物理光学法及其迭代加速算法在电磁散射中的应用

论文摘要

复杂环境中的电大物体散射计算问题一直是国际上关注的热点问题之一。为了提升电磁仿真计算的效率,本文主要针对PO（Physical Optics）方法计算粗糙面散射和IPO（Iterative Physical Optics）计算强耦合散射体（如:二面角,三面角等结构）进行了深入的研究。首先,在对PO算法研究的基础上首次提出了一种面元预处理PO算法,该方法有效地提升了PO计算散射的效率,并将面元预处理PO和CUDA（Computer Unified Device Architecture）并行加速的PO做了对比,结果表明当面元数目比较大时,面元预处理PO的加速效果要优于CUDA并行加速方法;然后,为了使PO算法可计算强耦合体的散射,本文研究了IPO算法,计算结果表明IPO算法在计算强耦合体散射时和MoM（Method of Moment）结果一致吻合;最后,由于IPO算法计算复杂度过高（计算复杂度为O（N2））,难以处理电大复杂目标散射,本文将IPO和FMM（Fast Multiple Method）结合,使得算法在保证精度情况下复杂度从O（N2）降低到O(N1.5),有效地提升了计算效率。本论文的具体工作如下:1.学习PO基本原理,利用PO计算随机粗糙面散射,并研究了太赫兹波段随机粗糙面散射,并将理论计算结果和实验测试结果进行对比,对比结果表明镜向方向基本一致;利用CUDA对PO计算随机粗糙面散射进行了并行加速,计算效率提升近8倍;2.通过对PO原理研究发现,当介电参数为常数时,影响PO散射结果的因素是入射波方向与面元法向的相对夹角和面元中心位置的相位,基于此提出了一种面元预处理PO;当利用面元预处理PO计算散射时,采用查表的方法求解PO的积分,因为查表的速度要快于传统计算方法,所以计算效率得到了提升,通过对计算结果分析发现,随着散射体面元数目的增多,面元预处理PO提升计算效率越明显,该方法为其它算法计算效率提升提供了新的思路;3.利用IPO计算强耦合体的散射,将IPO计算散射结果和MoM计算散射结果进行了对比,发现计算结果一致吻合;4.为降低IPO算法的计算复杂度,借鉴FMM的思想将格林函数进行展开,加速面元的耦合过程;通过对IPO+FMM和IPO计算时间对比发现,随着散射体面元数目增多,IPO+FMM提升计算的加速比增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 PO的研究现状
•   1.3 IPO的研究现状
•   1.4 PO和其它算法的复合研究
•   1.5 并行计算在计算电磁学领域中的应用
•   1.6 论文内容及结构安排
• 第二章 PO在随机粗糙面电磁散射中的应用
•   2.1 粗糙面的建模问题
•   2.2 PO的原理推导
•   2.3 PO的仿真算例
•   2.4 PO在太赫兹频段粗糙面散射的应用
•   2.5 PO的优点和缺点
•   2.6 基于CUDA的加速PO方法研究
•   2.7 本章小结及下一步工作
• 第三章 基于面元预处理的PO加速技术
•   3.1 面元预处理的PO方法原理分析
•   3.2 面元预处理的PO算法基本流程
•   3.3 面元预处理的PO算法实现
•   3.4 面元预处理PO的算例分析
•   3.5 基于面元预处理的PO算法的优缺点分析
•   3.6 本章小结及下一步工作
• 第四章 考虑多次散射的迭代PO技术
•   4.1 IPO算法的推导原理
•   4.2 IPO算法的算例分析
•   4.3 IPO算法的优点与缺点
•   4.4 本章小结及下一步工作
• 第五章 基于快速多极子的IPO加速技术
•   5.1 IPO+FMM的原理及公式推导
•   5.2 IPO+FMM的算例分析
•   5.3 IPO+FMM的优点和缺点分析
•   5.4 本章小结及下一步工作
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本论文的总结
•   6.2 下一步工作内容
•   6.3 对未来计算电磁学发展的认识
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张策

导师: 王蕊

关键词: 物理光学,面元预处理方法,迭代物理光学,粗糙面散射

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 西安电子科技大学

分类号: O436;O441

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001167

总页数: 74

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