基于GPU并行加速的目标分离过程电磁散射特性分析

发布时间：2020-06-28 03:42

【摘要】：如何进行电大尺寸目标电磁散射问题的高效求解,尤其是在复杂目标分离过程中如何正确处理接合面情形以及如何高效重复利用公共信息,对于雷达系统的设计和实现都有着非常重要的意义。近年来,结合离散伽略金方法(IEDG)的传统特征基函数算法(originalCBFM)与改进特征基函数算法(本文称CBFM)以及由此衍生出的多层特征基函数算法(MLCBFM)作为精确高效的电磁散射求解方法已经受到了人们广泛的关注。受制于传统的串行结构,通过提高CPU主频来加快运算速度已经遇到很大的困难,而且提升效果非常有限。与此相反,GPU虽然本来是为图形图像处理目的而设计,却逐渐进军大规模高性能并行计算技术领域,并且得到了迅速的发展。目前GPU大规模高性能并行计算已经在众多领域取得了优异的成绩,例如计算电磁学、天文计算、医学图像等。目前市面上各种电磁仿真计算软件核心模块绝大多数是由CPU代码写成,计算速度较慢,计算效率很低,并且不具备动态仿真功能,或者需要通过脚本文件等复杂的工具来实现这一功能。本文选取电大尺寸目标为模型,以复杂目标分离过程中各个姿态的频域电磁散射问题为背景,通过研究结合IEDG的CBFM以及MLCBFM,并对算法的并行模块进行了 GPU加速优化,稳定地仿真了电大尺寸目标和复杂目标分离过程中的各个姿态单站模式下的雷达散射截面积(RCS)。经过优化,GPU版本软件相比CPU版本速度有了明显的提高,而且适用范围很广,工程应用中性能非常出色,因此具有很高的实用价值。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN011
【图文】：

三角形面,公共边,导体目标,等效电流

图２．１邋—对有公共边的三角形面元模型逡逑空间三维导体目标表面的电场积分方（邋１逦Ａ逡逑Ｅｍｃ｛＇：）邋＝邋）０）逦，ｒｅＳＶ邋＾逦／逡逑在三维问题中满足如下等式：逡逑Ａ（ｆ）邋＝邋＾＼ｓＪｓ（ｒ＇）Ｇ（ｒ，ｒ＇）＾Ｓ＇对目标表面的等效电流进行展开，选），可得矩阵方程形式如下：逡逑ＹｊＺｎＪｎ＝Ｋｎ邋ｍ邋＝ｎ＝＼逡逑条边待求的表面电流系数，且其中：逡逑（０？／？逦（＾）邋Ｖ；／？邋（Ｆ）邋ｊＧ（

示意图,理想导体,空间划分,示意图

Ｚｅｓｔ逡逑ＺｅＵ逡逑图２．３传统ＭＯＭ阻抗矩阵分块提取示意图逡逑可以用％和％分别表示l捄停７较蛉肷淦矫娌ǖ牟裳Ｄ敲醋芄簿陀绣义细銎矫娌ḿだ谑强梢缘玫焦婺Ｎ募だ卣螅郑唬Ｕ攵藻义厦扛觯茫拢疲罂椋梢酝ü蠼庀铝邢咝韵低撤匠痰玫匠跏继卣骰哄义希冢驽澹剩蓿拢疲箦澹剑兀祝渝危ǎ玻玻福╁义掀渲校辏蚴枪婺Ｎ狽B邋ｘ邋的矩阵，表示第中＝１，２，…，Ｍ）个块内尚未截断的特征逡逑基函数。然后，通过去掉属于延伸部分的电流权重系数来进行截断，此时就可得到初始逡逑块内（未延伸）的特征基函数，规模也被所缩减为ＭｘＡｙＶ＾。尽管由于目标是电大尺逡逑寸结构，传统ＭＯＭ矩阵方程的规模可能很大，但是每个ＣＢＦｓ块的尺寸还是可以控制逡逑在一个可以接受的范围内。计算初始特征基函数时需要求解式（２．２８）逦次，因为逡逑每个激励采样点都需要计算一次。逡逑通常

【参考文献】