时域积分方程时间步进算法及其快速算法学士学位论文撰写范例(英文)

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时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定性研究

时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定性研究

c o n d i t i o n . a l l mp i r o v e d a l g o r i hm t i s p r o p o s e d t o e n s u r e ha t t he t t r a n s i e n t c u r r e n t s re a s t a b l e n i t I 1 e l a t e - t me i . T h e
第4 3 卷 第 2期 2 0 1 4 年3 月
电 子 科 技 大 学 学 报
J o u r n a l o f Un i v e r s i t y o f El e c t r o n i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Ch i n a
a c c u r a t e ha t n TD ] MF m. M OT a l g o r i t h m.
Ke y wo r d s e l e c t r o ma g n e t i c s c a t t e r ng i ;l a t e - t i me ns i a t b i l i t y ; ma rc h ng i o n - i n t i me ( MOT ) ;t me i - d o ma n i ma g n e t i c i f e l d nt i e g r a l e q u t a i o n s ( T D Ⅳ Ⅲ1
e q u a t i o n s ( T O MF m) b a s e d ma r c h i n g o n - n i t i me ( MO T ) a l g o r i t h m i s o b t a ne i d t h r o u g h t h e o r e t i c a l d e r i v a t i o n . Us ng i

第七章时域数值法_工学_高等教育_教育专区.

第七章时域数值法_工学_高等教育_教育专区.

+
R R2
jωρ

e

R c
⎤ ⎥
⎫ ⎪ ⎬
ds′
⎦ ⎭⎪
∫ J s
=
n× Hi
+
1


s
⎡1
⎢ ⎣
R2
− jω R
Jse c
+
1 Rc

J
s

e

R c
⎤ ⎥
×

R ds′ R
∫ n× Ei
=1


− jω R

s
⎪ ⎨ ⎪⎩
jωμ J s
e
R
c

1
ε
⎡ ⎢ ⎣
R R3
ρ

e

R c
+
1
εμ
∇∇ ⋅
A ( r ,t )
∫ ∫ n× ∂ Ei = μ n× ∂2 Js (r′,τ ) ds′ − 1 n× ∇∇ ⋅ Js (r′,τ ) ds′
∂t
4π ∂t 2 s R
4πε
sR
按时间步进求解:
∫ ∫ n× ∂ ∂t
Ei
=
μ 4π
n
×
∂2 ∂t 2
s
Js (r′,τ ) ds′ −
第七章:时域数值法
• 时域积分方程法 • 时域有限差分法
一、时域积分方程法
• 时域积分方程的推导 • 基于时间步进的数值求解
1、时域积分方程的推导:
1.1利用推迟势得到时域积分方程
⎛ ⎜

2


μ0ε 0

研究生学位论文

研究生学位论文
指导教师李 四教授
分类号密级
UDC注1
学位论文
时域积分方程时间步进算法及其快速算法研究
(题名和副题名)
张 三
(作者姓名)
指导教师李 四教授
电子科技大学成 都
(姓名、职称、单位名称)
申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术
提交论文日期2013.04.15论文答辩日期2013.05.20
学位授予单位和日期电子科技大学2013年06月
……
关键词:时域电磁散射,时域积分方程,时间步进算法,后时不稳定性,时域平面波算法
ABSTRACT
With thewidespread engineering applicationsranging frombroadband signals and non-linear systems, time-domain integral equations (TDIE)methodsforanalyzingtransient electromagneticscatteringproblemsare becoming widely used nowadays. TDIE-based marching-on-in-time (MOT)schemeand its fast algorithmareresearchedin thisdissertation,including the numerical techniques of MOTscheme, late-time stability of MOTscheme, and two-levelPWTD-enhanced MOT scheme. The contents are divided into four parts shown as follows.

毕业设计(论文)-信号与系统中的典型问题的matlab分析[管理资料]

毕业设计(论文)-信号与系统中的典型问题的matlab分析[管理资料]

2011届学士学位论文信号与系统中典型问题的MATLAB分析系别: 电子信息系专业: 电子信息科学与技术学号:姓名:指导教师:指导教师职称: 教授2011年4月30日信号与系统中典型问题的MATLAB分析摘要从信号与系统课程的特点出发,结合MATLAB软件优势,针对实例进行分析。

