文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
并行FDTD的实现与在电磁散射中的应用
姓名:徐藻
申请学位级别:硕士
专业:电磁场与微波技术
指导教师:曹群生
20090101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
对复杂目标的电磁散射特性进行快速、高效的分析,具有重要的理论意义和实用价值。但
是,随着所关心目标的电尺寸不断增大,求解过程需要的内存和 CPU 等计算资源变得非常巨大,
限制了单机的求解能力。为解决此问题,并行计算技术被应用到电磁学的计算当中。
本文研究了基于 MPI 的并行时域有限差分方法的实现与应用,分别应用了和提出了“通
信与计算相重叠”、“并行时域外推技术”两种不同的并行优化方法:第一种是设法加大计算
时间相对于通信时间的比重,减少通信时间的开销,从而获得了更为理想的加速比;第二种则
是在传统散射的近—远场外推(投盒子方法)的基础上,让每个处理器都去同时处理六个面。
利用了重合的“虚假”的外推面电磁流互相抵消的性质,最终保留了“真实的”外推面(惠更
斯面)的贡献。这样负载更加均衡,并行的效率也更高。
在此基础上,本文进行了一系列的计算机仿真实验,特别是针对复杂电大尺寸目标电磁散
射的问题,通过网格模型的可视化显示,验证了复杂模型建立的正确。运用并行的 FDTD 方法
对各种复杂目标的电磁散射特性进行分析,求出了相应的雷达散射截面(RCS),我们的并行
计算结果同解析解以及串行 FDTD 结果进行了比较,确认了我们的并行 FDTD 方法的有效性,
同时也确认了我们的高性能计算的准确性和高效性。
最后,在对复杂目标进行了电磁散射并行计算的基础上,应用“优先级覆盖”的建模方法,
解决了三维复杂目标多层介质散射计算的困难,以及在复杂目标上加上表面涂层的散射问题,
从而使得我们的并行 FDTD 求解器更加有效。
关键词:并行计算,时域有限差分,电磁散射,网格模型
I
并行 FDTD 的实现与在电磁散射中的应用
ABSTRACT
The fast and efficient analysis of the properties of the ic scattering for plex
targets is very important and it has theoretical and practical value. However, with the increasing of
the electrical size of the targets we concern about, CPU and memory resources which are needed in
puting process e very huge. This condition limits the ability of solution on the
practical problems if use the puter only. To figure out such problems, the parallel
technology has been applied to putational ism.
In this thesis, we have researched the realization and application of the parallel finite difference
time-domain method based on the MPI skill, and have developeed two kinds of the parallel
optimization techniques, one is trying to enlarge the ratio resulted from munication time with
those putational, and led to reduce the cost on munication, so we can obtain the better
speedup; the next is allowing each processor to deal with six surfaces based on the traditional method
of the near to far field transformation in the scattering cases (namely, the casting box method).
Using the property of the same false