GPU在矩量法與物理光學(xué)法中的應(yīng)用研究.pdf

1、電磁散射問題是民用與軍用目標(biāo)特性重要的研究內(nèi)容，其高效率的求解算法一直是計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。近年來，隨著硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型的電磁學(xué)求解平臺(tái)—圖形處理單元(GPU)，正引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和研究。
　　本文將GPU這一新型硬件技術(shù)應(yīng)用在了具有代表性的兩種典型電磁學(xué)方法：低頻全波的矩量法與高頻近似的物理光學(xué)法。其中，矩量法采用CUDA通用計(jì)算平臺(tái)，物理光學(xué)法采用跨平臺(tái)的OpenGL圖形函數(shù)接口庫。具體研究工作及貢獻(xiàn)包括

2、以下方面：
　　(1)從麥克斯韋方程組出發(fā)，輔以本構(gòu)方程、邊界條件，推導(dǎo)了用于求解理想導(dǎo)體散射場的電場、磁場、混合場積分方程；從等效原理出發(fā)，推導(dǎo)了用于求解理想介質(zhì)散射場的PMCHW方程；在此基礎(chǔ)上，研究了基于RWG基函數(shù)的矩量法，以及使用矩量法求解上述積分方程。
　　(2)研究了物理光學(xué)法的原理，并從Stratton-Chu方程出發(fā)，借鑒Gordon算法，推導(dǎo)了散射場的求解公式；提出了將一種高效的圖形學(xué)算法應(yīng)用在物理光學(xué)法

3、的可見面探查中，即基于MacDonald-Booth最優(yōu)開銷函數(shù)的表面積啟發(fā)式算法構(gòu)建高性態(tài)KdTree。
　　(3)實(shí)現(xiàn)了GPU加速混合場積分方程求解理想導(dǎo)體散射場；提出了GPU加速PMCHW方程求解理想介質(zhì)散射場；在理想情況下利用GPU高性能計(jì)算技術(shù)可以將傳統(tǒng)矩量法中的阻抗矩陣填充、迭代求解每一步時(shí)間復(fù)雜度從O N分別降為2(1)K O與()KO N。()2
　　(4)實(shí)現(xiàn)了GPU在物理光學(xué)法中的應(yīng)用。通過使用OpenG