主要从连续信号、离散信号两方面应用MATLAB软件进行仿真和分析。

分别对连续信号和离散信号中线性时不变(LTI)系统信号分析,应用MATLAB软件进行仿真和分析。

对连续时间信号和离散时间信号的线性时间不变(LTI)系统的变换域,卷积和采样定理进行了模拟。

实例中运用了连续模块库、离散模块库等。

通过实例表明了MATLAB软件的便捷性,可以提高工作效率。

实践证明,采用MATLAB软件进行辅助分析可以我们对知识点的理解更深入更透彻。

关键词MATLAB仿真;时域分析;频域分析;卷积;序列卷和;冲激响应;阶跃响应;The Applied Research of Signal ProcessingBased on MATLABAbstract we give an overview of the examples from the characteristics of signal and system course, combining with MATLAB software advantages. The main idea is that MATLAB simulation and analysis software were applied in the continuous-time signals and discrete-time signals. In continuous-time signals and discrete-time signals the response signal of linear time invariant(LTI) system and its analysis of the transform domain and convolution and Sampling theorem were simulated. The examples used the continuous and discrete blocks library and communication toolbox, etc. Some examples show that processing signals can bring us great convenience and high efficiency. Practice has proved, using MATLAB software were aided analysis on knowledge points we can understand deeper and more thoroughly.Key-words MATLAB; the Time-domain Analysis;Frequency domain analysis;convolution ;Sequence convolution ;Impulse response ;Order step-response目录1引言 (1)2 MATLAB软件介绍 (2)3 MATLAB对连续时间信号的分析 (3)MATLAB仿真线性时不变(LTI)系统响应的信号表示 (3)MATLAB对连续信号变换域的分析 (4)连续时间信号的卷积计算及MATLAB的实现 (5)连续时间系统抽样定理的验证 (6)84 MATLAB对离散时间信号的分析 (10)离散系统的单位样值响应 (11)离散系统的变换域分析 (12)离散时间信号的卷积计算 (13)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录一 (18)附录二 (19)附录三 (21)1 引言随着软件的发展,为仿真实验提供了另一思路,MATLAB软件具有强大的数值计算和矩阵处理功能。

时域有限差分算法

时域有限差分算法

时域有限差分算法Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Algorithm时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)FDTD is a numerical technique used to solve Maxwell's equations in the time domain.时域有限差分算法是一种用于在时域中求解麦克斯韦方程的数值技术。

It discretizes the spatial and temporal domains, allowing for the simulation of electromagnetic wave propagation and interaction with complex structures.该算法将空间和时间域离散化,从而能够模拟电磁波的传播以及与复杂结构的相互作用。

The algorithm is widely used in various fields, including antenna design, microwave engineering, and electromagnetic compatibility analysis.该算法广泛应用于多个领域,包括天线设计、微波工程和电磁兼容性分析。

The main advantage of FDTD is its ability to handle arbitrary geometries and material properties, making it a powerful tool for electromagnetic modeling and simulation.时域有限差分算法的主要优势在于其能够处理任意几何形状和材料属性,使其成为电磁建模和模拟的有力工具。

However, it can be computationally demanding, especially for large-scale problems, due to the need to discretize both space andtime.然而,由于需要同时离散化空间和时间,时域有限差分算法在计算上可能要求较高,尤其是对于大规模问题。

时域有限差分算法及其在多物理中的应用

时域有限差分算法及其在多物理中的应用

初始条件设置
初始条件
在求解偏微分方程时,需要设置初始条件,以便从已知的初始状态开始计算 。
初始条件的稳定性
初始条件的稳定性对于计算结果的准确性至关重要,不稳定的初始条件可能 导致计算发散。
03
时域有限差分算法在多物理场中的应 用
流体力学
总结词
时域有限差分算法在流体力学中有着广泛 的应用,用于模拟和分析各种流体现象, 如水流、空气流等。
算法的发展历程
早期发展
01
20世纪70年代,有限差分算法被广泛应用于电磁场、流体动
力学等领域。
现代进展
02
随着计算机技术的发展,有限差分算法在处理复杂物理问题方
面得到了广泛应用。
多物理应用
03
近年来,有限差分算法被广泛应用于多物理场耦合问题的求解

02
时域有限差分算法实现细节
离散化方法
隐式离散化
飞机设计
时域有限差分算法可以用于模拟飞机在飞行过程中受到的电磁辐射和电磁干扰,帮助设计师更好地理 解并优化飞机的电磁性能。
航空电子系统
该算法也可用于模拟飞机上电子系统的电磁兼容性和电磁干扰,以确保电子系统的正常运行。
电子工程领域
集成电路设计
时域有限差分算法可以用于模拟芯片在高速运行时的电磁干扰和电磁辐射, 以优化其性能和稳定性。
能源工程领域
风力电
时域有限差分算法可以用于模拟风力发电机的电磁辐射和电 磁干扰,以优化其性能和稳定性。
太阳能发电
该算法也可用于分析和优化太阳能电池板的性能,以提高其 转换效率。
THANKS
感谢观看
无线通信
该算法也可用于分析和优化无线通信系统的性能,例如基站和无线局域网。

时域控制算法实验报告(3篇)

时域控制算法实验报告(3篇)

第1篇一、实验名称:时域控制算法实验二、实验目的1. 理解时域控制算法的基本原理和设计方法。

2. 掌握常见时域控制算法(如PID控制、模糊控制等)的原理和实现。

3. 通过实验验证不同控制算法的性能,分析其优缺点。

4. 学会使用MATLAB等工具进行时域控制算法的仿真和分析。

三、实验原理时域控制算法是一种直接在系统的时间域内进行控制的算法,主要包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。

本实验主要针对PID控制和模糊控制进行研究和分析。

四、实验内容1. PID控制(1)原理:PID控制是一种线性控制算法,其控制律为:$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d\frac{de(t)}{dt}$$其中,$u(t)$为控制输出,$e(t)$为误差,$K_p$、$K_i$、$K_d$分别为比例、积分和微分系数。

(2)实验步骤:a. 在MATLAB中搭建被控对象模型。

b. 设计PID控制器参数,包括比例系数、积分系数和微分系数。

c. 在MATLAB中实现PID控制器,并添加到被控对象模型中。

d. 仿真控制系统,观察控制效果。

2. 模糊控制(1)原理:模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制算法,其控制律为:$$u = F(e, e')$$其中,$u$为控制输出,$e$和$e'$分别为误差和误差变化率,$F$为模糊推理规则。

