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复杂介质电磁散射的FDTD算法及其相关技术研究的中期报告

中期报告：复杂介质电磁散射的FDTD算法及其相关技术研究

一、研究背景及目的

复杂介质电磁散射问题一直是电磁学领域的热点问题之一。它在军事、航空、天文、地球物理、医学成像等领域中都有广泛的应用。当前，基于计算机模拟的方法成为研究这个问题的主要手段之一。其中，有限时域差分(FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD)算法是一种广泛应用的数值模拟方法，其本质是一种有限差分法，通过将时间和空间离散化，并采用向前迭代的方式求解时域Maxwell方程，实现电磁波的传播和散射特性的数值模拟。

本项研究旨在探究复杂介质电磁散射问题的有限时域差分算法，实现对不同介质（如各种复合材料、地质介质等）的电磁散射特性进行准确的数值模拟，并提出一系列算法技术性问题及解决方案。

二、研究内容和取得的进展

1.FDTD算法的改进

为提高计算精度和计算效率，本文通过对FDTD算法进行改进，主要包括：

(1)多步长FDTD算法：将整个时间步长分为多个较小的子步长，每个子步长都按照FDTD算法进行计算等等。

(2)吸收边界条件：设计了一系列对应不同物理场的吸收边界条件，在保证精度的前提下减少计算的时间和空间复杂度。

2.电磁散射数值模拟

本文建立了包括天线、散射体和观测面的三维模型，对不同形状、不同材料的散射体进行电磁散射数值模拟。结果表明：改进后的多步长FDTD算法可以有效提高计算精度。同时，本论文的算法设计也能够准确模拟电磁波在不同介质中的传播和散射特性。

3.其他问题及展望

本文还为复杂介质电磁散射问题的研究提出了一些可能的新的研究方向，包括：①建立更加真实的三维模型；②采用深度学习算法结合FDTD算法进行电磁散射特性的研究。

三、结论

本论文对复杂介质电磁散射问题的FDTD算法进行了研究和改进，得出了一些有价值的结论和未来研究的展望。研究表明，改进后的算法能够准确模拟电磁波在不同介质中的传播和散射特性，为复杂介质电磁散射问题的模拟分析提供了有力的技术支撑。