ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №9

УДК: 537.87

ПРИМЕНЕНИЕ МодифициРОВАННОГО метода дискретных

источников В задаче дифракции импульсной волны

на подповерхностном импедансном цилиндре

К.В. Музалевский

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

– обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

660036, Красноярск, ул. Академгородок, 50 стр. 38

Статья поступила в редакцию 31 августа 2024 г.

Аннотация. В отличие от классического метода дискретных источников (МДИ) с расположением вспомогательных дискретных источников (ДИ) на замкнутом дополнительном контуре в данной работе исследуется применение полной системы функций для описания полей ДИ, локализованных на незамкнутой кривой в модифицированном МДИ (ММДИ). ММДИ применен для решения двумерной задачи дифракции широкополосного электромагнитного импульса на импедансном цилиндре, расположенном в свободном пространстве и под поверхностью раздела воздух-диэлектрическое полупространство. Сторонним источником выступала нить электрического тока, возбуждаемая импульсом длительностью 1.6 нс с шириной спектра от 122 МГц до 726 МГц (по уровню -6 дБ). В различных комбинациях несоленая вода, талая и мерзлая почва, воздух и лед выступали в качестве сред заполнения цилиндра и диэлектрического полупространства. В качестве полной системы функций для описания полей ДИ выступали функции Ханкеля первого рода нулевого порядка, соответствующие функции Грина задачи для слоистой среды и их производные по направлению нормали к кривой на которой размещались ДИ. При сопоставлении с методом конечных разностей (МКР), показано, что ММДИ с применением импедансных граничных условий Леонтовича, с практически значимой точностью может описывать импульсные поля, рассеянные диэлектрическим цилиндром. Установлено, что в случае цилиндра с эллиптической направляющей ММДИ требует примерно в два раза меньшего количества вспомогательных ДИ по сравнению с классическим МДИ при достижении одинаковой точности решения задачи. В целом в данной работе получено подтверждение возможности применения полной системы функций для описания полей ДИ локализованных на незамкнутом контуре для решения задач дифракции импульсных волн на подповерхностных импедансных цилиндрах.

Ключевые слова: подповерхностная радиолокация, сверхширокополосные импульсы, метод дискретных источников, дифракция, поверхностный импеданс.

Финансирование: Работа выполнена в рамках научной тематики Госзадания ИФ СО РАН.

Автор для переписки: Музалевский Константин Викторович, rsdkm@ksc.krasn.ru

Литература

1. Кюркчан А.Г., Смирнова Н.И., Клеев А.И. Методы решения задач дифракции, основанные на использовании априорной аналитической информации. М.: Физматлит.– 2022.– 304 с.

2. Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения. М.: Радио и связь.– 1987.–272 с.

3. Купрадзе В. Д. О приближенном решении задач математической физики // Успехи математических наук. – 1967. – Т. 22. – №. 2.– C. 59-107.

4. Еремин Ю.А., Свешников А.Г. Метод дискретных источников в задачах электромагнитной дифракции. М.: Изд-во МГУ. –1992. – 182с.

5. Апельцин В.Ф., Кюркчан А.Г. Аналитические свойства волновых полей. М.: Изд-во МГУ. –1990. – 207 с.

6. Анютин А.П., Кюркчан А.Г., Минаев С.А. Модифицированный метод дискретных источников // Радиотехника и электроника. – 2002. – Т. 47. – №. 8. – С. 955-960.

7. Kyurkchan A.G., Smirnova N.I. Mathematical Modeling in Diffraction Theory (Chapter 1). Elsevier. –2016. –P. 1-49.

8. Еремин Ю.А., Свешников А.Г. Квазиклассические модели квантовой наноплазмоники на основе метода дискретных источников (Обзор) // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 2021. – Т. 61. – №. 4. – С. 580-607.

9. Беличенко В. П. и др. Математические методы в граничных задачах электродинамики. – Томск: Изд-во ТГУ. – 1990.–172 с.

10. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Советское радио. 1957. 581 с.

11. Eremin Y.A. et al. A new method of internal auxiliary source-sinks (MIASS) for two-dimensional interior Dirichlet acoustic problems // Journal of Computational and Applied Mathematics. – 2021. – Т. 386. – P. 113231.

12. Eremin Y.A. et al. New scheme of the discrete sources method for two-dimensional scattering problems by penetrable obstacles // Journal of Computational and Applied Mathematics. – 2023. – Т. 417. – P. 114556.

13. Музалевский К.В. Дифракция электромагнитного импульса на объекте в неоднородной среде // Тез. док. тридцать первой науч. конф. студентов, аспирантов. – Барнаул. – АлтГУ. –2004. – С. 34-35.

14. Комаров С.А., Музалевский К.В. Импульсное зондирование неоднородной среды // Известия Алтайского государственного университета. –2005.– Т. 35. – № 1.– С. 113-115.

15. Komarov S.A., Mironov V.L., Muzalevsky K.V. GPR signal simulations in the course of freeze/thaw process for a permafrost area // International Geoscience and Remote Sensing Symposium. – 2005. – Т. 7. – С. 4600.

16. Малакшинов Н.П., Скобелев С.П. Рассеяние импульсной электромагнитной волны на цилиндре в диэлектрическом полупространстве // Радиотехника. – 2007. – №. 10. – С. 75-80.

17. Эпов М.И., Миронов В.Л., Музалевский К.В. Сверхширокополосное электромагнитное зондирование нефтегазового коллектора. Новосибирск: СО РАН. –2011. –114 с.

18. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Советское радио. –1979. –376 с.

19. Воеводин В.В. Вычислительные основы линейной алгебры. М. –1977. 304 с.

20. Библиотека Численного анализа НИВЦ МГУ. Подпрограмма: ASP4E. Online: http://num-anal.srcc.msu.ru/lib_na/cat/as/asp4a.htm

21. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. –Т. 2. –1959. –620 с.

22. Yee K. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media // IEEE Transactions on antennas and propagation. – 1966. – Т. 14. – №. 3. – С. 302-307.

23. Ulaby F. T., Long D.G., Blackwell, et al. Microwave radar and radiometric remote sensing. Ann Arbor: University of Michigan Press. –2014. – 984 p.

24. Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П. Теория волн. М.: Наука. –1990.–432с.

Для цитирования:

Музалевский К.В. Применение модифицированного метода дискретных источников в задаче дифракции импульсной волны на подповерхностном импедансном цилиндре. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.9.10