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如何快速、准确地分析三维复杂目标的电磁特性,长期以来一直是计算电磁学领域的研究重点。矩量法被广泛应用于电磁散射问题,但对于高频区电大尺寸目标的求解,往往因为需要极大的存储量和很长的计算时间而不能在现有的计算机资源条件下实现。目前主要有三种方法解决此问题:一是发展快速算法如快速多极子方法;二是寻找新的基函数,包括高阶基函数;最后是研究新的迭代加速算法减少迭代步骤。本文主要从迭代加速算法和基函数两个方面出发,同现有的快速算法:多层快速多极子方法(MLFMM)相结合,在有效、快速分析目标的电磁特性上做了一系列工作。主要包括以下几个方面:
1.深入研究了矩量法的基本原理。对基函数的选取,阻抗矩阵以及激励源的生成进行了简要的介绍。对矩阵的迭代求解以及各种预条件技术也进行了简要介绍。
2.提出了一种新的高阶叠层矢量基函数应用于矩量法中,并与MLFMM结合用于分析目标体的散射问题。在此基础上,发展了一种基于FGMRES方法的多重网格迭代算法改善收敛效果。同时结合SAI预条件技术以及多重网格技术提出了基于特征谱的双步预条件技术,通过算例验证其有效性。
3.将高阶插值型矢量基函数结合MLFMM分析电大目标的电磁特性,针对高阶基函数形成的矩阵条件数变大,致使收敛变慢的问题,将稀疏近似逆预条件技术,以及双步预条件技术用于其平台之上,也获得了很好的收敛性。
4.将多分辨预条件技术与MLFMM相结合用于分析表面平坦目标体的电磁散射问题,减少迭代步数,通过算例验证了其有效性。