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时域有限差分法及其在等离子体隐身技术中的应用

作　者: 晏明
导　师: 邵可然
学　校: 华中科技大学
专　业: 电机与电器
关键词: 时域有限差分法 Z变换等离子体隐身各向异性介质完全匹配层雷达散射截面
分类号: TN974
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 456次
引　用: 2次
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内容摘要

本论文题目来源于国家自然科学基金重大研究计划项目(No:90405004)——等离子体与吸波涂层组合下飞行器对雷达波散射的数值模拟研究。本文的研究目的是研究和发展高效的适合于等离子体隐身技术的时域有限差分法,并将其用于仿真等离子体与电磁波的相互作用。在前人研究的基础上,本文对时域有限差分法(FDTD)及其在等离子体隐身技术中的应用进行了系统的分析和研究。在本文中,对时域有限差分法和等离子体隐身技术两者既进行了个体研究,又将两者相结合研究。本文主要从以下四个部分展开论述:首先研究了时域有限差分法的基础部分。分析了麦克斯韦旋度方程和Yee元胞及其各场分量节点位置分布,详细给出了直角坐标系中的时域有限差分法离散形式,讨论了时域有限差分法的数值稳定性。其次研究了时域有限差分法的核心部分。详细介绍Berenger完全匹配层(PML)以及各项异性完全匹配层(UPML),阐明了总场边界的处理以及入射波加入的方法,介绍了近—远场变换以及雷达散射截面。然后研究和发展高效的适合于等离子体隐身技术的时域有限差分法,推导出适合色散介质的归一化的Z变换时域有限差分法(ZTFDTD),以德拜介质、人体肌肉组织以及非磁化等离子体为例介绍了ZTFDTD的应用,并给出了三者的ZTFDTD离散形式。最后以等离子体隐身技术的原理、优缺点等为基础,将ZTFDTD较为完整的引入等离子体仿真与计算,开发了基于ZTFDTD、UPML、RCS等的时域有限差分法软件。通过二维模型(不均匀非磁化等离子体柱、非磁化等离子体覆盖导体板以及非磁化等离子体覆盖导体柱)分别仿真了在不同等离子体自由电子密度分布,不同电磁波频率和不同等离子体碰撞频率等下,非磁化等离子体对电磁波的衰减。数值结果表明,等离子体隐身在理论上是有效可行的,合理的设置等离子体参数,可以极大的增强等离子体隐身效果。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 引言  10-12
  1.2 等离子体隐身技术的研究和发展  12-14
  1.3 时域有限差分法的研究和发展  14-15
  1.4 本文的研究内容  15-16
2 时域有限差分法的基本原理  16-25
  2.1 麦克斯韦旋度方程和Yee 元胞  16-19
  2.2 直角坐标系中的时域有限差分法离散形式  19-23
  2.3 时域有限差分法的数值稳定性  23-25
3 时域有限差分法的边界处理  25-39
  3.1 FDTD 计算区域和边界划分  25-26
  3.2 吸收边界条件  26-30
  3.3 总场边界条件  30-34
  3.4 外推边界条件  34-39
4 归一化的Z 变换时域有限差分法  39-44
  4.1 归一化的Z 变换时域有限差分法的基础  39-40
  4.2 ZTFDTD 的应用  40-44
5 等离子体隐身技术及其ZTFDTD 分析  44-62
  5.1 等离子体隐身技术简介  44-47
  5.2 等离子体隐身技术的优缺点  47-48
  5.3 非磁化等离子体的ZTFDTD 分析  48-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 主要结论  62-63
  6.2 课题展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文  69

时域有限差分法及其在等离子体隐身技术中的应用

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