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相似文献
 共查询到18条相似文献,搜索用时 296 毫秒
1.
李民权  陶小俊  赵瑾  吴先良 《物理学报》2007,56(4):2115-2118
从基本的差分概念和Maxwell方程出发, 引入电磁场方程的Hamilton函数.提出一种基于Runge-Kutta-Nystrom辛算法的高阶时域有限差分方法,该方法保持了系统的相空间体积不变和总能量不变,并导出了迭代公式.在此基础上计算了一种金属圆柱的雷达散射截面.计算结果表明该方法的正确性及快速、精确的特性. 关键词: 雷达散射截面 高阶算法 辛Runge-Kutta-Nystrom方法 时域有限差分  相似文献   

2.
首先把一维Gross-Pitaevskli方程改写成多辛Hamiltonian系统的形式,把形式通过分裂变成2个子哈密尔顿系统.然后,对这些子系统用辛或者多辛算法进行离散.通过对子系统数值算法的不同组合方式,得到不同精度的具有多辛算法特征数值格式.这些格式不仅具有多辛格式、分裂步方法和高阶紧致格式的特征,而且是质量守恒的.数值实验验证了新格式的数值行为.  相似文献   

3.
余华平  王双虎 《计算物理》2005,22(3):206-216
考虑哈密尔顿系统的保结构算法,在经典哈密尔顿系统的jet辛算法的基础上,给出了一般哈密尔顿系统的jet辛差分格式的定义.并利用带有变系数辛矩阵的一般哈密尔顿系统中的构造辛差分格式的生成函数法的思想,来建立由一般的反对称矩阵所确定的微分二形式与生成函数的关系,再利用哈密尔顿-雅可比方程来构造jet辛的差分格式.  相似文献   

4.
提出基于无穷维哈密尔顿系统及分裂算子理论的多步高阶差分格式,求解时域Maxwell方程.在时间方向上,针对Maxwell方程采用不同阶数的辛算法进行差分离散;在空间方向上,采用四阶差分格式进行差分离散.探讨多步高阶差分格式的稳定性及数值色散性,最后给出数值计算结果.结果表明,五级四阶格式为最有效的多步高阶差分格式,具有高精度、占用较少的计算机资源等优点,适用于长时间的数值模拟.  相似文献   

5.
辛时域有限差分算法研究等离子体光子晶体透射系数   总被引:1,自引:0,他引:1  
相较于传统的时域有限差分算法,辛时域有限差分算法具有高准确度性和低色散性.传统的时域有限差分算法的计算准确度较低,数值色散误差较大,并且破坏了麦克斯韦方程的辛结构,从而导致其稳定性较差.然而辛时域有限差分算法可以克服这些缺点,从而保证了整个仿真计算的准确性和稳定性.本文基于辛时域有限差分算法,对等离子体光子晶体的带隙特性,透射系数等进行了研究,并与传统的时域有限差分算法进行了对比,验证了辛时域有限差分算法的优势和可行性.  相似文献   

6.
提出了一种新的算法—高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3,4):symplectic finite-difference time-domain)求解含时薛定谔方程.在时间上采用三阶辛积分格式离散,空间上采用四阶精度的同位差分格式离散,建立了求解含时薛定谔方程的高阶离散辛框架;探讨了高阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值算例表明:当空间采用高阶同位差分格式时,辛积分可提高算法的稳定度;SFDTD(3,4)法和FDTD(2,4)法较传统的FDTD(2,2)法数值色散性明显改善.对二维量子阱和谐振子的仿真结果表明:SFDTD(3,4)法较传统的FDTD(2,2)法及高阶FDTD(2,4)法有着更好的计算精度和收敛性,且SFDTD(3,4)法能够保持量子系统的能量守恒,适用于长时间仿真.  相似文献   

7.
沈晶  沙威  黄志祥  陈明生  吴先良 《物理学报》2012,61(19):190202-190202
提出了一种新的算法——高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3, 4): symplectic finite-difference time-domain)求解含时薛定谔方程.在时间上采用三阶辛积分格式离散, 空间上采用四阶精度的同位差分格式离散, 建立了求解含时薛定谔方程的高阶离散辛框架;探讨了高阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值算例表明:当空间采用高阶同位差分格式时, 辛积分可提高算法的稳定度;SFDTD(3, 4)法和FDTD(2, 4)法较传统的FDTD(2, 2)法数值色散性明显改善.对二维量子阱和谐振子的仿真结果表明: SFDTD(3, 4)法较传统的FDTD(2, 2)法及高阶FDTD(2, 4)法有着更好的计算精度和收敛性, 且SFDTD(3, 4)法能够保持量子系统的能量守恒, 适用于长时间仿真.  相似文献   

