Improvement and acceleration of Iterative Physical Optics for computation of RCS of complex cavities
Amélioration et accélération de l'Optique Physique Itérative pour le calcul de SER de cavités complexes
Résumé
This thesis dissertation deals with the computation of the Radar Cross Section (RCS) of complex-shaped open-ended cavities whose dimensions are large compared to the wavelength. Many methods have been developed for such a calculation and IPO (Iterative Physical Optics) has been chosen for its interesting trade-off between the accuracy and the computation time. It is an asymptotic method based on an iterative resolution of the electromagnetic fields integral equations by Physical Optics. The thesis works aim at improving IPO, in terms of both accuracy and computation time.
The first original contribution of the thesis concerns a detailed study of the shadowing phenomenon, which has a significant impact on the accuracy. The method, called physical shadowing, has been developed, based on fields integral equations applied to coupled objects, and the shadow radiation of Physical Optics. The method has been tested and compared to classical approaches for open surfaces and open-ended cavities.
The second original contribution concerns the acceleration of IPO, based on a technique of matrix compression. First, IPO has been written into a matrix formulation, which allows to apply the ACA (Adaptive Cross Approximation) algorithm, and its recompressed version R-ACA, to compress the interactions matrices of IPO. Moreover, the computation time has been reduced by applying the S-IPO, consisting in separating the cavity in sub-sections where IPO is applied. The simulations has shown a reduction of the computation time and the memory requirements.
Ce manuscrit est consacré au calcul de la Surface Equivalente Radar (SER) de cavités de formes complexes dont les dimensions sont grandes devant la longueur d'onde. De nombreuses méthodes ont été développées pour un tel calcul, et l'IPO (Iterative Physical Optics) a été retenue pour son compromis intéressant entre précision et temps de calcul. Il s'agit d'une méthode asymptotique basée sur la résolution itérative des équations intégrales des champs électromagnétiques par l'Optique Physique. Les travaux de cette thèse ont pour but d'améliorer l'IPO, en termes de précision et de temps de calcul.
La première contribution originale de cette thèse repose sur une étude détaillée du phénomène d'ombrage, qui a un impact important sur la précision du calcul. La méthode d'ombrage physique a alors été développée, basée sur les équations intégrales des champs pour des objets couplés, et sur le rayonnement en zone d'ombre avec l'Optique Physique. Elle a été testée et comparée aux approches classiques pour des cavités et des surfaces ouvertes.
La seconde contribution originale de cette thèse repose sur l'accélération de l'IPO, basée sur une technique de compression matricielle. Le formalisme matriciel de la méthode IPO a alors été établi et optimisé, et l'algorithme de compression ACA (Adaptive Cross Approximation) ainsi que sa version recompressée R-ACA, ont alors été appliqués aux matrices d'interactions impliquées dans l'IPO. De plus, le calcul a pu être accéléré par l'application de la S-IPO, qui consiste à découper une cavité en tronçons pour y appliquer l'IPO. Les nombreuses simulations ont montré un gain en temps de calcul et une réduction de l'occupation mémoire.
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