Об использовании квадратур Гаусса в вычислении поверхностных сингулярных интегралов при решении задач рассеяния методом моментов

DOI: 10.21293/1818-0442-2024-27-4-13-22

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Выполнена оценка точности вычисления эффективной площади рассеяния методом моментов, используя квадратуры Гаусса для устранения сингулярности при формировании системы линейных алгебраических уравнений. Проведены вычисления бистатической эффективной площади рассеяния идеально проводящей сферы при различных комбинациях точек интегрирования. С использованием опубликованных данных выполнена оценка абсолютных и относительных отклонений полученных результатов. Используя метод выделения особенностей, выполнена оценка всех наборов данных, подтверждающая результаты анализа отклонений. Оценено число обусловленности матрицы системы линейных алгебраических уравнений. Выявлена наиболее универсальная комбинация точек интегрирования для вычисления сингулярных интегралов, которая обеспечивает наилучшее соотношение между точностью решения и вычислительными затратами. Выполнен расчет рассеяния корпуса с апертурой при помощи этой комбинации точек. Результаты показали хорошее согласование с данными, полученными в коммерческом программном обеспечении, основанном на методе конечных разностей во временной области.

Ключевые слова: численные методы, метод моментов, квадратуры Гаусса, эффективная площадь рассеяния, метод валидации выделением особенностей

Сведения о финансировании: Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России по проекту FEWM-2024-0005 и Российского научного фонда по проекту № 23-79-10165, https://rscf.ru/project/23-79-10165/.

Библиография статьи:
Клюкин Д. В. Об использовании квадратур Гаусса в вычислении поверхностных сингулярных интегралов при решении задач рассеяния методом моментов / Д. В. Клюкин [и др.] // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2024. – Т. 27, № 4. – С. 13–22. DOI: 10.21293/1818-0442-2024-27-4-13-22

Авторы и правообладатели:

  • Клюкин Д. В. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Зайков А. О. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Мочалов Д. М. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Иванов А. А. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Куксенко С. П. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Garber. – New York: Plenum Press, 2001. – 504 p.
  • 2. A review of radar detection fundamentals / P.S. Diao, T. Alves, B. Poussot, S. Azarian // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. – 2024. – Vol. 39. – P. 4–24.
  • 3. Бердышев В.П. Радиолокационные системы: учеб. / В.П. Бердышев, Е.Н. Гарин, А.Н. Фомин. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2011. – 400 с.
  • 4. Balanis C.A. Advanced engineering electromagnetics. – 3-nd ed. – New York: John Wiley & Sons, 2023. – 1136 p.
  • 5. Григорьев А.Д. Методы вычислительной электродинамики. – М.: Физматлит, 2013. – 430 с.
  • 6. Gibson W.C. The method of moments in electromagnetics. – New York: Chapman & Hall/CRC, 2021. – 510 p.
  • 7. Makarov S.N. Antenna and EM modeling with MatLab. – New York: John Wiley & Sons Publ., 2002. – 288 p.
  • 8. Harrington R.F. Matrix methods for field problems // Proceedings of the IEEE. – 1967. – Vol. 55, No. 2. – P. 136–149.
  • 9. Yee K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. – 1966. – Vol. AP-14. – P. 302–307.
  • 10. Characterization and integration of the singular test integrals in the method of moments implementation of the electric field integral equation / B.A Freno, W.A. Johnson, B.F Zinser, D.R. Wilton, F. Vipiana, S. Campione // Engineering analysis with boundary elements. – 2021. – Vol. 124. – P. 185–193.
  • 11. Клюкин Д.В. О способах вычисления поверхностных сингулярных интегралов при решении антенных задач методом моментов / Д.В. Клюкин, Д.М. Мочалов, С.П. Куксенко // Доклады ТУСУР. – 2024. – Т. 27, № 1. – С. 23–34.
  • 12. Ji J., Huang P., Series expansion feasibility of singular integral in method of moments // Journal of systems engineering and electronics. – 2014. – Vol. 25, No. 3. – P. 386–392.
  • 13. Rao S. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape / S. Rao, D. Wilton, A. Glisson // IEEE Transactions on antennas and propagation. – 1982. – Vol. 30, No. 3. – P. 409–418.
  • 14. Mosig J.R. Integral equation technique / J.R. Mosig, T. Itoh // Numerical Techniques for Microwave and Millimeter-Wave Passive Structures. – 1989. – P. 133–213.
  • 15. Dunavant D.A. High degree efficient symmetrical Gaussian quadrature rules for the triangle // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 1985. – Vol. 21. – No.6, – P. 1129–1148.
  • 16. Bourlier C. Scattering from quasi-planar and moderate rough surfaces: Efficient method to fill the EFIE-Galerkin MoM impedance matrix and to solve the linear system // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2021. – Vol. 69. No. 9, – P. 5761–5770.
  • 17. Bourlier C. Characteristic Basic Function Method Accelerated by a New Physical Optics Approximation for the Scattering from a Dielectric Object // Progress In Electromagnetics Research B. – 2023. – Vol. 103. – P. 177–194.
  • 18. Multibranch Rao–Wilton–Glisson basis functions for electromagnetic scattering problems / S. Huang, G. Xiao, Y. Hu, R. Liu, J. Mao // IEEE Transactions on antennas and propagation. – 2021. – Vol. 69, No. 10. – P. 6624–6634.
  • 19. Bourlier C. Acceleration of the primary basic functions calculation from the EFIE-characteristic basis function method (CBFM) combined with a new physical optics approximation // Progress in electromagnetics research B. – 2023. – vol. 99. – P. 179–195.
  • 20. GMSH: Официальный сайт Gmsh – A three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gmsh.info/, свободный (дата обращения: 08.10.2024).
  • 21. LUCERNHAMMER: официальный сайт lucernhammer – Electromagnetic signature / radar cross section [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lucernhammer.tripointindustries.com/benchmark_data/spheres, свободный (дата обращения: 09.10.2024).
  • 22. IEEE STD 1597.1–2008. IEEE standard for validation of computational electromagnetics computer modeling and simulations. – New York: IEEE Inc, 2009. – 41 p.
  • 23. Использование метода валидации выделением особенностей для сопоставления наборов экспериментальных данных или смоделированных данных / Н.Ю. Шайманов, В.П. Авраамов, А.А. Иванов, С.П. Куксенко // Программные продукты и системы (Тверь). – 2024. – № 3. – C. 310–317.
  • 24. Зайков А.О. Анализ резонансных частот экранирующих корпусов на основе моностатической эффективной площади рассеяния // Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР–2024»: сб. избр. статей научной сессии ТУСУР, Томск. – 2024. – Ч. 2. – С. 74–77.
  • 25. IEEE STD 1597.2–2010. IEEE recommended practice for validation of computational electromagnetics, computer modeling and simulations. – New York: IEEE Inc, 2011. – 124 p.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru