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时域积分方程混合与快速算法及其在分析复杂结构中瞬态电磁效应的应用研究
| 论文题名： | 时域积分方程混合与快速算法及其在分析复杂结构中瞬态电磁效应的应用研究 |
| 关键词： | 舰船桅杆;多天线耦合;瞬态电磁效应;时域积分方程;高频混合算法;快速傅里叶变换 |
| 摘要： | 近年来，电子信息系统在功能日渐强大的同时，也面临着电磁环境日益复杂和恶劣的问题。随着电磁脉冲武器研制的发展，电磁兼容和电磁干扰问题成为高度研究的问题。高功率电磁脉冲可以通过天线、线缆等注入电子器件与线路，使受辐照的电子设备功能失效甚至损毁。特别是，对于舰船平台，在有限的空间需放置大量不同波段收发设备，如何深入研究外来高功率电磁脉冲对典型器件、系统的耦合机理和损毁效应显得非常迫切和重要。在研究舰船平台EMC问题时，由于真实试验条件有限，花费代价也巨大，受到诸多限制。因此，使用计算电磁学方法进行数值仿真，对问题和设计进行评估、量化和改进，可发挥重要作用。正是本着这样的目标，论文有针对性地研究了时域积分方程混合与快速算法，开发了用于分析电磁脉冲照射下瞬态电磁问题的并行平台，主要研究工作和创新点可归纳为: 1)基于时域积分方程的特性，较为系统地研究了时间步进算法。分析了常用时间基函数波形及其特性，研究了显式和隐式算法;针对时间步进算法后时不稳定性问题，利用新型拉盖尔多项式时间基函数，提出了后时稳定的自适应阶数步进(MOD)求解方法; 2)系统研究了复杂金属-介质组合体目标的电磁特性，建立TD-EFIE-PMCHW方程，研究介质涂覆、金属贴片等不同情形，提出一种处理金属-介质-自由空间三者的交界边(junction)的精确方法，并且研究了卷积计算加速技术，使算法更为有效; 3)研究了时域积分方程与高频方法的混合，提出了TDIE-TDPO混合方法，有效分析了平台上多天线耦合特性; 4)系统研究了自适应积分方法，提出了TD-AIM-MOD快速算法，包括辅助基函数投影矩阵的快速求解、FFT加速Toeplitz矩阵-向量乘积，稀疏矩阵存储技术，以及奇异值分解压缩技术; 5)研究和开发了快速算法TD-AIM-MOD的并行程序，解决了4-D时-空FFT并行求解技术。在此基础上，研究了典型先进舰船桅杆结构及其电磁建模技术，运用并行TD-AIM-MOD方法分析了舰船桅杆典型结构模型的瞬态散射特性。 此外，论文研究还包括了表面电流显示、Vandermonde矩阵方程快速求解、奇异和近奇异积分等技术，进一步完善时域积分积分方程方法求解大规模电磁问题的能力。 |
| 作者： | 赵建尧 |
| 专业： | 电磁场与微波技术 |
| 导师： | 尹文言 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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