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大型带罩天线阵列的精确高效电磁仿真算法
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作者 殷磊 侯鹏 +4 位作者 丁宁 林中朝 赵勋旺 张玉 焦永昌 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2549-2557,共9页
针对大型带罩天线阵列系统的辐射特性仿真问题,基于等效原理和波导模式匹配法,建立了多层快速多极子算法的波端口模型,实现了对天线激励源和匹配负载的精确电磁建模,同时提出了一种适用于计算金属介质天线模型的多层快速多极子算法并行... 针对大型带罩天线阵列系统的辐射特性仿真问题,基于等效原理和波导模式匹配法,建立了多层快速多极子算法的波端口模型,实现了对天线激励源和匹配负载的精确电磁建模,同时提出了一种适用于计算金属介质天线模型的多层快速多极子算法并行策略,通过建立多棵八叉树结构降低了计算过程中各进程间的通信量,实现了对大型带罩天线阵列系统的精确、高效一体化仿真计算。通过与高阶矩量法及有限元-边界积分方程法计算得到的天线方向图、S参数进行对比,验证了该方法的精确性及高效性。 展开更多
关键词 大型带罩天线阵列 波端口 电磁辐射与耦合 多层快速多极子 并行策略
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基于多区域面积分方程的电大非均匀等离子体电磁特性高效计算方法 被引量:1
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作者 张慧雯 陈宇浩 +1 位作者 黄晓伟 盛新庆 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期26-38,共13页
针对临近空间等离子体包覆目标的电磁特性快速准确评估这一迫切需求,本文运用基于多区域面积分方程(multi-region surface integral equation, MR-SIE)的全波数值计算方法,展现电大尺度、非均匀、高负介电常数等离子体的电磁散射与辐射... 针对临近空间等离子体包覆目标的电磁特性快速准确评估这一迫切需求,本文运用基于多区域面积分方程(multi-region surface integral equation, MR-SIE)的全波数值计算方法,展现电大尺度、非均匀、高负介电常数等离子体的电磁散射与辐射问题的仿真能力。首先,推导了非均匀等离子体的MR-SIE,使用间断伽辽金(discontinuous Galerkin, DG)方法提高对多区域复杂等离子体目标的建模与计算效率,研究了不同方程的数值性能;随后针对电子密度较大的高负介电常数区等离子体,运用一种简洁高效的截断策略,进一步提升了多层快速多极子算法的鲁棒性,避免了SIE计算高损耗介质内问题面临的数值不稳定性。数值实验表明,该方法在计算多种分割方式的多区域等离子体鞘套模型时具有良好的精度和效率,可用于大尺度复杂等离子体目标电磁辐射与散射特性的快速精确评估。 展开更多
关键词 多区域目标面积分方程(MR-SIE) 等离子体鞘套 负介电常数 多层快速多极子算法(MLFMA) 间断伽辽金(DG)
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有限水深环境中声辐射预测的快速边界元法
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作者 徐稳稳 郑昌军 梁梦辉 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第11期1564-1570,1579,共8页
由于水底和水面的影响,结构在有限水深环境中的辐射声场与在自由空间中的辐射声场有很大区别。为了更高效准确地分析有限水深环境中大规模结构的辐射声场,文章构建一种快速边界元法(boundary element method,BEM)。采用宽频快速多极算... 由于水底和水面的影响,结构在有限水深环境中的辐射声场与在自由空间中的辐射声场有很大区别。为了更高效准确地分析有限水深环境中大规模结构的辐射声场,文章构建一种快速边界元法(boundary element method,BEM)。采用宽频快速多极算法对计算过程进行加速处理,针对算法中最为耗时的M2L/F2H变换过程,通过建立判定准则将均匀层格林函数中的多阶虚源分为近场和远场,从而设计不同求解方案,极大减少M2L/F2H的变换次数,显著提高求解效率。数值算例验证了文章方法的准确性和高效性,并体现出该方法在浅海声学分析中的工程潜力。 展开更多
关键词 声辐射 边界元法(BEM) 宽频快速多极算法 有限水深环境 虚源链
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自适应多层快速多极子算法及其并行算法 被引量:7
