基于截断型自适应交叉近似和奇异值分解的涡流无损检测模型

探讨了一种高效的三维涡流无损检测求解模型。该模型首次使用截断型自适应交叉算法和奇异值分解算法加速基于边界元法的涡流无损检测模型。该模型使用没有低频崩溃问题的Stratton‐Chu方程作为边界积分方程,然后使用Rao‐Wilton‐Glisson矢量基函数和脉冲基函数分别将等效面电流、磁流和磁场法向分量展开,通过Galerkin方法测试,得到阻抗矩阵。借助八叉树结构,根据块与块之间的距离关系将阻抗矩阵分为对角块、近区块和远区块,其中对角块和近区块使用边界元法直接计算存储,远区块通过综合运用自适应交叉算法、奇异值分解算法和截断核函数算法进行压缩存储。最后,以涡流无损检测基准问题为例,将运用该方法预测的结果与其他模型预测的结果以及实验结果相比较,验证了所提求解模型的准确性和有效性。

基于自适应交叉近似边界元法的快速声学灵敏度分析

基于自适应交叉近似边界元法构造一组快速声学灵敏度分析方法,其中,声学灵敏度分析分别采用直接微分法和伴随变量法;而自适应交叉近似算法被用以克服常规边界元法的高计算量和高存储量的固有缺点。自适应交叉近似算法在迭代求解之前对边界元系数矩阵进行压缩存储,可以在降低存储量的同时提高求解效率。在声学灵敏度分析中,通过直接使用求解未知边界状态值时保存的压缩系数矩阵,可以进一步提高求解效率。数值算例验证了所构造的方法的计算精度和求解效率,以及在大规模声场问题的最优化分析中的应用潜力。

自适应交叉近似结合压缩感知快速求解电大目标宽角度电磁散射问题

如何对宽角度激励下各类目标尤其是电大目标的电磁散射特性进行快速分析是计算电磁学一直以来的难点课题之一.为此提出一种自适应交叉近似结合压缩感知的新方案,利用压缩感知理论构建一种含多角度信息的新型电磁场激励,降低矩量法运算次数,以自适应交叉近似对阻抗矩阵进行低秩分解,进一步提高单次矩量法的计算效率,从而最终实现了对电大目标宽角度散射问题的快速求解.数值实验结果表明,该方案能在有效缩短运算时间的同时,依然确保计算结果的准确性.

自适应交叉近似算法在矩量法中的应用

矩量法(Method of Moment,MoM)计算电大目标辐射与散射问题时消耗计算机资源巨大。采用自适应交叉近似算法(Adaptive Cross Approximation Algorithm,ACA)降低了MoM计算电大问题时的内存需求与计算复杂度,借助NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)建模方法设计了形状规则且边界清晰的ACA三维分组方法,从而实现了基于矩量法的ACA算法。通过算例证明该方法在不损失MOM的计算精度的前提下有效地降低了存储空间和计算量,并通过与商业软件计算结果对比,验证了算法准确有效。

自适应交叉近似算法的核外计算方法

为解决矩量法在计算电大目标电磁特性时受计算机物理内存限制的问题,设计了一种核外自适应交叉近似算法.使用自适应交叉近似算法有效地压缩了阻抗矩阵,降低了所需存储空间和计算量;并结合核外技术,进一步节省了内存空间,提升了单台计算机的计算能力.通过算例检验了文中方法的准确性和有效性,结果表明:该方法有效地降低了求解电大目标雷达散射截面所需的内存和计算量,并且自适应交叉近似算法及核外计算不损失矩量法的计算精度.

多层自适应交叉近似加速的旋转对称体矩量法

为了更有效地分析旋转对称电大物体的电磁散射问题,提出了一种针对旋转对称矩量法的多层自适应交叉近似加速方法,并分别应用于基于三角形基函数和3阶Hermite基函数的旋转对称矩量法.使用所提方法加速混合场积分方程下旋转对称体矩量法的单模式与多模式阻抗矩阵的构建过程时,计算得到的远场雷达散射截面积与传统旋转对称矩量法的结果吻合良好,且计算效率明显提高.

应用自适应交叉近似算法快速计算导体RCS

作为快速填充阻抗元素的矩阵压缩方法,自适应交叉近似(ACA)算法近年来被普遍应用于电磁散射问题分析中。在计算过程中,ACA算法用于压缩远场区域阻抗矩阵,以缩短求解时间;而对近场作用区域,则采用矩量法结合近场预处理技术,实现雷达散射截面快速计算。数值计算结果表明该方法精确且有效。

应用改进的特征基函数法和自适应交叉近似算法快速分析导体目标电磁散射特性

特征基函数的构造是特征基函数法的关键步骤之一,传统方法在构造特征基函数时,需要在每个子域设置足够多的入射波激励,生成的特征基函数个数较多,奇异值分解时间较长.为了加快特征基函数的构造,本文提出了一种改进的特征基函数法.该方法充分考虑每个子域之间的耦合作用,求出每个子域的次要特征基函数,从而降低入射波激励的个数,大大减少了特征基函数的个数;并且结合自适应交叉近似算法加速阻抗矩阵元素的计算,提高了次要特征基函数求解和缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘的速度.数值结果证明了本文方法的精确性和高效性.

