本文選題：矩量法 + 并行計(jì)算　； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：電磁散射和輻射特性分析對(duì)于飛機(jī)、衛(wèi)星、艦船等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義,但系統(tǒng)級(jí)電磁問題的高精度仿真需要巨大的存儲(chǔ)量和計(jì)算量,因此長期以來都是電磁仿真計(jì)算領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。幸運(yùn)的是,國內(nèi)高效能超級(jí)計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展為預(yù)警指揮飛機(jī)等國家重大戰(zhàn)略工程的電磁模擬提供了強(qiáng)有力支撐。為此,本文在矩量法的基礎(chǔ)上利用大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)來提高電磁計(jì)算能力并加速計(jì)算過程,并將其應(yīng)用于大型陣列天線輻射特性分析、預(yù)警指揮飛機(jī)的雷達(dá)天線布局和基站電磁污染評(píng)估等重要工程領(lǐng)域。本文深入研究了RWG基函數(shù)矩量法和高階基函數(shù)矩量法的關(guān)鍵理論,并根據(jù)算法特征,討論了矩量法的矩陣分布方案、矩陣并行填充方案、矩陣方程并行求解方案以及并行核外方案。同時(shí)詳細(xì)分析了RWG基函數(shù)矩量法并行化過程中引入的進(jìn)程間冗余積分計(jì)算,提出了通過優(yōu)化網(wǎng)格編號(hào)消除進(jìn)程間冗余積分的方案,并通過實(shí)例測(cè)試驗(yàn)證了這一方案的高效性。為充分發(fā)揮并行矩量法的矩陣方程求解性能,對(duì)矩陣分塊大小、進(jìn)程網(wǎng)格、內(nèi)存緩沖區(qū)大小這三個(gè)影響并行LU分解性能的主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取,給出了在未經(jīng)測(cè)試時(shí)三個(gè)參數(shù)的一般選取準(zhǔn)則。同時(shí)分析了固態(tài)硬盤對(duì)核外求解器的加速效果。在此基礎(chǔ)上,在通用計(jì)算平臺(tái)和國產(chǎn)計(jì)算平臺(tái)中對(duì)高階基函數(shù)矩量法的并行性能進(jìn)行了測(cè)試分析。在西安電子科技大學(xué)高性能計(jì)算集群系統(tǒng)中的并行規(guī)模達(dá)到2400 CPU核,以360 CPU核為基準(zhǔn)，，2400 CPU核時(shí)的并行效率約為65%。在上海超級(jí)計(jì)算中心的“魔方”超級(jí)計(jì)算機(jī)中的并行規(guī)模達(dá)到4096 CPU核,以512 CPU核為基準(zhǔn),4096 CPU核時(shí)的并行效率高于50%。在廣州超級(jí)計(jì)算中心的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)中的并行規(guī)模達(dá)到12000 CPU核,以600 CPU核為基準(zhǔn),12000 CPU核的并行效率高于65%。在國家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心的國產(chǎn)“神威藍(lán)光”超級(jí)計(jì)算機(jī)中的并行規(guī)模高達(dá)102400CPU核,以320 CPU核為基準(zhǔn),10240 CPU核的并行效率約為55%,以1536 CPU核為基準(zhǔn),102400 CPU核的并行效率高于45%。通過測(cè)試分析給出了這四個(gè)計(jì)算平臺(tái)中充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)性能的內(nèi)存使用率范圍。值得指出,根據(jù)2015年5月的查新報(bào)告顯示,這是國際上最大并行規(guī)模的國產(chǎn)電磁仿真應(yīng)用。在并行矩量法的工程實(shí)例中,本文利用并行高階基函數(shù)矩量法的核內(nèi)求解器與核外求解器分析了機(jī)載雷達(dá)天線布局、大型雷達(dá)陣列輻射特性、移動(dòng)基站電磁輻射等復(fù)雜電磁問題。作為核內(nèi)求解器的工程實(shí)例,針對(duì)平衡木式機(jī)載雷達(dá)相控陣布局問題,分析了相控陣安裝在飛機(jī)平臺(tái)不同位置以及主波束在水平面和俯仰面相位掃描時(shí)的受擾輻射特性；針對(duì)圓盤式機(jī)載八木陣列布局問題,分析了八木陣列安裝在飛機(jī)平臺(tái)不同高度以及主波束指向機(jī)頭、機(jī)翼、機(jī)尾時(shí)的受擾輻射特性。作為核外求解器的工程實(shí)例,分析了大型波導(dǎo)縫隙陣和大型微帶天線陣的電磁輻射特性、平衡木式機(jī)載微帶兩面陣的電磁輻射特性以及移動(dòng)通信基站在居民房屋內(nèi)的電磁輻射強(qiáng)度問題,值得指出,利用高階基函數(shù)矩量法求解時(shí),機(jī)載雷達(dá)微帶兩面陣產(chǎn)生的雙精度復(fù)數(shù)稠密矩陣規(guī)模高達(dá)150萬,這是國際上已知的最大規(guī)模雙精度復(fù)數(shù)稠密矩陣方程求解問題。文中大量數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)于實(shí)際工程具有較高參考價(jià)值。
[Abstract]:Electromagnetic scattering and radiation characteristic analysis is of great significance for the design of complex systems such as aircraft , satellite , ship , etc .
This paper analyzes the electromagnetic radiation characteristics of large waveguide slot array and large microstrip antenna array and the electromagnetic radiation intensity problem of mobile communication base station . It is worth pointing out that the double precision complex dense matrix generated by two - side array of airborne radar microstrip array is up to 1.5 million , which is the most large - scale double - precision complex dense matrix equation solving problem in the world . The numerical simulation results have high reference value for practical engineering .

【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP338;O441.4

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本文編號(hào)：1822421