矩量法及其并行計(jì)算在粗糙面和目標(biāo)電磁散射中的應(yīng)用

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1、摘要本論文就矩量法及其并行計(jì)算方法在粗糙面以及復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射中的應(yīng)用開(kāi)展了系統(tǒng)的理論研究工作。利用矩量法及其并行計(jì)算方法研究了一維、二維粗糙面，三維復(fù)雜目標(biāo)電磁散射特性以及一維粗糙面與二維目標(biāo)的復(fù)合電磁散射特性。主要工作如下：1．基于矩量法的基本原理和并行計(jì)算的基本知識(shí)，給出了求解矩量法矩陣方程的共軛梯度法的相關(guān)理論，并對(duì)基于PC集群MPI平臺(tái)的并行共軛梯度法的具體的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。2．利用矩量法求解了一維導(dǎo)體／介質(zhì)粗糙面的電磁散射問(wèn)題，將矩量法計(jì)算粗糙面電磁散射中常用的錐形波引入到傳統(tǒng)的基

2、爾霍夫近似中，同時(shí)考慮遮蔽效應(yīng)，對(duì)傳統(tǒng)的基爾霍夫近似進(jìn)行修正，使其計(jì)算精度提高。利用PC集群MPI并行平臺(tái)研究了電磁波掠入射時(shí)，一維大尺度高斯導(dǎo)體粗糙面的電磁散射特性。3．基于對(duì)復(fù)雜三維目標(biāo)的剖分以及矩量法常用的三維矢量基函數(shù)．RWG三角基函數(shù)的相關(guān)理論，詳細(xì)給出了計(jì)算三維導(dǎo)體目標(biāo)散射的三種積分方程：電場(chǎng)積分方程、磁場(chǎng)積分方程和混合積分方程的矩量法離散過(guò)程，著重討論了奇異點(diǎn)的處理方法，利用這三種積分方程計(jì)算了導(dǎo)體球的雷達(dá)散射截面，討論了三種積分方程的各自特點(diǎn)?；赑C集群MPI并行平臺(tái)計(jì)算了實(shí)際軍事目標(biāo)

3、，導(dǎo)彈和飛機(jī)的雷達(dá)散射截面，并與商用軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。4．將有限脈沖響應(yīng)濾波器理論與快速Fourier變換相結(jié)合，模擬了二維導(dǎo)體高斯粗糙面，討論了粗糙度參數(shù)對(duì)粗糙面輪廓的影響。給出了計(jì)算二維粗糙面散射的高斯波束的理論。對(duì)利用PC集群MPI平臺(tái)的并行矩量法求解二維導(dǎo)體高斯粗糙面散射問(wèn)題的方法進(jìn)行了研究，利用波束分解的方法，與并行矩量法相結(jié)合，給出了計(jì)算更大尺寸粗糙面電磁散射的方法，并進(jìn)行了相關(guān)數(shù)值計(jì)算。5．利用矩量法研究了電磁波垂直極化入射時(shí)，一維介質(zhì)海面與其上方低飛導(dǎo)彈目標(biāo)，以及漂浮艦船目標(biāo)的復(fù)

4、合電磁散射特性，詳細(xì)討論了各個(gè)參數(shù)對(duì)復(fù)合散射特性的影響，并利用PC集群MPI并行矩量法研究了電磁波掠入射時(shí)，一維大尺度導(dǎo)體粗糙面及其上方無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)體圓柱目標(biāo)的復(fù)合電磁散射特性，得出了一系列重要的結(jié)論。關(guān)鍵詞：電磁散射，粗糙面，復(fù)雜目標(biāo)，并行計(jì)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．a(chǎn)ceunderlowgrazingincidenceissolvedbytheparallelMOMonMPIofPCClusters．3．Theessentialtheoryforthedecompositionofthe3一Dcomp