基于Bézier曲面四边形剖分的高阶矩量法研究

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矩量法是基于积分方程分析电磁问题的重要方法之一。传统的矩量法通常采用RWG基函数,由于RWG基函数的支集是平面三角形对子且基函数是低阶的,必须将目标表面剖分成小面片,离散尺度在十分之一个波长左右。因此,传统的矩量法产生的未知量非常多,使矩量法的计算复杂度和存储复杂度都非常高。为了克服这个缺点,已经发展了多种快速矩量法,这些快速算法可以有效地降低计算复杂度和存储复杂度。降低计算复杂度和存储复杂度的另一个途径是将曲面高阶基函数引入矩量法。这样,剖分尺度可以随基函数阶数的提升而增大,能显著地减少未知量个数,从而降低计算复杂度和存储复杂度。目前,高阶矩量法的研究已成为计算电磁学的一个热点。本文主要研究基于Bézier曲面四边形建模的高阶矩量法(HMoM),并建立基于ACA矩阵压缩和多核CPU并行的加速方案。本文的主要工作如下:  1.建立了目标表面的Bézier曲面四边形剖分模型。通过理论和实验分析,并与传统Lagrange插值曲面剖分模型比较,验证了这样的Bézier曲面四边形剖分模型。随着几何面片阶数的提高,这样的Bézier曲面四边形剖分模型的精度明显优于Lagrange插值曲面剖分模型。  2.提出了基于Bézier曲面四边形面片上的Lagrange高阶叠层向量基函数,这样的高阶基函数具有准正交性,因此不仅在几何表面模拟方面有较高精度,而且能够更准确地描述等效表面电流,从而生成良态的矩量法矩阵。数值算例验证了这种高阶矩量法的正确性。  3.将ACA矩阵压缩技术引入基于Bézier曲面四边形剖分的高阶矩量法模型。利用八叉树结构对近、远场相互作用进行划分,各层的次相邻组之间的相互作用通过ACA技术压缩,从而降低矩阵的存储量并加速矩阵-向量积的计算。数值算例验证了这种加速方案的可行性和加速效果。  4.提出了基于Bézier曲面四边形剖分的高阶矩量法算法在OpenMP支持的多核平台上并行版本的一个实现。
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