基于抛物线方程的电磁波传播与散射计算方法研究

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目前,电磁计算的数值方法如矩量法(MOM)、时域有限差分法(FDTD)可以很好地解决电小尺寸物体的散射,但在计算电大物体的散射时,对计算机的计算资源要求较高;近似方法如几何绕射或一致性几何绕射等高频方法则只能求解规则形状的电大物体的散射。抛物线方程(PE:Parabolic Equation)算法则是联系这些方法的一座桥梁:除轴向近似即假设场的能量沿轴向传播外,无任何其它近似。一旦轴向方向确定后,在计算区域的顶端及底端引入适当的边界条件,PE的解就可以通过垂直于轴向方向的平面递推求解,这样就可以把三维问题转化为一系列的二维问题求解,大大地提高了计算速度。通过近-远场的转化及旋转PE的轴向方向即可以求得散射体的任意方向的雷达散射截面(RCS)。本论文对各种PE算法在电磁波的传播及散射计算中的应用进行了深入系统的研究,具体开展以下诸方面的工作:  1.对PE算法的理论进行了细致的推导,引入了各种PE算法,通过计算实例分析了各种PE算法的适用范围。  2.对用于PE算法的两种吸收边界条件:基于复坐标系的完全匹配层(PML)及非局部边界条件(NLBC)进行了深入的分析,通过计算实例证明了其与PE不同的算法结合不仅可以处理无界空间各个角度入射的电磁波的传播问题,而且可以用于散射体的计算中,并进一步比较了两种吸收边界条件各自的优缺点。  3.用PE算法结合两种吸收边界条件:NLBC与PML,计算了几种典型散射体的RCS,通过计算结果与理论结果或其它方法的求解结果相比较,表明PE算法与NLBC或PML结合可用于散射体的计算中,验证了PE算法的有效性,进一步阐明了PE算法的缺陷及改进的方向。
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