小波技术在时域有限差分法中的应用

在时域有限差分法(FDTD)中利用小波变换技术进行数据压缩,提高了计算效率,同时节省计算存储空间。利用小波分解对惠更斯表面的时域切向场分布进行分解,存储经过阈值量化后的小波系数达到压缩编码的目的。在FDTD近场计算结束后,利用小波重构所得到的惠更斯表面的时域切向场分布进行近—远场变换计算散射场。结合小波变换的FDTD法计算缝隙金属平板的散射场的数值实验结果说明该方法的有效性。     

薄涂层介质目标电磁散射的CFDTD分析

针对介质目标表面具有薄涂层材料的电磁散射问题,提出了一种基于等效介质参数的共形FDTD(Conformal FDTD,CFDTD)方法。对于介质目标表面包含薄涂层的共形网格,电场采样点处的介电常数和电导率的等效值通过元胞中介质、涂层和自由空间三者所占的长度加权平均得到,而磁场采样点处的磁导系数和导磁率的等效值利用介质、涂层和自由空间所占的面积加权平均得到。共形网格上电磁场递推式与常规FDTD递推式形式相同,只是递推式系数中的介质参数用相应的等效参数代替。涂层介质球的计算结果说明在保证计算精度的情况下,该方法可比常规FDTD方法节约大量的内存和计算时间。最后用该方法计算分析了复合结构弹翼的电磁散射特性。     

吸收媒质中非线性超声场的一种并行计算仿真方法

为了解决非线性超声场数值计算中计算时间长、存储空间大的问题,提出一种并行计算模型,将声场分解成若干子区域,利用数个PC机、计算机网络和MPI并行编程分别计算子区域声场并最终求出整个声场.对吸收媒质中非线性Bessel声场的计算仿真结果表明:采用并行计算模型可以显著提高频域有限差分法计算效率并降低对单个PC机存储空间的要求.     

组合目标电磁散射的FDTD/TDPO混合法

为分析组合目标的后向电磁散射,提出了时域有限差分FDTD与时域物理光学TDPO相结合的混合算法。组合目标包括电大尺寸和电小尺寸两个彼此相互分离的部分。采用FDTD方法分析形状或介质较复杂的电小结构部分;采用TDPO方法分析目标的电大尺寸部分。在处理FDTD区对TDPO区耦合时,利用了基尔霍夫积分的近场-近场外推技术,并提出了顺序传递方法,按照FDTD的时域计算顺序将FDTD区对TDPO区的贡献直接传递到远区观察点,计算效率高,所需内存少。对于远区后向散射,TDPO区对FDTD区的耦合则由互易性定理得到。最后给出了验证和应用算例,表明了方法的正确和有效性。     

各向异性介质FDTD分析及其并行计算

研究并实现了介质电与磁本构参数均为各向异性时的三维ANI-FDTD(anisotropic medium finite-dif-ference time-domain)方法及其并行计算。分析表明,电磁场分量节点的FDTD迭代计算均涉及到其邻近28个其他场分量节点值。在此基础上,分析了实行区域分割后ANI-FDTD并行计算中的数据通信规律。通过采用相邻子域重叠半个网格的区域划分方式,传递分界面两边相关节点的场值,实现了计算机局域网内各节点机的协同并行计算。数值计算结果表明了该方法和程序的正确性。     

时域有限差分并行算法中的吸收边界研究

针对并行FDTD中以二阶Mur、单轴各向异性介质完全匹配层(UPML)和卷积形式完全匹配层(CPML)为吸收边界的并行化处理方法进行论述.用金属球的远区散射计算,并与Mie级数解对比,验证了并行计算中三种吸收边界的吸收效果.最后给出UPML吸收边界FDTD计算内存估计公式,并以电大尺寸目标卫星模型为例对并行性能进行了测试.由于并行中通信时间影响并行加速比和效率,UPML和CPML吸收边界的相邻子域数据通信方式与FDTD选代式相同,而Mur吸收边界的相邻子域间数据通信方式与FDTD完全不同,它的并行性能要低于前两者.电大尺寸卫星目标模型的多机并行计算测试结果表明,UPML和CPML并行FDTD计算的并行加速比及其效率整体上高于Mur,其中CPML吸收条件下的效率达到90%以上.     

大型网络系统最小路集的优化计算方法

在大型网络系统最小路集计算的节点遍历方法基础上，提出了大型网络系统最小路集计算的优化节点遍历方法，由于采用了高阶数组降维技术和动态数组技术，节省内存占用率，提高了运算速度，计算过程中，动态数组完成运算功能时，及时释放占有的内存空间，使得运算速度明显提高，为后续的网络系统的可靠性和维修性分析，节省了大量内存，并且采用标准，规范的Fortran90和C＋＋语言进行了编程。     

旋转体波动方程时域有限差分法

为仿真电磁波与旋转体的相互作用,通过把电磁场的6个分量作傅里叶展开,把三维波动方程简化至二维,并用时域有限差分法(FDTD)基本原理求解二维波动方程,实现了旋转体波动方程时域有限差分法(BOR WE FDTD)。相对于旋转体时域有限差分法(BORFDTD),BOR WE FDTD具有节约内存和机时、程序简单等优势。通过模拟介质球对简谐波的散射,并把结果和理论结果、BORFDTD结果作对比,证实了BORWEFDTD的有效性。     

舱室空间个人化双耳听音环境仿真

双耳听音环境仿真是设计和评价建筑或舱内声场的重要技术手段.为考虑人体生理差异对仿真效果的影响,在测量数据的基础上,利用多元回归分析和一种优选的数据库匹配方法获取与听者生理参数相匹配的个人化头相关脉冲响应,再结合由软件计算得到的声场脉冲响应以及声源干信号完成双耳听觉仿真,获得了良好的效果.     

三维柱坐标系下近场-远场转换及其验证

在三维扩展圆柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层吸收边界条件下的时域有限差分表达式(PML FDTD),并用Mur边界条件对PML有关参数的设置进行了修正。利用线性插值法和等效原理完成了柱坐标系下的近场 远场转换,从而把PML拓展到三维柱坐标系。提出了利用等效激励源法、等距离线法及方向图法等对算法进行验证的方法,这些验证方法也同样适用于其它坐标系及边界条件下的FDTD方法验证。最后利用FDTD方法计算分析了同轴电缆的孔缝电磁辐射效应。