并行时域平面波在电大目标瞬态散射中的应用

基于电磁场时域积分方程数值技术计算复杂目标的瞬态散射特性,其计算量和内存需求大,应用经典的单元分组算法-时域平面波算法,降低了时域积分方程的计算规模.文中在研究时域平面波算法并行算法的基础上,开发了基于.NET Remoting 的电磁场分布式数值计算方案.数值结果表明,该分布式并行方案显著提高了时域平面波算法的计算效率,为解决电大目标瞬态电磁散射问题提供了一条有效途径.     

基于时域平面波算法快速求解电大目标瞬态散射特性

基于电磁场时域积分方程（TDIE）数值技术计算电大目标的瞬态散射特性,其计算量和内存需求大。应用时域平面波算法（PWTD）加速求解TDIE,针对算法实现中三个关键步骤,聚集、转移和投射,利用出射表和入射表进行改进。该方法一方面显著降低了内存需求,另一方面通过把PWTD算法中的传统投射方式,改为前向贡献式投射方式,大大减少了投射次数,并且更有利于时间点的对齐,因此提高了计算速度和精度。     

基于时域平面波算法快速求解电磁兼容特性

基于电磁场时域积分方程(TDIE)数值技术求解电大目标的电磁兼容问题时,其计算量和内存需求大.应用时域平面波算法(PWTD)加速求解TDIE,针对算法实现中3个关键步骤,聚集、转移和投射,利用出射表和入射表进行改进.该方法一方面显著降低了内存需求,另一方画通过把PWTD算法中的传统投射方式,改为前向贡献式投射方式,大大减少了投射次数,并且更有利于时间点的对齐,因此提高了计算速度和精度.计算结果验证了该方法的可行性和高效性.     

TDEFIE的奇异性积分的精确快速计算

利用时域积分方程(TDIE)法模拟时域散射现象越来越受到学者们的关注.用于求解TDIE的时间步进(MOT)算法的后时不稳定性严重阻碍了TDIE法的广泛应用和发展.本文首先利用参数坐标和Duffy坐标变换将TDEFIE的奇异性积分转换成非奇异性积分,然后根据时间基函数的特点将该积分转换成可以快速精确计算的分区域积分.数值结果表明,该方法大幅提高了利用MOT算法求解TDE-FIE的MOT算法的后时稳定性和计算精度.     

一种改善TDIE时间步进算法稳定性的新平均方法

提出一种抑制TDIE时间步进算法(MOT)后期振荡的新平均方法,与传统平均方法相比,该方法能进一步提高MOT算法的稳定性.采用时域电场积分方程的显示格式(explicit),计算了二个算例:高斯脉冲波照射到金属平板、金属立方体时目标表面的电流响应.数值结果表明,该方法效果显著,具有较强的普适性.     

使用改进的时域积分方程法计算导体目标的瞬态散射

本文推导了一种改进的时域积分方程(TDIE)方法,用于计算任意导体目标的瞬态电磁散射问题.采用隐式时间步进法,对典型导体目标包括尖劈板、立方体、导体球和球冠锥体进行了求解,得到了正确的瞬态响应结果,没有发现后期不稳定性现象.     

基于高阶叠层矢量基函数的时域电磁场 积分方程方法

本文将准正交高阶叠层矢量基函数用于时域电磁场积分方程(TDIE),求解了三维金属目标的时域电磁散射问题.准正交高阶叠层矢量基函数定义在曲面四边形单元上,并且不要求网格为规范网格,给复杂目标的几何建模和电磁建模带来很大方便.在空间上利用伽略金方法、时间上采用点匹配法求解时域电磁场积分方程,并采用隐式时间步进算法,数值计算结果表明了该方法求解时域积分方程的精确性、高效性与稳定性.     

电大目标瞬态散射的时域自适应积分算法

为降低时域积分方程(TDIE)计算电大目标瞬态散射时的计算量和内存需求,研究了时域自适应积分算法(TDAIM).基于TDAIM的单元分组思想,给出了目标瞬态散射的计算流程,并在.Net平台下对典型目标进行了编程实现.在此基础上,针对球锥体和舰船等典型目标进行了仿真.仿真结果表明:本文实现的时域自适应算法与矩量法(MOM...     

一种改进的时间步进稳定性平均方法

介绍了时域积分方程方法（TDIE）的基本原理,提出一种抑制时域电场积分方程（TDIE）时间步进（MOT）后期振荡的新平均算法,提高了MOT算法后期的稳定性。计算了高斯脉冲波照射到金属立方体时目标表面的电流响应,数值结果表明,该方法简单有效地推迟了TDIE后期震荡时间。     

高低频电磁混合算法在目标高分辨特征提取中的应用

利用电磁混合算法对复杂目标进行电磁精确建模仿真,以获得真实目标较为准确的雷达高分辨像信息,对未来高分辨雷达实现目标探测与自动识别有着重要的意义.对于电大尺寸复杂目标电磁仿真计算,高频近似方法和低频数值方法各有其优势和局限性,如能结合两者的优点来解决计算中的精度和速度问题,将对建立高分辨目标特征库有着重要的帮助.本文以低频矩量法(MoM)和高频物理光学法(PO)混合为例, 提出了基于MoM-PO混合算法来精确求解电大尺寸目标的高分辨电磁散射特性,有效地提高了计算精度, 改善了计算速度, 为快速有效地解决复杂电大尺寸目标的高分辨特征提取提供了良好的途径.通过对典型目标和实际复杂目标实例的仿真计算,提取高分辨特征结果验证了该方法的有效性和实用性.     

