迭代物理光学与其快速算法分析

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要现代飞行器运行中面临着高强度辐射场（High-IntensityRadiatedFields,HIRF）和闪电等严酷的外部电磁环境，这些外部辐射场会通过机体上的孔、缝、舷窗和复合材料蒙皮等结构透射进舱室内部，继而由机载电子/电气设备的外接线缆和壳体缝隙耦合进入设备，可能影响设备的正常工作甚至危及飞行安全。因此，研究复杂舱室内部电磁场与电磁耦合问题的有效模拟方法具有重要的理论意义和工程价值。本文主要围绕舱室内部电磁环境的快速计算方法展开了如下研究工作：1、深入研究了基于RWG（Rao-Wilton-Glisson）基函数展开的迭代物理光学（Iterati

2、vePhysicalOptics,IPO）法及其程序实现，为后续IPO快速算法的实现打下了良好的基础。针对经典IPO法存在的迭代收敛慢甚至发散的问题，通过采用雅可比最小留数（JacobiMinimalResidual,JMRES）法来加速迭代收敛。然后，结合区域分解方法（DomainDecompositionMethod,DDM）实现了对内部存在阴影区的弯折结构腔体的有效计算。若干数值算例证明了本文方法的正确性。2、引入等效偶极矩（EquivalentDipole-Moment,EDM）法、快速偶极子法（FastDipoleMethod,FDM）和多层快速偶极子法（Multileve

3、lFastDipoleMethod,MLFDM）来加速IPO积分式的计算。通过采用EDM，推导出了IPO积分式的解析表达式。然后，借鉴FDM的泰勒级数展开和分组技术，将IPO积分计算过程中远场组的基函数间的互作用转化为聚集-转移-扩散的形式，来加速IPO积分的计算。多个腔体电磁散射问题的数值计算结果表明，本文给出的快速算法可以有效提高IPO积分的计算效率，而MLFDM的采用可以进一步提高IPO积分的计算效率。3、研究了本文快速IPO法在开口舱室内部电磁场分布计算中的适用性。为了有效模拟舱室内部电磁场与线缆间的耦合问题，将本文快速IPO法与BLT（Baum-Liu-Tesche）方程进

4、行了结合。通过圆柱形腔体和矩形腔体内部场-线耦合问题的数值计算证明了本文方法的有效性。关键词：迭代物理光学，等效偶极矩，快速偶极子法，多层快速偶极子法，JMRES，区域分解法，BLT方程，电磁环境I万方数据迭代物理光学及其快速算法研究ABSTRACTAmodernaircraftoperatesinarigorousexternalelectromagneticenvironment,includinghigh-intensityradiatedfields(HIRF)andlightningetc.Theseexternalradiatedfieldscanpenetrateint

5、othecabinthroughapertures,cracks,windowsandcompositeskinsonthefuselage,andthencoupleintoairborneelectric/electronicequipmentthroughitsconnectedcablesandaperturesonenclosure.Thatmayinterferewiththenormaloperationofequipment,eventhreattheflightsafetyofairplane.So,itisveryimportantandvaluabletoinv

6、estigatetheefficientmethodsforsimulatingtheelectromagneticfieldandrelatedcouplingissuesinacomplexcabin.Thefastmethodsforcalculatingtheelectromagneticenvironmentinthecabinarestudiedasfollows:1.UsingtheRWG(Rao-Wilton-Glisson)basisexpansion,theiterativephysicaloptics(IPO)anditsprogramimplementatio

7、narestudieddeeply.ThisisthefoundationforthelatterpresentedfastalgorithmsofIPO.TodealwiththeslowconvergenceevendivergenceoforiginalIPO,theJacobiminimalresidual(JMRES)algorithmisemployedtoaccelerateitsiterativeprocess.Thereafter,com