(2)实验步骤:a. 在MATLAB中搭建被控对象模型。

b. 设计模糊控制器参数,包括隶属度函数、模糊推理规则和去模糊化方法。

c. 在MATLAB中实现模糊控制器,并添加到被控对象模型中。

d. 仿真控制系统,观察控制效果。

五、实验结果与分析1. PID控制(1)实验结果:通过调整PID控制器参数,可以使系统达到较好的控制效果。

(2)分析:PID控制算法简单易实现,适用于各种被控对象。

但其参数调整较为复杂,且对被控对象的模型要求较高。

成都电子科技大学关于授予周颖杰等154人博士学位的通知

成都电子科技大学关于授予周颖杰等154人博士学位的通知
计算机应用技术
李建平
87
200810601031
敬思远
面向绿色虚拟数据中心资源管理的若干关键技术研究
计算机应用技术
佘堃
88
200911060144
胡自权
博弈论在信息隐藏中的生存能力研究
计算机应用技术
佘堃
89
200810602023
Shahzad Ali
面向云数据中心的多维度能效改进研究
计算机科学与技术
200710602009
彭永祥
无线Ad hoc网络路由技术若干关键问题研究
计算机系统结构
卢显良
81
200810601014
王磊
雷达系统标准化建模与仿真关键技术研究
计算机系统结构
卢显良
82
200810602008
张兴
基于车辆自感知的应用与关键技术研究
计算机系统结构
卢显良
83
200810601003
张衡
物理电子学
罗正祥
63
200810502002
李娴
有机薄膜晶体管气体传感器的制备及特性研究
光学工程
蒋亚东
64
200911050109
于贺
不同溅射方法薄膜制备的理论计算及特性研究
光学工程
蒋亚东
65
200911050114
姜晶
微纳双重结构黑硅的制备及光电特性研究
光学工程
蒋亚东
66
200810501003
陈立功
材料科学与工程
石玉
32
201011030238
万中全
染料敏化太阳能电池光电转换材料研究
电子科学与技术
石玉

随机微分方程(stochastic differential equation,sde)

随机微分方程(stochastic differential equation,sde)

随机微分方程(stochastic differential equation,sde) 1. 引言1.1 概述随机微分方程(Stochastic Differential Equation,SDE)是一类描述随机现象的微分方程。

相比于传统的确定性微分方程,SDE中包含了一个或多个随机项,能够更准确地描述现实世界中的不确定性和变动性。

SDE在各个领域中广泛应用,特别是金融学、物理学和生物学等领域。

1.2 文章结构本文将从以下几个方面介绍随机微分方程及其应用:定义与基本概念、解随机微分方程的方法与技巧,以及在实际问题中的应用。

具体可以分为三个主要部分:引言、主体内容和结论展望。

1.3 目的本文旨在介绍随机微分方程的基本概念、解法和应用,并探讨其在金融学、物理学和生物学等领域中的实际应用。

通过对随机微分方程的深入了解,读者可以更好地理解和利用该方法来解决实际问题,并对未来研究提出展望。

以上为“1. 引言”部分的内容。

2. 随机微分方程的定义与基本概念2.1 随机过程简介随机过程是一类描述随着时间推移而随机变化的数学模型。

它可以看作是时间参数上的一族随机变量的集合。

随机过程常用于描述具有随机性质的现象,如金融市场中的股票价格、天气预报中的温度变化等。

2.2 随机微分方程的定义随机微分方程是一类描述含有随机项(通常为噪声)的微分方程。

它通常采用以下形式表示:dX(t) = a(X(t), t)dt + b(X(t), t)dW(t)其中,X(t)是未知函数,a(X(t), t)和b(X(t), t)是已知函数,dW(t)表示Wiener 过程(也称为布朗运动或白噪声)。

这个方程表示了X在无穷小时间段dt内发生微小变化dX(t),其中包含一个确定性项a(X(t), t)dt和一个随机项b(X(t), t)dW(t)。

2.3 常见的随机微分方程模型在实际应用中,有许多不同类型的随机微分方程模型被广泛使用。

- Ornstein-Uhlenbeck 过程:该模型描述了维持平衡状态的粒子在受到随机扰动时的演化过程。

Ch3-SimpleClimateModel-2

Ch3-SimpleClimateModel-2

Adams-Bashforth scheme (order=2)
X n1 X n 1 dt 3F ( X n ) F ( X n1) 2 抽象Fortran95表达:
Xn+1 = ab2(Xn-1,Xn)
Function ab2(X0,X1) implicit none real, intent(in) :: X0, X1 reaimension)
dx1
dt
f1(x1, x2 ,..., xk )
dx2 dt
f2 (x1, x2 ,..., xk )
......
dxk dt
fk (x1, x2 ,..., xk )
n阶(order)
dnX dt n
m次(degree)
dnX dt n
m
Adams-Bashforth scheme (order=4)
X n1 X n 1 dt 55F ( X n ) 59F ( X n1) 37F ( X n2 ) 9F ( X n3 ) 24
抽象Fortran95表达: Xn+1 = ab4(Xn-3,Xn-2,Xn-1,Xn) Function ab4(X0,X1,X2,X3)
抽象Fortran95表达:
q1 dt F ( X n )
q2 dt F ( X n q1) q1
X
n1
X
n
q1
1 2
q2
Xn+1 = rk2(Xn)
Function rk2(X) implicit none real, intent(in) :: X real :: rk2 real :: q1, q2
contains
function eqx(x,y,z) implicit none real, intent(in) :: x,y,z real :: eqx eqx = -1.0*a*(x-y)

