矩量法及其并行计算在粗糙面和目标电磁散射中的应用

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1、摘要本论文就矩量法及其并行计算方法在粗糙面以及复杂目标的电磁散射中的应用开展了系统的理论研究工作。利用矩量法及其并行计算方法研究了一维、二维粗糙面，三维复杂目标电磁散射特性以及一维粗糙面与二维目标的复合电磁散射特性。主要工作如下：1．基于矩量法的基本原理和并行计算的基本知识，给出了求解矩量法矩阵方程的共轭梯度法的相关理论，并对基于PC集群MPI平台的并行共轭梯度法的具体的实施过程进行了详细说明。2．利用矩量法求解了一维导体／介质粗糙面的电磁散射问题，将矩量法计算粗糙面电磁散射中常用的锥形波引入到传统的基

2、尔霍夫近似中，同时考虑遮蔽效应，对传统的基尔霍夫近似进行修正，使其计算精度提高。利用PC集群MPI并行平台研究了电磁波掠入射时，一维大尺度高斯导体粗糙面的电磁散射特性。3．基于对复杂三维目标的剖分以及矩量法常用的三维矢量基函数．RWG三角基函数的相关理论，详细给出了计算三维导体目标散射的三种积分方程：电场积分方程、磁场积分方程和混合积分方程的矩量法离散过程，着重讨论了奇异点的处理方法，利用这三种积分方程计算了导体球的雷达散射截面，讨论了三种积分方程的各自特点。基于PC集群MPI并行平台计算了实际军事目标

3、，导弹和飞机的雷达散射截面，并与商用软件的计算结果进行了对比。4．将有限脉冲响应滤波器理论与快速Fourier变换相结合，模拟了二维导体高斯粗糙面，讨论了粗糙度参数对粗糙面轮廓的影响。给出了计算二维粗糙面散射的高斯波束的理论。对利用PC集群MPI平台的并行矩量法求解二维导体高斯粗糙面散射问题的方法进行了研究，利用波束分解的方法，与并行矩量法相结合，给出了计算更大尺寸粗糙面电磁散射的方法，并进行了相关数值计算。5．利用矩量法研究了电磁波垂直极化入射时，一维介质海面与其上方低飞导弹目标，以及漂浮舰船目标的复

4、合电磁散射特性，详细讨论了各个参数对复合散射特性的影响，并利用PC集群MPI并行矩量法研究了电磁波掠入射时，一维大尺度导体粗糙面及其上方无限长导体圆柱目标的复合电磁散射特性，得出了一系列重要的结论。关键词：电磁散射，粗糙面，复杂目标，并行计算，矩量法，MPI，PC集群，波束分解ABSTRACTThedissertationpresentssystemictheoreticalstudiesfortheelectromagnetic(EM)scatteringbyroughsurfaceandcomple

5、xtargetusingmethodofmoment(MOM)anditsparallelcomputation．TheMOManditsparallelcomputationareexploitedtocalculatetheEM-scatteringby1一Dand2-Droughsurface，3-Dcomplextarget，andthecompositescatteringfrom1一Droughsurfacewith2-Dtarget．Themainworksareasfollows：1．T

6、hebasicprincipleoftheMOMandtheessentialknowledgefortheparallelcomputationarefirstlyintroduced．Therelatedtheoryoftheconjugategradientmethod(CGM)forsolvingMOMmarxequationisthengiven．TheconcreteproceduresoftheparallelCGMbasedonthemessagepassinginterface(MPI

7、)ofthePCClustersareshownindetail．2．UsingMOM．theEM—scatteringcharacteristicsby1-DPECanddielectricroughsurfacearestudied．ThentheincidenttaperedplanewaveisintroducedintotheclassicalKirchhoffapproximation(KA)，andtheshadowingeffectisalsotakenintoaccounttomake

8、theresultsbytheKAhaveahigheraccuracy．Moreover,thescatteringproblemofthelargescalePECGaussianroughsurf．aceunderlowgrazingincidenceissolvedbytheparallelMOMonMPIofPCClusters．3．Theessentialtheoryforthedecompositionofthe3一Dcomp