并行矩量法在大型天线天线罩分析中关键技术研究

1、并行矩量法在大型天线及天线罩解析中要点技术研究并行矩量法在大型天线及天线罩解析中要点技术研究并行矩量法在大型天线及天线罩解析中要点技术研究并行矩量法在大型天线及天线罩解析中的要点技术研究电磁散射和辐射特色解析对于大型阵列天线、机载天线、天线罩等复杂系统的设计拥有重要意义,但拥有细节构造的电大目标的高精度仿真需要巨大的储藏量和计算量,因此长远以来都是电磁仿真计算领域的挑战性课题。近些年,国内高性能超级计算机的高速发展为精确仿真国家重要战略工程的电磁问题供应了强有力的基础。本文在矩量法的基础上结合超级计算机的大规模并行计算技术来提高矩量法的电磁计算能力,解决了好多重要工程应用问题。针对机载天线、大

2、型共形阵列天线及天线罩等多尺度问题,本文在并行矩量法的基础上,研究了其加速算法,多算法共同计算,基于等效源的盒子外推方法来提高计算效率。特别是共同算法可以快速有效地解决机载天线解析问题。本文第一从等效原理出发,推导了可用于解析任意均匀资料组合问题的通用积分方程,提高了矩量法在办理复杂问题时的通用性。为了实现矩量法中的般配源与般配负载,研究了波端口的构造理论,并在高阶基函数矩量法中实现了波端口建模,使得高阶基函数矩量法可以用于解析滤波器、波导行波天线等问题。针对当前矩量法中最常用的RWG基函数和高阶基函数,分别从网格划分、计算精度、计算资源耗资等方面详细比较了两种基函数的优缺点,解析了不同样基函

3、数的适用途景,为实质工程应用中的基函数选择供应指导建议。为了扩大矩量法解决问题的规模,结合超级计算机引入了大规模并行技术和多层快速多极子技术。对于复杂构造、复杂资料等不适合快速算法的问题,采用大规模并行加速方案进行求解。并分别在西安电子科技大学高性能计算集群系统、广州超级计算中心的“天河二号”两个通用平台和国家超级计算济南中心的“神威蓝光”国产平台上测试了两种基函数矩量法的并行效率。其中RWG基函数矩量法在西安电子科技大学高性能计算集群上以480核为基准,并行规模达1440CPU核时并行效率80%以上,“天河2号”上高阶矩量法在以2500核为基准,扩展到十万核时的并行效率约为45%。在“神威蓝

4、光”平台上,RWG基函数从1024核扩展到1万核时并行效率70%左右,高阶矩量法从600核扩展到12000核时并行率65%以上。经过测试解析给出了这三个计算平台中充发散挥计算机性能的内存使用率范围。针对多尺度问题,为了发挥不同样算法的优势,提高计算效率,本文建立了多算法共同计算的一致架构。将复杂问题依照自己每个地域的构造、资料、馈电等特色进行地域划分,每个地域采用最适合办理该种类问题的算法,尔后将各个地域作为子节点依照网络拓扑方式管理起来。不同样地域间拓扑上相互隔断,地域间的耦合作用转变成近场经过网络总线传达。共同算法在办理多尺度电大问题中是一种特别高效的方法,结合矩量法和多层快速多极子可以快速解析机载天线等平台级的问题。在并行矩量法的工程应用中,针对大型共形阵列提出的基于等效源的盒子外推法,第一采用并行矩量法提取出足够大的子阵等效源,尔后经过平移、旋转等效源来快速合成阵列的辐射方向图。文中采用该方法解析了一个包含7万多单元的共形阵列天线,证了然该方法在办理大型阵列天线中的高效性;针对带罩天线一体化解析及天线罩优化问题,文中采用并行高阶矩量法结合超级计算机提取去出带罩天线的本征解,尔后在工作站上经过本征解快速合成相控阵天线的波束扫