笛卡尔展开算法高效求解增广电场积分方程

将多层快速笛卡尔展开算法(Multilevel Accelerated Cartesian Expansion Algorithm,MLACEA)用于求解理想导体目标的增广电场积分方程(Augmented Electric Field Integral Equation,AEFIE),详细推导了基于AEFIE-矩量法(Method of Moments,MoM)的MLACEA算法的具体实现过程.计算实例表明,在求解低频电磁散射问题及电路问题时基于AEFIE-MoM矩量法的MLACEA算法既具有非常高的计算精度、又可大幅度降低MoM的计算复杂度,使得其计算量和计算机内存需求可由原来MoM的O(N2)量级降低至MLACEA算法的O(N)量级.     

MLFMA/VIE矩量法快速分析介质天线罩的电磁性能

采用体积积分方程矩量法(VIE-MoM)结合多层快速多极子算法(MLFMA)解决任意形状多层非均匀介质天线罩电磁性能的快速精确分析问题.首先借助三维CAD软件几何建模技术及网格离散技术,建立了介质天线罩的实体模型并用四面体单元离散,接着利用MLFMA/VIE-MoM在介质区域内建立矩阵方程,计算出天线罩罩体区域的体极化电流,最终得到在罩体影响下的天线的远场辐射特性和功率传输效率.数值结果表明,采用VIE-MoM结合MLFMA来分析复杂结构介质天线罩电磁性能可明显节省内存需求,提高计算效率和计算精度.     

三维导体介质复合结构电磁辐射与散射的MLFMA分析

利用多层快速多极子方法(MLFMA)分析三维导体介质复合结构的电磁辐射与散射特性.根据等效原理,介质表面构造Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu(PMCHW)方程,导体表面建立电场积分方程(EFIE).分析了含介质目标MLFMA算法中远区组矩阵矢量相乘运算以及有耗媒质空间中格林函数的平面波展开.利用该方法研究了涂敷目标电磁散射特性以及天线罩对直线阵天线辐射特性的影响.MLFMA的应用降低了计算量和存储量,实现了对电大尺寸目标快速、准确的求解.     

适用于电磁混合源散射求解的新型积分方程数值方法

含腔导电目标电磁散射的混合场积分方程求解方法中,将出现电场积分方程算子和磁场积分方程算子同时作用于待求混合源的复杂情况,使计算复杂度大为提高.本文导出"均衡混合场积分方程"及其数值方法,使作用于电流和磁流的积分算子完全相同,大大简化了计算.均衡混合场积分方程与多层快速多极子方法(MLFMA)结合使用,可以方便地求解含腔导体目标的电磁散射.本文给出的数值实例充分证明了这一方法的高精度和高效率.     

用于分析电磁散射问题的快速多极算法

介绍了用于分析电磁散射问题的快速多极算法(FMA)和多层快速多极算法(MLFMA)的基本思想与基本步骤。通过计算实例表明,快速多极算法在计算速度和存贮要求方面比矩量法有明显优势,适合于在现有计算机条件下求解电大尺寸目标的散射问题。     

面向工程应用能力提升的电磁散射高效数值分析:进展与挑战

本文介绍了在先进高效数值方法—多层快速多极子方法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)分析框架下,旨在进一步提升数值求解能力和工程应用能力的研究成果,以及结合相关成果的应用研究;重点讨论了用于超电大目标(特别是含腔目标)散射分析的各型相位提取(Phase Extracted,PE)基函数、用于金属-厚介质层复合结构散射建模的电流磁流混合场积分方程(Electric and Magnetic Current Combined Field Integral Equation,JMCFIE)、用于天线罩及雷达仓散射计算的多层介质散射的多层薄介质层(Thin Dielectric Sheet,TDS)边界条件方法、用于多尺度结构电磁散射建模的快速笛卡尔展开方法;并给出了相关应用实例.最后,对当前仍然存在的主要挑战和可能的对策进行了简略的讨论和展望.     

