题目：飞行器高精度RCS预估技术及分析

飞行器隐身设计是一项具有极高复杂性、集合各种先进技术的系统工程，其RCS精确预估技术在设计过程中具有重要意义。发展一种能够对隐身飞行器进行RCS分析的计算方法和程序，能够节约设计成本，缩短设计周期，为设计人员提供参考和辅助设计手段。对低RCS的隐身飞行器，在谐振区甚至是瑞利区的RCS预估，高频方法的精度无法满足设计要求，通过对现有的时域有限差分法、有限元法、矩量法及其诸多快速算法进行对比分析，认为基于矩量法原理的多层快速多极子算法具有数学上严格的精确度，是一种优秀的RCS预估技术。同时，虽然多层快速多极子算法对矩量法在内存和计算效率上做了很大改进，在占用内存、效率及精度上仍需深入研究。目前的隐身飞行器设计主要针对高频区散射特性研究，随着现代雷达技术的发展和作战环境的更新，反隐身技术取得了很大进步，使隐身飞行器处于从低频区到高频区的多频段工作范围，对当前高频区的隐身设计思路构成了较大威胁。从以上背景和课题需求出发，本文主要致力于两方面研究，一方面是高精度的RCS预估技术，着重研究了多层快速多极子算法的精度改进、内存控制和占用规律、高效的并行算法；另一方面，在高效、高精度的预估技术基础上，对隐身飞行器及表面不连续特征的散射机理、表面不连续特征的多频段机理进行了详细分析研究。主要集中在以下各方面：针对传统多层快速多级方法，在不同的层采用不同的插值节点数并改进了插值方法；提出在不同的层采用不同的精度控制来计算多级子模式数；采用磁场积分方程解作为迭代初始值可明显提高计算效率。从存储矩阵的主要内存组成部分出发，分析了算法的空间复杂度，建立了内存与未知数之间的关系，提出了网格划分尺寸与入射波长之比、多极子模式数对内存的影响，该结论对计算前参数的配置有重要指导意义。完成了基于MPI平台的多层快速多极子算法并行技术，构建了一种新颖的并行设计方案。对稀疏矩阵按行平均分配到各计算结点；在每个计算节点上，得到本地节点上每层的通信序列；对并行算法中相关物理量的内存分配进行了优化；组建了完整的通信方法，有效防止死锁的发生。 鉴于表面不连续特征散射对于隐身飞行器的重要性，研究了单缝隙随宽度、单台阶随高度变化的散射特性以及多频散射特性，发现了锯齿边缘的RCS减缩特性，分析了各不连续特征电磁散射与其间距、极化方式之间、频率之间的变化规律，并将散射结果与金属平板结果进行比较，定量总结了各参数的影响。对飞行器目标散射频率响应特性，推导和验证了简单目标（金属球）的频率响应特性在飞行器目标上的适用性，并推广到复杂散射体的分析；提出了划分瑞利区、谐振区、高频区的新方法，指出飞行器具有隐身能力极限的概念；同时研究了目标多频散射的极化特性。