【摘要】： 本文以標(biāo)量和矢量時(shí)域有限元(TDFEM)分別作為電磁散射正問題的求解基礎(chǔ),以全局優(yōu)化算法——遺傳算法和實(shí)數(shù)微分進(jìn)化策略來處理電磁逆散射問題(即微波成像問題),在充分應(yīng)用從時(shí)域獲得的超寬帶信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)標(biāo)量、矢量時(shí)域有限元與遺傳算法和實(shí)數(shù)微分進(jìn)化策略的有機(jī)結(jié)合,完成對(duì)理想導(dǎo)電體(PEC)二維目標(biāo)幾何形狀的重構(gòu)。此外,本文還對(duì)使用圖形處理器(GPU)對(duì)時(shí)域有限元運(yùn)算加速進(jìn)行了探討。 論文首先討論散射體的描述方法。重點(diǎn)論述文中提出的離散點(diǎn)描述法,并對(duì)其優(yōu)勢(shì)予以闡述,并最終應(yīng)用到課題中去。然后,我們將時(shí)域MEI(不變量測(cè)試方程)方法引入到時(shí)域有限元,并以實(shí)例說明時(shí)域MEI方法應(yīng)用到時(shí)域有限元中是可行的,同時(shí)討論在成像中使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生的問題。 接下來重點(diǎn)闡述以標(biāo)量、矢量時(shí)域有限元方法(TDFEM)作為電磁散射正問題的求解基礎(chǔ),獲得目標(biāo)散射場(chǎng)的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)信息。并通過對(duì)散射信息的頻域分析得到目標(biāo)的大致尺寸,進(jìn)而為下一步優(yōu)化提供必要的約束條件,以確定優(yōu)化算法的搜索范圍,使之能夠更高效的尋找到全局最優(yōu)解。在做具體優(yōu)化之前,將首先對(duì)當(dāng)今較為流行的幾種優(yōu)化算法進(jìn)行介紹和比較分析,在此基礎(chǔ)上,選擇優(yōu)化算法中尋優(yōu)效果較為穩(wěn)定的遺傳算法以及尋優(yōu)效率較高的實(shí)數(shù)微分進(jìn)化策略作為逆過程的求解方法,并將它們分別和標(biāo)量、矢量時(shí)域有限元結(jié)合來進(jìn)行成像。接下來,通過我們對(duì)近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)解空間的特性分析,可以看到近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)解空間有著很大的差別,遠(yuǎn)場(chǎng)解空間的情況要遠(yuǎn)比近場(chǎng)解空間復(fù)雜,而這樣的情況就必然導(dǎo)致了遠(yuǎn)場(chǎng)成像過程的復(fù)雜性,也必然導(dǎo)致優(yōu)化算法需要更長(zhǎng)的時(shí)間來尋找最優(yōu)解。由文中算例可以看到,我們能夠得到較為令人滿意的成像效果,只要給逆過程以足夠的尋優(yōu)時(shí)間。但是成像過程所耗費(fèi)的時(shí)間過多,這也是不容回避的問題。 再者,由于時(shí)域有限元繁重的運(yùn)算量,論文對(duì)時(shí)域有限元運(yùn)算的GPU加速進(jìn)行了一個(gè)前瞻性的探索。由于GPU具有一定的并行性、高密集的運(yùn)算能力、高計(jì)算精度,通過對(duì)GPU這些優(yōu)良性能的充分利用,使TD-FEM的運(yùn)算速度得到數(shù)倍的提升。 最后,將對(duì)于本課題做一個(gè)全面的總結(jié)和展望。歸納出本課題的發(fā)展前景以及今后需要進(jìn)一步解決的問題。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TN015;TP332
【圖文】：

0.4一 0.200.20.40.6單寸立:米圖2一2一1描述散射體的點(diǎn)分布圖刁.6·0.4刁2 00.2 D.40.6圖2一2一2不均勻點(diǎn)分布的網(wǎng)格剖分示意以這樣不均勻分布的點(diǎn)來描述散射體的另一個(gè)好處是在進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分的時(shí)候，由于正面的描述點(diǎn)較多，導(dǎo)致幾何結(jié)構(gòu)變化比較細(xì)致而使得正面網(wǎng)格的剖分更為密集，而背面也因?yàn)閹缀谓Y(jié)構(gòu)變化粗糙而導(dǎo)致網(wǎng)格的剖分較為稀

圖2一2一1描述散射體的點(diǎn)分布圖刁.6·0.4刁2 00.2 D.40.6圖2一2一2不均勻點(diǎn)分布的網(wǎng)格剖分示意以這樣不均勻分布的點(diǎn)來描述散射體的另一個(gè)好處是在進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分的時(shí)候，由于正面的描述點(diǎn)較多，導(dǎo)致幾何結(jié)構(gòu)變化比較細(xì)致而使得正面網(wǎng)格的剖分更為密集，而背面也因?yàn)閹缀谓Y(jié)構(gòu)變化粗糙而導(dǎo)致網(wǎng)格的剖分較為稀

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本文編號(hào)：2721804