文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
FDTD与MPSTD并行算法在电磁散射中的应用研究
姓名:李伟峰
申请学位级别:硕士
专业:电子科学与技术
指导教师:杨虎
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
目标的电磁散射特性研究是计算电磁学的一个重要方面,广泛应用于雷达探
测、遥感卫星对地观测、目标识别等领域中,具有很高的工程应用价值。目前,
获取目标电磁散射特性的技术途径主要有三种:实验测量、解析方法和数值方法。
由于数值方法具有快速、准确、低成本等优势,该方法得到了越来越广泛的工程
应用。
但是,由于实际目标往往是电大尺寸的,单台计算机在处理速度、内存需求
等方面都已远远满足不了计算需求。所以,采用并行计算技术,将计算任务分解
成若干可单独执行的小规模计算任务,是一种有效扩大仿真规模,提高仿真效率
的途径。此外,计算机集群技术的发展,使利用普通商用计算机通过网络互联来
达到并行计算成为可能。
在众多的电磁仿真技术中,时域数值方法是分析复杂系统宽带电磁特性的有
力工具,可实现对物理量和物理现象更深刻、更直观的理解,且经过简单的时频
变换即可得到宽带范围的频域信息。因此,结合 PC 集群,开展并行时域算法研究,
对解决电大尺寸问题具有很强的现实意义。本文主要工作包括:
,研究了基于分布式内存的 MPI 并行技术和基
于共享内存的 OpenMP 并行技术,并对并行性能评估参数进行了分析。
,以判定网格点和闭合目
标关系为出发点,对其中的基本原理和关键步骤进行了详细介绍,并通过实例验
证了该方法的可行性与正确性。
FDTD 的算法原理,对其中的区域分割和数据交换进行了
深入分析,并通过采用 CPML 吸收边界,使吸收边界的并行化处理完全融入到
FDTD 的并行过程中。通过算例,验证了并行 FDTD 算法的准确性与有效性。在
此基础上,采用 MPI 和 OpenMP 相结合的两级并行策略,提高了并行性能。
(MPSTD)原理的基础上,结合并行 FDTD
实现原理,对并行 MPSTD 算法中的区域分割和数据交换进行了分析,初步实现了
并行 MPSTD 算法在电磁散射问题中的应用,并通过算例验证了该算法的准确性与
有效性。

关键词:时域有限差分法;多区域伪谱时域算法;并行计算;MPI;OpenMP;
电磁散射
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
The study about EM scattering characteristics is important in ism,
which is widely used on target tracking radar, remote sensing satellites detecting, radar
target recognition technology, and it is great valuable to engineering. Nowadays, it
consists of three main methods to get the EM scattering characteristics which are named
by experiment methods, analytical methods and numerical algorithms. Among them, the
numerical algorithms are more and more widely applied in engineering because of the
fast, accurate and low-cost advantages.
However, because the practical objects are always electrical large, a single
computer's processing speed and memory are far from meeting these needs. Therefore,
with the use of puting technology, computing task could be posed,
and plexity of simulation can be effectively promoted, the simulation efficiency