时域有限积分法fit

时域有限积分法fit

时域有限积分法fit时域有限积分法(Finite Integration Technique,FIT)是一种数值电磁方法,用于求解电磁场问题。

它通过将Maxwell方程组进行离散化,将电磁场问题转化为求解一系列离散的积分方程,从而实现了对电磁场的数值求解。

FIT的基本原理是将电磁场问题分为两个步骤:离散化和迭代求解。

首先,将计算区域划分为一系列的网格单元,每个网格单元内部的电磁场被近似为常数。

然后,根据Maxwell方程组,将电磁场的分布转化为电场、磁场的积分等式。

这些积分等式可以通过对网格单元上的电磁场进行积分得到。

在迭代求解的过程中,FIT通过求解电场、磁场的积分等式,得到更新后的电磁场分布。

然后将更新后的电磁场分布代入到积分等式中,再次求解得到更准确的电磁场分布。

迭代求解的过程将不断重复,直到达到预设的收敛条件。

与其他数值电磁方法相比,FIT具有以下优势:首先,FIT适用于各种不规则形状和复杂介质分布的计算区域。

其次,FIT能够很好地处理高频和宽频段的电磁场问题,因为它不需要离散的网格节点与波长成比例。

此外,FIT还可以很好地处理边界条件,如吸收边界条件和散射边界条件。

FIT在电磁场计算中得到了广泛应用,特别是在微波、射频和光子学领域。

通过FIT,我们可以研究电磁场在介质中的传播、反射和散射行为,设计和优化天线、波导、光纤等电磁器件,以及解决电磁兼容性和电磁辐射等问题。

总之,FIT是一种有效的数值电磁方法,可以用于求解各种复杂的电磁场问题。

它通过将Maxwell方程组离散化,并通过迭代求解电场、磁场的积分等式,实现了对电磁场的数值求解。

FIT在电磁场计算和电磁器件设计中具有广泛的应用前景。

积分变换(Fourier)课件与习题

积分变换(Fourier)课件与习题

的工程中使用的周期函数都可以用一系列的三角函数的
线性组合来逼近.---- Fourier级数
方波
4个正弦波的逼近
100个正弦波的逼近
4
研究周期函数实际上只须研究其中的一个周 期内的情况即可, 通常研究在闭区间[T/2,T/2]内 函数变化的情况.
T T fT (t )为T 周期函数,在 , 上满足 2 2 Dirichlet条件: fT (t )连续或仅有有限个第一类间断点; fT (t )仅有有限个极值点 则fT (t )可展开为Fourier级数,且在连续点t处成立: a0 fT (t ) an cos nt bn sin nt 2 n1

18
一般地, 对于周期T
1 T2 j n t cn T fT (t )e dt T 2 1 1 j n t e dt T 1 1 1 1 j n t j n j n e e e Tj n Tj n 1 2 sin n 2 sinc( n ) (n 0,1,2, ) T n T
cos nt
e
int
e 2
int
, sin nt
e
int
e 2i
int
6
级数化为: a0 e int e int e int e int an bn 2 n 1 2 2i a0 a n ibn int a n ibn int e e 2 n 1 2 2
1 从 而f (t ) f ( )cos (t )d d 2 1 可得 f (t ) f ( )cos (t )d d , 0 这就是f (t )的Fourier积分公式的三角形式。

时域逐步积分法

时域逐步积分法

时域逐步积分法时域逐步积分法(Time Domain Step-by-Step Integration,TDSSI)是一种用于求解结构动力学响应的数值计算方法。

它是把时间域上的初始和边界条件离散化,逐步地计算出每个时刻的结构响应。

该方法具有如下的优点:1.适用范围广:该方法适用于各种结构和各种荷载类型,如地震、风荷载、水流荷载等。

2.计算精度高:该方法能够准确地计算结构的运动响应,包括振幅、频率和相位等。

3.计算速度快:该方法的计算速度相对于频域方法较快,且适用于超大型结构。

4.易于编程和处理:该方法的编程比较容易,且可以配合各种软件使用。

下面是运用TDSSI方法计算结构动力响应的具体步骤:1.建立结构的动力学模型,将初始和边界条件离散化,如将结构的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵分别离散化。

2.将时间域上的时间点离散化,如把整个时间分成n个离散的时间步长,用Δt表示时间步长。

通常Δt要满足求解稳定性的要求。

3.根据前一个时间步长的结构响应状态,在当前时间步长计算结构响应,如振动位移、速度和加速度等。

4.重复2和3步骤直到求解出整个时间区间内的结构响应。

在使用TDSSI方法求解结构响应时,需要注意的问题:1.人工选取时间步长应根据求解的精度和项目的实际情况选择,不能过于简单地根据经验或规则下判断。

2.结构的初始和边界条件离散化需要根据项目的实际情况进行。

3.计算阻尼矩阵时要格外注意,阻尼矩阵对于结构响应的关键性作用不能忽视。

4.逐步积分计算要重复多次,且计算量较大,需要有一定的计算机硬件和软件支持。

总之,TDSSI方法是结构动力学求解的常用方法之一。

在工程实践中,随着计算机硬件技术的不断进步,可以更加高效地应用于结构分析和设计等领域,发挥对结构安全性能评估和优化改进的重要作用。

两种时滞偏微分方程的差分解法

两种时滞偏微分方程的差分解法
First, we will introduce the notion of the exact difference scheme, then construct the exact difference scheme for some particular equations. After that, based on some features of the exact difference scheme, we generalized some regularities. We call this method which based on the regularities is nonstandard finite difference method, the difference scheme is called nonstandard finite difference scheme. In this paper, we will use the nonstandard finite difference method to construct nonstandard finite difference schemes for delay partial differential equation with nonlinear reaction diffusion equations. In these difference schemes, we demonstrate that the solutions to the scheme satisfy positivity and boundedness conditions, and then the finite difference scheme is stable with respect to positivity and boundedness of the exact solution. Further, an explicit functional relation between the time and space step-sizes is obtained by the positivity. Denominator function turned to be more complex step-function.

