FDTD与MPSTD并行算法在电磁散射中的应用研究

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目标的电磁散射特性研究是计算电磁学的一个重要方面,广泛应用于雷达探测、遥感卫星对地观测、目标识别等领域中,具有很高的工程应用价值。目前,获取目标电磁散射特性的技术途径主要有三种:实验测量、解析方法和数值方法。由于数值方法具有快速、准确、低成本等优势,该方法得到了越来越广泛的工程应用。但是,由于实际目标往往是电大尺寸的,单台计算机在处理速度、内存需求等方面都已远远满足不了计算需求。所以,采用并行计算技术,将计算任务分解成若干可单独执行的小规模计算任务,是一种有效扩大仿真规模,提高仿真效率的途径。此外,计算机集群技术的发展,使利用普通商用计算机通过网络互联来达到并行计算成为可能。在众多的电磁仿真技术中,时域数值方法是分析复杂系统宽带电磁特性的有力工具,可实现对物理量和物理现象更深刻、更直观的理解,且经过简单的时频变换即可得到宽带范围的频域信息。因此,结合PC集群,开展并行时域算法研究,对解决电大尺寸问题具有很强的现实意义。本文主要工作包括:1.介绍了并行计算系统的组成,研究了基于分布式内存的MPI并行技术和基于共享内存的OpenMP并行技术,并对并行性能评估参数进行了分析。2.在研究基于面元模型网格自动生成技术的基础上,以判定网格点和闭合目标关系为出发点,对其中的基本原理和关键步骤进行了详细介绍,并通过实例验证了该方法的可行性与正确性。3.系统介绍了并行FDTD的算法原理,对其中的区域分割和数据交换进行了深入分析,并通过采用CPML吸收边界,使吸收边界的并行化处理完全融入到FDTD的并行过程中。通过算例,验证了并行FDTD算法的准确性与有效性。在此基础上,采用MPI和OpenMP相结合的两级并行策略,提高了并行性能。4.在阐述多区域伪谱时域算法(MPSTD)原理的基础上,结合并行FDTD实现原理,对并行MPSTD算法中的区域分割和数据交换进行了分析,初步实现了并行MPSTD算法在电磁散射问题中的应用,并通过算例验证了该算法的准确性与有效性。
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