题目：ADI-FDTD算法的改进及机载天线辐射并行FDTD分析

随着计算电磁学理论的发展和计算机性能的不断提高，时域有限差分算法（FDTD）由于其独特的性能和优点得到了快速的发展和广泛的应用；同时随着其子技术的不断创新，FDTD也逐渐改善其自身的一些不足，从而变得更加完善。本文在国家自然科学基金及国防型号研制任务资助下，针对FDTD计算时间长的不足提出一些改进措施，应用FDTD及并行FDTD解决一些实际的工程应用问题。 本文首先介绍FDTD算法的基本理论，并应用FDTD分析雷电对某型飞机碳纤维舱体的干扰作用。提出了一种在FDTD中设置雷电激励源的新方法，该方法有效地避免了由于雷电的低频分量造成的静电积累效应，从而在有限空间内模拟雷电磁场的辐射。对于FDTD仿真时间过长的问题，本文设计实现了ADI-FDTD改进技术和GPU加速FDTD技术，从而减少FDTD的计算时间。对于ADI技术，首先设计实现了基于CPML的ADI-FDTD算法程序，利用该程序仿真分析了机箱内的辐射；对于共形ADI-FDTD技术，发现现有的共形ADI-FDTD的不稳定性，利用矩阵特征值分析理论证明了现有的共形ADI-FDTD技术在一些情况下是有条件稳定的；而后提出了改进的共形ADI-FDTD算法，并在理论上证明了改进算法的无条件稳定性，通过仿真并与解析结果进行比较说明改进算法的有效性和准确性。然后设计实现了基于MPI的并行FDTD算法程序，实现了并行模型文件读取；利用该程序仿真分析了天线对飞机外表面场分布的影响及飞机机体的隔离度衰减，为机载天线的选址提供参考依据。最后设计并实现了利用AMD HD4850GPU加速FDTD算法，基于Brook+开发工具编写GPU加速FDTD程序，与CPU计算时间相比，其计算时间大大缩短，加速比可达50倍以上，实现了FDTD的高性能计算。