本发明属于隐格式时域有限差分算法数值计算技术,属于大规模并行计算领域,具体是一种对无条件稳定时域有限差分有效的区域分解并行算法。
背景技术:
随着计算机硬件技术的飞速发展,单核计算已不能满足目前的需求,多核大规模并行计算成为目前的主流方向。传统的显式时域有限差分法虽然满足天然的并行性可以实现大规模并行计算,但显式时域有限差分法受稳定性条件的限制,无法放大时间步长,导致了仿真时间的加长。隐格式时域有限差分法例如蛙跳交替方向隐格式时域有限差分法不受稳定性条件限制可以放大时间步长,但在求解过程中需求解三对角矩阵,限制了大规模高效并行计算。追求无条件稳定时域有限差分法的大规模高效并行计算一直是研究的热点方向。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种对无条件稳定时域有限差分法有效的区域分解并行方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种对无条件稳定时域有限差分法有效的区域分解并行方法,步骤如下:
第一步,消息传递接口mpi初始化,确定进程的总数目以及每个进程的编号;
第二步,执行程序前处理,设置仿真参数,设置吸收边界参数,根据进程的总数目,划分区域,使进程号与子区域一一对应,通过时间步长大小确定缓冲区厚度,建立相邻子区域之间的通信索引;
第三步,根据蛙跳交替方向隐格式时域有限差分的迭代公式进行时间迭代,一次时间步迭代里有两次通信,分别通信缓冲区内正确的电场值和磁场值,该通信只发生在相邻区域之间;迭代结束得到空间中的电场和磁场值;
第四步,数据后处理,根据计算出的场值提取相关的物理参数;
第五步,mpi并行结束。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:(1)可以实现隐格式时域有限差分法的大规 模并行计算:(2)可以获得与传统显式时域有限差分相比拟的并行效率,同时可以放大时间步长,大大减小了计算时间。
附图说明
图1为计算区域划分示意图。
图2为f15模型示意图。
图3为f15模型雷达散射截面积比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明是一种对无条件稳定时域有限差分法有效的区域分解并行方法,步骤如下:
第一步,mpi(消息传递接口)初始化,将三维计算空间按照每个方向进行区域划分,确定进程的总数目,对每个进程进行编号;
第二步,执行程序前处理,对仿真参数进行设置包括吸收边界条件的设置,平面波的加入等。附图1中的实线为步骤1中的计算区域划分的边界,每个计算区域向外进行区域扩展使之与相邻的计算区域有相交的计算区域形成缓冲区域,例如区域5的实际计算区域为位于计算区域4、9、10中虚线所共同围成的计算区域。对每个区域实线与虚线所围成的缓冲区域进行编码,建立相邻计算区域之间的通信索引;
第三步,开始时间迭代
采用公式(1)更新整个计算区域的电场辅助变量
采用公式(4)更新整个计算区域的磁场辅助变量
第四步,时间迭代结束数据后处理,根据计算出的场值提取相关的物理参数;
第五步,mpi并行结束;
为了验证本发明的正确性与有效性,下面分析了f15战斗机的电磁散射特性。
算例:f15战斗机模型,几何尺寸4.78m×3.35m×1.06m。激励源设置为:调制高斯脉冲,中心频率300mhz,带宽600mhz,入射波的方向θ=180°,
表1.并行效率