时域有限差分的并行加速方法9787561876640

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

第2章 FDTD算法的关键理论

2.1 引言

2.2 FDTD基本方程

2.3 吸收边界条件

2.4 稳定性分析

第3章 FDTD算法的并行技术研究

3.1 并行计算机

3.2 分布式集群

3.3 并行程序设计模型

3.4 SIMD技术简介

3.5 基于SSE和AVX指令集的硬件加速原理

第4章 FDTD的三级并行算法及优化

4.1 引言

4.2 并行程序编程环境

4.3 内存分配与数据对齐

4.4 CPML边界并行处理及负载平衡问题

4.5 基于MPI库的第一级并行算法

4.6 基于OpenMP共享存储编程的第二级并行算法

4.7 基于SSE指令集的第三级并行算法

4.8 三级并行程序的优化

4.9 三级并行FDTD算法的数值算例验证

4.10 本章小结

第5章 FDTD并行算法的应用研究

5.1 天线设计应用

5.2 加速算法的复杂工程应用

5.3 太赫兹光谱探测隐蔽携带陶瓷刀具的仿真研究

5.4 木材含水率对太赫兹波传输特性的影响

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

第1章绪论

1.1研究背景及意义

自从1864年麦克斯韦建立完整的电磁场理论以来，电磁场的研究和应用得到了长足和深入的发展。现代技术的许多方面都与电磁场有关,目前电磁场理论已经广泛地应用在无线电波传播、光纤通信和移动通信、雷达技术、物探、微波、天线、电磁成像、医疗诊断、地下电磁探测、电磁防护、电磁兼容、生物电磁剂量计算、电子封装、核电磁脉冲的传播和散射、微光学元器件中光的传播和衍射特性研究、战略防御以及工农业生产和日常生活的各个领域。不管这些电磁问题多么复杂，它们都遵循一个基本规律:麦克斯韦方程。所有电磁问题解决的最终要求是求得满足实际条件的麦克斯韦方程的精确解答,获得封闭形式的解析解，并给予正确的物理解释,这曾是人们追求的最佳结果，科学实验也一直是自然科学研究的主要手段。虽然对于一些典型问题的解析分析能帮助人们很好地认识电磁规律，然而只有那些具有简单几何形状和结构相对简单的问题才有可能求得严格的解析解，而对于工程问题，解析解往往无能为力。而且,由于需要解决的电磁问题越来越复杂，对所有的电磁问题都进行科学实验是不可能也是不允许的，这时电磁场的数值解法就显得尤为重要。在信息技术和数值方法迅速发展的推动下,科学实验、理论分析、数值计算已经日益成为并列的自然科学的三大研究手段。数值计算是人类认识世界的新手段，继科学实验与理论分析之后，数值模拟已成为人类认识世界最重要的手段，正被广泛应用于科学研究、工程与生产领域，并形成了计算电磁学交叉研究领域，且日益成为电磁场理论研究的主流。

……

本书系统地介绍了时域有限差分方法的基本原理和数值模拟算法, 并详细探讨了计算等四种常用的加速方法。具体内容如下: 时域有限差分方法的基本原理和实现方式 ; 并行的理论基础和实现方法 ; 并行的理论基础和实现方法 ; 加速的理论基础和实现方法 ; 分布式计算的理论基础和实现方法 ; 讨论了不同加速方法的优缺点, 提出了未来研究的方向和展望。