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计算电磁学中的并行技术及其应用

2020-11-22阅读(304)

计算电磁学中的并行技术及其应用

论文摘要

本文着力于计算电磁学中并行技术及其应用的研究。基于多层快速多极子中不同层间数据分布和计算时间不同的特点，提出并具体实现了一种按不同方式并行处理不同层平面波和转移矩阵的高效多层快速多极子并行方案。在此基础上，结合多波前法并行求解稀疏矩阵的技术，进一步提出并初步实现了合元极技术的并行方案。为了验证本文算法的精度和效率，展示它对实际应用中复杂目标电磁散射问题的求解能力，计算了一些复杂形状电大尺寸目标的雷达散射截面。最后，针对微波遥感应用中的难点和热点问题，利用多层快速多极子技术模拟了粗糙表面的合成孔径雷达回波，进而分析了回波的统计特性，得到一些有趣的结论。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 第一节 矩量法
  • 1.1.1 矩量法的基本步骤
  • 1.1.2 电磁应用中的矩量法
  • 第二节 有限元方法
  • 1.2.1 有限元方法的基本步骤
  • 1.2.2 电磁应用中的有限元方法
  • 第三节 混合法
  • 1.3.1 等效原理
  • 1.3.2 模式理论
  • 第四节 并行技术与计算电磁学
  • 1.4.1 并行硬件平台
  • 1.4.2 并行算法的概念
  • 1.4.3 并行技术在计算电磁学中的应用
  • 第五节 本文主要内容和章节构架
  • 参考文献
  • 第二章 并行基础知识
  • 第一节 引言
  • 第二节 并行系统概况
  • 2.2.1 并行计算机发展简史
  • 2.2.2 可扩展的并行计算机体系结构
  • 2.2.3 目前世界高性能计算机的状况
  • 第三节 集群系统介绍
  • 2.3.1 集群节点的发展
  • 2.3.2 集群互连网络
  • 2.3.3 集群中间件和单一系统映象（SSI）
  • 第四节 本文使用的集群系统
  • 第五节 并行算法相关知识
  • 2.5.1 并行算法效率的定义
  • 2.5.2 并行算法设计的一般原则
  • 参考文献
  • 第三章 快速多极子技术及其最新发展
  • 第一节 引言
  • 第二节 快速多极子
  • 3.2.1 快速多极子技术的基本思路
  • 3.2.2 快速多极子技术的数学原理
  • 第三节 多层快速多极子技术的基本思路
  • 3.3.1 多层快速多极子的思路
  • 3.3.2 快速多极子技术的数学描述
  • 第四节 快速多极子技术的发展
  • 3.4.1 转移矩阵的快速计算和转移过程的重新设计
  • 3.4.2 利用对称性减少系数矩阵内存
  • 3.4.3 内存循环使用技术
  • 3.4.4 模式数缩减技术
  • 3.4.5 其他优化方案
  • 参考文献
  • 第四章 多层快速多极子的并行
  • 第一节 引言
  • 第二节 几何信息处理的并行化
  • 4.2.1 莫顿码的概念和莫顿树的构造
  • 4.2.2 并行读取几何信息
  • 第三节 按盒子并行的方案
  • 4.3.1 分配盒子的原则和方式
  • 4.3.2 按盒子并行后的聚集、转移和发散过程
  • 第四节 本文的并行策略
  • 4.4.1 按平面波方向并行的具体含义
  • 4.4.2 按平面波方向并行时的转移过程
  • 4.4.3 按平面波方向并行时的聚集和发散过程
  • 4.4.4 高效结合两种并行处理方式的原则
  • 第五节 散射场计算的并行化
  • 第六节 迭代器的选择和快速多极子中的预处理技术
  • 4.6.1 迭代器的选择
  • 4.6.2 预处理技术的基本概念
  • 4.6.3 多层快速多极子中的预处理技术
  • 第七节 数值实验结果
  • 4.7.1 精度验证
  • 4.7.2 并行效率验证
  • 4.7.3 计算能力验证
  • 参考文献
  • 第五章 合元极的并行
  • 第一节 引言
  • 第二节 合元极技术
  • 5.2.1 求解思路
  • 5.2.2 求解方程的建立
  • 5.2.3 离散方程的求解方案
  • 第三节 多波前技术
  • 5.3.1 波前法
  • 5.3.2 多波前法
  • 第四节 合元极的并行化
  • 第五节 数值试验结果及分析
  • 参考文献
  • 第六章 复杂目标电磁散射的计算
  • 第一节 引言
  • 第二节 小尺寸复杂目标的散射
  • 6.2.1 对Metallic Almond的测试
  • 6.2.2 对Metallic Ogive的测试
  • 6.2.3 对Metallic Double Ogive的测试
  • 6.2.4 对Metallic Cone Sphere的测试
  • 6.2.5 对Metallic Cone Sphere With Gap的测试
  • 第三节 电大尺寸复杂目标的散射
  • 6.3.1 导弹模型的散射
  • 6.3.2 飞机模型的散射
  • 参考文献
  • 第七章 利用MLFMA对随机粗糙面SAR回波信号统计特性的研究
  • 第一节 引言
  • 第二节 随机面的生成
  • 第三节 合成孔径雷达回波的模拟
  • 第四节 数值结果及分析
  • 参考文献
  • 第八章 总结与展望
  • 第一节 本文主要工作
  • 第二节 经验和感受
  • 第三节 工作展望
  • 博士期间发表的学术论文
  • 致谢

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