时域有限差分方法林志立PPT课件

时域有限差分方法林志立PPT课件
'LineWidth',1.5,'linestyle','-.'); set(gca,'fontsize',12,'FontWeight','bold'); axis square; legend('E_{z}', 'H_{y} \times 377','Location','NorthEast'); xlabel('x [m]'); ylabel('[A/m]'); zlabel('[V/m]'); grid on; p = patch('vertices', v, 'faces', f, 'facecolor', 'g', 'facealpha',0.2); text(0,1,1.1,'PEC','horizontalalignment','center','fontweight','bold'); text(1,1,1.1,'PEC','horizontalalignment','center','fontweight','bold');
磁场磁流部分
第18页/共28页
编程举例1:一维FDTD问题(续)
% Calculate FDTD updating coefficients Ceze = (2 * eps_r_z * eps_0 - dt * sigma_e_z) ...

时域积分方程方法

时域积分方程方法

时域积分方程方法时域积分方程方法是一种计算电磁波散射和辐射问题的有效数值方法,被广泛应用于雷达、天线、无线通信等领域中。

在这篇文章中,我们将分步骤阐述时域积分方程方法的基本原理和应用。

一、基本原理时域积分方程方法是将Maxwell方程组分离成电磁场的源和场函数两个部分,然后将源部分表示为电流密度,再通过Green函数,将电流密度转换为电磁波的辐射以及散射场。

这个过程中,我们可以采用时域积分方程(TDIE)来描述电流密度和辐射、散射场之间的关系。

具体而言,时域积分方程可以表示为:\[\int_{S}(\frac{1}{2}\delta(t-t’)I(t′)+\frac{\partial}{\partialn}G(t,t′))dS=\eta\int_{V}E(t,x)dx\]其中,S表示散射体表面,V表示散射体内部,I(t)是在t时刻的电流密度,G(t,t′)是Green函数,E(t,x)是在位置x和t时刻的电场强度,而η是自由空间的阻抗。

二、应用在实际应用中,时域积分方程方法可以用来计算各种电磁波散射问题,例如:1. 辐射问题:计算天线辐射的固有导纳和天线辐射模式等;2. 散射问题:计算建筑物或者障碍物对电磁波的散射,从而为雷达成像或者无线通信系统的设计提供有力的理论支持;3. 地球物理勘探:通过探测地球表面以及地下介质反射和散射的电磁波信号,来研究地质物理结构;4. 生物医学:通过探测X光和超声波等电磁波信号,来研究人体内部的结构和组成。

三、优缺点相对于其它的散射和辐射计算方法,时域积分方程方法具有一些优缺点:1. 优点:在计算电磁波散射和辐射时,时域积分方程方法具有极高的精度和稳定性,能够充分考虑散射体的复杂形状和电磁波的频率特性等;2. 缺点:由于时域积分方程方法需要大量的计算,因此对计算机的要求较高,同时也存在计算效率相对较低的问题。

综上,通过对时域积分方程方法的理解和应用,我们可以充分利用其优点来解决一些复杂的电磁波散射和辐射问题,同时也需要充分考虑其适用范围和局限性。

时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定性研究

时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定性研究

时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定性研究李金艳;聂在平;赵延文【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】The necessary and sufficient condition of late-time stability of time-domain magnetic field integral equations (TDMFIE) based marching on-in time (MOT) algorithm is obtained through theoretical derivation. Using the condition, the late-time stability of TDMFIE-MOT algorithm can be estimated accurately. Based on the condition, an improved algorithm is proposed to ensure that the transient currents are stable in the late-time. The stability condition is validated by numerical results. It is also validated that the improved algorithm is more accurate than TDMFIE-MOT algorithm.%从理论上推导得到时域磁场积分方程时间步进算法感应电流后时稳定的充分必要条件,该条件可以有效地判断时域磁场积分方程时间步进算法的后时稳定性。

基于时域磁场积分方程时间步进算法及稳定性条件提出了一种改进算法,该算法可以保证感应电流后时稳定。

通过数值算例验证了推导的时域磁场积分方程时间步进算法后时稳定条件的正确性,改进算法比原算法有更好的计算精度。

时域有限差分法的图形处理单元的加速

时域有限差分法的图形处理单元的加速

时域有限差分法的图形处理单元的加速摘要:时域有限差分法,即FDTD(Finite Difference Time Domain),是计算电磁学的一种重要方法。

作为一种天然的并行算法,它的计算过程可以划分为多个同时进行相似计算的子计算。

这个方法主要是把麦克斯韦方程在时间上和空间上进行差分化,并且通过时间领域上的更新来模仿电磁场的变化来计算问题,因而有利于解决很多电磁场问题。

而图形处理单元即GPU(Graphic Processing Unit)相对于CPU的高性能计算速度以及NVIDA公司生产的GPU特有的高并行结构,为时域有限差分的加速提供了可能。

