撤稿声明

本刊于2011年3月发表向道朴等人的研究论文多层快速多极子算法中的两步插值技术(《计算物理》28卷第2期237—242页)后,发现该文与另一篇文章(Ergül ,van den Bosch,and Gürel L.Two-step     

积分方程平面反射阵电磁建模技术北大核心CSCD

针对基于空间功率合成的空馈平面反射阵(FLAPS)型高功率微波辐射器的高效率电磁仿真需求,应用积分方程方法结合多尺度混合电磁建模技术MLFMA-MLACE进行问题的电磁建模及求解,主要过程包括:针对设计模型进行多尺度几何建模;在宏观层面采用多层快速多极子加速矩矢相乘;在微观层面采用多层笛卡尔展开加速求解。结合W波段的FLAPS初步模型,利用传统多层快速多极子技术(MLFMA)进行了精度验证,对于混合方法在仿真中的适用性、模型等效处理程度的影响以及计算成本等进行了分析。结果表明,该方法在内存及计算时间方面显著地提高了效率,论文还对后续改进方向进行了讨论。     

三维声学多层快速多极子边界元及其应用

快速多极子边界元算法可以加速矩阵和向量乘法运算, 将传统边界元算法的计算量和内存占用量分别降为O(N log²N)和O(N), 适用于大型声学模型模拟计算. 本文发展了一种基于Burton-Miller方程的三维多层声学快速多极子边界元算法. 将新的自适应树状算法应用到对角形式的快速多极子边界元算法, 并使用最新提出的解析式源点矩计算公式, 进一步提高了快速多极子边界元的计算效率. 绝对软球体在内部共振频率处的散射声场计算, 验证了所发展算法在共振频率处求解的正确性. 与Bapat所提供的程序在多脉动球体辐射声场计算精度的比较, 验证了算法及程序在大型模型声学计算中的准确性, 同时显示了其求解的高效性. 最后, 将该算法用于车内声场及水下声学探测的分析计算.     

二维声学多层快速多极子边界元及其应用

与模型自由度的平方成正比的存储量和计算量,使传统边界元无法应用到大型模型的计算。为此,发展了一种二维声学多层快速多极子边界元算法。通过二维Helmholtz核函数展开理论的简要介绍,推导了源点矩计算、源点矩转移、源点矩至本地展开转移、本地展开转移公式,并详细描述了二维声学快速多极子边界元算法的具体实现步骤。使用快速傅里叶插值进行源点矩和本地展开系数的多层传递。采用对角左预处理方法,改善边界方程的条件数,减少迭代求解次数。最后通过数值算例,验证了所发展的二维声学快速多极子算法的正确性和高效性。      

机载多天线系统电磁兼容性研究

为了在有限计算机资源条件下快速解决机载平台中多天线系统的电磁兼容(EMC)问题,基于电场积分方程(EFIE),实现自动分层的多层快速多极子方法(MLFMA).针对天线问的近场耦合特性,采用任意天线间的隔离度代替传统隔离度,使得隔离度计算结果更加合理.同时采用BiCGStab(l)结合近场预条件方法进行求解,进一步提高MLFMA的综合效率.最后实例计算并分析波音747飞机模型上多根超短波天线的辐射方向图和宽频带内天线间的隔离度.数值结果表明方法准确有效.     

MLFMA用于三维电大复杂腔体电磁散射特性的快速计算

基于迭代物理光学法的多层快速多极子算法可高效、快速求解电大腔体的散射特性,给出混合算法的迭代公式.对工程上常见的弯曲较缓慢的S弯腔体,通过合适的分段结构化分组,避免两组之间存在的部分面元遮挡的情况,应用广义互易积分处理带有复杂终端的腔体.数值计算结果表明,所用方法准确并能极大地提高计算速度.     

消声器声学性能预测的子结构快速多极子边界元法

鉴于快速多极子边界元法的应用主要局限于单区域声学问题计算,发展基于子结构技术的快速多极子边界元法以计算多区域声场问题,介绍基本原理、具体实施过程以及优缺点.以带有插进口管的膨胀腔消声器为例,应用子结构快速多极子边界元法和传统边界元法计算其传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证方法的有效性和计算精度.研究表明,快速多极子边界元法与传统边界元法相比,节点数越多,其在节省计算时间,减少计算量等方面的优势越明显.     

新的对角形式快速多极边界元法求解声学Helmholtz方程

传统外部声学Helmholtz边界积分方程无法在个人计算机上求解大规模工程问题. 为了有效解决这个问题, 将快速多极方法引入到边界积分方程中, 加速系统矩阵方程组的迭代求解. 由于在边界积分方程中引入基本解的对角形式多极扩展, 新的快速多极边界元法的计算效率与传统边界元相比显著提高, 计算量和存储量减少到O(N)量级(N为问题的自由度数). 包括含有420000个自由度的大型潜艇模型数值算例验证了快速多极边界元法的准确性和高效性, 清楚表明新算法在求解大规模声学问题中的优势, 具有良好的工程应用前景.     

有耗半空间上方导体目标电磁散射的多层快速多极子算法

提出基于高阶拟合的多层快速多极子算法,用于分析有耗半空间上方导体目标的电磁散射.采用高阶拟合方法将远区相互作用单元的半空间空域格林函数用级数表示,对高阶拟合项作加法定理展开,进而应用多层快速多极子算法.该方法具有分组小,内存需求低,易于实现的优点.用数值算例验证其正确性与有效性.     

