隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展,人造地球衛(wèi)星越來越受到各國的重視。衛(wèi)星作為一種重要的通信導(dǎo)航、科學(xué)探測以及天氣預(yù)報設(shè)施,在人們的日常生活中起到了至關(guān)重要的作用。衛(wèi)星太陽能翼板作為衛(wèi)星的重要供能設(shè)備,為衛(wèi)星的持續(xù)性工作提供了保障。高功率微波(HPW)武器作為一種新型武器,近些年來有著長足的發(fā)展。時域有限差分算法(FDTD)作為一種全波算法,以其物理概念清晰、易于實現(xiàn)、天然并行等優(yōu)點(diǎn),目前在各個工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。針對未來戰(zhàn)爭中高功率微波武器可能對衛(wèi)星進(jìn)行打擊,本文采用了時域有限差分算法對衛(wèi)星太陽能翼板在高功率微波作用下進(jìn)行了高功率耦合分析。本文主要的工作由以下四個方面構(gòu)成:首先,介紹了傳統(tǒng)FDTD方法的求解過程,詳細(xì)推導(dǎo)了基于Yee網(wǎng)格的三維時域有限差分的迭代方程,研究了一種基于超越函數(shù)的改進(jìn)型完全匹配層(PML)技術(shù),給出了各個方向上吸收邊界電磁參數(shù)的設(shè)置方法,該種方法統(tǒng)一了計算區(qū)域和吸收邊界內(nèi)的迭代公式。然后研究了平面波引入技術(shù),給出了總場-散射場邊界的處理方法,并給出了相應(yīng)的數(shù)值仿真算例來加以證明。其次,針對復(fù)雜多尺度目標(biāo)的網(wǎng)格剖分問題,采用“有向體積”算法開發(fā)出了一種適應(yīng)于Yee網(wǎng)格的新型網(wǎng)格剖分技術(shù)。該種方法相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)格剖分方法在剖分速度上有著較大的提升,實現(xiàn)了復(fù)雜目標(biāo)的自適應(yīng)剖分。同時,采用微軟基礎(chǔ)類庫(MFC)技術(shù)自主開發(fā)出了一套網(wǎng)格剖分軟件,實現(xiàn)了剖分過程可視化。最后給出了相應(yīng)的剖分算例以及數(shù)值算例來證明我們提出的網(wǎng)格剖分方法的有效性。然后,對FDTD中的散射問題進(jìn)行了研究,重點(diǎn)介紹了FDTD散射計算模型,對計算遠(yuǎn)區(qū)電磁場涉及到的近-遠(yuǎn)場外推技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo),給出了利用近-遠(yuǎn)場外推技術(shù)計算目標(biāo)雷達(dá)散射截面(RCS)的流程,最后給出了相應(yīng)的二維、三維數(shù)值算例來證明我們所編寫的程序的正確性。最后,對衛(wèi)星太陽能翼板在高功率微波作用下進(jìn)行了高功率耦合分析。著重分析了單單元衛(wèi)星太陽能翼板、四單元衛(wèi)星太陽能翼板以及十六單元衛(wèi)星太陽能翼板在不同入射方向、不同極化形式以及不同上升沿的高功率脈沖作用下的耦合電壓、耦合電流以及雙站雷達(dá)散射截面。最后研究了基于OpenMP的并行FDTD,將其與傳統(tǒng)FDTD進(jìn)行比較,證明了并行FDTD在計算效率上的提升。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V442
【部分圖文】：

有限差分方法來對衛(wèi)星太陽能翼板進(jìn)行高功率耦合分析是十分合理也十分具有現(xiàn)實意義的。圖1.1 陸基和海基高功率微波武器1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀麥克斯韋方程組作為一種能夠?qū)暧^電磁現(xiàn)象進(jìn)行描述和預(yù)測的數(shù)學(xué)公式，最早是由英國物理學(xué)家 JamesMaxwell 在十九世紀(jì)七十年代提出，被譽(yù)為是十九世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一[4]。麥克斯韋方程組在電磁波的傳播、散射、輻射、天線設(shè)計、電磁兼容等方面有著廣泛的應(yīng)用[5]。計算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展使得求解麥克斯韋方程組已經(jīng)可以在個人電腦乃至大規(guī)模計算集群中進(jìn)行。經(jīng)過科研工作者持之以恒的努力，目前已經(jīng)提出了多種數(shù)值算法來求解麥克斯韋方程組，計算電磁學(xué)也愈發(fā)受到人們的重視。時域和頻域的數(shù)值方法是計算電磁學(xué)的兩大支柱。時域中比較有代表性的方法有：時域間斷伽遼金法(DGTD)、時域有限差分法(FDTD)等；頻域中比較有代表性的方法有：矩量法(MOM)，物理光學(xué)法(PO)等。在 20 世紀(jì) 70 年代至 80 年代之間，采用頻域積分方程來對麥克斯韋方程組進(jìn)行求解的局限性愈發(fā)凸顯，一些國防機(jī)構(gòu)開始對一種新型的迭代方法進(jìn)行探索。從時域角度出發(fā)

論文主要結(jié)構(gòu)和安排

0.5 0.5( , , , ) ( , 0.5, ) ( , 0( , , , ) ( , , 0.5) ( , , ( , , , ) ( , , ) ( , , )n ny j yn nz k zn nt n tF x y z t F i j k F i j y yF x y z t F i j k F i j kz zF x y z t F i j k F i j kt t 標(biāo)系中的 Yee 網(wǎng)格如圖 2.1 所示。由圖可知：是交叉放置的。電場分量 E 處在棱邊的中點(diǎn)處分量 H 處在面元的中心處，其周圍由四個電對獨(dú)立，相距半個空間網(wǎng)格距離。這種排列方定律以及安培環(huán)路定律，同時也能夠自動滿足進(jìn)行交叉放置，電場分量與磁場分量相距半交替采樣。方法即是著名的蛙跳采樣方法。Yee 元胞中的，從而得到了整個空間中的電磁場分布。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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1 郭e

本文編號：2814493