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复杂终端腔体电磁散射的SBR与FDTD混合方法研究

作　者: 郭华昌
导　师: 侯新宇
学　校: 西北工业大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 雷达散射截面时域有限差分法射线追踪法 SBR/FDTD混合方法
分类号: TM15
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

以进气道、尾喷管等为代表的复杂终端腔体的电磁散射分析是当前飞行器隐身设计领域的一个热点和难点。对此类结构的雷达散射截面(RCS)进行预估和减缩能够有效的提高飞行器的隐身能力。本文主要研究了如何应用SBR/FDTD混合方法对复杂终端腔体电磁散射问题进行分析的理论。该方法从腔体结构的特征入手，首先研究了混合方法的两个组成算法射线追踪法(SBR)和时域有限差分法(FDTD)，这两种算法分别对应前段简单腔体和复杂终端的分析，然后对这两种方法之间的耦合做了讨论，最终通过终端互易积分实现对整个腔体电磁散射的计算。在理论研究方面，本文做了以下研究：讨论了SBR方法分析任意形状腔体电磁散射问题的理论过程，推导了相关公式；给出了腔体壁带有涂层时反射系数的计算公式；给出了一种散射因子的近似公式，从而降低了计算难度；引入了计算机图形学中的Z-buffer方法来排除射线与面元求交过程中产生的伪交点，并给出了一种新的判断点与面元位置的方法。研究了FDTD方法的基本理论，讨论并给出了混合方法中将射线解耦合为FDTD激励的方法，分别建立了二维和三维情况时所选择的吸收边界条件的FDTD格式；为了克服终端散射场对入射角度的依赖，本文推导了适合于FDTD方法的终端散射矩阵。算法实现方面，本文编写了采用SBR方法分析平板终端圆柱形PEC腔体的程序模块；结合研究小组前期开发的FDTD程序编写了混合方法分析带有矩形终端的平行板PEC腔体，圆柱形和圆锥形两种终端的圆柱形PEC腔体的C++程序；文中给出了这两个程序的计算结果，并与文献结果进行了对照，验证了方法的有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章引言  7-13
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 腔体散射分析概况  8-12
    1.2.1 雷达散射截面  8
    1.2.2 腔体 RCS计算方法的现状及发展  8-9
    1.2.3 腔体 RCS分析方法及其比较  9-12
  1.3 论文结构安排  12-13
第二章射线追踪法  13-35
  2.1 前言  13
  2.2 几何建模与口径面剖分  13-17
    2.2.1 几何建模  13-15
    2.2.2 口径面剖分  15-17
  2.3 任意形状腔体内的射线追踪法  17-26
    2.3.1 射线追踪  17-18
    2.3.2 场强追踪  18-22
    2.3.3 后向散射场的计算  22-26
  2.4 基于面元建模腔体内的射线追踪  26-30
    2.4.1 Z-buffer算法简介  26
    2.4.2 景深问题  26-27
    2.4.3 反射点的计算及其与面元位置的判定  27-30
  2.5 前端腔体的计算实例  30-33
    2.5.1 程序流程图  30
    2.5.2 圆柱形平板终端 PEC腔体算例  30-32
    2.5.3 结果分析  32-33
  2.6 本章小结  33-35
第三章时域有限差分法  35-47
  3.1 前言  35
  3.2 FDTD基本方程  35-41
    3.2.1 二维时域有限差分法  35-38
    3.2.2 三维时域有限差分法  38-41
  3.3 吸收边界条件与激励源的设置  41-43
  3.4 散射场的计算  43-45
    3.4.1 FDTD近场求解  43-44
    3.4.2 近/远场变换  44-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章 SBR/FDTD混合方法  47-61
  4.1 前言  47-48
  4.2 吸收边界条件  48-52
    4.2.1 二维腔体中的吸收边界条件  48-50
    4.2.2 三维腔体中的吸收边界条件  50-52
  4.3 二维腔体中SBR与FDTD之间的耦合  52-54
    4.3.1 连续场的实现  52-53
    4.3.2 耦合过程中FDTD激励源的设置  53-54
  4.4 三维腔体中SBR与 FDID之间的耦合  54-56
  4.5 终端散射矩阵  56-58
  4.6 后向散射场的计算  58-59
  4.7 本章小结  59-61
第五章计算实例及结果分析  61-73
  5.1 二维腔体计算实例  61-64
    5.1.1 矩形终端平行板腔体  61-64
    5.1.2 结果分析  64
  5.2 三维腔体计算实例  64-71
    5.2.1 圆柱形终端腔体  64-68
    5.2.2 圆锥形终端腔体  68-71
    5.2.3 结果分析  71
  5.3 本章小结  71-73
全文总结  73-75
参考文献  75-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79-80
附录  80-83
  附录一波导模式场  80-83

复杂终端腔体电磁散射的SBR与FDTD混合方法研究

内容摘要

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