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作者 袁军 邱扬 +2 位作者 刘其中 郭景丽 谢拥军 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第3期455-459,共5页
在多层快速多极子算法的基础上提出了一种改进的电大问题电磁散射快速算法及其并行算法。算法中将基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使各部分的积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅里叶变换计算完成,同时还... 在多层快速多极子算法的基础上提出了一种改进的电大问题电磁散射快速算法及其并行算法。算法中将基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使各部分的积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅里叶变换计算完成,同时还给出了该算法的并行化算法。数值结果说明了算法的有效性。 展开更多
关键词 多层快速多极子 自适应 电磁散射 并行算法
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基于MLFMA的飞行器锯齿边板散射特性分析 被引量:11
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作者 刘战合 黄沛霖 +1 位作者 武哲 高旭 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期499-502,共4页
为精确求解散射问题,采用混合场积分方程、多层快速多极子算法(MLFMA,Multilevel Fast Multipole Algorithm)和共轭梯度算法的迭代技术,并改进了多极子模式数.金属球双站雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的算例表明,该方法在保证... 为精确求解散射问题,采用混合场积分方程、多层快速多极子算法(MLFMA,Multilevel Fast Multipole Algorithm)和共轭梯度算法的迭代技术,并改进了多极子模式数.金属球双站雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的算例表明,该方法在保证精度的前提下,降低了内存和计算时间;分析了锯齿边板的电磁散射特性,总结了锯齿边板相对于直边板在不同角域内的RCS减缩特性以及RCS减缩与入射频率变化之间的关系:随着入射频率的增高,RCS减缩效果迅速提高,且垂直极化减缩效果较水平极化减缩效果好.该结论可以用来提高飞行器的隐身性能. 展开更多
关键词 多层快速多极子算法 电磁散射 雷达散射截面
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电大目标散射问题的预修正多层快速多极子分析 被引量:11
6
作者 满明远 雷振亚 +1 位作者 谢拥军 王元源 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期133-137,共5页
为了加快使用多层快速多极子方法来分析散射问题的求解过程,提出了一种预修正方法.在使用物理光学方法时,物理光学电流可以等同于预修正电流,相当于生成一个稀疏阻抗矩阵来估算物理光学电流的表面电流.因为相对于未知电流来说,它和物理... 为了加快使用多层快速多极子方法来分析散射问题的求解过程,提出了一种预修正方法.在使用物理光学方法时,物理光学电流可以等同于预修正电流,相当于生成一个稀疏阻抗矩阵来估算物理光学电流的表面电流.因为相对于未知电流来说,它和物理光学电流间的差别更接近于零矢量,所以使用两者的差矢量代替未知矢量来获得结论就需要很少的复杂步骤.数值结果表明,这种方法在不影响计算精度的前提下可以减少迭代次数并大大缩短求解时间. 展开更多
关键词 预修正方法 多层快速多极子方法 散射问题
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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 被引量:4
7
作者 胡俊 聂在平 +3 位作者 雷霖 王军 邹光先 胡颉 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期539-542,共4页
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... 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. 展开更多
关键词 电磁散射 多层快速多极子方法 转移因子 修正内插
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MLFMA结合最佳一致逼近快速求解目标宽带RCS 被引量:12
8