混合ACA和MLFMA方法计算复合目标电磁散射

采用矩量法(MoM)计算电大尺寸的复合目标的电磁散射。为了能够高效快速地计算电大尺寸三维复合目标的电磁散射,提出一种新的混合方法,将自适应交叉近似(ACA)算法和多层快速多级子(MLFMA)算法相结合,共同加速矩量法的计算。其中,MLFMA用于加速目标与自身的作用,ACA用于加速目标与其他目标的相互作用。提出的混合算法在计算复合目标电磁散射时,可降低运算存储,缩短阻抗矩阵填充时间,并且能够加快矩阵矢量乘,且不影响计算精确度。数值算例表明,所提快速算法能够在保证电磁散射计算精确度前提下,比传统方法更高效。     

并行处理技术在电大尺寸复杂目标电磁散射中的应用

虽然快速多极子算法FMM(Fast Multipole Method)和多层快速多极子算法MLFMA(Multi-Level Fast Multipole Algorithm)是解决复杂目标电磁散射问题比较有效的方法,但是当问题的规模较大时,传统的串行FMM 和MLFMA难以胜任.本文在工作站网络系统NOW(Network Of Workstation)上采用并行处理技术来解决电大尺寸复杂目标电磁散射问题.结果表明:本文提出的并行解决方案与国内外相关成果相比不仅更具实用性,并行效率达到54%以上,且解决了串行方法难以解决的电磁散射问题,本文在四台DEC工作站构成的NOW系统上用32小时完成了未知量为160,000的雷达散射截面的计算.     

含复杂细节结构的金属目标电磁散射ACE-MLFMA 分析

多层快速多极子算法(MLFMA)在计算含复杂细节结构目标的散射问题时,求解效率会迅速下降。本文介绍了快 速笛卡尔展开(ACE)算法及其与MLFMA 的结合,使得原先MLFMA 的最细层能够再局部细分,加速了阻抗矩阵的填充 和迭代求解。本文将该混合算法应用于求解含复杂细节结构目标的电磁散射问题,包括具有尖端的杏仁核和由复杂带线 结构构成的频率选择表面,计算实例验证了该方法求解效率的提高和内存开销的减少,以及算法的可靠性和高效性。     

基于混合ACA的缺陷钢轨高效电磁建模

提出了一种基于矩量法(MoM)结合多层快速多极子(MLFMA)和自适应交叉近似(ACA)算法计算目标电磁特性的算法,该算法实现了对电大尺寸复合目标散射计算的加速和内存的降低。对于目标自作用的近场区域,多层快速多极子加速矩量法中的矩阵矢量乘运算,降低了计算的存储和复杂度;对于远场区域,根据阻抗矩阵的低秩特性,采用ACA对其压缩,加速矩阵的填充。矩阵填充按照树形结构划分的单元块间的相互作用依次进行存储,对每一块与块之间的求解采用ACA算法,对矩阵做压缩处理。提出的基于ACA的混合算法能够对2个目标耦合作用的阻抗矩阵进行压缩,缩短矩阵的填充时间并降低内存需求,同时也能够减少迭代求解过程中矩阵向量的计算时间,从而极大缩短电磁散射计算的总时间。数值仿真实验表明该算法比传统方法计算更高效,且计算精确度保持一致。     

联合LDPC码的多级编码调制迭代判决仿真分析

论文介绍了多级编码调制的基本原理和译码算法,以LDPC码作为多级编码调制的分量码,在译码过程中引入了迭代思想,分析了一种适用于多级编码调制的迭代判决算法,并建立了MLCM-ID系统模型.计算机仿真表明,该算法能够有效地提高系统性能,具有一定的应用价值.     

一种自适应的射线传播多层快速多极子方法

在多层快速多极子方法中,外向波向内向波的转移计算是主要的计算量.传统的转移过程需要计算众多的角谱分量,造成较多计算时间和内存的耗费.一种自适应射线传播多层快速多极子方法可用以降低转移过程计算量.数值计算结果表明,这种算法能够保持合理精度的同时大大减少计算量,适于三维电大尺寸目标RCS的快速求解.     

一种多重加密的算法及其实现方案

提出一种多重加密的算法.针对以8 bit为一字节的数据格式提出了一种实现的方案.在此基础上加入码字分割技术,从而提出了一种改进的方案.并分析和比较了两个方案的加密效能.     

