并行多层快速多极子算法的最细层处理改进

基于消息传递平台（message passing interface, MPI）,从多层快速多极子算法（multilevel fast multipole algorithm, MLFMA）实施过程出发,实现了飞行器雷达散射截面 (radar cross section, RCS)的并行计算,提出一种新的并行设计方案。改进了基于立方体组的并行处理技术,减少了最细层计算的通信量;考虑到内存的主要组成部分,为提高算法并行效率,采用一种用于积分方程中近组作用矩阵的并行处理方法,对其采用按行平均分配到各计算结点的方法组建相关矩阵元素,使该部分通信量为零,各节点可独立计算并节省内存;同时优化了其他物理量的内存分配。算例说明,所提方法可明显提高计算效率,并具有精度好、负载均衡优良的特点。     

三维局部多层快速多极子算法

为了进一步加速多层快速多极子算法求解电大尺寸目标电磁散射,提出了一种基于局部耦合技术计算矩阵矢量相乘的多层快速多极子方法。通过在迭代过程中设置与迭代误差相关的最初层,每次迭代仅仅需要考虑局部的耦合区域。该方法在保证合理计算精度的同时大大降低了迭代过程中矩阵矢量相乘的计算复杂度,提高了多层快速多极子方法计算效率。数值结果说明了所提方法的有效性。     

多层快速多极子法的内存占用与控制分析

从多层快速多极子算法的内存组成出发,建立了内存与未知数之间的关系,首次提出了网格划分尺寸与入射波长之比和多极子模式数对内存的影响。入射频率不变而网格划分尺寸减小时,聚合配置量内存与总未知数成正比,稀疏矩阵内存与相关未知数数目成平方关系,总内存迅速增加。网格不变而频率降低时,若分层数相同,稀疏矩阵内存不变,聚合配置量内存随频率降低而减小;若分层数降低,稀疏矩阵内存平方递增;若频率成偶数倍关系,聚合配置量占用内存不变,总内存振荡增加。改进模式数的精度控制后,提高了精度,但聚合配置量内存相应增加,总内存随之增加。     

电特大目标散射的多层快速多极子高性能计算

针对电特大目标散射的并行多层快速多极子计算中出现的构造几何信息树所需资源过多、保存远场模式所需内存过大及计算雷达散射截面时间长等问题,根据主流并行计算机架构以及电特大目标的特点,提出了解决方案,实现了电特大目标散射的高效精确计算。通过对未知数超过5亿、电尺寸达到几千个波长的电特大目标的数值实验,表明本文方案的精确性和高效性。     

快速多极子算法在电流步进法中的应用

基于电流步进法利用双表面磁场积分方程有效计算三维导体电磁散射的优点,提出了一种结合快速多极子和电流补步进法的改进算法。根据电流步进法前向-后向迭代以及使用新值进行计算的高斯-塞得尔迭代的特点,算法将修改后快速多极子算法引入到电流步进法的计算中,加快了原始算法的计算速度。在迭代的过程中,通过快速多极子方法降低了原有的计算量。给出了算法的具体步骤,通过仿真实验证明了算法的有效性。     

基于多区迭代的多导体目标散射分析

多目标电磁散射在诸如雷达目标特性分析与识别、军用目标隐身与反隐身等实际工程中有着很强的研究价值.利用多区域迭代方法将原问题划分为若干个子域进行迭代求解,采用基于曲面RWG基函数的多层快速多极子方法计算各区域内的电流分布与区域间耦合.计算结果表明,利用该方法,在保证精度的前提下,能够很好地节省计算的存储量,对存储量的需求从O(NlogN)减为O(N<,max>logN<,max>),适合于多导体目标散射求解.     

求解多目标二层规划的多目标进化算法

提出了一个求解多目标二层规划问题的多目标进化算法.用传统优化算法求解下层规划中用权向量线性加权后得到的单目标问题,而对上层的多目标规划问题则采用基于NSGA-II的选择机制的多目标进化算法求解.数值试验表明所提出的算法是有效的.     

快速约束多目标进化算法及其收敛性

针对进化算法收敛速度缓慢、容易陷早熟的问题,提出了约束多目标优化问题的一种新的快速进化算法. 设计了能够从可行解空间和不可行解空间同时搜索的交叉算子,将约束条件和目标结合在一起,引入一种新的偏序关系用于比较个体之间的优劣,提出一种新的Niche值计算方法作为维持种群均匀性的主要动力,并采用已搜索解集避免了算法的重复搜索. 在此基础上, 设计了具有全局搜索能力的进化算法, 并证明了算法的收敛性. 仿真结果表明,与同类进化算法相比, 该算法能够快速收敛到Pareto前沿,并能很好地维持种群的多样性.     