8.
利用辛积分和高阶交错差分方法建立了求解含时薛定谔方程的高阶辛算法(SFDTD(4,4)).对空间部分的二阶导数采用四阶准确度的差分格式离散得到随时间演化的多维系统再引入四阶辛积分格式离散;探讨了SFDTD(4,4)法的稳定性,获得了含时薛定谔方程的一维以及多维的稳定性条件,并得到在含势能情况下该稳定性条件的具体表达式;借助复坐标沿伸概念,实现了SFDTD(4,4)法在量子器件模拟中的完全匹配层吸收边界条件.结合一维量子阱和金属场效应管传输的仿真,结果表明较传统的时域有限差分算法,SFDTD(4,4)有着更好的计算准确度,适用于长时间仿真.算法及相关结果可为实际量子器件的设计提供必要的参考.  相似文献   

9.
提出了一种新的算法一高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3,4):symplectic finite—difference time-domain)求解含时薛定谔方程.在时间上采用三阶辛积分格式离散,空间上采用四阶精度的同位差分格式离散,建立了求解含时薛定谔方程的高阶离散辛框架;探讨了高阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值算例表明:当空间采用高阶同位差分格式时,辛积分可提高算法的稳定度;SFDTD(3,4)法和FDTD(2,4)法较传统的FDTD(2,2)法数值色散性明显改善.对二维量子阱和谐振子的仿真结果表明:SFDTD(3,4)法较传统的FDTD(2,2)法及高阶FDTD(2,4)法有着更好的计算精度和收敛性,且SFDTD(3,4)法能够保持量子系统的能量守恒,适用于长时间仿真.  相似文献   

10.
 提出了一种基于二阶波动方程的(2M,4)高阶时域有限差分(FDTD)方法,通过使用辛积分传播子(SIP)在时域上获得4阶精度,使用离散奇异卷积(DSC)方法在空域上达到2M阶精度。与已有的(2M,4) 阶FDTD方法相比,虽然两者都采用SIP和DSC方法,但是此二者的不同点在于:第一,新方法基于二阶波动方程;第二,在离散计算空间时使用单一网格而不是传统的Yee网格;第三,单独计算某一场分量从而节约内存并减少计算量。数值计算结果表明,与传统高阶算法相比,基于波动方程的高阶FDTD方法耗费的机时只有它的50%,内存消耗下降10%, 而两者的计算结果之间相对误差小于5‰。  相似文献   

11.
Haiyan Song  Hong Wei Yang 《Optik》2012,123(3):272-275
In this paper, the Maxwell's equations are written as Hamilton canonical equations by using Hamilton functional variation method. Maxwell's equations can be discretized with symplectic propagation technique combined with high-order difference schemes approximations to construct symplectic finite difference time domain (SFDTD) method. The high-order dispersion equations of the scheme for space is deduced. The numerical dispersion analysis is included, and it is compared with the multiresolution time-domain (MRTD) method based on the Daubechies scaling functions. Numerical results show high efficiency and accuracy of the SFDTD method.  相似文献   

12.
In this paper, we establish a family of symplectic integrators for a class of high order Schrödinger equations with trapped terms. First, we find its symplectic structure and reduce it to a finite dimensional Hamilton system via spatial discretization. Then we apply the symplectic Euler method to the Hamiltonian system. It is demonstrated that the scheme not only preserves symplectic geometry structure of the original system, but also does not require to resolve coupled nonlinear algebraic equations which is different from the general implicit symplectic schemes. The linear stability of the symplectic Euler scheme and the errors of the numerical solutions are investigated. It shows that the semi-explicit scheme is conditionally stable, first order accurate in time and $2l^{th}$ order accuracy in space. Numerical tests suggest that the symplectic integrators are more effective than non-symplectic ones, such as backward Euler integrators.  相似文献   

