积分方程宽带电磁散射计算方法的研究与应用

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目标的宽带电磁散射,对于识别、跟踪以及成像等应用具有重要作用。传统的积分方程方法,比如矩量法、多层快速多极子方法以及近年来比较流行的快速直接求解方法,虽然可以精确计算目标的电磁散射,但是这些计算都只局限于单一的频率。对于需要求解多个频率的宽带电磁散射问题,只能逐个频点进行,这使得快速算法在宽带计算中效率非常低。本文采用最佳一致逼近方法进行宽带计算。相比于常用的宽带方法,比如模型参数估计方法和渐进波形估计方法,基于切比雪夫插值多项式的最佳一致逼近方法,既不需要存储降阶矩阵,采样点的选取也十分简单,所以在宽带计算中得到了广泛应用。此外,最佳一致逼近方法可以很容易地和各类快速算法相结合,进而可以提升电大尺寸目标的宽带散射计算能力。首先,本文研究了基于矩量法的宽带电磁散射求解方法。对渐进波形估计方法和模型参数估计方法进行了介绍,分析其特点。紧接着详细介绍了最佳一致逼近方法的求解原理,简述了求解的过程,并将三种宽带方法进行了对比,分析其计算复杂目标的能力。随后,将最佳一致逼近方法和矩量法结合进行宽带计算,并对该方法计算纯金属目标宽带散射的能力进行了验证。接着,为了拓展宽带计算能力,将多层快速多极子方法和最佳一致逼近方法结合。对多层快速多极子方法的基本原理进行了介绍,并对结合最佳一致逼近方法后,数值计算的过程进行了介绍。通过纯金属目标的数值算例对该方法计算电大尺寸目标宽带散射的效果进行了验证。最后,将最佳一致逼近方法引入了强相容骨架化分解方法中,实现了对宽带宽角散射问题的快速计算。对强相容骨架化分解方法的原理进行了介绍,并详细阐述了进行宽带宽角散射计算时的横向过程和纵向过程,对两个过程的要点进行了介绍。通过若干个纯金属目标的数值算例,对该方法计算宽带宽角散射的有效性进行了验证。
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