[发明专利]一种基于迭代方法的并行化时域混合电磁方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代方法的并行化时域混合电磁方法，包括：网格尺寸的计算，采用正方形面片将计算区域分为两部分，采用四面体网格剖分包围面内部区域以实现精确建模，使用六面体网格剖分包围面至计算区域边界的部分以节省计算资源；以均衡负载为原则，将参与计算的节点分成FDTD迭代和FVTD迭代两部分，计算每个节点上的网格量；根据网格上正常迭代需要用到的相邻网格物理量估算节点间的数据通信量，以数据通信量最少为设计目标，将网格分配到具体节点上实现最优并行方案；采用并行FDTD‑FVTD混合方法求解电磁问题，得出计算结果。本发明避免了阶梯化剖分以及网格量大的问题，有效利用计算机资源缩短了计算时间。

技术领域

本发明涉及电磁场数值计算技术领域，尤其涉及一种基于迭代方法的并行化时域混合电磁方法。

背景技术

雷达系统对识别目标和远程预测报警需要通过目标的雷达散射截面(RCS)来提供数据支撑和准确判断，大尺寸复杂形状目标RCS计算问题可通过时域电磁仿真进行一次计算获得宽频带仿真结果，并行化则有利于计算规模的扩大及计算时间的缩短。单纯使用并行化时域有限差分法(FDTD)计算电磁问题时，整个计算区域为一个长方体，网格均匀剖分为六面体网格，按虚拟拓扑方式将网格平均划分到各进程，以平衡各进程负载，使得网格交界面处的网格量达到最少即为最优并行方案。而单纯使用并行化有限体积法(FVTD)方法时，计算区域的网格剖分为四面体网格，按邻接区域平均分配网格到各个进程，并优化交界面网格数使其最少即可保证最优的并行加速比。

现有技术中，针对复杂电磁结构，单纯采用六面体网格剖分会将模型的边界阶梯化导致建模误差，单纯采用四面体网格剖分可实现精确建模但往往网格量巨大。采用混合网格建模计算则是一个有效手段，对于弯曲、细小或者倾斜结构采用四面体网格剖分，模型的其余部分采用六面体网格剖分，既能保证建模精度网格量又不至于过大。混合网格计算方法具有建模上的优势，但由于涉及到两种网格，两种计算方法，导致其并行化过程变得复杂。并行技术的使用会使得随着参与计算的进程数目不断增加计算时间迅速减少。而计算规模增大时，场值通信的交界面网格总量增加，从而取代通信机制效益成为影响并行效率的主要因素。而且，对于相同进程数目的情况下，并行方案不同时计算时间差别很大。因此，如何在有限的计算资源下获得最佳并行方案成为混合方法中需要解决的重要问题。

发明内容

针对模型阶梯化剖分、网格量巨大、并行过程复杂和存在两种网格的两种方法的计算问题，本发明的目的在于提供一种解决这些问题的基于迭代方法的并行化时域混合电磁方法。

为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

步骤1，根据目标的最高求解频率计算网格尺寸；

步骤2，使用封闭的正方形面片包围面包围目标表面；

步骤3，将计算区域分为两部分：采用四面体网格剖分包围面至目标表面的区域以实现精确建模，使用六面体网格剖分包围面至计算区域边界的部分以节省计算资源；

步骤4，根据网格上所采用的迭代方法及所消耗的计算量，以均衡负载为原则，将参与计算的节点分为不同的迭代类别，计算每个节点上的网格量；

步骤5，根据网格上正常迭代需要用到的相邻网格物理量估算节点间的数据通信量，以数据通信量最少为设计目标，将网格分配到具体节点上实现最优并行方案；

步骤6，采用并行FDTD-FVTD混合方法迭代求解，得出计算结果。

进一步地，所述的根据目标的最高求解频率计算网格尺寸，方法为：

对于目标在[f_min，f_max]频率范围内雷达散射截面RCS，采用以下公式计算FDTD方法的网格尺寸Δ：

Δ＝(c₀/f_max)/10