项目名称: 复杂电磁问题的快速算法研究

项目编号: No.60801040

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 电工技术

项目作者: 史琰

作者单位: 西安电子科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 复杂目标的电磁散射问题以及复杂环境下的电磁兼容问题一直是国防工业和民用技术中迫切需要解决的关键问题,且随着近年来材料技术的快速发展,使如何分析新材料的电磁特性并将其成功应用到国防及民用工业中成为了亟待解决的问题。本项目针对当前国内外在复杂目标电磁问题全波算法中的薄弱环节而展开,深入研究了振荡函数的插值理论,发展了高效的插值关键技术,为与积分核无关的快速算法的发展奠定了基础;立足国防工业和实际工程应用的需求,在全面研究基于树型结构快速算法的基础之上,首次提出了周期树型结构,解决了传统的快速算法处理微波天线与集成电路、电磁新材料的周期结构问题时计算效率低下及内存资源消耗巨大的问题;深入研究了高阶算法、迭代算法、以及预条件技术,同时将相应的高效策略应用于包含双各向同性媒质/各向异性媒质等复杂媒质与金属混合目标的电磁问题仿真之中,为发展复杂目标电磁全波仿真软件提供有力的技术支撑;建立了金属与复杂介质混合目标的电大尺寸电磁工程软硬件仿真平台,发展了以MPI、OpenMP、GPU三种模式为基础的快速并行算法,攻克了电大尺寸复杂电磁问题求解的瓶颈。

中文关键词: 与积分核无关;周期树型结构;迭代;预条件;并行算法

英文摘要: Electromagnetic (EM) scattering from complex objects and electromagnetic compatibility (EMC) in complicate environment have always been key problems to be solved in national defense industry and civil technology. And with rapid development of material techniques, it becomes an urgent problem to analyze new materials and apply them into industry for national defense and civil economy. According to current domestic and international difficulties in full-wave simulations of complicate electromagnetic objects, the interpolation method for the oscilating functions has been developed in this project. The development of some highly efficient interpolation techniques laid a solid basis for the improvement of the kernel-independent fast algorithm. Considering the demands in national defense industry and practical engineering application, a periodic octree-based algorithm has been proposed to solve time- and memory-consuming problems of conventional octree-based fast algorithms in the analyses of microwave antennas and integrated circuits and periodic sturctures of metamaterials. The higher-order, iterative and preconditioning algorithms have been studied in details, and the corresponding highly efficient techniques have been applied to solve the complicate EM problems including conducting and bi-isotropic/anisotropic objects, which provides the important technique support for development of the full-wave EM simulation software. The software and hardware EM engineering simulation platforms for electrically large complex objects have been constructed, and the parallel algorithms based on MPI, OpenMP and GPU have been developed to overcome the bottleneck in the simulation of the electrically large complex EM problems.

英文关键词: kernel-indepedent; periodic octree-based algorithm; iterative;preconditioning; parallel algorithm

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