涂敷介质目标的雷达散射截面

在金属目标表面涂敷吸波材料可以有效地抑制雷达散射截面,增强雷达目标的隐身性能.因此,精确的计算涂敷 介质目标的雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)尤为重要。文中提出了一种基于物理光学(Physical Optics, PO)的方法 来计算复杂涂敷介质目标的RCS。首先以涂敷两层介质的平板为例将FEKO 软件计算结果作为参照验证该算法的精确度, 然后分别以涂敷两层介质的平板和复杂的导弹为例体现该算法的效率。     

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。     

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。     

国产CPU 平台中高阶矩量法10 万核并行性能

针对国产超级计算机平台上大规模电磁仿真软件相对匮乏,本文将并行高阶矩量法程序移植到国产超级计算机平台上,并以机载线天线阵列的辐射特性计算为例对其并行性能进行了测试和评估。实现了并行高阶矩量法单一任务突破10 万CPU 核规模,这是目前在国产超级计算机平台上实现的最大规模并行矩量法计算。以1440 核为基准,使用CPU 核数达到102400,并行规模扩大约70 倍时,并行矩量法矩阵方程求解并行效率仍在50%以上。这一研究工作,使利用纯国产超级计算机对复杂电大电磁系统进行精确高效仿真成为可能。     

国产CPU平台中并行高阶矩量法研究

将并行高阶矩量法在纯国产CPU平台中对电磁辐射与散射问题进行了仿真计算,并以散射问题为例,对算法的并行效率进行了测试.基于高阶多项式基函数的矩量法在保证计算精度的同时,可以大幅度降低传统RWG基函数矩量法产生的未知量.基于分块矩阵的高效并行策略进一步提高了矩量法的计算规模,并加速了仿真计算的过程.数值结果表明,采用的并行高阶矩量法程序,为在纯国产超级计算平台中解决复杂电磁仿真问题提供了一条有效的途径.     

高阶矩量法的超级电磁计算研究

矩量法是广泛使用的高精度电磁数值算法之一。在仿真复杂电磁问题时,该算法需要处理大型复数稠密矩阵方程,这导致其面临内存需求高、计算时间长的问题。与传统基函数相比,本文采用的高阶多项式基函数能够在保证计算精度的前提下大幅度降低未知量,进而降低矩阵阶数。在此基础上,本文设计了基于分块矩阵的高效并行策略,在国内超级计算机平台开展了并行高阶矩量法的超级电磁计算研究,大幅度提升了矩量法的仿真能力。在国产神威蓝光超级计算机上,以机载天线阵列的辐射特性计算为例,对并行规模高达30720 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大20倍以上时仍可获得50%以上的并行效率。在当前排名世界第一的天河2号超级计算机上,以飞机散射特性计算为例,对并行规模高达201600 CPU核时的算法性能进行了评估,测试结果表明算法在并行规模扩大约8倍时可获得50%以上的并行效率。数值仿真结果表明并行高阶矩量法可以在不同架构的超级计算机上高效完成复杂电大目标的精确电磁计算。     

大规模并行时域有限差分法电磁计算研究

基于我国超级计算机平台,开展了大规模并行时域有限差分法(Finite-Difference Time-DomainFDTD)的性能和应用研究。在我国首台百万亿次"魔方"超级计算机、具有国产CPU的"神威蓝光"超级计算机和当前排名世界第一的"天河二号"超级计算机上就并行FDTD方法的并行性能进行了测试,并分别突破了10000 CPU核,100000 CPU核和300000 CPU核的并行规模。在不同测试规模下,该算法的并行效率均达到了50%以上,表明了本文并行算法具有良好的可扩展性。通过仿真分析多个微带天线阵的辐射特性和某大型飞机的散射特性,表明本文方法可以在不同架构的超级计算机上对复杂电磁问题进行精确高效电磁仿真。     

电大平台中多天线辐射特性的快速计算

为了在有限计算机资源条件下快速分析电大平台中的天线辐射特性,基于混合场积分方程实现了自动分层的多层快速多极子方法,采用结合GMRES(l)和BiCG优点的BiCGStab(l)进行求解,给出了一种新的基于“物理邻居”的近场预条件技术,该预条件能将矩量法单元之间的主要作用量考虑在内,有效提高了BiCGStab(l)的收敛速度．以实例计算了一个尺度与真实尺寸相当的舰船模型上多根超短波天线的远场辐射特性,数值结果表明这种方法能准确、快速地分析电大平台中的天线特性．     

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.     

复杂环境中手机电磁辐射的比吸收率计算

针对如何精确、高效地计算复杂环境中手机电磁辐射比吸收率的问题,开展了有限元区域分解方法及其对于非周期结构目标的求解方法研究。结合有限元区域分解与并行计算技术,给出了一种分析手机辐射情况下人体局部比吸收率的高效方法。通过计算复杂分层人头模型,与商业软件进行对比,验证了该方法的正确性与计算效率。最后,将这种方法应用于车载环境中人头局部比吸收率仿真分析中,有限元求解网格量突破1000万,表明了该方法的计算能力。