基于国产众核超级计算机的6×105核并行矩量法

为实现电磁计算的安全可靠和自主可控,该文基于“天河二号”国产众核超级计算机平台,开展大规模并行矩量法(MoM)的开发工作。为减轻大规模并行计算时计算机集群的通信压力以及加速矩量法积分方程求解,通过分析矩量法电场积分方程离散生成的矩阵具有对角占优特性,提出一种新型LU分解算法,即对角块矩阵选主元LU分解(BDPLU)算法,该算法减少了panel列分解的计算量,更重要的是,完全消除了选主元过程的MPI通信开销。利用BDPLU算法,并行矩量法突破了6×105 CPU核并行规模,这是目前在国产超级计算平台上实现的最大规模的并行矩量法计算,其矩阵求解并行效率可达51.95%。数值结果表明,并行矩量法可准确高效地在国产超级计算平台上解决大规模电磁问题。     

基于超级计算机的矩量法性能分析与优化

复杂目标的精确电磁特性分析往往需要巨大的存储和极长的计算时间。针对这一问题,结合国内发展迅速的超级计算机系统,研究了具有精确高效仿真能力的高性能电磁算法——高阶矩量法。提出了单元预选法来消除矩阵并行填充过程中的无效计算,加速矩阵填充过程。提出了一种具有更少的通信次数和通信量的新型并行LU分解算法,加速矩阵方程求解过程。数值测试表明提出的矩阵并行填充算法和矩阵方程并行求解算法在超级计算机平台上都能获得较高的并行性能,大幅提高了矩量法的仿真能力。     

大型微带阵列的超大规模并行FDTD高效分析研究

首次突破了20万CPU核并行时域有限差分方法在当前排名世界第一的“天河二号”超级计算机上的仿真计算规模.不同测试规模下, 分别以1万和10万CPU核为基准, 该算法在10万CPU核和20万CPU核时的并行效率均为50%左右, 表明了该并行算法具有良好的可扩展性.1 984单元与3 968单元的两个典型微带阵列仿真实例表明, 该文方法可用于高效分析大型微带天线阵列的电磁特性.     

结构网格CFD应用程序在天河超级计算机上的高效并行与优化

对多区结构网格大规模CFD流场模拟的高效并行方法进行了研究,以天河超级计算机平台的CPU同构计算环境和CPU+MIC异构计算环境为例,重点讨论了CFD应用特点与超级计算机运行环境相适应的性能优化与改进策略,发展了一系列多层次并行与性能优化方法.通过在天河2高性能计算平台上进行了多个算例的数值模拟,验证了这些优化方法的并行效果;在CPU+MIC异构平台上模拟的最大CFD问题规模达到6800亿个网格单元,共使用137.6万CPU+MIC处理器核,测试结果表明在CPU+MIC异构平台上移植优化后的程序性能提高2.6倍左右,且具有良好的可扩展性.     

并行核外高阶矩量法分析机载天线受扰特性

利用核外算法,将计算机硬盘动态的纳入矩量法求解过程打破内存的限制,同时采用并行计算技术加速矩量法的求解过程。通过某飞机的双站雷达散射截面(RCS)计算,验证了核外算法的正确性。最后,将并行核外高阶矩量法用于机载伞形印刷振子天线阵列辐射特性分析,结果表明,该方法可充分利用计算机的硬盘,扩大矩量法可求解问题的规模。     

并行高阶矩量法分析舰队RCS和其它电磁特性

随着计算机多核技术和计算机群技术的发展和MPI并行技术的应用,使得并行高阶矩量法可以解决复杂大型目标的电磁特性。文中介绍了并行高阶矩量法的基本理论：高阶基函数、并行矩阵填充和并行矩阵求解,并在这些理论的基础上应用其分析舰队的RCS和其它电磁特性来说明这种数值算法的可行性和快速性。     

