机载天线辐射特性的并行FDTD分析

利用基于MPI的并行FDTD全波数值分析方法对机载天线辐射问题进行准确快速地分析。通过消息传递MPI平台和区域分割技术进行并行计算,实现了计算资源的扩展,可以对飞机和天线进行精确建模分析。根据网络法提出了FDTD应用于天线间隔离度的分析计算方法,避免了天线隔离度扫频计算的复杂性。数值结果表明该方法的正确性和有效性。以伊尔76飞机为例分析了机载超短波天线的方向图和隔离度。所用方法和分析结果可以作为飞机电磁兼容性设计的手段和依据。

并行FDTD-UTD方法分析机载相控阵天线

利用时域有限差分法(FDTD)-UTD(一致性几何绕射理论)混和算法分析机载相控阵天线的辐射方向图。将复矢量场作为FDTD方法和UTD方法的接口,提出FDTD-UTD混和算法解决机载相控阵天线辐射问题。首先利用并行FDTD方法通过全波分析得到精确的相控阵的辐射复矢量场,然后将此结果作为源代入UTD算法来预测相控阵受机体的影响。结果表明该方法可以有效地解决机载相控阵辐射分析问题。

基于映射文件的电磁并行FDTD算法实现研究

为简化并行FDTD算法实现,提出一种新的基于映射文件技术的解决方法。对于并行FDTD算法的两个关键环节:场值数组定义和子域间通信在该方法中借助操作系统的映射与重定向功能来实现,由于屏蔽了子域间显式的通信操作,将大幅度降低并行FDTD算法实现的复杂度。数值模拟实例和相关的性能比较验证了新方法的可行性与便利性,所得加速比、并行效率等性能指标参数与通常的MPI消息传递方法基本相当。

混合并行技术在FDTD计算中的应用研究

为提高网络环境下细粒度并行FDTD计算的性能,引入局域网两层并行能力的概念,发展了一种高性能的混合并行FDTD算法。在该算法中,通过利用MPI与OpenMP多线程技术,在传统域分解FDTD算法基础上,实现了数据与任务的两层并行化。作为算法实现的应用,对一种常见的车载隐藏式印刷天线进行了模拟研究。计算在不同数量的PC机上执行,并与传统的网络并行FDTD算法进行了比较。数值结果表明,当域分解粒度较小时,该混合并行方法能够有效地提高局域网并行FDTD的算法性能。

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS。经测试,该程序代码并行效率达到87%。根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算。数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性。

FDTD并行算法研究:电和磁本构参数均为各向异性情形

研究并实现了三维电与磁本构参数均为各向异性介质时的时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法.根据电磁各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)迭代式,电场和磁场某一节点场值的计算均涉及到其周围邻近28个场分量节点值.详细分析了该情况下各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法中的数据通讯规律.通过采用相邻子域重叠半个网格的区域划分方式,传递分界面两边相关节点的场值,实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值计算结果表明了该算法和程序的正确性.

复杂电大平台天线EMC问题的并行FDTD分析

为了对复杂电大平台天线EMC(electronic-magnetic compacity,电磁兼容)问题进行分析,提出基于MPI编程环境的并行FDTD算法.通过区域分割技术将计算区域分成子区域进行计算,实现了计算资源的扩展和计算时间的缩减.天线隔离度的分析中,FDTD作为时域方法,通过傅里叶变换可快速求解,避免了扫频计算的复杂性.数值结果表明,这种方法可以对复杂电大平台天线方向图和隔离度进行准确、快速地计算.

微波源器件模拟中的并行FDTD建模

时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)建模是微波源器件模拟中对目标物进行物理建模的常用方法。复杂的FDTD建模通常采用多重索引等非规则结构,最终导致了计算过程中的深度寻址操作。这是一类难以并行计算的非规则应用。针对常规的影像区填充方法不足以解决该类并行计算中邻居进程之间数据交换问题,研究了基于多重索引的通信模式的特点,提出了一种并行FDTD建模方法,包括并行建立多重索引结构以及基于多重索引结构的影像区填充方法。在1 024台处理器上的测试实验表明,该方法可有效地实现微波源器件模拟中的并行FDTD建模。

并行ADI-FDTD的循环归约PDD实现

实现ADI-FDTD并行计算的关键是三对角线性方程组的求解。提出了一种新的分解方法实现三对角线性方程组的并行求解,使得修正值计算方程组仍为三对角线性方程组,且具有对角占优特性。修正值方程组采用循环归约算法求解,根据三对角系统的对角占优的强弱和预期的计算精度选择适当的归约次数,近似处理可加速方程组的求解。利用FDTD的重复计算特性,保存适当的中间量可降低算法的计算复杂性和通信复杂性,但对存储空间的要求更高。算例验证了算法的正确性。

