【摘 要】
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雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)是描述目标物体电磁散射特性的一个关键参数。如何高效得获取目标的RCS,尤其是对于复杂外形或电大尺寸目标的RCS获取,是一个值得深入
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雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)是描述目标物体电磁散射特性的一个关键参数。如何高效得获取目标的RCS,尤其是对于复杂外形或电大尺寸目标的RCS获取,是一个值得深入研究的热点课题。为了满足复杂散射问题的计算需求,搭建一套能胜任RCS计算任务的计算系统具有重要的实用价值。由于矩量法(Method of Moments,MoM)存在O(N~2)时空复杂度问题,具有O(NlogN)时间复杂度和O(N)空间复杂度的多层快速多极子算法(Multilevel Fast Multipole Algorithm,MLFMA)成为了实现高效RCS计算系统的可选方案。然而受限于单台计算机的计算能力和内存容量,单进程MLFMA无法用于求解数百万未知量等级的散射问题。当今多核CPU技术所带来的计算能力进步和商用计算机的成本降低为本文搭建基于并行MLFMA的RCS计算系统提供了良好的硬件环境。以计算效率为重要指标的RCS计算系统需要高性能并行MLFMA计算方法的支持。针对并行MLFMA的并行效率问题,为了实现高效近场相互作用计算,本文将近场相互作用阻抗矩阵按照基于贪心算法的负载均衡策略分配给各个计算进程;为了加速MLFMA的远场相互作用计算过程,本文使用基于莫顿键技术编号的分布式八叉树来存储大规模散射问题中产生的大量非空组划分盒,使用离散层-过渡层-共享层式结构的混合划分策略来分配八叉树各层中的非空组和平面波,并基于MPI协议设计了通信成本较低的聚合、转移和配置过程。相关数值实验表明,在解决800多万个未知量的大规模散射问题时,本文所设计的并行MLFMA计算方法表现出了13倍左右的加速比,突破了单进程MLFMA的计算瓶颈,把单进程计算时间从6小时20分钟直接缩短到28分钟。
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