关键字:时域有限差分法;图形处理单元;麦克斯韦方程;并行算法1 FDTD的基本原理FDTD算法是1966年K.S.Yee发表在AP上的一篇论文建立起来的,后被称为Yee网格空间离散方式。

核心思想是把带时间变量的麦克斯韦旋度方程转化为差分形式,故中文称之为“时有限差分法”。

麦克斯韦方程如下:其中H是磁场强度,E是电场强度,D是电位移,B是磁通量密度。

上述两个矢量方程描述了麦克斯韦方程中磁场与电场复杂交错的关系。

由于在三维空间中每个矢量方程又可以分解为三个标量方程,因此该方程组可以化为6个标量方程如下所示:这样的话便将问题的几何空间离散为空间网格,电场和磁场的分量便被置于空间离散的网格点上。

而这是FDTD计算的前提。

我们再用差分近似替代麦克斯韦这6个标量方程中的时间和空间导数,构造一系列方程,均以前一时间步电磁场瞬时值来“预测”后一时间步电磁场的瞬时值,由此构造时间不断向前推近的算法,来模拟时域中的电磁场变化过程。

1966年,Yee首次给出了麦克斯韦旋度方程的一组差分形式,这组方程在空间和时间上一离散的形式给出,使用的是中心差分法。

对空间(X轴方向)的中心差分法离散公式如下:对Y轴,Z轴方向的中心差分离散以此类推。

对时间的中心差分离散公示如下:图1为Yee单元网格的结构:我们根据6个麦克斯韦标量方程,结合上述中心差分法,便可以得到三维问题下的FDTD更新方程如下:其余的五个方程也如法可以写出,因此任何时刻可一次算出一个点,并行算法可计算出多个点。

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摘要摘要本文基于电磁理论中的Calderόn关系与Calderόn恒等式所揭示的不同积分算子之间的关系,系统地研究了Calderόn预条件技术及其在计算电磁学积分方程方法中的应用。