一种舰船高精度感应磁场快速正演建模方法

为了解决矢量积分方程法计算舰船感应磁场时效率较低和计算量较大的问题,提出一种基于简化标量磁位的积分方程正演模型,并引入多层自适应交叉近似(MLACA)算法,不仅能够保证磁场计算精度,还能大幅减少计算机的内存需求和计算时间。数值仿真表明,使用基于MLACA的标量积分方程法能够快速获取高精度的铁磁物体感应磁场。针对舰船铁磁材料的磁性参数不易获取的问题,基于磁场实测值和正演耦合模型,以磁场拟合度、磁化率先验分布和光滑约束条件为目标函数建立磁化率反演模型,并采用模拟退火(SA)算法优化得到等效磁化率的空间分布。球壳数值仿真和船模试验结果表明,磁化率反演优化模型有效可行,其中球壳磁场的预测误差为2.2%,船模磁场的预测误差约为4.8%。

特征模基函数法结合ACA算法求解电大目标双站RCS

针对传统矩量法(MoM)在分析电大目标电磁散射特性时存在内存需求大、求解效率低的问题,提出一种基于分块理论的特征模基函数法结合自适应交叉近似算法(ACA)快速求解电大目标双站雷达散射截面的方法。首先,将目标剖分为多个子域,实现未知数的离散和矩阵维数的降维,通过分别求解各子域的特征模,有效减少特征模的求解时间。其次,在构造缩减矩阵计算互阻抗元素时,应用ACA算法计算互阻抗元素,加快矩阵向量积的运算并且减少了内存消耗。数值结果表明,与传统的MoM相比,在保证精度的前提下,该方法内存需求更低,计算效率更高。提出的新方法为电大目标电磁散射特性的分析提供了一种新的方案。

应用通用特征基函数求解目标宽带雷达散射截面

基于特征基函数法提出了一种分析目标宽带电磁散射特性的快速有效数值方法.该方法在期望频段内,求出最高频率点的主要特征基函数和次要特征基函数并进行奇异值分解,生成通用特征基函数,该通用特征基函数能够在整个频段内重复运用,从而快速获得期望频段的目标电磁散射特性.应用自适应交叉近似算法加速阻抗矩阵元素的计算,提高次要特征基函数和缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘速度.与传统方法相比,计算精度和计算效率都得到了大大提高,数值结果证明了所提方法的精确性和有效性.

特征基函数法快速分析导体目标电磁散射特性

提出了一种分析导体目标电磁散射特性的有效数值方法,该方法以特征基函数法(Characteristic Basis Function Method,CBFM)为基础,并将自适应交叉近似(Adaptive Cross Approximation,ACA)算法应用于子块矩阵的低秩压缩计算.该方法将子块矩阵用一个列占优矩阵和一个行占优矩阵的乘积形式表示,从而加快次要特征基函数(Secondary Level Characteristic Basis Functions,SCBFs)的产生,提高缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘速度.本方法和传统矩量法(Method of Mo-ments,MoM)相比,计算时间和内存消耗都得到了有效缩减,数值结果证明了本方法的精确性和有效性.

薄钢壳物体磁特征建模研究

本文对薄钢壳物体磁特征建模技术进行了研究,给出了一种联合磁矩量法和多层自适应交叉近似法的新方法。该方法可用于处理复杂结构铁磁物体所要求的稠密网格划分。大幅度压缩了磁矩量法系数矩阵的计算量和内存需求。并采用一些典型范例对该方法进行了验证,确可实现薄钢壳物体磁特征的高精度、快速建模,具有较高的实用价值。

舰船磁特征磁矩量法的图形处理单元加速计算研究

磁矩量法(MMM)非常适合用于舰船等铁磁目标的磁场特征建模,因为这种方法不需要对空气等非铁磁区域进行网格划分,然而这种方法需要存储和处理稠密的满阵,计算时间很长,矩阵存储需要非常大的存储空间。联合采用MMM和多层自适应交叉近似(MLACA)法虽然可以显著缩减内存需求和计算时间,但对于求解精细划分网格的问题,计算时间还是太长。将具有强大并行计算能力的图形处理单元(GPU)用于加速具有天然良好并行特性的MLACA法,并给出了相应的并行计算格式,实现了舰船磁特征MMM的大规模并行加速计算。典型算例结果表明,GPU并行计算的加速比超过120倍,对于精细划分为100 000薄壳单元的舰船壳体,其计算时间也仅有约4.3 min.采用该方法的计算结果与商业有限元软件相比差别小于1%,为舰船磁场的大规模建模提供了一种快速、精确、简便的数值计算工具。

