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并行多层快速多极子算法中若干关键技术研究

专 业: 电磁场与微波技术
关键词: 并行多层快速多极子算法 雷达散射截面 电磁散射 消息传递接口
分类号: TN011
形 态: 共 73 页 约 47,815 个字 约 2.287 M内容
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内容摘要


由于强烈的工程应用背景,电大尺寸目标散射特性的计算越来越成为人们关注的焦点。

其在雷达系统工程设计,目标识别,遥感遥测等领域中有着极其重要的应用。

一方面传统的高频电磁分析方法虽然计算较快,内存需求较低。

但是其存在的致命缺陷是计算结果精度较低,在许多场合下的计算结果的精度远远不能达到应用的要求。

另一方面基于积分方程的多层快速多极子方法是一种求解电磁散射问题的快速算法。

相对于一些传统的方法如几何光学方法,几何绕射方法,弹跳射线方法有着更高的精度和更广的适用范围。

但是由于其基于积分方程方法,需要对全局中所有的子散射体之间的相互耦合加以考虑,从而导致在求解电大尺寸目标的散射问题时需要巨大的存储空间。

同时由于其在谱域上严格积分导致计算量也很大。

然而工程中又常常需要我们求解电大甚至超电大目标的散射问题,当前的计算条件难以满足工程需要。

为了解决这一矛盾,有学者提出了采用并行技术提供较大的物理内存,并将任务合理地分解,并行计算的方式来解决这一问题。

上世纪90年代锡拉丘兹大学SyracuseUniversity首先在这方面做出了尝试,他们实现了并行矩量法程序。

其后,伊利诺伊大学香槟分校UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign的W.C.Chew教授实现了并行的多层快速多极子程序ScaleMEScaleableMLFMAEngine,求解了未知量高达10,000,000的电磁散射问题。

本文正是针对上述的问题,对并行多层快速多极子方法的关键技术进行研究。

首先简要介绍了积分方程方法的发展及其数值实现,然后分析了多层快速多极子算法的推导过程,并分析了目前多层快速多极子算法的一些共性的问题,并针对上面的共性问题提出解决方案。

然后探讨了多层快速多极子算法的并行化思路,以及在并行框架下对多层快速多极子算法的共性问题的解决方案的实现,其后讨论了在并行框架下实现混合场积分方程。

最后对并行多层快速多极子算法的存储和通信的模式进行了研究..……

全文目录


第一章 绪论
1.1 研究工作背景及意义
1.2 研究工作内容与贡献
1.3 本文的结构安排
第二章 多层快速多极子算法及其若干共性问题和解决方案
2.1 多层快速多极子算法简介
2.1.1 多层快速多极子算法的发展
2.1.2 积分方程方法及其数值实现
2.1.3 多层快速多极子算法思想
2.1.4 多层快速多极子算法中的结构特点
2.1.5 多层快速多极子算法中的若干关键技术
2.2 多层快速多极子算法中的若干共性问题
2.2.1 存储量
2.2.2 计算量
2.3 解决方案
2.3.1 存储量
2.3.1.1 发射接收方向图重复存储技术
2.3.1.2 修正多极子模式数
2.3.2 计算量
2.3.2.1 转移因子对称性、平移不变性利用
2.3.2.2 转移因子计算中修正拉格朗日插值技术的改进
2.3.2.3 单站 RCS 计算中带相位修正的继承迭代技术
第三章 多层快速多极子算法的并行化及若干共性问题解决方案的并行实现
3.1 并行化设计的思想
3.2 并行化中的关键技术
3.2.1 MORTON 键技术的使用
3.2.2 数据的分解方式
3.3 多层快速多极子算法中共性问题的解决方案的并行化实现
3.3.1 存储量
3.3.1.1 发射接收方向图重复存储技术
3.3.1.2 修正多极子模式数
3.3.2 计算量
3.3.2.1 转移因子对称性、平移不变性利用
3.3.2.2 转移因子计算中修正拉格朗日插值技术的改进
3.3.2.3 单站 RCS 计算中带相位修正的继承迭代技术
第四章 基于混合场积分方程的并行多层快速多极子算法实现
4.1 混合场积分方程的特性及其与电场、磁场积分方程的比较
4.2 混合场积分方程的多层快速多极子算法
4.3 混合场积分方程的并行多层快速多极子算法实现
4.4 数值结果及讨论
第五章 对并行多层快速多极子算法中若干关键技术的优化
5.1 附近组元素存储模式的考察
5.1.1 并行快速多极子算法中附近组元素的构成特点
5.1.2 附近组元素的常用的存储方法以及各自的优缺点
5.1.3 数值结果及讨论
5.2 通信模式的研究
5.2.1 并行快速多极子算法中通信的特点
5.2.2 附近组元素的常用的通信方法以及各自的优缺点
5.2.3 数值结果及讨论
5.3 并行多层快速多极子算法中的一些新方法及其并行化实现
5.3.1 分离附近组贡献和远区组贡献的迭代并行多层快速多极子方法.
5.3.1.1 算法意义
5.3.1.2 算法描述及实现
5.3.1.3 数值结果及讨论
5.3.2 基于使附近组元素存储量均衡的任务分配模式
5.3.2.1 算法意义
5.3.2.2 算法描述及实现
5.3.2.3 数值结果及讨论
结束语
参考文献

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中图分类: > TN011 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 基础理论 > 电波传播、传播机理

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