研究内容全面覆盖了求解理想导电体目标和均匀或分层均匀介质目标电磁散射与辐射问题的积分方程中的Calderόn预条件技术。

在导体积分方程方面,研究了电场积分方程在中频,低频,以及高频区的Calderόn预处理方法。

在介质积分方程方面,则研究了PMCHWT积分方程的Calderόn预处理方法,和N-M üller积分方程的Calderόn技术。

本文对金属问题中的第二类Fredholm积分方程和介质问题中的第二类Fredholm积分方的精度改善进行了深入详尽的研究。

……关键词:电磁散射,面积分方程方法,Calderόn预条件方法,数值计算精度,第二类Fredholm积分方程ABSTRACTABSTRACTRevealed by the Calderόn relation and the Calderόn identities in electromagnetic theory, the properties and relation of different integral operators in the computational electromagnetics (CEM) are utilized to construct the Calderόn preconditioning techniques, which are applied in the integral-equation-based methods in this thesis. A thorough and systematic research has been accomplished to cover the Calderόn preconditioning techniques for the perfect electric conductor (PEC) and the dielectric cases. For the PEC case, the Calderόn preconditioning for the electric-field integral equation (EFIE) at mid, low, and high frequencies are constructed and studied. For the dielectric cases, the Calderόn preconditioning for the Poggio-Miller-Chang-Harrington- Wu-Tsai (PMCHWT) integral equation are investigated, and the Calderόn technique for the N-Müller integral equation is developed. Moreover, the accuracy improving technique for the second-kind Fredholm integral equation for both PEC and dielectric cases is also studied in this thesis.…Keywords: Electromagnetic scattering and radiation, surface-integral-equation-based Methods, Calde rόn preconditioning methods, numerical accuracy, Fred-holm integral equations of the second kindContentsChapter 1 Introduction (1)1.1 Research Background and Significance (1)1.2 State of Arts (1)1.3 Contents and Innovations of the Thesis (2)1.4 Outline of the Thesis (2)Chapter 2 Theoretical Basics (3)2.1 Integral Equations in Electromagnetics (3)2.2 270 MHz Plan Wave Excitation (3)2.3 The Solution of Integral Equations in Electromagnetics (4)2.3.1 General Principle of the Method of Moments (4)2.3.2 Geometrical Modeling and Discretization of Object (4)2.3.2.1 Planar Triangular Model (4)2.3.2.2 Curvilinear Triangular Model (4)2.3.3 The Choice of Basis Functions (5)2.3.3.1 Planar RWG Basis Functions (6)2.3.3.2 Curvilinear RWG Basis Functions (6)2.3.4 The Solution of Matrix Equations (6)2.3.4.1 Direct Algorithms (6)2.3.4.2 Iterative Algorithms (6)2.4 Conclusion (6)Chapter 3 Calderόn Preconditioner at Mid Frequencies (7)3.1 Introduction (7)3.2 Calderόn Relation and Calderόn Identities (7)3.3 Calderόn Preconditioner at Mid Frequencies (7)3.4 Numerical Examples (7)3.5 Conclusion (7)Chapter 4 Calderόn Preconditioning Technique for N-Müller (8)4.1 Introduction (8)4.2 N-Müller Integral Equations (8)4.3 The Derivation of N-Müller Equations (8)4.4 The Discretization of N-Müller Equations (8)4.5 Numerical Examples (8)4.6 Conclusion (8)Chapter 5 Conclusions (9)5.1 Concluding Remarks (9)5.2 Future Work (9)Acknowledgements (10)References (11)Origin of Foreign Language Materials (12)Translation of Foreign Language Materials (13)Chapter 1 IntroductionChapter 1 Introduction1.1 Research Background and SignificanceIntegral-equation-based numerical methods combined with fast algorithms are capable of solving electromagnetic problems of complex structures and material properties with a good accuracy and a high efficiency. They are widely used in a variety of engineering applications, such as the efficient analysis of three dimensional radar scattering problems, the simulation of the input impedance and the radiation properties of antenna systems, the calculation of the input response and the transmission efficiency of microwave circuits, the evaluation of the electromagnetic interference (EMI) between complex electromagnetic systems, and the computer aided electromagnetic compatibility (EMC) designs. The versatility, capability, accuracy and efficiency of the integral-equation-based methods have made them an important and cost effective approach in the analysis and design of electromagnetic problems and applications.…1.2 State of ArtsFrom the 1960s, the numerical methods of electromagnetic analysis have been fast developed because of their versatility and flexibility. Many well-known numerical methods have been introduced during that time, including the finite element method (FEM) [1] and the finite difference time domain method (FDTD) [2,3], which are based on the solution to the Maxwell’s equations in differential fo rm, and the method of moments (MoM) [2, 4-6], which is based on the solution to the Maxwell’s equations in integral form. Especially from 1990s, with the fast developments of high performance computing systems, the theories and methods of computational electromagnetics have been advanced dramatically. The increases of the clock speed and the memory size of computer systems and the developments of highly efficient electromagnetic computing algorithms make the numerical methods capable of solving electromagnetic engineering problems.①…①Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of China1.3 Contents and Innovations of the ThesisBased on the Calderόn relation and the Calderόn identities, this thesis has developed several Calderόn preconditioning techniques and investigated their applications in the integral-equation-based computational electromagnetic methods. The research content has covered the Calderόn preconditioning techniques for the perfect electric conductor (PEC) and dielectric cases. For the PEC①case, the Calderόn preconditions at mid, low, and high frequencies are investigated. For the dielectric case, the Calderόn preconditioning techniques for the PMCHWT and N-Müller integral equations are developed. The numerical accuracy of the second-kind Fredholm integral equations are investigated and improved in this thesis.…1.4 Outline of the ThesisThis thesis is organized as follows.…①Chapter 2 Theoretical BasicsChapter 2 Theoretical BasicsIn this chapter, the general methods of constructing the commonly used integral equations in electromagnetics are introduced based on the surface equivalence principle and the volume equivalence principle.…2.1 Integral Equations in ElectromagneticsIn the integral-equation-based computational electromagnetic methods, the unknown functions in the electromagnetic problems such as the scattering or radiation fields are modeled in terms of the equivalent surface or volume electric/magnetic sources by applying the surface or volume equivalence principles, respectively.…2.2 270 MHz Plan Wave ExcitationIn order to investigate the its performance in handling electrically very large problems with over one million unknowns, the same numerical example is repeated again by increasing the frequency to 270 MHz, and keeping the incident angle and polarization of the plane wave unchanged. To have a better insight, the memory consumption and CPU time requirements of the EFIE, the CP-CFIE(0.8), and the CP-AEFIE algorithms are given in Table 2-1.Table 2-1 Comparison of Computational Data of Different AlgorithmsAll the calculations are carried out on a HP Z400 workstation with a Fedora 10 operating system.…Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of China2.3 The Solution of Integral Equations in Electromagnetics2.3.1 General Principle of the Method of MomentsThe integral equations constructed in the preceding section can be solved with adequate numerical methods. One of the most commonly used methods in solving integral equations is the method of moments (MoM) introduced by R. F. Harrington in 1968[5]. The general principle and key points of MoM will be reviewed in this section.…2.3.2 Geometrical Modeling and Discretization of ObjectFrom the description in the preceding section, it is clear that in order to solve for the unknown equivalent electromagnetic currents defined on the surface or in the volume of an obstruction, the definition domain of the unknown currents, which is the geometry, needs to be described mathematically. This is the so-called geometrical modeling. In computational electromagnetics, geometrical modeling is the basic of electromagnetic modeling and numerical calculation, and its quality will affect the accuracy of the numerical solution directly.…2.3.2.1 Planar Triangular ModelThe simplest and most commonly used element in the geometrical modeling is the planar triangle, which is defined by its three vertices (nodes).…2.3.2.2 Curvilinear Triangular ModelThe curved surface of an object can be better modeled with curvilinear triangular elements which are the second-order curved surfaces. A curvilinear triangle can be defined by six nodes, three of which are the vertices of the triangle, the other three are the midpoints of three curved edges. Shown in Figure 2-1 is the sketch of a curvilinear triangular element.The curved surface of an object can be better modeled with curvilinear triangular elements which are the second-order curved surfaces. A curvilinear triangle can be defined by six nodes, three of which are the vertices of the triangle, the other three areChapter 2 Theoretical Basicsthe midpoints of three curved edges. Shown in Figure 2-1 is the sketch of a curvilinear triangular element.Figure 2-1 The sketch of a curvilinear triangular element. (a) The curvilinear triangle inthe coordinate system; (b) The curvilinear triangle in the coordinate systemUsing the following coordinate transformation, the curvilinear triangle in the rectangular coordinate system, as shown in Figure 2-1(a), can be mapped onto the triangle defined in a parametric coordinate system, as shown in Figure 2-1(b)6121231(,)(,,)j j j r r ξξϕξξξ==∑ (2-1)where j r denotes the rectangular coordinates of the six controlling nodes inFigure 2-1a, 1ξ,2ξ,3ξare the parametric coordinates varying from 0 to 1, and they satisfy the relation1231ξξξ++= (2-2)From (2-2), it is clear that only two variables out of these three are independent. …2.3.3 The Choice of Basis FunctionsAfter the geometrical discretization of the object surface using planar or curvilinear triangular elements, basis functions can be defined on these triangular elements to e xpand the unknown vector functions.……Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of China2.3.3.1 Planar RWG Basis FunctionsIntroduced by Rao Wilton, and Glisson in 1982, the RWG basis function [6]is defined over two adjacent triangular elements.①…2.3.3.2 Curvilinear RWG Basis FunctionsIn order to give a better representation of curved surfaces, the curvilinear triangular elements can be used. Correspondingly, the curvilinear RWG basis functions [7] can be defined on the curvilinear triangular elements.…2.3.4 The Solution of Matrix EquationsThe matrix equation can be solved with two types of algorithms, the direct algorithms and the iterative algorithms. They will be introduced briefly in this subsection [8].…2.3.4.1 Direct AlgorithmsThe commonly used direct algorithms include the Gaussian elimination, the LU decomposition, and the singular value decomposition (SVD) [9-10].…2.3.4.2 Iterative AlgorithmsWhen the dimension of the impedance matrix is very large, the direct solution becomes very expensive.…2.4 Conclusion…①Chapter 3 Calderόn Preconditioner at Mid FrequenciesChapter 3 Calderόn P reconditioner at Mid Frequencies3.1 IntroductionThe integral equations (IEs) are used to model the electromagnetic scattering,…3.2 Calderόn Relation and Calderόn IdentitiesIn a scattering problem, according to the surface equivalence principle,…3.3 Calderόn Preconditioner at Mid FrequenciesBased on the discussion in the preceding section,…3.4 Numerical ExamplesTwo simple examples are given to demonstrate the fast convergence of the Calderόn preconditioner at mid frequencies.…3.5 ConclusionT he Calderόn preconditioner for the EFIE at mid frequencies is reviewed in this chapter.…Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of China Chapter 4 Calderόn Preconditioning Technique for N-Müller4.1 IntroductionAnalysis of low-frequency electromagnetic problems has received more attention, …4.2 N-Müller Integral EquationsConsider the problem of electromagnetic wave scattering by a conducting surface, …Theorem 1…Proof:Consider the problem of electromagnetic wave scattering by a conducting surface, …the problem is proved.4.3 The Derivation of N-Müller EquationsThe derivation begins from the preconditioning of the EFIE,…4.4 The Discretization of N-Müller EquationsThe derivation begins from the preconditioning of the EFIE,…4.5 Numerical ExamplesIn this section, the performance of the N-M¨uller equations is investigated.…4.6 ConclusionIn this chapter,…Chapter 5 ConclusionsChapter 5 Conclusions5.1 Concluding RemarksThe accurate and efficient nume rical solutions of the Maxwell’s equations have important significance to the analysis of electromagnetic scattering and radiation problems.…5.2 Future WorkThe researches reported in this dissertation have covered most important areas including the convergence acceleration of the first-kind integral equations and the accuracy improvement of the second-kind integral equations for both the PEC and the dielectric cases. Nevertheless, due to the time limitation, there are still spaces for the future development of the Calder´on-technique-related methods.…Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of ChinaAcknowledgementsOn the completion of this thesis,…ReferencesReferences[1]W. C. Chew, J. M. Jin, E. Michielssen, et al. Fast and efficient algorithms in computationalelectromagnetics[M]. Boston: Artech House, 2000[2]盛新庆.计算电磁学要论[M].北京:科学出版社, 2004[3]王秉中.计算电磁学[M].北京:科学出版社, 2001[4]吕英华.计算电磁学的数值方法[M].北京:清华大学出版社, 2006[5]王长清.现代计算电磁学基础[M].北京:北京大学出版社, 2005[6]潘小敏.计算电磁学中的并行技术及其应用[D]. 北京:中国科学院电子学研究所, 2006[7]中华人民共和国国家技术监督局.GB3100-3102. 中华人民共和国国家标准--量与单位[S].北京:中国标准出版社, 1994年11月1日[8]W. C. Gibson. The method of moments in electromagnetics[M]. New York: Chapman andHall/CRC, 2008[9]胡俊.复杂目标矢量电磁散射的高效算法——快速多极子方法及其应用[D].成都:电子科技大学, 2000[10]H. C. Martin, G. F. Carey. Introduction to finite element analysis: theory and application [M].New York: McGraw Hill, 1973Bachelor Thesis of University of Electronic Science and Technology of China Origin of Foreign Language MaterialsTranslations of Foreign Language MaterialsTranslation of Foreign Language Materials基于多载波索引键控的正交多路复用系统的误码率上界二.基于多载波索引键控的正交频分多路复用系统模型我们考虑一个端到端的M-QAM,Nc子载波的基于多载波索引键控的正交频分多路复用系统有n个簇,每个簇有N个子载波(Nc=nN)。

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