高频渐进方法(简称高频方法)是分析和计算高频电磁场的一种近似方法,与其他严格的电磁场数值方法,如矩量法(MoM)有限元法(FEM)和时域有限差分法(FDTD)等方法相对应。与严格方法相比,高频方法在分析求解问题的时候消耗较少的计算机资源(如计算机存储空间,处理器速度),并且能达到一定的求解精度,是工程中求解电大尺寸问题时较为常用的方法。计算机辅助几何设计(CAGD)能够为物体提供精确稳定的具有参数形式的几何描述,如Bezier曲面和非均匀有理B样条(NURBS)曲面,是工程中使用最广的建模工具。基于CAGD的高频方法能够在高精度的几何模型上进行高效的分析和计算,广泛应用于工程电磁场中的平台天线、电波传播和复杂目标雷达散射截面(RCS)等研究领域。但是基于CAGD的高频方法在实现过程中仍然存在一些问题,如传统基于NURBS曲面的高频方法并不能直接应用到定义了自由边界的剪裁NURBS曲面,缺乏有效的消隐技术以及缺少对物体表面不连续性的处理等。因此为了使基于CAGD参数曲面建模的高频方法能更好地服务于实际工程中的应用,还需要进一步对其进行改进和完善。本文围绕基于参数曲面建模的高频方法实现中的关键技术进行了研究,包括剪裁NURBS曲面上的物理光学(PO)方法,剪裁NURBS曲面建模场景中用于高频方法的快速消隐技术,用于解决剪裁NURBS曲面建模物体上不连续结构的物理绕射理论(PTD)和等效电流法(ECM),以及剪裁NURBS曲面上的射线追踪和射线场计算。本文主要有以下五点贡献:1.提出了基于二叉搜索树的快速采样点剪裁算法,提高了剪裁NURBS曲面上PO积分计算时采样点的剪裁判定效率。与传统采样点剪裁算法相比,本文提出的基于二叉搜索树的快速采样点剪裁算法从计算时间的节省上能够达到一个数量级的提升。2.提出了基于面片的剪裁算法。通过把剪裁NURBS曲面的基面按面片分为不同的区域,并对不同的区域采用不同的计算策略,进一步节省了采样点剪裁判定的时间。将该算法应用到PO方法中成功地求解了剪裁NURBS曲面建模的实际复杂的物体的RCS,弥补了高频方法缺乏剪裁NURBS曲面建模物体电磁场分析和计算的技术空缺,使PO能够直接用于求解CAGD系统中的几何模型,实现了PO与CAGD系统的无缝连接。3.提出了高效稳定的基于剪裁NURBS曲面的快速消隐测试技术。通过对剪裁NURBS曲面的场景建立叠层式的空间体积划分(HSVP),并采用表面积启发(SAH)策略对HSVP进行优化,使基于HSVP的消隐算法从几何概率上最大可能地避免了不必要的射线曲面求交运算。本文提出的消隐测试算法比传统的基于包围盒子的消隐测试方法从计算效率上至少提高了一个数量级,在实际应用中具有明显的优势。该方法突破了基于参数曲面建模的高频方法长期以来在消隐测试技术上的瓶颈,拓展了高频方法在实际问题中的应用范围。4.实现了基于剪裁NURBS曲面建模的任意金属曲劈的绕射场计算。采用完全基于CAGD的曲率自适应策略来对具有任意曲率变化的劈边缘曲线进行细分,在细分好的曲劈边缘与劈面之间采用基于投影算法的参数对齐技术保证劈面在劈边缘处的C0参数连续。结合PTD和ECM实现了任意金属曲劈的散射计算。该方法填补了基于NURBS曲面建模的PO方法在对边缘不连续性修正的空白,完整地实现了基于CAGD的PO/PTD方法,并成功地将其应用于计算和分析电大尺寸实际复杂目标的散射。5.实现了基于剪裁NURBS曲面的GO/UTD。实现了剪裁NURBS曲面建模场景中的直射射线和反射射线的射线寻迹算法。利用GO/UTD的射线轨迹与频率无关的特性,分析和计算了金属物体附近天线的宽带辐射特性,为GO/UTD在实际工程中平台天线的宽带分析奠定了基础。