基于矩阵嵌套稀疏的高强度辐射场飞机内部电磁兼容分析方法研究

The normal electromagnetic (EM) environments—high intensity radiated fields (HIRF) are usually met during a regular flight service. This is also the main reason affecting the safe modern flights. Therefore, it is much important to analysis the electromagnetic compatibility within the real aircraft structure in HIRF environment. The EM analysis within the aircraft is the near field problems, compared with the far field, it changes much more drastic, which requires high computation precision. The project focuses on the electromagnetic compatibility analysis within the aircraft in HIRF environment. To solve the properties and difficulties of complex media, wideband, and multiscale during the electromagnetic compatibility analysis, we start novel research methods on computation accuracy, efficiency, and robustness: the multiresolution basis functions are proposed to improve the computation precision at low frequency; the nested sparse matrix fast method and preconditioner, domain decomposition method with body of revolution equivalent surface, and parallel techniques are proposed to enhance the computation efficiency; the factor to control the low/high frequency region, number of subdomains, and number of threads are researched in detail to get an automatic simulation solver with best efficiency to enhance the computation robustness. The theory and efficient methods of the project is of important constructive meaning for the aircraft design, validation, revolution, and maintenances during the whole life.

高强度辐射场(High Intensity Radiated Field, HIRF)是飞机飞行中经常遇到的环境，也是影响现代航空安全的重要因素，因此急需对HIRF环境下飞机内部电磁兼容特性进行系统研究。飞机内部的电磁分析属于电磁场近场问题，相比远场，近场的变化更加剧烈，计算精度要求更高。项目围绕HIRF环境飞机内部电磁兼容分析，面向真实飞机电磁兼容分析存在的复合材料、宽频带、多尺度等特点及难点，从计算方法精确性、效率、鲁棒性三个方面进行创新性研究：研究多分辨基函数改善低频计算精度；研究矩阵嵌套稀疏方法及其预条件、旋转对称等效面区域分解、并行技术提高计算效率；研究高低频、区域个数、进程个数的控制参数，根据实际问题自适应选择计算参数，提高方法的鲁棒性。项目相关的理论研究及高效算法对HIRF环境下飞机的设计、验证、更新、维护等整个寿命周期具有重要的指导意义。

高强度辐射场(High Intensity Radiated Field, HIRF)是飞机等目标经常遇到的电磁环境，由此产生的电磁兼容问题也是影响现代航空安全的重要因素。因此急需对这种环境下目标电磁特性精确建模。项目面向真实飞机电磁兼容分析存在的复合材料、宽频带、多尺度等特点及难点，针对多尺度精确建模方法中的难题与挑战展开研究，主要包括：研究多分辨基函数改善低频计算精度；研究矩阵嵌套稀疏方法及其预条件、旋转对称等效面区域分解、并行技术提高计算效率；研究高低频、区域个数、进程个数的控制参数，根据实际问题自适应选择计算参数，提高方法的鲁棒性。通过项目研究，完成了嵌套等效源方法加速表面积分方程对介质目标精确建模；基于自适应分组的嵌套等效源方法分析多尺度问题；混合形式的NESA方法分析多尺度目标；多分辨基函数修正多尺度目标低频建模误差；基于球等效面的区域分解技术；基于矩阵稀疏化的求逆及预条件技术等难题的研究。依托本项目发表SCI论文11篇，其中计算电磁学领域顶级期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation论文4篇；国际会议论文5篇，其中1篇为特邀报告；申请国家发明专利5项，已授权2项；获得科研奖励3项：申请人入选2016年度江苏省优秀博士学位论文奖，成果获得2017年度南京市自然科学优秀学术论文三等奖，指导研究生获得2018年度国际计算电磁应用会议最佳学生论文奖提名；联合培养博士毕业生1名，硕士毕业生4名，在读硕士生6名。依托本项目研究基础，获批国家自然科学基金面上项目1项。项目相关的理论研究及高效算法对HIRF环境下飞机整个寿命周期的设计、验证、更新、维护等具有重要的指导意义。