国产超算平台分析城市环境电磁射线传播的并行计算研究

基于国产“神威·太湖之光”超级计算机平台,研究了适用于国产众核架构的一致性几何绕射理论方法的并行计算。该方法可用于城市环境电磁射线传播的高效分析以及以射线传播为基础的电磁态势预测。以260个异构核为基准, 其并行方案在4160 个异构核时的并行效率达到了99%以上。数值结果表明该并行方法能够在国产众核平台中快速高效地解决城市某区域的电磁场传播预测问题,并为后续安全、高效地开展城市电磁态势预测分析提供支撑。     

复杂城市环境电磁态势的场数值分析与测量对比

采用高阶矩量法（method of moment，MoM）结合高频射线法对复杂城市环境中电磁分布进行仿真计算.利用高精度的高阶MoM对辐射源进行精细仿真，利用一致性几何绕射理论的射线模型描述电磁波在电大场景中的传播，并给出了两种方法之间的接口方案.在实际城市环境中对电磁分布和电磁态势进行了有效的计算，选取西安市某城区一平方千米区域进行了实地测量，实测数据与仿真计算进行了对比，取得了比较好的结果，证明了文中方法的有效性和实用性.     

高阶MoM及其与PO的混合法计算电磁散射问题

本文提出了一种新的以高阶矩量法(MoM)与物理光学法相结合的混合法(MoM-PO).该方法采用曲面参数化的离散方法,保证了建模的精确性.计算过程中将散射表面灵活划分为MoM区和PO区,在各自区域可以灵活确定离散单元的大小和密度.MoM区域的高阶矩量法,采用基于Lagrange插值的高阶矢量基函数,结合点匹配技术,比传统的高阶法简单,易于实现.计算结果表明,本文的高阶矩量法及其与物理光学法结合的混合方法能准确有效的计算目标的电磁散射特性.     

PC群集系统中并行矩量法研究

目前复杂环境的EMC分析,计算量过大,耗时太长,使分析与优化遇到实质性的困难.本文研究MPI结合矩量法的并行技术,测试了在PC群集系统中并行矩量法的性能,并以此完成大型计算.与大型机和工作站相比,PC群集系统中的并行矩量法可以用较低的硬件成本有效的实现复杂环境电磁特性分析.     

PC集群MPI并行矩量法分析复杂平台多天线特性

为分析安装于诸如飞机、舰艇等复杂目标上多天线的电磁兼容性,本文引入了Costa基函数对多天线线面连接结构进行建模.针对计算量过大、耗时太长这一主要障碍,结合RWG基函数特点,设计了一种高效的适用于共轭梯度方法求解的棋盘状并行矩阵填充算法,避免了RWG基相互作用的重复计算,然后详细地讨论了并行共轭梯度算法求解矩量法矩阵方程的并行实现过程.本文进一步开发并在PC集群中实测了MPI并行矩量法程序性能,作为应用计算了安装于某飞机头部的多天线辐射特性.     

高阶矩量法计算机身对雷达天线方向图影响

本文采用高阶矩量法计算了某型运输机上加装UHF 雷达天线的受扰后辐射方向图,对计算结果进行了分析,并 与普通的RWG 矩量法、多层快速多级子等算法所需计算资源进行了对比。计算所采用的计算平台为普通的台式工作站。 由于计算资源的限制,采用RWG 矩量法的商业软件无法在相同台式工作站上完成这一计算任务,多层快速多级子则容易 出现迭代不收敛的情况。     

基于GPU 加速的高阶矩量法研究与应用

矩量法(MOM)在求解电磁场散射问题时,当未知量数目比较大时,其内存占用和计算时间非常大.基于最佳一致逼近理论构造了高阶矩量法,并引入了计算统一设备架构(CUDA)技术,在图形处理器(GPU)上实现了并行加速计算二维电磁散射问题.实例结果表明,在与快速多极子算法(FMM)相对比下,该方法在较低剖分的情况下,具有很高的计算精度,并且在阻抗矩阵填充和矩矢相乘时的速度大大提升,适用于电大尺寸目标的散射问题.     

