电大目标电磁散射中的并行预条件技术

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使用矩量法结合快速多极子算法可以对目标的电磁特性进行精确分析,受到单机计算能力的限制,并行计算是分析电大问题时一种必要的方案。矩量法是一种积分方法,需要求解稠密矩阵的解才能进行后续电磁参数的提取,但是电大复杂目标通常生成的矩阵条件数差,在使用迭代求解器求解此方程时通常都会出现难收敛甚至不收敛的现象。如果方程的解不能求出前面的工作将是徒劳的,所以预条件技术在分析电大与复杂目标时是非常必要的。稀疏近似逆预条件以其可并行度高的特点可以用于解决大型线性方程组难收敛的问题。稀疏近似逆构造时需要良好的稀疏策略与并行策略,这样才能实现高效率的求解。  本文采取的策略是以快速多极子最细层分组为最小单元,以基函数与组中心的距离来判定是否用于本组预条件矩阵的构造。分析纯金属目标与金属介质混合目标时使用的是不同的积分方程,生成的矩阵方程也是不同的,特别是金属介质混合目标由于介质剖分网格较密,会增加构造时间,本文针对这类问题采用了金属与介质不同的稀疏策略,可以大大的降低构造时间,从而提高了预条件的效率。本文同时提出了几种不同的加速方法来提高预条件效率,分别是使用FGMRES求解器结合稀疏近似技术、稀疏近似逆预条件结合级数展开技术、稀疏近似逆预条件结合多步谱预条件技术。上述几种加速方法针对一定范围的问题都可以获得不错的效果。使用矩量法分析天线时不需要加边界条件并且剖分未知量较少,所以可以用来分析电大尺寸的天线问题。使用矩量法分析天线时,由于结构与加源问题难收敛现象更加明显,所以把本文研究的并行预条件技术用于分析天线问题具有重要意义。本文重点分析了阵列天线、反射面、卫星天线的电磁特性,并且给出了天线的参数分析,通过实例发现预条件技术的引入可以大大提高分析此类问题的效率。
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