复杂目标共形网格建模及电磁特性计算

摘要

时域有限差分方法(FDTD)是对目标进行电磁特征研究的数值算法之一。因其具有简明、直观、适用广泛等优点,已被用到工程电磁应用的各个领域,并且随着计算机技术的发展,其应用前景越来越广阔。本文实现了通过目标三角面元模型生成目标常规 Yee元胞网格电磁模型和共形 Yee元胞网格电磁模型的方法;通过 OpenGL图形显示技术实现了常规网格模型和共形网格模型的可视化;最后通过对典型几何外形目标雷达RCS解析计算值与FDTD、C-FDTD数值计算值结果比较表明,C-FDTD方法能够有效减小在目标剖分过程中引入的“阶梯”近似误差,本文常规网格和共形网格生成技术有效可行。
　　论文主要工作如下:
　　介绍时域有限差分(FDTD)方法基本原理:简要介绍时域有限差分方法的基本思想、差分迭代公式、数值稳定性、吸收边界条件、入射波源的引入、和近—远场外推等基础理论。
　　目标常规Yee元胞网格和共形Yee元胞网格生成技术的实现:通过AutoCAD、3DMax、Pro/E、UG等建模软件实现对目标建模以及目标三角面元点、面等信息数据的导出,并由导出数据根据三角面元网格线“投影求交法”实现对模型的Yee元胞网格剖分;提出根据模型三角面元法线方向来判断网格线是进入还是穿出目标介质区域的判断依据,并由此对目标区域进行介质填充;提出通过“表面匹配法”对生成的瑕疵 Yee元胞网格模型进行修正,并最终得到精确有效模型Yee元胞网格模型;给出在常规网格剖分算法的基础上实现对复杂目标的共形 Yee元胞网格生成。
　　利用 OpenGL计算机图形编程技术实现对目标常规 Yee元胞模型和共形 Yee元胞模型的可视化处理,并通过对目标原模型视图与目标 Yee元胞模型视图的对比来检验网格剖分技术的可靠性。
　　基于时域有限差分方法对二维目标和复杂三维目标电磁特征进行计算,计算结果表明本文目标网格剖分技术和共形网格剖分技术可以实现用 FDTD和C-FDTD方法对复杂目标电磁特征的计算。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及进展

1.3本文内容安排

第二章 FDTD方法基本理论原理

2.1 自由空间麦克斯韦方程及其时空离散形式

2.2 数值稳定性和数值色散

2.3 吸收边界条件

2.4 平面波源引入

2.5 近—远场外推

2.6 本章小结

第三章 三角面元模型FDTD网格及共形网格生成

3.1 引言

3.2 目标建模与剖分

3.3 基于三角面元数据FDTD网格生成技术

3.4目标精确Yee网格生成

3.5 FDTD共形网格技术

3.6目标共形网格生成

3.6 本章小结

第四章 FDTD网格模型OpenGL可视化

4.1 OpenGL概述

4.2 OpenGL功能及图像处理

4.3传统FDTD网格模型和共形网格模型显示

4.4 本章小结

第五章 FDTD模型电磁特性计算

5.1 雷达散射截面

5.2 目标电磁散射算例

5.3三维目标远场RCS计算

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究工作展望

致谢

参考文献

读硕士期间研究成果