并行处理技术在电大尺寸复杂目标电磁散射中的应用

虽然快速多极子算法FMM(Fast Multipole Method)和多层快速多极子算法MLFMA(Multi-Level Fast Multipole Algorithm)是解决复杂目标电磁散射问题比较有效的方法,但是当问题的规模较大时,传统的串行FMM 和MLFMA难以胜任.本文在工作站网络系统NOW(Network Of Workstation)上采用并行处理技术来解决电大尺寸复杂目标电磁散射问题.结果表明:本文提出的并行解决方案与国内外相关成果相比不仅更具实用性,并行效率达到54%以上,且解决了串行方法难以解决的电磁散射问题,本文在四台DEC工作站构成的NOW系统上用32小时完成了未知量为160,000的雷达散射截面的计算.     

大尺度电磁散射与逆散射问题的深度学习方法

大尺度电磁散射与逆散射一直是科学研究和工程应用的热点和难点,亟待发展将电磁模型与数据挖掘有机融合的高性能求解方法,针对此,提出了一种针对大尺度电磁散射与逆散射问题的深度学习模型.该模型不仅继承了深度神经网络结构简单、运算速度快等优点,而且还能高精度地解决大尺度电磁散射与逆散射问题.实验结果表明:文中提出的深度学习方法可为解决现有大尺度电磁测算融合和电磁逆散射的计算成本昂贵的难题提供新思路、开辟新方向.     

深腾1800系统MPI并行矩量法分析线天线

针对目前用矩量法分析电大尺寸物体的辐射和散射时,计算量过大,耗时太长,使分析与优化遇到实质性的困难。研究MPI结合矩量法的并行技术,用并行雅可比迭代法求解矩量法矩阵方程的并行实现过程,测试了其在深腾1800系统中并行矩量法的性能。     

基于CBFM的微带天线阵列电磁特性分析

针对传统矩量法分析电大目标难度大的问题,近几年提出一种有效的方法——特征基函数法。文中采用此方法结合空域格林函数法对一些微带天线阵列的电磁特性进行了研究,其中研究并运用磁流圆盘来模拟同轴激励源,运用简化附加模模型模拟线面连接处的电流。数值分析结果与MOM、软件仿真、相关文献的结果吻合良好,与MOM相比计算时间大大减少,从而证明了此方法的正确性、通用性和优越性。     

基函数展开加速的PBSV-DDM及其在柱体散射中的应用

基于部分基础解向量的区域分解算法(PBSV-DDM)是一种新的快速高效的电磁场数值计算方法.不同于传统的区域分解算法,PBSV-DDM首先求出关于连接边界上节点的部分基础解向量,在迭代过程中,只需要对部分基础解向量做简单的线性组合就可以获得整个求解区域的最终解.然而当子区域间连接边界上的节点很多时,PBSV-DDM方法中求解基础解向量就会变得非常耗时.为此,将连接边界节点上的场值用数量较少的基函数展开,并采用欠松弛法加速部分基础解向量的迭代计算,进一步提高了PBSV-DDM的计算效率,降低了存储量.     

Hybrid finite-difference time-domain modeling of curved surfacesusing tetrahedral edge elements

A hybrid finite-difference time-domain (FDTD) method is proposed for solving transient electromagnetic problems associated with structures of curved surfaces. The method employs the conventional FDTD method for most of the regular region but introduces the tetrahedral edge-based finite-element scheme to model the region near the curved surfaces. Without any interpolation for the fields on the curved surface, nor any additional stability constraint due to the finer division near the curved surfaces, the novel finite-element scheme is found to have second-order accuracy, unconditional stability, programming ease, and computational efficiency. The hybrid method is applied to solve the electromagnetic scattering of three-dimensional (3-D) arbitrarily shaped dielectric objects to demonstrate its superior performance     

高性能计算在目标电磁散射特性分析中的应用

基于高性能计算的电磁数值模拟在目标电磁散射特性分析中发挥着越来越重要的作用.由于任一种数值方法都有一定的适用范围，不能高效处理所有问题，因此，有必要发展和集成多种数值方法，形成能够为不同类型问题的雷达散射截面（radar cross section，RCS）计算提供高效解决途径的软件系统.文中在并行自适应结构/非结构网格应用支撑软件框架之上，充分考虑数值方法的可扩展性以及物理个性的可分离性，通过基于机理、数据的混合可计算建模和接口设计，以及算法的模块化开发，发展了多种用于RCS计算的数值方法，并将其集成到高性能电磁数值模拟软件系统JEMS中.数值算例表明了JEMS具有高效分析多种目标电磁散射特性的能力，并在大规模并行计算方面具有显著优势.     

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。     

抛物方程方法的亚网格模型及其应用研究

该文在抛物方程非均匀网格技术的基础上,提出了抛物方程方法的亚网格模型,并给出了该亚网格模型的具体构建方法,以快速准确地求解大尺度复杂电磁环境中存在关键目标的电波传播问题。通过对存在强散射体的复杂电磁环境中电磁波的分布特性进行模拟,探讨了抛物方程亚网格技术的高效性。结果表明:与细网格相比,亚网格技术使得抛物方程的计算速度提升了4.57倍,网格空间数下降了86.64%,且较非均匀网格具有更高的计算精度。可见,抛物方程的亚网格模型能够极大地提升抛物方程的仿真效率。     

Hierarchically spectral algebraic multigrid method for electromagnetic scattering

A novel spectral algebraic multigrid (SAMG) method is developed for solving electromagnetic scattering problems. Unlike traditional algebraic multigrid methods, the SAMG is an algebraic two-grid cycle built on a preconditioned iterative method that is used as the smoother, and the grid transfer operators are defined using the spectral information based on high-order hierarchical basis functions. Numerical results show that this method is very effective in electromagnetic scattering and can reduce overall simulation time significantly.