二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现二维FDTD并行算法.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算.文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理.我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法.文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径.     

并行FDTD算法初步研究

1966年Yee首次提出时域有限差分（FDTD）法,在时域中对麦克斯韦方程组进行求解．目前,FDTD法已在天线分析、雷达截面计算、电磁兼容分析等众多领域得到了广泛应用．FDTD法的稳定性要求空间步长应小于波长的十分之一,而计算时间和计算所需的内存总是与网格总数成正比．由于受到计算机存储空间和计算时间的限制,许多复杂电磁问题无法用FDTD法进行模拟．为了适应日益复杂的实际应用问题,构造并行计算机采用并行算法来满足计算需求成为必然趋势,     

基于GPU的高阶辛FDTD算法的并行仿真研究

高阶辛时域有限差分算法(SFDTD)与传统的时域有限差分算法(FDTD)相比具有更优的稳定性和计算精度,但在进行电磁仿真时则更为耗时。为解决这一问题,文章应用SFDTD的空间并行性,研究并实现了基于计算统一设备架构(CUDA)的SFDTD的并行算法仿真;基于费米架构,分析了各种尺度网格下速度的提升,与传统的CPU实现该算法进行比较,验证了该方法的正确性和高速性。     

基于并行FDTD方法的示波器机箱电磁脉冲耦合模拟

电磁脉冲可以通过示波器上的孔缝和裸露的电缆线耦合进机箱内部,使检测到的信号波形发生畸变,甚至可能毁坏内部器件。本文基于并行自适应结构网格应用支撑软件框架,采用大规模并行时域有限差分方法（FDTD）模拟不同极化方向高斯脉冲正入射示波器机箱的耦合。计算结果表明,在线极化的电磁脉冲照射下,示波器内部主极化和其他方向都存在电场分量,不同极化波耦合进入的能量衰减速度不同。     

二维交错网格高分辨格式的并行实现

分析了在交错网格的情况下的高分辨差分格式,由于这类差分格式不需要解Riemann问题,因此可用于求解弱双曲守恒律方程组初值问题,其具有计算简单、工作量少、编程简便等特点。利用大规模并行机,在MPI的环境下对求解Euler方程和浅水方程的高分辨差分格式进行了并行实现,其并行效果较好。     

FDTD后时间步信号的外推与实现

根据一小段FDTD计算的时域信号,利用GPOF方法提取出组成该信号的各个复指数函数,通过将这些复指数函数相加构造出时域的信号函数,并利用它进行外推计算,以求得信号在后时间步的响应,这样比完全采用FDTD方法计算节省了大量的处理问题的时间。采用Visual Basic与MATLAB的MatrixVB联合编程的方法,编写了外推计算的程序,并将该程序应用到U形双频天线进一步优化设计中,使天线的模拟效率提高了3~6倍。     

光子晶体时域有限差分方法并行化研究

光子晶体的设计和模拟所需的计算量非常大,受到现有计算机计算能力的限制,对复杂系统的研究更是无法进行。研究PC-cluster体系结构上的大规模并行计算方法,建立时域有限差分方法光子晶体的并行计算程序,对透射穿过光子带隙材料的电磁波进行计算,这种方法对计算光子带隙和解决杂质问题效果较好。     

基于FDTD算法的环状蝶式双模滤波器

文章采用时域有限差分法(FDTD),对工作于2.4 GHz的环状蝶式双模滤波器进行了模拟分析和优化设计;通过不断改变微扰金属贴片的尺寸优化得到环状蝶式双模滤波器的中心频率为2.4 GHz,插入损耗和回波损耗能很好地满足无线局域网系统的应用要求,同时环状蝶式双模滤波器的几何尺寸比传统的由其他谐振器构成的微带滤波器的几何尺寸减小了40%以上;为了进一步的优化,采用四极微带双模谐振器来设计滤波器,滤波器由通带向到阻带的过渡十分陡峭,具有更加优异的选频特性。     