位积分方程组矩量法用于精确计算非均匀介质柱的电磁散射

位积分方程组的主要特点是以电磁位为未知函数,这些未知函数在具有不同电磁参数的介质分界面处是连续的,因而在矩量法的实现过程中能够非常方便地应用高阶插值基函数来展开未知函数,以便获得高精度的解。但是,经典的点匹配方案使该模型的数值稳定性较差。本文用位积分方程组矩量法模型计算任意截面非均匀介质柱的电磁散射,采用三角形离散方案和高阶插值基函数,在测试过程中应用新提出的测试方法,克服了原位方程组矩量法模型的数值不稳定性。对矩量法矩阵中自阻抗元素的奇异性处理方法也作了详细介绍。文中提供的数值结果表明,该方法是精确、稳定的。     

并行高阶矩量法分析大型阵列天线的辐射特性

随着计算机多核技术和计算机集群技术的发展,并行高阶矩量法可以解决复杂大型目标的电磁特性。文中首 先对单个天线单元在高阶矩量法与有限元方法下的结果进行对比,验证了本文方法的正确性和可行性,然后给出了一 个36×12 单元的伞形印刷振子天线阵列的方向图结果,从而说明了本文方法可以处理实际工程中的大规模挑战性问 题。     

雷达天线罩电磁散射特性研究

采用高阶矩量法研究了常见雷达天线罩的电磁散射特性.首先采用双线性表面几何建模技术对天线罩进行面剖分,再依据等效原理在天线罩表面建立电磁积分方程,最后用基于混合域基甬数的高阶矩量法对其离散求解.实例验证,该方法简单易行、结果精确,同时发现天线罩材料的电参数在很大程度上影响了其电磁散射特性.     

协同计算在机载阵列天线分析中的应用

在机载阵列天线的分析过程中,采用单一种类的电磁算法通常难以对之高效求解。为了快速准确分析此类复杂电大目标的辐射和散射问题,基于区域分解的思想建立了一种多算法协同计算的统一架构。将复杂电磁问题划分为多个子区域,对于问题的不同子区域可以根据该区域内的材料、结构、馈源等特征来选择适合的数值方法进行计算。该协同计算框架将不同种类的算法隔离开来,不同区域之间统一采用等效面上的近场交换区域间的耦合作用,提高了算法协同的灵便性。各子区域内部可以采用并行计算、核外存储等技术来加快计算的过程,提高求解问题的规模。数值计算结果验证了该方法的有效性,同时采用并行核外高阶、低阶矩量法及多层快速多极子混合方法高效解决了机载微带天线阵的辐射特性分析问题。     

求解电场积分方程的高阶矩量法

高阶矩量法越来越多地用于求解目标散射问题。该文对高阶矩量法中的若干问题进行了分析。由于高阶矩量法需处理多重数值积分,该文提出了一种把多重数值积分转化为矩阵乘积的方法。对于矩量法阻抗矩阵的填充,每次只需计算积分节点上格林函数的值,大大缩短矩阵填充时间,提高了高阶距量法的效能。对奇异(准奇异)积分的不同处理方法做了总结,并对其优劣做了评价。     

机载微带天线阵列的辐射特性分析

本文使用并行高阶矩量法求解一个35×5 个单元微带天线阵列放置在飞机上时的增益。采用了基于高阶基函 数的矩量法保证计算精度;并且采用大规模并行技术有效提高了计算效率以及处理电大尺寸问题的能力。文中首先计 算阵列单个单元增益并与有限元对比证明其正确性,然后利用泰勒综合设定阵列每个激励的振幅,对比了机载和阵列 本身的增益方向图结果从而说明了本文方法可以处理实际工程中大规模挑战性问题。     

微波单片集成电路放大器的全局电磁仿真

发表了利用矩量法对含有有源器件的单片微波集成电路放大器进行全局电磁仿真的方法。对于共面波导运用对偶原理和矩量法进行仿真后,对单面单片微波集成电路放大器也可进行全局电磁仿真。电路实例的仿真结果表明了此全局电磁仿真方法的可行性及有效性