新的对角形式快速多极边界元法求解声学Helmholtz方程

传统外部声学Helmholtz边界积分方程无法在个人计算机上求解大规模工程问题. 为了有效解决这个问题, 将快速多极方法引入到边界积分方程中, 加速系统矩阵方程组的迭代求解. 由于在边界积分方程中引入基本解的对角形式多极扩展, 新的快速多极边界元法的计算效率与传统边界元相比显著提高, 计算量和存储量减少到O(N)量级(N为问题的自由度数). 包括含有420000个自由度的大型潜艇模型数值算例验证了快速多极边界元法的准确性和高效性, 清楚表明新算法在求解大规模声学问题中的优势,     

A faster aggregation for 3D fast evanescent wave solvers using rotations

A novel technique to accelerate the aggregation and disaggregation stages in evanescent plane wave methods is presented. The new method calculates the six plane wave radiation patterns from a multipole expansion (aggregation) and calculates the multipole expansion of an incoming field from the six plane wave incoming field patterns. It is faster than the direct approach for multipole orders larger than one, and becomes six times faster for large multipole orders. The method relies on a connection between the discretizations of the six integral representations, and on the fact that the Wigner D-matrices become diagonal for rotations around the z-axis. The proposed technique can also be extended to the vectorial case in two different ways, one of which is very similar to the scalar case. The other method relies on a Beltrami decomposition of the fields and is faster than the direct approach for any multipole order. This decomposition is also not limited to evanescent wave solvers, but can be used in any vectorial multilevel fast multipole algorithm.     

快速计算地面上车辆目标的电磁散射特性

为快速计算地面上车辆目标的电磁散射特性,实现适用于半空间环境的多层快速多极子方法.对于近区项,利用严格的半空间并矢格林函数进行计算;对于远区项,首先将半空间格林函数分解为直射项和反射项,然后采用实镜像方法计算反射项.方法物理概念清晰,与目前常用的离散复镜像方法相比,具有良好的收敛性和稳定性,大大降低计算时间和内存需求.实例计算并分析地面上汽车模型的电磁散射特性.     

Multilevel fast multipole algorithm for acoustic wave scattering by truncated ground with trenches

The multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is extended to solve for acoustic wave scattering by very large objects with three-dimensional arbitrary shapes. Although the fast multipole method as the prototype of MLFMA was introduced to acoustics early, it has not been used to study acoustic problems with millions of unknowns. In this work, the MLFMA is applied to analyze the acoustic behavior for very large truncated ground with many trenches in order to investigate the approach for mitigating gun blast noise at proving grounds. The implementation of the MLFMA is based on the Nystrom method to create matrix equations for the acoustic boundary integral equation. As the Nystrom method has a simpler mechanism in the generation of far-interaction terms, which MLFMA acts on, the resulting scheme is more efficient than those based on the method of moments and the boundary element method (BEM). For near-interaction terms, the singular or near-singular integrals are evaluated using a robust technique, which differs from that in BEM. Due to the enhanced efficiency, the MLFMA can rapidly solve acoustic wave scattering problems with more than two million unknowns on workstations without involving parallel algorithms. Numerical examples are used to demonstrate the performance of the MLFMA with report of consumed CPU time and memory usage.     

A low frequency stable plane wave addition theorem

The multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is a well known and very successful method for accelerating the matrix-vector products required for the iterative solution of Helmholtz problems. The MLFMA has an important drawback, namely its inability to handle scattering problems with a lot of subwavelength detail due to the low frequency (LF) breakdown of the MLFMA. There is a need to extend the MLFMA to LF, since alternative methods are less efficient (multipole methods) or hard to implement (spectral methods). In this paper a new addition theorem will be developed that does not suffer from an LF breakdown. Instead it suffers from a high-frequency (HF) breakdown. The new method relies on a novel set of distributions, the so-called pseudospherical harmonics, closely related to the spherical harmonics. These allow the discretization points and translation operators to be calculated in closed form. Hence the method presented in this paper allows the easy implementation of a method that is stable at LF. Furthermore, a combination of the traditional MLFMA and the new method allows for the construction of a broadband MLFMA.     

求解波束波导中激励-传输-辐射问题的积分方程方法

针对波束波导系统结构和馈电特性,应用体面积分方程建立了任意结构波束波导中电磁波的激励、传输和辐射问题所对应的物理模型.在激励端,采用模式展开方法描述输入口面场分布,并利用模式匹配方法精确模拟波束波导馈电端的匹配状况.通过对波束波导内部的实际结构的精确拟合,基于积分方程建立了激励-传输-辐射的电磁模型,并以高效数值解法给...     

RCS测试中的低散射载体设计及仿真分析

在雷达散射截面（RCS）测试中,低散射载体的设计结果取决于被测目标的RCS量级。为进行细节性隐身设计,获得台阶与缝隙排除载体干扰后的RCS水平,提出一种在台阶与缝隙RCS测试中的低散射载体设计方法。采用多层快速多极子算法,对低散射载体相邻曲面连接方式、台阶与缝隙在载体上的位置、前缘尖削度、倒圆半径对散射特性的影响进行了仿真分析。仿真结果表明,控制载体表面曲率的变化、加大前缘尖削度、减小拼接曲面倒圆半径能有效降低载体前向散射水平,由于载体曲面一侧的散射水平低于平面一侧散射水平,台阶与缝隙特征应位于曲面上。对RCS测试中低散射载体设计具有指导意义。