二维热传导方程的有限差分区域分解算法

对于应用区域分解方法求解二维热传导方程的问题,提出一种绝对稳定的显-隐差分格式。该算法在内边界点上采用显格式计算,在子区域内部采用全隐格式;之后给出了算法的稳定性和收敛性分析,并用数值结果验证了相关结论。     

基于FDTD的二维舰船RCS的计算

建立以某舰船为参照的艏向与正横向的近似二维模型,基于二维时域有限差分法计算舰船的艏向与正横向在不同频率入射波情况下的雷达散射截面,并根据计算结果对某舰船的雷达隐身特性进行分析．此方法能用于分析现有舰船的电磁散射特性,也能用来预估和优化未来武器系统对目标的电磁散射特性要求,为日后舰船RCS预估计提供依据．     

高效率FDTD网络并行计算研究

在一套Beowulf型网络并行计算机系统上,对FDTD并行化处理中的区域分割、邻近子区域之间的边界数据交换、数组操作和进程同步等关键步骤进行了研究和优化,提出了采用MPI并行函数的FDTD并行计算方案.通过三维FDTD并行计算举例,验证了并行计算的正确性,通过测试得到了较高的并行效率.     

MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

一种利用工作站群集的并行计算研究方案

提出一种利用工作站群集的并行计算研究方案,即在现有的局域网基础上构建PC群集,为相关科学研究提供并行计算平台．分析了编程环境,并给出了一个求π的MPI程序实例。     

基于空间域分解的交通网络仿真并行化方法

为了提高交通网络微观仿真的速度,节省仿真运算时间,将并行计算技术应用于微观交通仿真中,建立了交通网络并行仿真模型并在工作站集群上实现.模型中采用了基于空间域分解的并行方法,该方法可以将不同地理位置的交通子网分配到集群中的每台结点机进行仿真运算.通过在5个不同规模路网上的并行仿真实验,对提出的交通并行仿真模型进行了测试.实验结果表明,该并行仿真模型可大大减少交通网络仿真计算时间,与单机仿真相比,并行仿真平均可节省62.9%的运行时间.同时由于随着结点机数量的增加,并行仿真中的通信开销也会相应增加,因此对于特定的交通网络方案及仿真逻辑,存在最优的结点机数量使得仿真运算时间最少.     

线性元有限体积元法的一种并行格式

为有效解决规模庞大的数值计算问题,充分利用机器资源,提高计算效率,基于线性元有限体积格式,通过区域分解法,在三角形网格上提出一种适用于在多核机器或并行系统上运算的并行格式.数值实验结果表明,该格式在各类扭曲网格上,不仅可达到最佳的收敛速度,而且拥有良好的并行效率.     

FDTD算法的Matlab语言实现

分析了FDTD算法的基本原理及两种典型边界条件的算法特点,给出了Matlab语言编程的步骤和应注意的问题,并给出了实际的仿真结果,最后得出用Matlab语言对FDTD算法编程的几点结论.     

求解泊松方程的多子域超松弛并行迭代算法

基于区域分解思想,对二维泊松方程提出了一种多子域超松弛并行迭代算法.首先将求解区域划分为多个子区域,利用超松弛迭代格式构造出若干分组显式格式,然后结合边界条件在迭代次数为奇数和偶数时,分别给出新算法的实现过程.最后通过具体的数值算例验证了此算法的有效性和优越性.     

一种通用的自平方分形图形并行算法研究及实现

为了利用现有条件有效提高分形图形的生成速度,研究了基于分布式微机环境的分形图形通用并行算法及实现,并结合实例说明了算法与实现的有效性及合理性。     

有限元网格自动生成的并行区域划分算法

提出了一种基于网格生成递归法的并行区域划分算法,该算法依据网格生成代价的估算分析,采用迭代分解法对区域进行并行划分．在曙光１０００Ａ系统上的运行结果表明,该网格算法的效率和加速比均优于串行递归算法