基于JASMIN框架的抛物方程有限差分解法并行计算及其应用

抛物方程有限差分解法的网格步长严格受波长限制,在求解城市小区电波传播问题时,计算速度明显变慢,为此,基于JASMIN框架研究了抛物方程有限差分解法的并行方法,通过将同一步进面划分成多个网格片,并分配到不同的处理器进行运算,实现了抛物方程有限差分解法的并行计算。与解析解的对比验证了并行程序的正确性,同时通过实例分析了并行程序的高效性,算例表明,抛物方程有限差分解法的求解效率得到了有效的提高。最后,模拟和分析了某一电信基站天线在包含9栋规则建筑物的城市小区环境中的电磁特性,结果表明,该方法能够得到基站在空间各处的信号覆盖强弱,可以为基站选址提供参考。     

双向抛物方程的并行方法研究

提出了基于OpenMP(Open Multi Processing)的双向抛物方程并行方法,可快速求解多障碍物环境中的电波传播问题.分别以双刃峰环境和十五刃峰环境为例,验证了并行双向抛物方程的正确性和高效性.计算结果表明：在具有16个计算核心的计算机上,采用并行方法后,双向抛物方程的计算速度提升了8.8倍,有效地提高了仿真效率;最后,采用并行双向抛物方程模拟了实际地形中全球移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communication)基站天线的电磁覆盖特性,数值结果表明该方法具有很好的加速效果.     

有限时间尺度内分子指向相关的不对称扩散研究

传统的经典扩散理论常常将分子和物体假设为球形,这些分子和物体的扩散是无偏移各向同性的。然而,当我们在纳米尺度去看分子和物体时,这些分子和物体呈现出各种不对称的结构。进一步,当我们观察的时间有限到小于几十纳秒时,我们会看到这些分子和物体的自由扩散表现出与它们的初始方位相关的特性。对于像甲醇分子这样的小分子,在约100 ps的有限时间内,常温下,不对称扩散能占到总扩散的10%左右。这样的不对称扩散丰富了分子的扩散理论,对生命和其他自然界现象的理解具有重要的意义,同时也可能提供一种通过控制分子的方向来驱动分子的方法。     

基于数字地图的二维电波传播问题仿真

为快速预测二维地理环境下的电磁环境特性,应用二维抛物方程模型对电磁环境进行仿真。为了得到真实有效的地形数据,研究了从GeoTiff中抽取网格点上地理信息的方法,并利用双线性插值法计算了任意位置处的高程值。同时研究了地球表面两点之间计算距离的方法,将该方法的计算结果与GIS软件结果进行对比,验证了该方法的可靠性。在标准大气环境下,利用二维抛物方程模型仿真分析了不同距离处不同高度的电波传播传播因子的变化情况,为预测真实地理环境中的电波传播特性提供了一种有效的方法。     

复杂地理环境的图像分割及电波传播特性

复杂地理环境是电波传播不可避免的传播环境,不仅不规则地形会对电波传播产生影响,不同的地表媒质对电波传播也会产生不同的影响。为了使得电波传播特性的预测结果更加地准确有效,通过图像分割算法实现地表环境的简单分类,同时对不同的媒质赋予不同的电磁参数,并结合数字高程模型（DEM)数据,实现了既具有地形起伏信息又具有地表电磁环境参数的复杂地理环境建模。在此基础上,对地表电磁环境信息做了网格剖分处理,利用抛物方程（PE）模型对复杂地理环境下的电波传播特性进行了预测。     

核酸侵入反应偶联纳米金探针杂交显色技术可视化检测乙醛脱氢酶2基因多态性位点

传统的乙醛脱氢酶2(Aldehyde dehydrogenase 2,ALDH2)基因多态性位点(rs671)分型手段包括电泳、测序和荧光探针法,但在实际应用中存在步骤繁琐或检测成本高等问题.本研究基于聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR),将核酸侵入反应和纳米金探针(Gold n...     

有限时间尺度内分子指向相关的不对称扩散研究

传统的经典扩散理论常常将分子和物体假设为球形,这些分子和物体的扩散是无偏移各向同性的。然而,当我们在纳米尺度去看分子和物体时,这些分子和物体呈现出各种不对称的结构。进一步,当我们观察的时间有限到小于几十纳秒时,我们会看到这些分子和物体的自由扩散表现出与它们的初始方位相关的特性。对于像甲醇分子这样的小分子,在约100 ps的有限时间内,常温下,不对称扩散能占到总扩散的10%左右。这样的不对称扩散丰富了分子的扩散理论,对生命和其他自然界现象的理解具有重要的意义,同时也可能提供一种通过控制分子的方向来驱动分子的方法。     

基于OpenMP的多辐射源二维电波传播预测方法

复杂电磁环境是当前仿真领域的热门研究问题,而多辐射源是构成复杂电磁环境的重要因素之一.传统抛物方程方法需通过多次计算以得到所有辐射源的电波传播特性,效率低下且执行繁琐.为克服该不足,提出了基于OpenMP（Open Multi Processing）的抛物方程并行计算方案.该并行方案可充分利用计算机资源,实现高效模拟多种辐射源在大尺度复杂环境中的电波传播.仿真计算表明,该并行方法可大幅提升计算速度且具有较高的并行计算效率.     

表面平整目标的电磁散射快速预估

针对表面基本由平面构成的散射体,在传统弹跳射线法的基础上,对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进,使得该方法对于分析隐身飞行器等有更好的应用。研究了单根射线与三角形的快速求交方法,同时与弹跳射线法相结合,使用三角形对目标进行两次表面拟合,分别得到用于求交测试的稀疏三角面元,以及用于射线追踪的起始三角面元,利用快速求交方法,完成射线追踪,进行物理光学积分,完成目标远场电磁散射的快速预估,将该方法的计算结果与文献结果进行对比,验证了该方法的可靠性,通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果,验证了该算法的高效性。