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随着现代航空、航天、航海等领域对通信、雷达、导航、电子对抗(ECM)等应用需求的不断增长，在飞机、卫星、舰船等大型复杂移动平台上装备的电子设备及相应的天线系统的数量越来越多。为了保证各个系统之间良好的电磁兼容性能(EMC)，必须对它们进行合理的布局设计，这涉及到辐射方向图的优化、系统间电磁信号冲突与干扰的控制以及电磁辐射危害评估等方面。本论文采用基于边界积分方程(BIE)的矩量法(MoM)，并借助复杂载体三维计算机辅助几何建模技术，重点研究大型复杂平台环境中天线辐射特性及系统问电磁兼容性能。针对移动平台结构复杂、电尺寸大的特点，提出了有效的矩量法快速算法及其与物理光学(PO)的混合方法。本文在计算电磁学快速算法与工程应用方面取得了以下研究进展：
1．深入研究了任意线线连接点处和任意线面连接点处电流展开的通用规则。任意线线连接点处电流展开规则可由已有的线电流基函数的合理组合给出。为了避免多线与结构表面共点互连时可能产生的系数矩阵严重病态而引起迭代方法求解方程组失效的问题，提出了一种新的V形线面连接点处电流基函数。通过对典型算例的数值分析，证明了新的线面连接点处电流基函数对解决上述问题的有效性。将新的线面连接点处电流基函数与已有的线电流基函数和线面连接点处电流基函数相结合，给出了完善的任意线面连接点处电流展开规则。
2．建立了复杂线面混合结构的多层快速多极子算法(MLFMA)，改善了经典矩量法对于这类电大尺寸问题的求解效率。基于镜像原理模拟平静海平面，应用此方法对短波频段舰载天线辐射特性进行了数值仿真，计算结果与实验测试结果一致。
3．利用电场积分方程(EFIE)积分核的场点和源点之间近距离的奇异性特性，提出了三种近场预条件器构造算法：受约束Gauss近似求逆算法、递归Choelsky分解算法和基于Frobenius范数最小化的近似求逆算法。将这些近场预条件技术与广义最小留数法(GMRES)相结合，得到了能有效加速方程组迭代求解的快速算法。通过对多个实际工程问题中典型结构的计算比较，进一步证明了基于稀疏矩阵快速严格求逆的近场稀疏化递归Cholesky分解(SRCF)预条件技术对于复杂问题的良好适应性。同时，结合多层快速多极子算法对未知元的分组排序操作，有利于改善近场SRCF预条件技术的计算效率。
4．将快速多极子方法(FMM)和快速远场近似算法(FAFFA)用于加速物理光学和矩量法(PO-MoM)的混合方法，达到了降低传统的PO-MoM混合方法计算复杂度的目的。同时，提出了一种用于加快PO-MoM矩阵方程迭代求解速度的近场预条件技术。
5．将多层快速多极子算法应用于直升机旋翼调制(RBM)效应的研究中。结合准静态方法和快速Fourier变换(FFT)，计算分析了旋转叶片对装载于直升机上的HF/VHF天线辐射特性的影响以及对直升机电磁散射特征的影响。
6．应用三维计算机辅助几何建模技术，为解决实际工程问题建立了大量三维模型，实现了表面任意网格自动剖分，并为不同工程问题的电磁计算设计了可靠的接口程序模块。另外，设计了多种形式的三维图形可视化程序来直观地表现电磁散射和辐射场的特征。将这些技术与电磁场核心计算程序相集成，初步开发完成了一个适用于电大尺寸复杂载体电磁辐射与散射特性仿真分析的通用软件包-EMgines。