本文關(guān)鍵詞： 矩量法 多層快速多極子方法 MPI OpenMP 高階基函數(shù) 金屬介質(zhì)混合目標(biāo)　出處：《電子科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：科技的迅速發(fā)展使得電磁波高頻應(yīng)用越來(lái)越廣泛,在計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域中電大、超電大目標(biāo)的電磁散射特性分析伴隨著工程需求越來(lái)越重要;多層快速多極子方法作為電磁問題分析的快速算法,以其求解復(fù)雜度低、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)成為分析電大尺寸散射輻射問題的重要手段和研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究了多層快速多極子基于OpenMP的細(xì)粒度多線程并行以及基于MPI的粗粒度多進(jìn)程并行;同時(shí)考慮到高階基函數(shù)在保持計(jì)算精度和收斂性的前提下僅僅需要更少的未知量和內(nèi)存需求,進(jìn)一步將高階基函數(shù)引入到并行化的多層快速多極子程序中,提高在相同計(jì)算平臺(tái)上求解電大、超電大目標(biāo)電磁散射特性的能力。金屬介質(zhì)混合結(jié)構(gòu)的電磁散射特性分析對(duì)軍用目標(biāo)的隱身特性分析至關(guān)重要,因此本文還將基于體面積分方程的數(shù)值分析方法加到到多層快速多極子的并行化中,為更快更好的研究目標(biāo)的電磁散射特性分析做了有效地鋪墊。首先,本文簡(jiǎn)要介紹一下應(yīng)用多層快速多極子算法的理論基礎(chǔ)—矩量法,闡述并行計(jì)算過程需要的軟硬件環(huán)境;具體講述開發(fā)過程中所使用的基于MPI和OpenMP的編程模型以及衡量并行效率的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。其次,本文詳細(xì)分析了求解積分方程過程中加速矩矢相乘的多層快速多極子方法。針對(duì)并行算法的程序開發(fā),從基函數(shù)的判定到多層模型的建立,再到附近組阻抗、轉(zhuǎn)移因子等預(yù)處理的完成,以及最終的矩矢相乘迭代過程的實(shí)現(xiàn),一一進(jìn)行了有效的分析,為獲得高效的計(jì)算速度以及充分的并行度,做了大量有效的工作。如基函數(shù)判定實(shí)現(xiàn)了MPI和OpenMP兩級(jí)并行,轉(zhuǎn)移因子針對(duì)位于過渡層上下的區(qū)別分別對(duì)待,為實(shí)現(xiàn)高效的迭代求解進(jìn)行的準(zhǔn)備工作等等。再次,基于曲面三角形貼片模擬散射體表面,將新型行駐波基函數(shù)與并行多層快速多極子算法進(jìn)行有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)超電大目標(biāo)散射特性的有效分析。最后,由于在實(shí)際的工程應(yīng)用中,金屬介質(zhì)混合的電大目標(biāo)的電磁特性一直是眾多學(xué)者們探索的熱點(diǎn),本文將基于體面積分方程的矩量法與并行的多層快速多極子方法結(jié)合起來(lái),對(duì)復(fù)雜媒質(zhì)金屬混合目標(biāo)的電磁散射問題進(jìn)行高效求解。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, the application of high frequency electromagnetic wave is more and more extensive. In the field of electromagnetism, the electromagnetic scattering characteristic analysis of superelectrically large target is becoming more and more important. As a fast algorithm for electromagnetic problem analysis, multilayer fast multipole method has low complexity. High computational accuracy has become an important means and research hotspot in analyzing electrically large size scattering radiation. In this paper, the fine granularity multithread parallelism based on OpenMP and the coarse-grained multiprocess parallelism based on MPI are studied in detail. Considering that higher order basis functions only need less unknowns and memory requirements while preserving the accuracy and convergence of computation, higher order basis functions are further introduced into parallel multilayer fast multipole subprograms. Improving the ability to solve the electromagnetic scattering characteristics of electrically large and superelectrically large targets on the same computing platform. The analysis of electromagnetic scattering characteristics of metal dielectric mixed structures is very important to the analysis of stealth characteristics of military targets. Therefore, the numerical analysis method based on the decent integral equation is applied to the parallelization of multilayer fast multipole, which provides an effective basis for the analysis of the electromagnetic scattering characteristics of the target in a faster and better way. This paper briefly introduces the theoretical basis of the multilayer fast multipole algorithm, the method of moments, and describes the software and hardware environment required for the parallel computing process. The programming model based on MPI and OpenMP used in the development process and the evaluation standard to measure the efficiency of parallelism are described in detail. Secondly, In this paper, the multilayer fast multipole method of accelerating the moment vector multiplication in solving the integral equation is analyzed in detail. For the program development of parallel algorithm, from the decision of the basis function to the establishment of the multilayer model, and then to the nearby group impedance, The completion of preprocessing such as transfer factor, and the realization of the final iterative process of moment vector multiplication, are all analyzed effectively, in order to obtain efficient computation speed and sufficient parallelism. A lot of effective work has been done. For example, the basis function decision realizes the parallel of MPI and OpenMP, the transfer factor is treated separately according to the difference between the transition layers, the preparation for efficient iterative solution, and so on. Based on curved triangular patch to simulate the surface of scatterer, the new traveling standing wave basis function and parallel multilayer fast multipole algorithm are effectively combined to realize the effective analysis of the scattering characteristics of superelectrically large objects. Finally, because of the practical engineering application, The electromagnetic characteristics of electrically large targets with mixed metal media have been a hot topic for many scholars. In this paper, the method of moments based on the decent integral equation is combined with the parallel multilayer fast multipole method. The electromagnetic scattering problem of metal mixed target in complex medium is solved efficiently.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM15

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本文編號(hào)：1505725