高阶时域有限差分方法研究及其在电波传播中的应用的开题报告.docx

高阶时域有限差分方法研究及其在电波传播中的应用的开题报告

开题报告

题目：高阶时域有限差分方法研究及其在电波传播中的应用

一、选题背景

时域有限差分（FDTD）方法是计算电磁场、声场、地震波等波动问题的一种重要数值方法，具有计算精度高、应用范围广的特点，已经成为计算电磁场、声场以及地震波传播的重要手段之一。在电磁场计算中，传统FDTD方法只能采用二阶精度的格式，而高阶FDTD方法可以提高计算精度，减小数值耗散和色散误差，提高数值计算稳定性和计算效率。因此研究高阶FDTD方法在电磁场计算中的应用具有重要的理论和实际意义。

二、研究目的

本文的研究目的为：

（1）研究高阶FDTD方法的基本原理和数值实现方法。

（2）在二维和三维空间中，通过数值模拟研究高阶FDTD方法的计算精度和计算稳定性，并与传统FDTD方法进行比较分析。

（3）将高阶FDTD方法应用于电波传播问题中，分析其在电磁场计算中的应用效果。

三、研究内容

（1）高阶FDTD方法的理论基础和数值实现方法。

（2）在二维和三维空间中，通过数值模拟研究高阶FDTD方法计算精度和计算稳定性，并与传统FDTD方法进行比较分析。

（3）将高阶FDTD方法应用于电波传播问题中，分析其在电磁场计算中的应用效果。

四、研究方法

（1）基于FDTD方法的数值模拟，通过编写高阶FDTD方法的程序代码，在二维和三维空间中进行模拟研究。

（2）通过计算电磁场、声场以及地震波等波动问题，分别分析高阶FDTD方法和传统FDTD方法的计算精度和计算稳定性，并进行比较分析。

（3）将高阶FDTD方法应用于电波传播问题中，分析其在电磁场计算中的应用效果。

五、预期研究成果

（1）研究高阶FDTD方法的基本理论和数值实现方法。

（2）通过数值模拟研究高阶FDTD方法计算精度和计算稳定性，并与传统FDTD方法进行比较分析。

（3）分析高阶FDTD方法在电波传播问题中的应用效果，为相关科研和实际应用提供参考和借鉴。

六、研究进度安排

（1）第一年：

a.建立高阶FDTD方法的数学模型和数值实现方法。

b.通过二维和三维空间中的数值模拟，分析高阶FDTD方法的计算精度和稳定性，并与传统FDTD方法进行比较分析。

（2）第二年：

a.对高阶FDTD方法进行优化和改进，进一步提高其计算精度和稳定性。

b.将高阶FDTD方法应用于电波传播问题中，分析其在电磁场计算中的应用效果。

（3）第三年：

a.综合前两年的研究成果，撰写论文并进行答辩。

七、参考文献

[1]TafloveA,BrodwinM.Numericalsolutionofsteady-stateelectromagneticscatteringproblemsusingthetime-domainMaxwellequations[J].IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,1975,23(8):623-630.

[2]JinJM.TheFinite-DifferenceTime-DomainMethodforElectromagnetics[M].JohnWileySons,2015.

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