混合ACA和MLFMA方法计算复合目标电磁散射

采用矩量法(MoM)计算电大尺寸的复合目标的电磁散射。为了能够高效快速地计算电大尺寸三维复合目标的电磁散射,提出一种新的混合方法,将自适应交叉近似(ACA)算法和多层快速多级子(MLFMA)算法相结合,共同加速矩量法的计算。其中,MLFMA用于加速目标与自身的作用,ACA用于加速目标与其他目标的相互作用。提出的混合算法在计算复合目标电磁散射时,可降低运算存储,缩短阻抗矩阵填充时间,并且能够加快矩阵矢量乘,且不影响计算精确度。数值算例表明,所提快速算法能够在保证电磁散射计算精确度前提下,比传统方法更高效。     

并行多层快速多极子的高效预条件技术

多层快速多极子法是基于矩量法的快速算法,具有较低的计算复杂度和存储复杂度,被广泛应用于目标电磁散射特性分析。对于复杂结构电磁目标,由于矩阵条件数较差,往往存在迭代收敛慢甚至不收敛的问题。针对这一情况,文中利用快速多极子的近区矩阵,结合稀疏矩阵方程求解构造了一种高效预条件。数值实例表明该方法相比于块对角预条件效果更好,能有效加速多层快速多极子迭代过程。     

多尺度问题电磁特性叠层矩量法分析北大核心CSCD

论文提出了一种叠层矩量法分析多尺度目标电磁特性。论文采用矩量法直接计算强相互作用区域,多层矩阵压缩方法(MLMCM)和多层快速多极子方法(MLFMA)分别用于加速计算低频和高频作用区域。论文通过使用多分辨ILU(MR-ILU)预条件加速迭代求解矩量法离散多尺度目标产生的病态矩阵方程。通过分析实际多尺度目标电磁特性证明论文方法的有效性。     

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.     

含复杂细节结构的金属目标电磁散射ACE-MLFMA 分析

多层快速多极子算法(MLFMA)在计算含复杂细节结构目标的散射问题时,求解效率会迅速下降。本文介绍了快 速笛卡尔展开(ACE)算法及其与MLFMA 的结合,使得原先MLFMA 的最细层能够再局部细分,加速了阻抗矩阵的填充 和迭代求解。本文将该混合算法应用于求解含复杂细节结构目标的电磁散射问题,包括具有尖端的杏仁核和由复杂带线 结构构成的频率选择表面,计算实例验证了该方法求解效率的提高和内存开销的减少,以及算法的可靠性和高效性。     

三维电大目标散射求解的多层快速多极子方法

为进一步提高对电大尺寸目标散射求解的能力,详细研究了多层快速多极子方法.重点设计了用于多层快速多极子方法的各种优化方法包括Morton编号、转移因子修正内插技术与外向波重复存储策略.对于未知量数目为N的三维电磁散射,数值实验显示多层快速多极子方法具有O(NlogN)量级的计算量、O(N)量级的存储量,特别适合求解三维电大尺寸目标的电磁散射.利用该方法在单机(内存1Gb)上成功计算了未知量为25万的电大尺寸目标散射.     

基于双层ACA算法快速求解单站RCS问题

利用积分方程法计算三维目标单站RCS时,需要逐个角度地进行矩阵方程的求解。为了提高计算效率,本文采用自适应交叉近似算法(ACA)对多角度照射时生成的激励矩阵进行低秩压缩,减少了矩阵方程的求解次数;进一步基于单站角度上的分组方式提出了双层ACA算法,该算法对内存占用极小,提高了算法的并行性,而且更有效地实现了激励矩阵的降秩;最后结合多层快速多极子算法(MLFMA)实现电大尺寸目标的快速求解。数值计算结果表明,该算法能大幅减少大宽角条件下的单站RCS计算时间,具有较高的计算精度和计算效率。     

应用互耦迭代法计算二维随机海面微波散射

海面对微波散射可用介质散射PMCHW方程描述,针对其离散后阻抗矩阵块的特点,引入电磁互耦迭代方法,结合多层快速多极子(MLFMA)求解,给出计算海面散射等效电流源和磁流源的算法.使用该方法求解分析得到不同起伏程度的海面对微波散射方向性的影响及规律,所得到的规律与文献报道实验测试结论相比较,对比结果验证方法的正确性.     

