[发明专利]时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场的并行计算方法

摘要

本发明公开了一种时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场的并行计算方法，包括步骤：建立重力波海面模型；重力波与张力波的截断频率k_c的确定，利用基尔霍夫求解重力波下的相干散射，利用小扰动近似求解张力波的Bragg散射；利用重力波调制张力波谱得到各面元下张力波的矢量场；利用Z‑BUFFER方法进行面元遮蔽判断；利用场的矢量叠加原理确定各面元下的矢量场的幅度与相位。本发明基于重力波调制张力波谱以及电大区域粗糙海面的时变多尺度回波特性特点，将张力波利用重力波进行调制，利用基尔霍夫和小扰动近似法结合CUDA并行计算大区域粗糙海面的散射场、和多普勒谱，实现时变多尺度电大区域粗糙海面雷达回波特性分析。

主权项

1.一种时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场的并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用叠加法基于海谱建立时变多尺度电大区域海面模型，根据不同的雷达参数，剖分为不同的面元，结合CUDA高性能并行计算方法，对海面每个点的高度进行并行建模，每个kernel对应每个点，提高建模效率；2)基于大尺度重力波分量成立条件与小尺度张力波分量成立条件，给出不同频率不同海情大尺度重力波与小尺度张力波的截断波数kcut；3)基于截断波数kcut，当面元为大尺度重力波时，利用面元基尔霍夫方法求得相干散射场，当面元为小尺度张力波时，利用面元小扰动近似方法得到基于大尺度面元本地坐标系下的张力波Bragg散射场，并利用Z‑Buffer方法对不同雷达照射下海面进行面元遮挡判断；4)利用重力波调制张力波谱的面元法及场的矢量叠加原理求得电大区域时变多尺度海面的电磁场的时间序列，最终得到场的多普勒谱；5)基于GPU利用CUDA对每个海面的面元进行并行计算，每个kernel计算单个面元的散射场，同时进行计算，并对时间循环，利用异步传输理论，提高并行效率，大大提高计算效率；将步骤3)基于入射频率与风速求得截断波数kcut，面元为大尺度重力波时，利用面元基尔霍夫方法求得相干散射场：其中，Z_x和Z_y为面元沿x方向与y方向上的斜率；(x₀,y₀,z₀)为每个面元的中心，为极化幅度系数，为入射极化波数矢量，为散射极化波数矢量，p,q＝h,v为入射波与散射波的极化方式；当面元为小尺度张力波时，利用面元小扰动近似方法得到基于大尺度面元本地坐标系下的张力波Bragg散射场：其中，ε为粗糙海面相对介电常数，为海面单个面元的法线矢量，为本地坐标系下的极化系数，为毛细波幅度，k_c为Bragg波长对应的波数，ΔS为面元大小，J_n(x)为n阶贝塞尔函数；利用Z‑Buffer方法对不同雷达照射下海面进行面元遮挡判断。