时域有限差分法并行计算中的区域划分及负载平衡

本文讨论了利用网络进行时域有限差分法FDTD并行计算时需要解决的两个关键问题 ,区域划分策略及负载平衡策略。并结合实例进行了试验。最后 ,给出了平面光波导场域FDTD并行计算的实验结论     

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法.通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去,从而实现FDTD并行计算.我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法.计算结果表明了本方法的正确性和有效性.     

电各向异性介质FDTD并行算法的实现

在各向同性介质的FDTD并行算法的基础上,分析了电各向异性介质FDTD方法并行计算时的区域分割方案及子域间的数据通信问题,实现了电各向异性介质的FDTD并行算法.数值结果表明了该算法和程序的正确性.     

用MPI实现FDTD网络并行电磁散射运算

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(M essage 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。文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,并将本文实现的加速比以及并行效率与其它文献进行了比较,从而为运用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。     

三维电磁散射的网络并行FDTD计算和加速比分析

应用计算机局域网,采用基于消息传递PVM平台和区域分解技术,实现了三维电磁散射的并行FDTD计算.给出了在FDTD两个相邻子区域交界面上所需要传递数据量的估算和分析.在一个实际的计算机局域网环境下,测试了网络并行FDTD计算三维机翼目标散射时的并行加速比和并行效率.实际上,并行加速比和效率不仅与局域网的硬件性能有关,而且与子区域的划分和PVM通信原语的使用等软件设计有关.最后,讨论并行计算中的附加通信量、网络通信性能和负载平衡对FDTD并行计算的影响.     

FDTD并行算法实现及其数据通信优化

应用计算机局域网,采用基于消息传递（MPI）方式和区域分割技术,实现了FDTD的并行计算。以无限长线电流源在自由空间辐射为算例,对并行FDTD算法进行了验证。结果表明并行算法和串行算法计算结果一致,并有效提高了计算效率。最后通过减少通信数据量、优化数据交换方式及通信和计算重叠的方法,使并行算法的数据通信得到优化,并行计算效率明显提高。     

基于WinSock和多线程技术的高性能并行FDTD

并行计算为时域有限差分（FDTD）方法仿真电大尺寸和复杂结构提供了强大的计算能力和内存资源。文章针对多核PC集群系统,提出了一种高性能并行FDTD算法,它采用Windows Socket（WinSock）实现高效的进程间通信,同时采用多线程技术充分利用多核处理器资源。在集群系统上的实际测试表明：以10个处理器（30个核）为例,该算法获得的加速比为16.0,并行效率为53.3%,优于单独使用消息传递接口（MPI）以及MPI结合OpenMP的传统FDTD并行算法,后两者在相同测试条件下仅分别获得13.7,12.2的加速比和45.8%,40.7%的并行效率。     

FDTD算法的网络并行运算实现

本文提出了FDTD方法在微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上以消息传递方式执行的一种实现方案.组成了验证性的机群并行计算系统,以一维和三维典型算例验证了算法的可行性、正确性和高效性,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的途径,也为深入进行这方面研究奠定了基础.     

透地通信的电磁场并行仿真方法

为提高分析电磁波在地层媒质中传播特性的准确度和时效性,开发了地层媒质建模和FDTD的并行算法,并将两个过程有机集成形成适用于透地通信电磁场仿真的并行计算系统,在搭建的并行计算平台上进行了系统测试,测试统计数据表明该系统具有良好的扩展性和并行计算效率.     

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS.经测试,该程序代码并行效率达到87%.根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性.     

基于OpenMP的电磁场FDTD多核并行程序设计

探讨了基于OpenMP的电磁场FDTD多核并行程序设计的方法,以期实现该方法在更复杂的算法中应用具有更理想的性能提升。针对一个一维电磁场FDTD算法问题,对其计算方法与过程做了简单描述。在Fortran语言环境中,采用OpenMP＋~粒度并行的方式实现了并行化,即只对循环部分进行并行计算,并将该并行方法在一个三维瞬态场电偶极子辐射FDTD程序中进行了验证。该并行算法取得了较其他并行FDTD算法更快的加速比和更高的效率。结果表明基于OpenMP的电磁场FDTD并行算法具有非常好的加速比和效率。     

地下目标散射的并行FDTD计算

着重讨论半空间FDTD并行计算方法,入射源的特殊处理方式,和如何调节负载不平衡三个问题,给出一种简单易行的地下目标雷达散射截面的并行时域有限差分(FDTD)方案,并在北京理工大学电磁仿真中心刘徽并行计算平台上,做了具体的程序实现和数值实验,实验不仅证实了算法的精度,而且还表明并行方案的高效,即当参与计算的处理器数量达到14个时,并行效率仍然可以保持在80%以上.在此基础上,用开发的程序计算了以往串行算法无法计算的电大地下典型目标的雷达散射截面.     

