隐身目标电磁散射分析中的关键技术研究

隐身目标为低RCS目标，其电磁散射分析具有重要的理论研究价值和紧迫的军事需求。但由于隐身目标具有几何电大尺寸、复杂多尺度的外形特征和材料成分，导致现有分析方法通常存在计算效率低、精度差的问题。本项目围绕隐身目标电磁特性建模开展研究，包括：(1)针对局部精细、锐变部件的复杂结构，研究基于积分方程的非重叠式区域分解方法，克服一体化建模方法中由多尺度带来的问题；(2)针对典型非金属结构(包括多层介质涂敷、天线罩结构)，构造严格、灵活的电磁流模型和算子方程形式，提高电磁分析的计算精度和计算效率；(3)基于并行多层快速多极子方法加速耦合计算，研究应用于大型病态矩阵方程的迭代算法和预处理技术，突破在微波频段求解真实目标时计算效率低的难题。基于以上理论和方法创新，实现复杂多尺度的电大尺寸目标电磁散射高效求解，并对典型隐身飞行目标的电磁散射特性，以及平台上的天线隐身设计开展研究。

利用电磁场数值方法对目标散射特性进行建模仿真和特性分析是实现目标特性减缩和隐身设计的关键步骤。考虑到隐身目标的结构、材料和尺寸等因素给电磁建模带来的诸多难题，项目开展了针对复杂低散射目标的散射特性建模技术与快速计算方法研究。. 针对隐身目标上的多尺度局部精细结构布局，研究了快速笛卡尔展开技术(ACE)，并采用区域分解法(DDM)将具有不同结构特征的目标分区独立处理，有效地避免了一体化建模带来的计算难题；针对导体介质复合结构，研究了新型表面积分方程，通过基函数和方程算子的改进，有效地提高了迭代求解效率；对于介质涂敷结构，研究了薄介质层等效模型(TDS)和新型阻抗边界条件(IBC)建模技术，显著提高了涂敷问题的建模能力；最后研究了基于多层快速多极子算法(MLFMA)的并行计算技术，开发了MPI和OpenMP混合并行计算代码，并研究了用于超电大尺寸目标快速求解的迭代算法和预条件技术。. 在并行计算平台上，完成了电尺寸超过1000个电磁波长隐身目标的仿真计算；对典型标准体和低散射结构进行数值验模，计算结果与实验测试结果进行比较，计算精度满足指标要求；并完成了隐身飞机目标及其关键部件的散射特性分析。. 通过对建模方法中的关键技术突破，最终开发了用于隐身目标电磁散射分析的高效精确的计算代码，为隐身目标设计提供了可靠的技术手段。