作者 田超 谢拥军 +1 位作者 王元源 蒋永辉 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第11期2772-2775,共4页
该文将多层快速多极子与最佳一致逼近结合计算了目标宽带的电磁散射特性。通过求解给定频带内的切比雪夫节点和节点处的目标表面电流,实现了频带内任意频点表面电流的快速预测,从而快速分析了目标宽带电磁散射特性。将计算结果与MLFMA... 该文将多层快速多极子与最佳一致逼近结合计算了目标宽带的电磁散射特性。通过求解给定频带内的切比雪夫节点和节点处的目标表面电流,实现了频带内任意频点表面电流的快速预测,从而快速分析了目标宽带电磁散射特性。将计算结果与MLFMA逐点计算的结果进行了比较,结果表明在不影响精度的前提下,该方法大大地提高了计算效率。 展开更多
关键词 宽带雷达散射截面 多层快速多极子算法 最佳一致逼近
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电大平台中多天线辐射特性的快速计算 被引量:11
9
作者 赵勋旺 张玉 梁昌洪 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期596-599,共4页
为了在有限计算机资源条件下快速分析电大平台中的天线辐射特性,基于混合场积分方程实现了自动分层的多层快速多极子方法,采用结合GMRES(l)和BiCG优点的BiCGStab(l)进行求解,给出了一种新的基于"物理邻居"的近场预条件技术,... 为了在有限计算机资源条件下快速分析电大平台中的天线辐射特性,基于混合场积分方程实现了自动分层的多层快速多极子方法,采用结合GMRES(l)和BiCG优点的BiCGStab(l)进行求解,给出了一种新的基于"物理邻居"的近场预条件技术,该预条件能将矩量法单元之间的主要作用量考虑在内,有效提高了BiCGStab(l)的收敛速度.以实例计算了一个尺度与真实尺寸相当的舰船模型上多根超短波天线的远场辐射特性,数值结果表明这种方法能准确、快速地分析电大平台中的天线特性. 展开更多
关键词 线天线 电大平台 多层快速多极子 近场预条件 BiCGStab(l)
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一种多层快速多极子的高效并行方案 被引量:13
10
作者 潘小敏 盛新庆 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期567-571,共5页
基于多层快速多极子中不同层间数据分布和计算时间不同的特点,提出一种按不同方式并行处理不同层平面波和转移矩阵的高效并行方案.从理论分析和数值试验出发,给出了在不同层间高效使用不同并行方式的原则及具体公式.在北京理工大学信息... 基于多层快速多极子中不同层间数据分布和计算时间不同的特点,提出一种按不同方式并行处理不同层平面波和转移矩阵的高效并行方案.从理论分析和数值试验出发,给出了在不同层间高效使用不同并行方式的原则及具体公式.在北京理工大学信息科学技术学院电磁仿真中心的高性能计算机集群上成功计算了直径为144个波长、超过1000万未知数模拟的金属球散射;与美国伊利诺伊大学计算电磁中心的报道进行了比较,展示了本方案的高效精确.还计算了飞机模型的散射,显示本方案对电大复杂目标散射问题的求解能力. 展开更多
关键词 多层快速多极子 并行技术 电磁散射
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电大尺寸辐射问题的预修正多层快速多极子分析 被引量:5
11
作者 王元源 谢拥军 王鹏 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期502-506,共5页
为了提高多层快速多极子方法分析辐射问题的求解速度,提出了一种预修正的迭代求解方法.该方法在激励点附近的局部区域生成一个小的阻抗矩阵,以该阻抗矩阵求解出一个近似反映激励点附近区域特性的局部表面电流.待求电流与该局部电流之差... 为了提高多层快速多极子方法分析辐射问题的求解速度,提出了一种预修正的迭代求解方法.该方法在激励点附近的局部区域生成一个小的阻抗矩阵,以该阻抗矩阵求解出一个近似反映激励点附近区域特性的局部表面电流.待求电流与该局部电流之差与待求电流本身相比更加接近于初始零向量,因此将差值作为迭代过程中的未知向量进行求解,只需要较少的迭代步数即可收敛.对数值结果的分析表明,在保证计算精度不变的前提下,与传统多层快速多极子算法相比,该方法可以减少40%~50%的求解辐射问题时间. 展开更多
关键词 预修正方法 多层快速多极子 辐射问题
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MLFMA分析表面不连续特征散射特性 被引量:5
12
作者 刘战合 黄沛霖 武哲 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1430-1435,共6页
