从电磁波发现至今,它的应用已经普及到了人类生活的方方面面,如在通信领域,电磁波可以承载大量的信息以光速传播;在微波遥感方面,可以利用物体在不同波段的电磁波下表现出的特性分析其性质。由于电磁波覆盖的范围广,人们对其的研究也从未停止过,在目标与环境的电磁散射研究中,人们越来越关注更高频率下,物体的电磁散射特性。由于实际的研究对象都比较复杂,很难用解析的方法去分析精确解,一般利用一些数值算法或是近似算法去研究,模型的描述也是利用波长去衡量。一般情况下,随着观测频率的提高,描述同样的模型需要体现更细节的东西,这就会极大地提高计算量,在没有超级电脑的帮助下,用个人电脑(PC)很难完成计算任务。超级电脑使用价格昂贵,许多人研究用多台PC联合起来处理计算问题,但由于一些瓶颈存在,使得效果不是很理想。在2007年,NVIDIA公司推出了自己的一套通用并行计算架构(CUDA),使得开发人员可以很高效地在PC机上的另一个处理器单元—图形处理器(GPU)上进行数据处理。NVIDIA公司在其GPU上集成了成百上千个流处理器,这些流处理器可以并发执行多条线程。由于这个流处理器都在同一芯片上,比多台PC并联的计算效率高得多,加上CUDA的编程操作简单,使之在诸多领域中迅速推广开。论文重点讨论了CUDA在目标与环境的电磁散射的快速算法,主要工作如下:1.在总结CUDA的并行架构和计算要点的基础上,编制了输运理论模型、四路径模型和基于互易性原理的计算模型在显卡中的并行程序,分别计算了不同植被的电磁散射特性。根据计算过程分析了三种方法在并行计算时需要注意的问题,对比传统中央处理器(CPU)单线程程序加速效果明显,达到了两个数量级。2.针对小斜率近似方法在粗糙面散射分析中的计算量大、难以实现高频和大尺寸粗糙面散射特性计算的瓶颈,提出了小斜率近似的CUDA算法,计算了典型地面环境的电磁散射系数和动态海面的多普勒谱。结合CPU辅线程,提出CUDA优化方案,实现大尺寸粗糙面电磁散射的计算,并利用CUDA算法开展了海上舰船开尔文尾迹的多普勒谱特性研究。3.开展了目标电磁散射的矩量法和基于几何光学与物理光学的高频方法(GO/PO)的CUDA算法研究。计算分析了一些典型目标的电磁散射特性,特别是在GO/PO法的并行计算中,讨论了精度对计算结果的影响。结果显示,单精度计算效率比双精度计算效率高,但是对有的方法引入的误差比较大,在做并行计算时需要同时考虑精度与效率的问题。4.在粗糙面的合成孔径雷达(SAR)成像仿真中,成像算法本身的计算效率比较高,但是由于粗糙面的回波计算比较耗时,会造成成像仿真效率的整体低下。为此,论文利用CUDA并行加速模拟典型地表粗糙面的合成孔径雷达回波,达到了两个数量级的加速效果,说明CUDA并行技术是计算回波的一种有效方法。并利用距离—多普勒(RD)算法计算仿真并对比了不同粗糙面的SAR图像,讨论了从仿真SAR图像中分辩不同粗糙面的可行性。5.目标与地海环境复合电磁散射特性的研究始终是计算电磁领域中的难点和热点。论文提出了基于CUDA架构的GO/PO与小斜率近似的混合算法。计算了粗糙面上复杂目标的雷达散射截面,对比分析了目标与环境耦合场对总场的贡献。并通过CUDA得到了一个数量级以上的加速效果,表明CUDA并行技术是处理复合电磁散射问题一种有效途径。