加脊双带线的特性阻抗

本文用时域有限差分(FDTD)法计算了零厚度和有限厚度双带线的特性阻抗。通过与微带线设计公式的结果比较说明FDTD计算特性阻抗是准确的。在此基础上计算了加脊双带线的特性阻抗与设计尺寸的关系，提供了设计曲线，并归纳出满足工程计算精度要求的综合设计近似公式。     

FDTD算法的FPGA实现

FDTD是电磁波数值仿真的重要方法,应用中的主要问题是对于大尺寸仿真,计算量太大。为了提高计算速度,采用FPGA来实现FDTD算法,通过设计专门的硬件计算电路,来提高计算速度。在设计中采用了流水线技术、并行计算等方法加速措施,并采用双口RAM存储数据,极大地减少了数据读取时间。综合以上方法可以使算法的运算速度得到明显的提升。     

基于MPI实现粗糙地面电磁散射并行FDTD计算

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用信息传递的方式实现粗糙地面散射并行FDTD算法.综合考虑了区域分割和负载平衡因素,并详细分析了子区域在普通网格和吸收边界处与相邻子区域的场值的数据传递,提高了二维粗糙地面FDTD并行计算效率.解决了在计算电大尺寸粗糙地面散射时产生的内存不足和计算耗时长等瓶颈问题.理论分析和数值计算结果验证了该算法的正确性;当计算电大尺寸的粗糙地面散射时,并行效率提升明显,即当参与计算的处理器数量达到6个时,并行效率仍然可以保持在90%以上.     

基于GPU 的二维FDTD 并行计算

由于稳定性条件的要求和采用Yee 元胞体离散的方式求解Maxwell 方程,用FDTD 计算目标电磁散射时需要 消耗大量的计算资源,计算往往需要较长时间。采用并行技术是提高计算效率的有效途径,本文基于计算统一架构 CUDA 模型,给出了利用图形处理器（GPU）实现二维FDTD 并行计算的实现方法。给出了二维Mur 边界和PEC 边界 的数值算例,计算结果表明,采用GPU 计算大大的提高了计算效率。     

FDTD应用于各向异性介质及半空间散射问题

介绍FDTD方法应用于各向异性介质散射分析及其并行计算.基于并矢表面阻抗给出金属表面各向异性介质涂层的等效介质参数公式.讨论铁氧体基片偏置磁场对微带天线辐射方向图的影响,模拟研究了板状各向异性材料介质参数的反演途径.将半空间FDTD应用于金属平板上孔缝散射计算和光学材料表面微缺陷散射近场和散射振幅分析,以及介质光栅Floquet模和传输功率的计算.     

介质平面上高频单极天线特性分析

该文用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)计算介质平面上单极天线的阻抗特性。用FDTD法计算天线的辐射特性可以使用不同的激励方式,文章比较了采用不同激励方式时,天线的输入阻抗。文章的主要内容是将表面阻抗法用于FDTD中,计算架设在介质平面上单极天线的辐射特性,并用FDTD法计算了介质平面上铺设不同尺寸的导体平面时,天线的阻抗特性。     

激励源对二维光子晶体传输特性的影响

用时域有限差分法（FDTD）分析了二维光子晶体的传输特性，研究了纯平面波源、高斯波源对传输特性的影响，指出在同一种激励源情况，二维光子晶体的传输特性与其入射角有关。     

NU—FDTD在腔体孔缝电磁耦合分析中的应用

由电磁学的基本规律麦克斯韦方程差分形式即时域有限差分（Finite Different Time Domain,FDTD）导出不均匀网格的FDTD差分形式,即不均匀网格的时域有限差分法（Non Uniform Grid Finite Different Time Domain,NU—FDTD）,并提出了在腔体孔缝电磁耦合分析中采用NU—FDTD时,网格和时间步长划分的原则是：导体边界采用局部均匀细网格法,其它空间采用渐变不均匀法。实验结果表明,这种方法不仅节省计算时间,而且精度高。