基于三角面元的复杂目标FDTD网格生成及RCS计算

论文摘要

针对三维复杂目标利用时域有限差分法(FDTD)进行电磁数值计算中遇到的Yee元胞建模的难题,本文实现了一种将三角面元模型转换为Yee元胞模型的方法。该方法的实质是判断Yee元胞的中心点是否在目标模型的内部或表面,根据判断后输出的结果计算了三维复杂目标的雷达散射截面,结果表明该方法可以正确且快速的实现时域有限差分法的自动网格剖分。同时利用OpenGL技术编程实现了剖分模型的可视化,有效的提高了时域有限差分法的电磁仿真系统预处理的能力。论文的主要工作如下:1、基于FDTD方法的基本原理,详细描述了电磁散射问题中FDTD方法的各种基本技术,包括差分迭代公式、数值稳定性条件和数值色散现象、吸收边界条件和总场/散射场边界条件设置方式,以及近—远场外推边界,并针对具体的问题给出了相应的数值算例对理论进行了验证。2、根据三角面元数据模型,实现了一种新的FDTD网格自动生成技术。针对三维具体模型,实现了一种基于3DS MAX的FDTD建模方法,该法可实现FDTD的快速、准确、可视化建模。3、对转换得到的Yee元胞数据利用第三方图形库软件OpenGL实现了三维复杂目标的可视化显示,这样有效地提高了时域有限差分法的电磁仿真系统预处理的能力。4、基于三角面元剖分数据转换得到的Yee网格数据,利用FDTD算法数值计算了三维复杂目标的雷达散射截面,并且和其他算法的结果进行了对比,具有很好的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本论文研究内容及主要贡献
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 电磁散射问题中FDTD 方法基本原理
• 2.1 自由空间FDTD 迭代公式
• 2.2 数值稳定性与数值色散
• 2.3 吸收边界条件
• 2.4 TF/SF 边界条件
• 2.5 近—远场外推边界
• 2.6 本章小结
• 第三章 三角面元模型生成FDTD 网格
• 3.1 引言
• 3.2 复杂目标的FDTD 建模流程
• 3.3 三角面元模型的建立与读取
• 3.3.1 三角面元模型建立
• *.ase 文件格式简介'>3.3.2^*.ase 文件格式简介
• *.ase 文件读取'>3.3.3^*.ase 文件读取
• 3.4 三角面元模型生成FDTD 网格
• 3.4.1 目标的3DS Max 建模
• 3.4.2 网格剖分原理
• 3.4.3 网格剖分实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 FDTD 剖分建模的可视化
• 4.1 OpenGL 概述
• 4.1.1 计算机图形学与OpenGL
• 4.1.2 OpenGL 的工作原理
• 4.2 OpenGL 的实现原理
• 4.2.1 OpenGL 的实现
• 4.2.2 OpenGL 的基本程序结构
• 4.3 FDTD 剖分模型的可视化
• 4.4 本章小结
• 第五章 剖分模型转换FDTD 数值算例
• 5.1 时谐场近—远场外推
• 5.1.1 时谐场源
• 5.1.2 三维情况下时谐场近—远场外推
• 5.2 瞬态场近—远场外推
• 5.2.1 脉冲源
• 5.2.2 三维情况下脉冲场近—远场外推
• 5.3 剖分实例与数值计算
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加科研项目与发表论文情况