区间数多目标多模式运输问题的模糊规划方法

在不确定性运输问题研究现状的基础上,建立了目标函数费用系数、可供应量、需求量均为区间数的多目标多模式运输问题(MOSTP)数学模型。根据参数的实际意义和区间数的序关系,将区间数MOSTP转化为确定性的MOSTP,并将区间数约束转化为确定性的不等式约束。通过运用模糊折衷规划方法求解,得到了区间数MOSTP的最优折衷解。最后,采用具体算例说明了该方法的求解过程。     

一种简化的交互多模式算法

通过对交互多模式(IMM)算法在机动目标跟踪中的分析,发现该算法在实现过程中滤波模式的确定和模式间转移概率的确定,要求具有一定的经验知识,对不能获得准确先验知识的研究带来了一定的困难。针对这种情况,研究了一种简化的IMM算法跟踪模型,该模型通过检测目标是否发生机动,自适应调整Kalman滤波(KF)的部分参数,从而实现不受IMM算法中有限模式集合限制的机动目标跟踪。通过仿真实验,证明了该算法在机动目标跟踪性能方面与IMM算法具有相似的效果,而在计算复杂度和对先验知识的要求方面有所降低     

Improvement and performance of parallel multilevel fast multipole algorithm

The method of establishing data structures plays an important role in the efficiency of parallel multilevel fast multipole algorithm(PMLFMA).Considering the main complements of multilevel fast multipole algorithm(MLFMA) memory,a new parallelization strategy and a modified data octree construction scheme are proposed to further reduce communication in order to improve parallel efficiency.For far interaction,a new scheme called dynamic memory allocation is developed.To analyze the workload balancing performance of a parallel implementation,the original concept of workload balancing factor is introduced and verified by numerical examples.Numerical results show that the above measures improve the parallel efficiency and are suitable for the analysis of electrical large-scale scattering objects.     

Fast 3D EM scattering and radiation solvers based on MLFMA

As the fastest integral equation solver to date, the multilevel fast multipole algorithm （MLFMA） has been applied successfully to solve electromagnetic scattering and radiation from 3D electrically large objects. But for very large-scale problems, the storage and CPU time required in MLFMA are still expensive. Fast 3D electromagnetic scattering and radiation solvers are introduced based on MLFMA. A brief review of MLFMA is first given. Then, four fast methods including higher-order MLFMA （HO-MLFMA）, fast far field approximation combined with adaptive ray propagation MLFMA （FAFFA-ARP-MLFMA）, local MLFMA and parallel MLFMA are introduced. Some typical numerical results demonstrate the efficiency of these fast methods.     

Efficient analysis of dielectric radomes using multilevel fast multipole algorithm with CRWG basis

A full-wave analysis of the electromagnetic problem of a three-dimensional （3-D） antenna radiating through a 3-D dielectric radome is preserued. The problem is formulated using the Poggio-Miller-Chang-Harrington- Wu（PMCHW） approach for homogeneous dielectric objects and the electric field integral equation for conducting objects. The integral equations are discretized by the method of moment （MoM）, in which the conducting and dielectric surface/interfaces are represented by curvilinear triangular patches and the unknown equivalent electric and magnetic currents are expanded using curvilinear RWG basis functions. The resultant matrix equation is then solved by the multilevel fast multipole algorithm （MLFMA） and fast far-field approximation （FAFFA） is used to further accelerate the computation. The radiation patterns of dipole arrays in the presence of radomes are presented. The numerical results demonstrate the accuracy and versatility of this method.     

电流步进法实现低频区RCS可视化计算

基于电流步进法的原理,导出了求解任意理想导体目标在照明区及阴影区感应电流佘式,弥补了物理光学在计算目标阴影面的精确电流的不足。通过对目标表面按照入射雷达波波长进行剖分,可获得散射体表面在离散表示式,利用此感应电流的离散方程组,在入射电磁波方向前向/后向反复迭代,可得到积分电流的唯一值,通过Stratton-Chu积分公式,可得到飞行目标雷达散射截面积(RCS),该方法收敛迅速,适合低频复杂目标计算。计算结果与试验结果吻合良好。     

基于修正Rife算法的正弦波频率估计及FPGA实现

Rife算法的基础上,通过对输入信号进行频谱搬移,给出了一种修正Rife(MRife)算法。该算法易于并行实现。Monte Caro仿真表明,MRife算法具有频率估计精度高、整个量化频率范围内性能平稳等优点。当SNR(信噪比)大于0 dB时,MRife算法频率估计均方根误差接近克拉美-罗限(CRB,Cramer-Rao bound)。为了提高算法FPGA实现时的系统运行速度,提出使用FFT运算后的实/虚部代替FFT模进行插值,仿真表明对MRife算法性能影响不大。最后,将MRife算法在单片FPGA芯片内进行了硬件设计。布局布线后的时序仿真结果表明,该设计能够对输入数据速率为200 MHz的信号进行实时频率估计,数据不堆积。