基于函数语言的并行FDTD算法新实现及其在航空母舰甲板表面电磁场分布问题仿真中的应用

传统的基于过程语言的算法实现很难应用于大规模并行计算,OpenMP和MPI等现有并行框架存在着并行实现困难、开发成本大和灵活度差等诸多问题。通过应用基于函数语言的并行新方法,有效简化并行代码的设计,提升并行算法的开发自由度,并可支持动态分区等复杂并行需求。通过将其应用于具有天然并行属性的FDTD剖分及仿真算法,发现可实现高达50%加速比的高效并行,并在26h内成功求解高达6.9亿未知量的电大尺寸航空母舰甲板模型电磁全波仿真问题。

一种基于PDD算法的ADI-FDTD算法研究

为提高隐含变向时域有限差分算法(ADI-FDTD)的计算效率,鉴于并行对角占优算法(PDD)求解三对角方程的高效性,引入PDD算法实现了基于MPI的ADI-FDTD的并行计算。通过对运算时间、通信时间的分析,讨论了算法的效率。分析了由于PDD算法的近似处理所引入的计算误差,研究了误差估计与子区域网格数和Courant因子的关系,该研究工作有利于合理选择子区域网格数和Courant因子,进而减小计算误差。最后,通过算例验证了结论的正确性。

实变量Compact-2D-FDTD方法与电磁特性中的应用

探讨了电大尺寸目标中电磁波传输特性分析方法问题,提出了实变量Compact-2D-FDTD方法与MPI-Open MP并行FDTD方法,并推导了实变量Compact-2D-FDTD方法基本公式。实验表明,实变量Compact-2D-FDTD方法和MPI-Open MP并行FDTD方法与传统FDTD方法计算结果相吻合,且计算时间明显减少,因此,有效地解决了电大尺寸目标仿真时的计算时间长和内存需求大的问题。

等离子体覆盖金属目标的电磁散射特性

研究复杂等离子体目标电磁散射特性,需要采用高效的数值计算方法。为此,提出了一种分段线性递归卷积时域有限差分(PLRC-FDTD)算法及其在MPI+openMP并行计算模型中的高效实现方法,对不同等离子体参数和入射电磁波参数条件下等离子体覆盖金属目标的电磁散射特性进行了仿真计算。结果表明:当等离子体频率与入射波频率相近时,共振吸收占主导,反射率最低;等离子体层越厚,对电磁波的吸收越明显;对于特定参数的入射电磁波,可通过改变等离子体参数的方法来实现对电磁波的有效吸收,从而实现目标的主动隐身。

粒子模拟软件中电磁场计算并行算法的研究

在当前电磁场计算串行算法的基础上,采用"分而治之"的并行算法设计思想。设计并实现了CHIPIC软件三维直角坐标、柱坐标、极坐标下电磁场计算的并行算法。分析了并行算法的加速比,最后通过实例验证了算法的正确性和效率。

汽车天线并行Matlab模拟算法研究与实现

针对Matlab软件的网络通信局限,提出一种新的基于磁盘—内存互逆映射的解决方法,该方法在简化并行FDTD算法实现的同时,显著提高了算法执行性能。作为算法实现的应用,对一种常见的车载隐藏式印刷天线进行了数值仿真研究,其结果证明了方法的可行性与精确性。

基于“天河一号”的并行电磁计算求解器

阐述了基于"天河一号"超级计算机的并行电磁计算求解器。该求解器采用并行有限差分算法,并行有限差分算法是求解电大目标的有力工具,它具有天然并行的优点,能够充分利用集群的计算资源。"天河一号"是世界上最快的计算机之一,它提供了强大的计算资源,充分利用其丰富计算资源的电磁求解器在工程上有着迫切的需求。基于"天河一号"建立的电磁计算求解器,能够用以求解复杂、电大目标的电磁计算问题。在测试中利用7200个进程花费少于48小时解决的电磁问题在普通PC机上要花费几年甚至十几年的时间。通过定标体和复杂电大目标的案例测试,求解器的准确性、计算规模和并行效率都得到了验证。

微波脉冲窄缝耦合的数值并行计算

采用时域有限差分方法 (FDTD)对微波脉冲与窄缝耦合过程进行了数值模拟计算 ,分析了数值模拟计算过程中的并行性 ,给出了相应的并行算法 .算法中采用消息合并和计算与通信重叠技术来减少通信量 .分析了算法的通信复杂性 ,给出了在Alpha工作站上的测试结果 .

高功率微波同轴阻抗变换器优化设计及功率计算

在高功率微波应用中,同轴线的阻抗匹配十分重要。通过同轴线内导体的渐变,可以实现阻抗变换与阻抗匹配。内导体渐变可以采用多项式、余弦、指数等函数形式。用时域有限差分方法计算同轴线的反射系数,以同轴线内导体渐变段的长度和反射系数达到最小为目标,采用遗传算法优化渐变段的结构参数,得到了反射系数为0. 015、渐变长度为148mm的同轴线阻抗变换结构。在一套具有16节点的Beowulf型并行计算机系统上采用主从式并行计算技术完成了计算,缩短了遗传算法搜索时间。最后计算和分析了该同轴线阻抗变换结构的带宽和微波功率容量,该结构峰值功率达8. 734MW。