通过对三缝隙实测与多层快速多极子算法(MLFMA,Multilevel Fast Multipole Algorithm)计算曲线进行对比,证明开发的程序可用于飞行器表面不连续特征研究。采用数值方法研究了单缝隙随宽度、单台阶随高度变化的规律,分析了三缝隙板、三... 通过对三缝隙实测与多层快速多极子算法(MLFMA,Multilevel Fast Multipole Algorithm)计算曲线进行对比,证明开发的程序可用于飞行器表面不连续特征研究。采用数值方法研究了单缝隙随宽度、单台阶随高度变化的规律,分析了三缝隙板、三台阶板电磁散射与其间距、极化方式之间的变化关系,并将散射结果与金属平板结果进行比较,定量总结了各参数的影响;数值结果表明,随着缝隙宽度、台阶高度的增加,不连续特征散射增强;三缝隙、三台阶的散射具有相互干涉性,且随间距的增加,曲线振荡增强。该结论可以用来提高飞行器的隐身性能。 展开更多
关键词 多层快速多极子算法 电磁散射 雷达散射截面
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基于MLFMA的表面台阶多频散射特性 被引量:3
13
作者 刘战合 蒋胜矩 +1 位作者 姬金祖 徐敏 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2009年第S1期20-24,共5页
通过单台阶、三台阶的实测与计算结果对比,证明开发的MLFMA(Multilevel Fast Multipole Algo-rithm)程序可应用于表面台阶的电磁分析。采用该算法深入研究了单台阶、三台阶电磁散射与入射频率的变化关系。结果表明,频率的增加可引起单... 通过单台阶、三台阶的实测与计算结果对比,证明开发的MLFMA(Multilevel Fast Multipole Algo-rithm)程序可应用于表面台阶的电磁分析。采用该算法深入研究了单台阶、三台阶电磁散射与入射频率的变化关系。结果表明,频率的增加可引起单台阶电磁散射的增强,表现为雷达散射截面算术均值增加,单台阶的散射曲线具有一定的弱对称性;而三台阶除具有以上特性外,还表现为相互耦合性、曲线振荡增强、次波峰向内偏移、峰值增大。理论分析证明了上述结果的正确性,可以用来提高飞行器的隐身性能。 展开更多
关键词 多层快速多极子算法 电磁 散射 雷达散射截面 多频
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电特大复杂目标电磁特性的高效精确并行计算 被引量:15
14
作者 潘小敏 盛新庆 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期888-893,共6页
在不同层间采用不同的并行方式来处理多层快速多极子中的平面波和转移矩阵后,并行算法的效率非常高。但当目标尺寸达到几百个电波长时,计算多极子中盒子的距离信息非常消耗计算资源,成为进一步提升并行多层快速多极子仿真能力的瓶颈。为... 在不同层间采用不同的并行方式来处理多层快速多极子中的平面波和转移矩阵后,并行算法的效率非常高。但当目标尺寸达到几百个电波长时,计算多极子中盒子的距离信息非常消耗计算资源,成为进一步提升并行多层快速多极子仿真能力的瓶颈。为此,提出了一种并行的递归相邻中心算法来高效处理盒子间距离信息。通过计算超过2,300万个未知数模拟的直径达到200个波长金属球的散射,检验了本文并行算法的精度和效率,充分说明本文方案消除了上述瓶颈极大提高了并行算法的仿真能力。为进一步证明算法的通用和高效,还计算了尺寸接近500个电波长的飞机模型电磁特性,这是目前国际上公开报道的用MLFMA所能求解的尺寸最大的问题。 展开更多
关键词 多层快速多极子 并行 电特大目标
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一种高性能并行多层快速多极子算法 被引量:7
15
作者 潘小敏 盛新庆 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期580-584,共5页
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... 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. 展开更多
关键词 多层快速多极子算法 并行 散射
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三维复杂目标求解的多层快速多极子方法 被引量:12
16
作者 张宗斌 陈益邻 高正红 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期222-226,共5页
