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《四川大学》 2004年
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并行FDTD算法和并行遗传算法及其在复杂天线设计中的应用研究

李新硕  
【摘要】:本文针对复杂结构高功率微波天线的优化设计内存要求高、计算耗时长的缺点,提出了一套改进的并行优化算法,首次将并行FDTD与并行遗传算法相结合,并应用于实际天线设计,实现了更高的计算效率。 与传统“串行FDTD+并行GA”优化算法模式不同的是,本文采用了改进的“三维FDTD的一维并行算法”与“非阻塞式主从式小种群并行遗传算法”相结合的方式,对天线结构进行优化。通过两种高性能并行算法的结合,大幅度提高了天线优化设计的效率,使原本不可能采用普通算法实现的复杂天线的优化得以实施。 在三维FDTD的一维并行实现中,本文灵活运用MPI系列通信调用,对三维FDTD的一维并行程序进行了系列优化:确立了PML层对FDTD并行效率影响因子的计算方式,及PML负载平衡的网格分割公式;提出了改进的并行子节点间的数据传递方式——奇偶并行节点数据传递法;首次将MPI中的重复非阻塞通信方式引入到并行FDTD算法中,从多方面提高了三维FDTD的一维并行算法的通信效率。该算法的并行效率较传统的并行方法提高了大约6%。 在GA优化算法中,实现了非阻塞式、主从式、小种群遗传算法的并行,编写了一套可以动态分配计算任务的并行遗传算法程序,大大提高了整体遗传算法的搜索效率。 本套算法程序是在由16台微机组成的“元谋二号”Beowulf集群计算机系统上采用MPI并行开发环境实现的。采用该并行优化算法,得到了一种由同轴线馈电、工作在2.45GHz的、端射的新型高功率微波天线——同轴外罩圆锥喇叭天线,具有较理想的辐射特性。数值结果表明该并行优化算法的实效性。 该并行优化算法对复杂电磁结构的优化设计具有重要的现实意义。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN820

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘洋;中短波段船用小型天线的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【共引文献】
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10 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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9 户仕明;FDTD时域波形外推预测和ADI-FDTD的研究[D];南京理工大学;2004年
10 花金荣;熔石英亚表面缺陷诱导激光损伤的FDTD研究[D];电子科技大学;2010年
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