矩量法

连续方程离散化为代数方程组的方法

矩量法(Method of Moments, MoM)是一种将连续方程离散化为代数方程组的方法,对求解微分方程积分方程均适用。

定义
由于求解过程中需要计算广义矩量,故得名。矩量法包括如下三个基本过程:
(1)离散化过程 主要目的是将算子方程化为代数方程,具体步骤是:
①在算子L定义域内适当的选择一组线性无关的基函数fn;
②将待求函数f表示为该组基函数的线性组合;
③利用算子的线性,将算子方程化为代数方程。
(2)取样检测过程 主要目的是将求解代数方程的问题转化为求解矩阵方程的问题。基本步骤是:
①在算子L的值域内适当的选择一组线性无关的权函数Wm;
②将Wm与代数方程取内积进行N次抽样检验
③利用算子的线性和内积的性质,将N次抽样检验的内积方程化为矩阵方程。
(3)矩阵求逆过程。
R. F. Harrington在《计算电磁场的矩量法》一书中对其原理及过程进行了详尽的介绍.它所做的工作是将积分方程化为差分方程,或将积分方程中积分化为有限求和,从而建立代数方程组,故它的主要工作量是用计算机求解代数方程组。
所以,在矩量法求解代数方程组过程中,矩阵规模的大小涉及到占用内存的多少,在很大程度上影响了计算的速度。如何尽可能的减少矩阵存储量,成为加速矩量法计算的关键。
频域和时域
频域方法起步较早,发展也相对比较成熟,有对基函数方面的发展,有对阻抗矩阵的压缩及预处理技术的发展,有对矩阵方程求解的加速改进方法,也有对频域积分方程加以改进的。
各种方法都各有其优点和缺点。
时域方法起步相对较晚,但在各个方面也都有所涉及,如导体的,介质的,有耗的,非均匀的,还有高阶的,等等,然而,国内在时域方面做的还相对较少,对时域方法的改进也有待大家的努力!
后记
R.F.哈林登的《计算电磁场的矩量法》(国防工业出版社)这本书看了一下,其中1-3节引入了矩量法,我看了一下,矩量法数学本质是一种求解线性方程的方法。
举例,对于非齐次方程:L(f)=g,式中L是线性算子,g为已知函数,f为未知函数。
把f在L的定义域里面展开,即变成一系列基函数fn(n=0,1,2...N,N的大小决定着计算结果的精度,项越多,精度就越高,就越逼近原函数),这里的基函数是自己定义的,要求在L的定义域内即可;
接下来再在L的值域内定义一个权函数或检验函数集合wn(n=0,1,2...N),其选择或与基函数相同(伽略金法)或为狄拉克(Dirac)δ函数,具体我也没怎么搞明白;
之后还要定义一个内积式,对每个w取原方程的内积,这时,通过矩阵的运算即可解得此方程,得到f。对于每一个特定的问题,主要任务就是选择fn和wn,它们的选择决定了收敛的快慢,或者矩阵计算的难易,或者矩阵的大小等。
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