采用多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)求解混合场积分方程(Combinedfield integral equation,CFIE),并选择RWG型基函数,对金属带缝锥球体、三面角反射器以及钻石体的单站RCS(Radar cross section)进行了... 采用多层快速多极子方法(Multilevel fast multipole algorithm,MLFMA)求解混合场积分方程(Combinedfield integral equation,CFIE),并选择RWG型基函数,对金属带缝锥球体、三面角反射器以及钻石体的单站RCS(Radar cross section)进行了计算,计算结果与试验吻合良好。在此基础上计算了F-22缩比模型的单站RCS,其计算量、存储量分别达到O(NlogN)量级和O(N)量级,此方法适用于带有尖点和特别细长曲面的三维复杂目标,如战斗机外形的RCS计算分析。 展开更多
关键词 电磁散射 混合场积分方程 多层快速多极子方法 雷达截面积
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混合场积分方程结合MLFMA分析导体介质复合目标电磁散射问题 被引量:8
17
作者 阙肖峰 聂在平 胡俊 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2062-2066,共5页
针对组合目标电磁散射问题,采用一类新的混合场积分方程进行分析.通过合理选择比例系数组合表面电场和磁场积分方程,构造出具有良好收敛性的阻抗矩阵.MLFMA的迭代求解采用广义最小残差方法(GMRES),结合预条件技术进一步减少迭代次数,加... 针对组合目标电磁散射问题,采用一类新的混合场积分方程进行分析.通过合理选择比例系数组合表面电场和磁场积分方程,构造出具有良好收敛性的阻抗矩阵.MLFMA的迭代求解采用广义最小残差方法(GMRES),结合预条件技术进一步减少迭代次数,加速计算并提高处理电大尺寸导体介质复合目标的能力,研究了几类典型目标电磁散射特性并比较了计算效率,数值算例验证了该方法的准确性和高效性. 展开更多
关键词 电磁散射 导体介质复合目标 多层快速多极子方法 混合场积分方程 预条件
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多层快速多极子技术分析微带天线 被引量:6
18
作者 樊振宏 丁大志 陈如山 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期235-238,271,共5页
分析了电大尺寸的微带天线辐射方向图。从混合位积分方程出发,将空域格林函数写成多层快速多极子技术能够适用的形式,从而使得大尺寸的天线问题得以快速并精确地分析。文中还比较了不同迭代方法在分析时的效率。算例表明,灵活的一般最... 分析了电大尺寸的微带天线辐射方向图。从混合位积分方程出发,将空域格林函数写成多层快速多极子技术能够适用的形式,从而使得大尺寸的天线问题得以快速并精确地分析。文中还比较了不同迭代方法在分析时的效率。算例表明,灵活的一般最小余量法(FGMRES)的效率比其他方法高得多。 展开更多
关键词 微带天线 多层快速多极子 迭代求解方法 灵活的一般最小余量法
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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 被引量:6
19
作者 聂在平 胡俊 +1 位作者 阙肖峰 何十全 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期1-11,共11页
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... 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. 展开更多
关键词 目标特性 电磁散射的数值分析 多层快速多极子方法 天线罩与雷达仓 腔体散射 吸波结构
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基于MLFMA的飞行器电磁散射特性分析 被引量:3
20
作者 刘战合 田秋丽 +1 位作者 周钧 姬金祖 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2044-2048,共5页
文章通过计算结果与测试结果、金属球双站RCS的Mie级数解结果的对比,证明开发的多层快速多极子算法程序可用于飞行器不同布局电磁散射特性研究;采用该算法求解分析几种飞行器典型布局沿方位角变化时的电磁散射特性,由不同角域内的算术... 文章通过计算结果与测试结果、金属球双站RCS的Mie级数解结果的对比,证明开发的多层快速多极子算法程序可用于飞行器不同布局电磁散射特性研究;采用该算法求解分析几种飞行器典型布局沿方位角变化时的电磁散射特性,由不同角域内的算术均值、曲线趋势研究了各种布局的优缺点和相应的作战任务;从飞行器外形结构出发,分析了RCS曲线分布的原因,并提出根据作战任务进行飞行隐身设计的思想。 展开更多
关键词 多层快速多极子算法 电磁散射 雷达散射截面 飞行器 隐身设计
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