三维电磁散射的网络并行FDTD计算和加速比分析

应用计算机局域网,采用基于消息传递PVM平台和区域分解技术,实现了三维电磁散射的并行FDTD计算.给出了在FDTD两个相邻子区域交界面上所需要传递数据量的估算和分析.在一个实际的计算机局域网环境下,测试了网络并行FDTD计算三维机翼目标散射时的并行加速比和并行效率.实际上,并行加速比和效率不仅与局域网的硬件性能有关,而且与子区域的划分和PVM通信原语的使用等软件设计有关.最后,讨论并行计算中的附加通信量、网络通信性能和负载平衡对FDTD并行计算的影响.     

二元喇叭天线阵列的互耦研究

通过同轴线给天线馈电的方式,采用细导线FDTD方法模拟同轴线,研究了同轴传输线口径处内、外场之间的耦合,并分析了二元TEM喇叭天线阵的耦合问题,通过对单一喇叭进行馈电计算了天线阵单元的自阻抗和互阻抗.结果表明.在所考虑的频段内自阻抗和互阻抗不随频率的变化而变化,具有很好的宽带性能.     

考虑多次散射的复杂目标一体化电磁散射计算

在复杂目标电磁散射计算中,表面散射、棱边散射以及凹形结构的多次散射是最为重要的几种散射贡献。研 究了包含表面散射、棱边散射和凹形结构多次散射的复杂目标一体化电磁散射计算方法,开发了基于UG 建模软件的 一体化电磁散射计算软件,其中表面散射计算采用了图形电磁计算方法,棱边散射算法采用ILDC,并使用UG/Open 实现了复杂目标棱边自动识别,对于包含多次散射的腔体等凹形结构,开发了基于NURBS 曲面的射线追踪方法和SBR 算法,实现了腔体结构多次散射计算。所有算法都统一在UG 建模软件中开发,实现了从目标几何建模到散射计算的 一体化,简化了模型前处理过程。算例表明,所开发的一体化散射计算软件计算精度高,通用性强,具有很好的工程 应用价值。     

海水包裹空心椭球体的低频散射场计算及分析

为了分析水下金属壳体目标的散射场,提出了一种基于移位算子时域有限差分方法的加速计算方法.利用该方法对海水、空气和金属三种媒质材料进行了建模,并计算了水下金属椭球状壳体目标低频散射场的空间分布和起伏海面对低频电磁波传播的影响.通过数值算例测试了所提方法的加速性能,可以得到接近线性的加速比和95%以上的加速效率.计算结果表明,海面会影响水下壳体目标散射场的空间分布,特别是对于电场的空间分布影响比较大,并且由于水下电导率的存在导致海面上方散射场的传播速度要比海面下方的快.     

复杂目标对柱面波散射的二维ADI-FDTD方法

为了处理柱面波照射复杂目标的散射问题，给出了二维ADI—FDTD方法中加入柱面波(线源)的详细计算公式．这种加源方式的特点是两个子时间步上都存在线电流源的激励．作为验证，应用文中方法计算了线电流照射金属圆柱的辐射方向图，与级数解结果一致，给出了线电流照射复杂目标二维机翼的辐射方向图，与常规FDTD计算结果吻合得很好，表明此种方法的正确性，计算中时间步的取值突破了Courant稳定性条件的限制．     

利用平板样品反演各向异性介质的本构参数

将电各向异性介质沿3个正交的方向切割成尺寸相同的3块平板,利用介质板后向同极化RCS的谐振特性反演其介电系数张量对角线元素。结合FDTD方法和二分法利用介质板交叉极化后向RCS的特点反演介电系数张量非对角线元素。数值模拟结果表明了本文方法的可行性。     

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS.经测试,该程序代码并行效率达到87%.根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性.     

FDTD应用于各向异性介质及半空间散射问题

介绍FDTD方法应用于各向异性介质散射分析及其并行计算.基于并矢表面阻抗给出金属表面各向异性介质涂层的等效介质参数公式.讨论铁氧体基片偏置磁场对微带天线辐射方向图的影响,模拟研究了板状各向异性材料介质参数的反演途径.将半空间FDTD应用于金属平板上孔缝散射计算和光学材料表面微缺陷散射近场和散射振幅分析,以及介质光栅Floquet模和传输功率的计算.     

总场-散射场方法在二维ADI-FDTD中的实现

提出了一种新的交替方向隐式时域有限差分激励源加入的总场-散射场方法．在总场边界附近,二维TM波的电磁场格点在每个子时间步都需要加入入射波的相应分量．根据交替方向隐式时域有限差分迭代公式及格点在总场边界的具体位置共有14种情况需要修正,其中电场格点有10种情况．该方法继承了常规时域有限差分加源的特点,而且保持了交替方向隐式时域有限差分求解线性方程组的形式不变．在入射波为平面波时,计算表明,当计算时间步长为Courant-Friedrich-Levy稳定性条件所限制时间步长的5倍时,总场区的入射波仍具有很好的场量等值线．利用该方法给出的金属方柱和前端有介质涂层的复杂目标金属机翼散射的数值计算结果验证了其有效性．     

分析周期性结构的Crank-Nicolson FDTD方法

提出了采用隐式差分格式的一维Crank-Nicolson FDTD方法,该方法突破了CFL(Courant-Friedrich-Levy)稳定性条件的限制,是求解类PBG(photonic bandgap)周期性结构目标的有效方法之一.讨论了一维Crank-Nicolson FDTD方法中总场边界的设置,引入总场边界后有利于提取周期性结构的反射系数.应用该方法分析了一种周期性结构的反射特性,与用传播矩阵方法所得结果一致,并且在时间步长上突破了稳定性条件的限制,节约了计算时间.