13.
非均匀网格时域伪谱算法在超宽带技术中的应用   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
 与传统时域有限差分算法相比,采用以伪谱方法离散Maxwell微分方程为基础的时域伪谱(PSTD)算法计算大的电尺度电磁场时域问题,将大大提高计算效率,降低内存需求。为了拓宽PSTD算法的应用,近年来,基于网格插值方法的非均匀时域伪谱算法得到了发展。研究的重点是算法中非均匀网格技术的实现及其在时域瞬态脉冲电磁场模拟和高功率超宽带脉冲技术方面的应用。以高斯脉冲为激励源,用该算法计算了多层介质的反射和透射,并通过超宽带脉冲穿墙实验对这一方法的应用进行了验证。模拟和实验结果具有较好的一致性。  相似文献   

14.
The electromagnetic wave scattering from random roughness surfaces is a technologically important but challenging problem. There is a significant amount of interest in understanding the radiative properties of the rough surfaces for diverse applications. On one end, the rigorous models require the solutions of complex formulations of the Maxwell's equations or rely on various numerical schemes, which typically are computationally intensive. On the other hand, it has been found that the geometric optics (GO) ray tracing approximation method produces reasonably accurate radiative property predictions in some cases and with little computational effort. However, the latter ignores the wave interference and polarization effects, which are important when the wavelength is on the same order or larger than the geometrical length scale. It is therefore important to quantify the accuracy of the GO approximation. This study reports a new regime map based on the comparisons of the GO and finite-difference time-domain solutions.  相似文献   

15.
A new time-domain numerical method is presented for the estimation of noise reduction by the diffraction and finite impedance of barriers. High order finite difference schemes conventionally used for computational aeroacoustics, and time-domain impedance boundary conditions are utilized for the development of the time-domain method. Compared with other methods, this method can be applied more easily to the problems related to nonlinear noise propagation such as impulsive noise and broadband noise. Linearized Euler equations in Cartesian co-ordinates are considered and solved numerically. Straight and T-shaped barriers with and without surface admittance are calculated. In order to assess the accuracy of this time-domain method, comparison with the results of SYSNOISE software (Ver. 5.3) are made. There are very good agreements between the results of the present time-domain numerical method and the boundary element method of the SYSNOISE software.  相似文献   

16.
为了在数值计算中保持哈密顿系统的辛几何结构不变,利用辛几何算法得到了在线性哈密顿系统中射线追踪方程的一般辛差分格式。通过具体算例,利用辛几何算法计算了波在非磁化等离子体中的传播轨迹,并且与传统Runge-Kutta-Fehlberg算法所得结果进行了比较。利用辛几何算法所得传播轨迹与解析解一致,其色散函数值的误差随时间线性增长,能在长时间内保持色散函数值在一个很小的误差范围内。利用传统的Runge-Kutta-Fehlberg算法所得传播轨迹与解析解不一致,其误差随时间做大幅振荡增加。计算结果表明辛几何算法在保持传播轨迹和色散函数值方面具有独特的优势。  相似文献   

17.
In the paper, we describe a novel kind of multisymplectic method for three-dimensional (3-D) Maxwell’s equations. Splitting the 3-D Maxwell’s equations into three local one-dimensional (LOD) equations, then applying a pair of symplectic Runge–Kutta methods to discretize each resulting LOD equation, it leads to splitting multisymplectic integrators. We say this kind of schemes to be LOD multisymplectic scheme (LOD-MS). The discrete conservation laws, convergence, dispersive relation, dissipation and stability are investigated for the schemes. Theoretical analysis shows that the schemes are unconditionally stable, non-dissipative, and of first order accuracy in time and second order accuracy in space. As a reduction, we also consider the application of LOD-MS to 2-D Maxwell’s equations. Numerical experiments match the theoretical results well. They illustrate that LOD-MS is not only efficient and simple in coding, but also has almost all the nature of multisymplectic integrators.  相似文献   

18.
孤立波方程的保结构算法   总被引:4,自引:0,他引:4  
王雨顺  王斌  季仲贞 《计算物理》2004,21(5):386-400
讨论了孤立波方程的保结构差分算法,以一些经典的孤立波方程为例,如KdV,sine-Gordon,K-P方程,给出了它们的辛和多辛结构,说明辛和多辛算法的可适用性.提出局部守恒算法和广义保结构算法的概念,它们是保结构算法的概念自然推广.还给出一种能系统构造局部守恒格式的复合方法.数值例子说明,保结构数值能很好模拟各种孤立波的演化。  相似文献   

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