方法以及多层快速多极子方法。首先，快速多极子和多层快速多极子方法的基 本原理被全面阐述。然后，其计算复杂度也得到了深入的剖析。在此基础上我们还优化了 多层快速多极子方法不变项的计算和存储，并发现了平移算子夹角不变性的性质，此外针 对扁平目标开发出高效的FFT-MLFMA程序。 针对高效求解含腔目标的腔内散射贡献的问题，我们研究了腔体的级联法，并分析了 这一算法的复杂度与分段的关系。通过使用腔体级联法技术，不同形状的腔体内部对电磁 散射的影响得到了较好的研究。 在上述研究的基础上，本文首次提出了一种广义混和场积分方程新技术。该法结合多 层快速多极子方法和腔体级联法成功地用于求解含腔目标电磁散射的RCS。 最后，本文还研究了并行计算技术在多层快速多极子算法中的应用。 全文大量的算例有力地证明了我们研究的含腔电大尺寸目标电磁散射计算方法不仅高 效而且精确。