基于GPU的目標(biāo)電磁散射彈跳射線法.pdf

1、高頻近似方法中的彈跳射線法（Shooting and Bouncing Ray，SBR）是用射線管來模擬電磁波在目標(biāo)表面的傳播和散射情況，十分適合于復(fù)雜目標(biāo)的電磁計(jì)算問題。然而由于射線管數(shù)量的巨大，射線管的追蹤和電磁計(jì)算非常耗時(shí)，極大的限制了SBR方法在電磁散射計(jì)算中的應(yīng)用。主要討論了如何充分的利用現(xiàn)有技術(shù)提高SBR的計(jì)算效率，使用層次包圍體(Bounding Volume Hierarchy，BVH)加速樹和基于GPU的CUDA并行計(jì)

2、算技術(shù)，這兩種加速方法的混合使用能夠顯著的提高SBR方法的計(jì)算效率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了傳統(tǒng)SBR方法的實(shí)現(xiàn)過程。首先生成射線管，在虛擬孔徑面上分裂出初始化射線管；然后對(duì)射線管進(jìn)行追蹤更新，即射線與目標(biāo)三角面元求交和射線管的電磁場(chǎng)強(qiáng)度更新；最后對(duì)每根發(fā)生更新的射線管使用物理光學(xué)法(Physical Optics，PO)求解其雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)，目標(biāo)整體RCS為每根射線管RC

3、S之和。并使用SBR方法計(jì)算了幾個(gè)模型與FEKO軟件的計(jì)算結(jié)果做對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的有效性，能夠適用于多次散射情況的電磁計(jì)算問題。⑵介紹了BVH加速樹用來提高SBR方法的計(jì)算效率。首先介紹了四種類型的包圍盒性能，選擇使用軸向包圍盒(Aligned Axis Bounding Box，AABB)來包圍目標(biāo)面元；然后介紹了中分和表面積啟發(fā)剖分(Surface Area Heuristic，SAH)兩種空間劃分方法，并使用中分或SAH方法反復(fù)

4、對(duì)目標(biāo)面元空間進(jìn)行劃分進(jìn)而構(gòu)建出所需的BVH樹；最后詳細(xì)描述了射線與BVH樹的有堆棧遍歷方法。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：BVH樹能夠能夠顯著的減少單根射線管的追蹤更新時(shí)間，其加速效果與樹的深度成正比，并且SBR方法的計(jì)算精度不是取決于目標(biāo)三角面元尺寸，而是取決于單根射線管的尺寸。⑶介紹了基于GPU的CUDA并行計(jì)算技術(shù)來進(jìn)一步提高SBR方法的計(jì)算效率。為了能夠在GPU上處理帶BVH樹的SBR方法，首先介紹了CUDA編程模型；然后詳細(xì)描述了超大數(shù)

5、量射線管任務(wù)在GPU上的處理方法，接著使用線索來增強(qiáng) BVH樹并介紹了線索的添加過程；最后詳細(xì)討論了射線在帶有線索的BVH樹上的無(wú)堆棧遍歷方法，這種遍歷方法可以減少了無(wú)必要的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的遍歷和數(shù)據(jù)的壓棧出棧。數(shù)值結(jié)果表明：GPU能夠提高大量射線管的追蹤的計(jì)算效率，在不超過GPU的計(jì)算能力外時(shí)，射線管的數(shù)量越多，GPU所提供的加速效果越明顯。⑷將基于GPU的SBR方法應(yīng)用到目標(biāo)的雷達(dá)隱身優(yōu)化分析中，重點(diǎn)分析了一個(gè)封閉的八面體桅桿。首先介紹了