并行FDTD算法實(shí)現(xiàn)及在海面電波損耗仿真中的應(yīng)用.pdf

1、海洋在地球上占有大量面積，而現(xiàn)代通信遙感等技術(shù)離不開對海面電磁問題的研究。考慮到海上實(shí)地測量的成本與難度等因素，電磁仿真方法是一個(gè)很有研究價(jià)值的方案。FDTD方法可以很好地對各種電磁場問題進(jìn)行數(shù)值仿真，但是在處理電大尺寸問題時(shí)，計(jì)算難度較大。
　　針對上述問題，本文基于OpenCL接口，采用GPU實(shí)現(xiàn)并行滑動窗FDTD算法，完成了對海面上電波傳播過程的模擬，得到了電波傳播過程中的損耗情況。主要內(nèi)容包括，基于OpenCL通過GPU快

2、速生成海面高度數(shù)據(jù)、基于OpenCL實(shí)現(xiàn)并行三維FDTD算法及邊界條件、對典型參數(shù)海面進(jìn)行仿真，分析信號衰減特性。本文在AMDA86600K CPU及AMD R7260X GPU上完成了上述內(nèi)容的代碼編寫與調(diào)試，運(yùn)算速度相比CPU獲得了較大提升，仿真結(jié)果與理論相符，具體研究如下：
　　首先，論述了線性海面的生成方法并推導(dǎo)了基于快速傅里葉變換產(chǎn)生二維隨機(jī)海面的公式。考慮到在處理較大尺寸海面時(shí)，需要進(jìn)行大量計(jì)算，本文基于OpenCL，

3、在GPU上實(shí)現(xiàn)了海浪譜的并行生成以及并行快速傅里葉變換，節(jié)約了海面生成的時(shí)間。通過生成結(jié)果與理論數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了所生成海面的準(zhǔn)確性。
　　其次，本文基于OpenCL在GPU上實(shí)現(xiàn)了并行FDTD算法。分別采用直接計(jì)算、基于向量類型、三維網(wǎng)格內(nèi)存共享這三種不同的并行方案，實(shí)現(xiàn)了FDTD算法中的普通更新方程的迭代過程，并對比了這三種方法的性能表現(xiàn)。然后分別在GPU上實(shí)現(xiàn)了一階吸收邊界的并行計(jì)算以及CPML邊界的并行計(jì)算。最后，實(shí)現(xiàn)了滑動