一种高性能并行多层快速多极子算法

针对主流并行计算机架构以及电特大目标的特点,提出并实现一种高性能并行多层快速多极子算法。采用由粗到细、多层次渐进展开的表述形式,并配以算例,具体分析算法每个环节的数值性能,充分研究、展示算法的效率和精度。使用本文算法,成功计算了未知数超过3亿1千万,电尺寸达到2000个波长的电特大目标的电磁散射。     

一种有效的宽带雷达信号压缩算法

针对宽带雷达回波信号采样数据量大、传统小波压缩算法保真度不高的特点,利用小波多层次变换系数之间的关系,提出了基于小波变换的自适应贪婪算法,并将其应用于宽带雷达回波信号数据压缩.将该算法与传统的小波多层次方法在对宽带信号的压缩性能上进行了比较,结果表明,基于小波的自适应贪婪算法对数据压缩保真效果优于传统的小波方法.     

邻居预条件加速的多层快速非均匀平面波算法

采用邻居预条件加速的多层快速非均匀平面波算法求解三维导电目标的电磁散射.通过分组,将耦合划分为附近和非附近区,对于非附近区采用索末菲恒等式对格林函数展开,用修正最陡下降路径代替索末菲积分路径进行数值积分.采用内插与外推技术将复角谱序列转换成均匀实角谱序列,以便于算法的高效实施.该算法的计算复杂度与多层快速多极子相当,且更具潜在优势.为改善迭代特性,本文研究了一种邻居预条件方法,加速迭代收敛,数值结果验证了算法的准确和高效.     

多层快速多极子方法中转移因子的修正拉格朗日内插技术

利用多层快速多极子方法,许多电大尺寸问题现已能在有限的计算机条件下得以解决.在多层快速多极子方法中,转移计算是主要的计算工作量,所涉及的转移因子的计算和存储方法也直接影响方法效率.为实现转移因子的快速计算和低存储,本文提出一种高效的修正拉格朗日内插技术.通过引入场源间距的修正因子,不同场源间距的转移因子可由局域内插快速计算.与传统多层快速多极子方法中计算转移因子的方法相比,该方法显著降低了转移因子的存储量和计算量,并具有可靠的计算精度.     

并行多层快速多极子的高效预条件技术

多层快速多极子法是基于矩量法的快速算法,具有较低的计算复杂度和存储复杂度,被广泛应用于目标电磁散射特性分析。对于复杂结构电磁目标,由于矩阵条件数较差,往往存在迭代收敛慢甚至不收敛的问题。针对这一情况,文中利用快速多极子的近区矩阵,结合稀疏矩阵方程求解构造了一种高效预条件。数值实例表明该方法相比于块对角预条件效果更好,能有效加速多层快速多极子迭代过程。     

一种多层不完全LU分解预处理方法 在合元极技术中的应用

本文将一种多层不完全LU分解预处理方法应用于合元极技术(即混合有限元、边界元、快速多极子技术).理论和数值实验表明,此种预处理方法能大大减少合元极技术的内存需求,同时兼有极高的计算效率.本文首先给出此种预处理方法的构造方式和实施步骤,接着对此种预处理方法在合元极技术中的数值性能进行了理论和数值实验的分析研究;最后,本文计算了几种电大尺寸复杂目标的散射,以展示应用了此种预处理方法的合元极技术的计算能力.     

基于球谐变换的无人机蜂群RCS快速分析算法

为了获取目标的雷达截面积(Radar Cross Section,RCS)，传统的方法是采用矩量法（Method of Moment,MOM）或多层快速多极子方法(Multi-level Fast Multipole Algorithm,MLFMA)，尽管对目标的RCS计算精确，但其要求计算机的存储量大且计算耗时。而对于由上百成千个小型无人机组成的无人机蜂群而言，若采用上述方法来计算其RCS，计算量巨大，甚至无法计算。针对上述问题，提出了采用球面波展开技术与球谐变换相结合的方法来提升对无人机蜂群RCS的仿真效率，其关键技术是通过改变球谐函数中的求和次序，利用快速傅里叶变换来计算偏心球面上离散点的电场分布。数值实例表明,相比于高精度的MLFMA，所提方法获取蜂群无人机RCS的结果与其吻合良好，但对计算机内存的需求远远小于MLFMA，且随着无人机数量的增加，其计算速度可提升几个数量级。