混合ACA和MLFMA方法计算复合目标电磁散射

采用矩量法(MoM)计算电大尺寸的复合目标的电磁散射。为了能够高效快速地计算电大尺寸三维复合目标的电磁散射,提出一种新的混合方法,将自适应交叉近似(ACA)算法和多层快速多级子(MLFMA)算法相结合,共同加速矩量法的计算。其中,MLFMA用于加速目标与自身的作用,ACA用于加速目标与其他目标的相互作用。提出的混合算法在计算复合目标电磁散射时,可降低运算存储,缩短阻抗矩阵填充时间,并且能够加快矩阵矢量乘,且不影响计算精确度。数值算例表明,所提快速算法能够在保证电磁散射计算精确度前提下,比传统方法更高效。

舰船消磁绕组磁特征数值计算与验证研究

作为商业有限元电磁分析软件的替代,基于磁矩量法、多层自适应交叉近似法和GPU并行计算技术的舰船磁场分析软件Mag Ship已成功用于舰船磁特征仿真建模。但对舰载消磁线圈磁特征进行数值分析时,需要对临近舰载消磁线圈的船体结构精细划分网格单元。Mag Ship软件用于这种大规模磁场建模问题时,会存在计算结果不稳定或失真。为了解决这个问题,对Mag Ship软件进行了改进,使其适合用于舰载消磁线圈磁场特征建模,采取的改进措施包括:采用场单元上的耦合系数多点平均值作为相互临近单元的耦合系数;对临近消磁电缆的铁磁区域进行剖分单元加密;将消磁电缆作用在其临近单元上的磁化磁场多点平均值作为磁化磁场有效值。采用改进后的Mag Ship软件对于薄铁磁球壳内部和外部线圈、典型舰载消磁线圈等典型算例进行了磁特征建模分析,并与商业有限元软件COMSOL Multiphysics的计算结果进行了对比,发现二者差别约为1%.表明所提方法是有效的,能够用于舰载消磁线圈磁特征建模仿真的实用化。

一种电大目标散射特性的核外并行快速算法

矩量法计算电大目标雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)将消耗巨大计算机资源.采用自适应交叉近似算法(Adaptive Cross Approximation Algorithm,ACA)降低了计算量和存储量,同时结合核外求解技术,并对算法进行了并行化处理,从而进一步降低了大型计算对计算硬件的需求,提高了计算速度.通过算例证明了该算法在不损失矩量法精度的前提下可大幅缩减计算时间和内存需求.

应用ACA算法快速分析导体目标电磁散射特性

提出了一种分析导体目标电磁散射特性的有效数值方法,该方法以矩量法为基础,将自适应交叉近似算法应用于远场组阻抗矩阵的低秩压缩计算,并且结合等效偶极子法加速抽取阻抗矩阵元素的填充。与传统矩量法相比,计算时间和内存消耗都得到了有效缩减,数值结果证明了该方法的精确性和有效性。

ACA算法加速时域MoM分析瞬态电磁问题

本文使用自适应交叉近似算法(Adaptive Across Approximation)加速时域积分方程的求解,从而达到降低内存使用量和缩短计算时间的目的。众所周知,基于时间步进(Marching-On-in-Time)的时域积分方程的解会在时间轴后半部分出现明显的震荡现象,造成解的不稳定。阶数步进(Marching-On-in-Degree)是解决这一问题的有效途径。因此,本文首先采用MOD方法求解时域积分方程,从而得到一个时间轴上稳定的解;其次,由于时域矩量法产生的大规模稠密矩阵,其求解势必对内存以及硬件资源有着较高的要求。ACA算法是一种纯数学加速方法,本文将它应用于时域积分方程的求解过程中,有效地降低了资源需求。最后,通过算例验证了本文方法的有效性和可行性。

导体目标雷达散射截面的ACA-SVD快速算法研究

采用传统矩量法(MOM)求解电大尺寸物体时计算机资源消耗大,运算速度慢。为降低求解该类问题对于计算机硬件的需求,提高运行速度,应用自适应交叉近似(ACA)算法对阻抗矩阵的远场组元素进行低秩压缩,然后通过奇异值分解对得到的缩减矩阵进一步压缩以实现减少矩阵存储并加速矩阵向量乘运算。对于近场组元素,采用精确矩量法结合近场预处理技术,实现对雷达散射截面的快速计算。该算法在计算理想导体的双站RCS时结果与Mie级数结果吻合良好;算例证明:在计算精度相同的前提下,相比于传统矩量法,ACA和ACA-SVD算法的引入,分别可以减少59.25%和78.10%的存储空间,从而可以加速矩阵向量乘的计算。