随着高功率脉冲源、敏感电子元器件、宽带雷达观测技术的快速发展,有关粗糙面与上方目标近场耦合和远场散射的研究引起了国内诸多学者们普遍关注。在电磁问题的计算方法中,时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）方法由于是对Maxwell微分方程直接求解的时域方法,并具有灵活处理复杂模型和介质的优势,因此,被大量地运用于瞬态辐射、耦合、散射的研究中。但利用传统FDTD方法在分析粗糙面与上方目标近场耦合和远场散射时,需建立一个大的计算区域,用于包络复合模型,将面临内存占用过高、计算时间过长的困难,尤其当目标与背景粗糙面相对距离增大时,这一问题将尤为突出。为了提高计算效率,并保持FDTD善于处理复杂形状模型的优势,本文将基于复合模型分区处理的思想,将粗糙面与目标分别放置在两不相邻计算子域内,通过子域等效源近场辐射计算和子域加源的方式来考虑互相之间的电磁贡献,最终实现计算效率的改善。论文具体创新和研究工作如下:1.为解决粗糙面与上方目标分区计算中的基础性问题,提出了一种FDTD与时域惠更斯原理相结合的混合算法,用于分析二维情形粗糙面瞬态近场散射。在该方案中,将瞬态近场散射计算分解为粗糙面子域边界等效源的FDTD计算和近场辐射的时域惠更斯原理计算。近场辐射需通过等效源与格林函数时域卷积求解,而且卷积运算应遍及整个粗糙面FDTD子域输出边界。对于大尺度粗糙面,直接的卷积积分将面临巨大的计算量,为提高计算效率,提出了一种适用于等效源近场辐射计算的半解析递归卷积（Semianalytical Recursive Convolution,SARC）方法,首先基于超高速电路信号预测的思想,运用波印廷方法将时域格林函数近似为指数函数的组合,再运用数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）中的SARC方案给出等效源近场辐射迭代公式。通过与传统FDTD方法对比,验证了粗糙面瞬态近场计算的SARC-FDTD方法的可靠性和高效性。2.为解决高功率电磁脉冲（High Power Electromagnetic Pulse,HPEMP）照射下,粗糙面上方目标电磁耦合FDTD分析中计算资源消耗大的问题,提出了一种将粗糙面与目标划分在两不相邻子域的改进的FDTD（Improved-Finite Difference Time Domain,Improved-FDTD）方法。目标FDTD区域入射波包括直接照射波和粗糙面近场散射波,其中,后者采用FDTD结合三维时域惠更斯原理的方案得到,在此,给出了一种二维近场辐射的三维递归分析方法,用于提高计算效率。通过直接照射场与粗糙面散射场的叠加得到了目标FDTD子域入射波场,并采用等效原理设置了总场边界源。通过计算得到了目标子域内的瞬态电磁场和介质包裹细线上的耦合能流密度,通过与传统FDTD方法比较,验证了该Improved-FDTD方法的准确性和高效性。最后,详细描述了粗糙面参数、包裹介质参数、细导线参数对耦合能流的影响规律。3.针对粗糙面与上方目标复合散射计算时,FDTD方法面临计算巨大的问题,提出了一种用于计算复合散射的FDTD区域分解（Domain Decomposition-Finite Difference Time Domain,DD-FDTD）方法。在该区域分解方案中,两不相邻FDTD子域分别仅包括粗糙面和目标,运用惠更斯原理分析子域间的相互电磁作用,再通过等效原理将其引入到对应计算子域,解决了区域分解方案中场连续的基础性问题,通过叠加粗糙面子域和目标子域在远区电磁贡献的手段,得到粗糙面与目标复合电磁散射场。相比于传统的FDTD方法,该DD-FDTD方法去除了粗糙面与目标之间大量的网格,实现了计算效率的提高,并通过典型算例分析了粗糙面与上方目标复合电磁散射特性。4.为进一步提高微粗糙表面与上方目标瞬态电磁散射计算效率,提出了一种时域物理光学（Time domain Physical Optics,TDPO）与FDTD相结合的分区域计算方案。在该方案中,粗糙面与目标的电磁问题分别由TDPO和FDTD方法来分析,对于目标与粗糙面之间的电磁贡献,则通过基于线性差分近似与SARC相结合的时域惠更斯原理来计算。针对单站散射问题,通过互易性定理的分析和推导,给出了粗糙面和目标二次散射的简化计算方案。对于瞬态远场散射,则是通过粗糙面和目标直接散射场与二次散射场叠加的方案得到。计算结果表明该TDPO-FDTD方法不但沿袭了传统FDTD方法的准确性,又可实现计算时间和内存占用量的降低。