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。     

用于分析电磁散射问题的快速多极算法

介绍了用于分析电磁散射问题的快速多极算法(FMA)和多层快速多极算法(MLFMA)的基本思想与基本步骤。通过计算实例表明,快速多极算法在计算速度和存贮要求方面比矩量法有明显优势,适合于在现有计算机条件下求解电大尺寸目标的散射问题。     

一种自适应的射线传播多层快速多极子方法

在多层快速多极子方法中,外向波向内向波的转移计算是主要的计算量.传统的转移过程需要计算众多的角谱分量,造成较多计算时间和内存的耗费.一种自适应射线传播多层快速多极子方法可用以降低转移过程计算量.数值计算结果表明,这种算法能够保持合理精度的同时大大减少计算量,适于三维电大尺寸目标RCS的快速求解.     

各向异性阻抗面电磁散射快速数值算法研究

基于多层UV矩阵分解技术,提出用矩量法(MoM)求解三维各向异性阻抗面电磁散射的MoM-UV快速数值算法。根据等效原理,将表面电磁流以RWG(rao-wilton-glisson)矢量基函数展开。引入阻抗边界条件(IBC),以表面阻抗并矢表征电磁参数,实现各向异性阻抗面的电磁仿真。通过多层UV进行低秩矩阵压缩,减少矩阵-向量积运算和内存需求,利用稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)迭代方法求解。给出典型算例,并与Mie级数解等精确结果比较,验证该算法的精度和效率。     

一种基于矢量有限元与多层快速多极子技术的电磁散射快速并行算法

在混合矢量有限元/多层快速多极子算法的基础上提出了一种快速算法及其并行算法,该算法中,其有限元部分的计算可在单元级上完成,无须生成总体系数矩阵,因此可大大节省内存及计算时间;对多层快速多极子部分,将基函数和权函数分别用不同空间位置上的点源函数展开,使阻抗积分计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅立叶变换计算完成,同时还给出了一些其他的改进措施.数值结果说明了算法的有效性.     

The adaptive cross approximation algorithm for accelerated method of moments computations of EMC problems

This paper presents the adaptive cross approximation (ACA) algorithm to reduce memory and CPU time overhead in the method of moments (MoM) solution of surface integral equations. The present algorithm is purely algebraic; hence, its formulation and implementation are integral equation kernel (Green's function) independent. The algorithm starts with a multilevel partitioning of the computational domain. The interactions of well-separated partitioning clusters are accounted through a rank-revealing LU decomposition. The acceleration and memory savings of ACA come from the partial assembly of the rank-deficient interaction submatrices. It has been demonstrated that the ACA algorithm results in O(NlogN) complexity (where N is the number of unknowns) when applied to static and electrically small electromagnetic problems. In this paper the ACA algorithm is extended to electromagnetic compatibility-related problems of moderate electrical size. Specifically, the ACA algorithm is used to study compact-range ground planes and electromagnetic interference and shielding in vehicles. Through numerical experiments, it is concluded that for moderate electrical size problems the memory and CPU time requirements for the ACA algorithm scale as N/sup 4/3/logN.     

Solution of combined-field integral equation using multilevel fastmultipole algorithm for scattering by homogeneous bodies

We present an accurate method of moments (MoM) solution of the combined field integral equation (CFIE) using the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) for scattering by large, three-dimensional (3-D), arbitrarily shaped, homogeneous objects. We first investigate several different MoM formulations of the CFIE and propose a new formulation, which is both accurate and free of interior resonances. We then employ the MLFMA to significantly reduce the memory requirement and computational complexity of the MoM solution. Numerical results are presented to demonstrate the accuracy and capability of the proposed method. The method can be extended in a straightforward manner to scatterers composed of different homogeneous dielectric and conducting objects     

海面散射复镜像算法的研究

针对海洋背景下目标电磁散射问题, 分析了离散复镜像法(Discrete Complex Image Method, DCIM)计算半空间问题索末菲积分时复镜像数目的选择方案, 以提高后续矩量法(Method of Moment, MoM)的求解效率.文中应用多级路径DCIM保证了计算精度和鲁棒性, 同时根据海洋的介电特性, 给出了一定空域距离和介电参数条件下, 以相同精度计算三个典型索末菲积分需要复镜像数目的最小值, 从而使阻抗矩阵的填充时间最小.数值结果证明了所给方案对MoM效率的提升.