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并行复杂目标电磁建模与预条件加速技术学

收藏本文 2024-04-17 点赞:6825 浏览:22140 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:在现代军事领域中,雷达散射截面(RCS)的浅析越来越被人们所关注。过去的数十年里,大多数简易目标的电磁散射特性已经得到了很好的浅析,然而,现代军事技术的进展使得提升建模技术水平的必要性越来越突出。本论文中,引入了一种相比较较成熟的基于样条曲面建模的建模技术,用于像F22这类复杂目标体的重建。利用文中所创建的电磁实体模型,很容易获取到计算电磁学中的所必要的各类电磁网格。本论文的论述基础是建立在矩量法基础之上的,而矩量法已经被广泛运用于电磁散射不足的浅析之中。然而,矩量法在求解电大尺寸不足时需要很多的时间和内存需求。对于由积分类方程产生的大型稠密的线性系统,矩量法根本无法快速精确的求解。为此,本论文引入了采取MPI并行计算平台的并行多层快速多极子(MLFMM)技术用来加速矩阵矢量乘的操作。虽然多层快速多极子及并行计算技术能够加速矩阵矢量乘及计算速度,但它们却不能减少迭代法求解中的迭代步数。由此,对于收敛性很差的复杂日标的散射浅析中,预条件技术越来越多的被人们所采取。本论文中在并行多层快速多极子技术的基础上构造了并行稀疏近似逆预条件技术,不仅运用于电场积分方程的计算,而且扩展到混合场积分方程的计算,它能有效地减少迭代步数,进而减少求解运算时间。另外,本论文还引入了多波前大规模并行求解器(MUMPS)技术用于复杂目标的求解。为进一步减少迭代步数,提升迭代求解效率,文中还在并行稀疏近似逆的基础上构造了SAI双步预条件技术,并给出数值算例证明其高效性。关键词:电磁雷达散射论文矩量法论文电磁剖分网格论文并行多层快速多极子论文并行SAI预条件论文双步预条件技术论文

    摘要3-4

    Abstract4-5

    目录5-7

    1 绪论7-11

    1.1 探讨背景7-8

    1.2 探讨历史情况及作用8-10

    1.3 本论文章节内容结构安排10-11

    2 矩量法及并行多层快速多极子策略介绍11-21

    2.1 引言11

    2.2 矩量法(MoM)介绍11-15

    2.2.1 矩量法基本原理11-12

    2.2.2 金属表面积分方程12-15

    2.3 基于矩量法的多层快速多极子15-19

    2.3.1 多层快速多极子(MLFMM)原理15-17

    2.3.2 并行技术在计算电磁学中的运用17-18

    2.3.3 近场与远场的并行历程18-19

    2.4 雷达散射截面19-20

    2.5 本章小结20-21

    3 基于样条曲面建模的电磁网格生成技术21-37

    3.1 引言21-22

    3.2 样条曲面建模的基本论述22-27

    3.2.1 B样条基函数概念及特性23-24

    3.2.2 B样条曲线及曲面特性24-26

    3.2.3 节点插值技术26-27

    3.3 飞行器实体模型重建及电磁网格提取27-35

    3.3.1 电磁网格概念及要求27-30

    3.3.2 电磁实体建模历程30-34

    3.3.3 电磁网格的生成提取34-35

    3.4 电磁网格单元法向量不足及处理策略35-36

    3.4.1 电磁网格法向量不足35

    3.4.2 法向量处理及.stl网格转换技术35-36

    3.5 本章小结36-37

    4 高速飞行器等复杂目标电磁散射中的并行预条件技术37-73

    4.1 引言37

    4.2 预条件基本论述37-39

    4.2.1 预条件加速算法及构造原则37-38

    4.2.2 预条件类型及GMRES迭代算法38-39

    4.3 电场积分方程(EFIE)中的并行SAI预条件技术39-49

    4.3.1 近场稀疏化SAI预条件39-42

    4.3.2 并行SAI预条件构造原理42-45

    4.3.3 高速飞行器算例结果与浅析45-49

    4.4 混合场积分方程(CFIE)中的并行SAI预条件技术49-57

    4.4.1 基本构造思想49-50

    4.4.2 算法构造基本流程50-52

    4.4.3 高速飞行器算例结果与浅析52-57

    4.5 电场积分方程中的多波前大规模并行直接求解策略57-61

    4.5.1 MUMPS原理介绍57

    4.5.2 并行MUMPS基本求解历程57-58

    4.5.3 高速飞行器算例结果与浅析58-61

    4.6 混合场积分方程中的多波前大规模并行直接求解策略61-65

    4.6.1 MUMPS程序参数调用流程61-62

    4.6.2 高速飞行器算例结果与浅析62-65

    4.7 基于特点谱信息的并行稀疏近似逆(SAI)双步预条件65-72

    4.7.1 双步预条件基本思想65-66

    4.7.2 并行双步预条件迭代算法流程66

    4.7.3 开放结构高速飞行器算例结果与浅析66-69

    4.7.4 闭合结构高速飞行器算例结果与浅析69-72

    4.8 本章小结72-73

    5 总结与展望73-74

    5.1. 全文总结73

    5.2. 展望73-74

    致谢74-75

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