基于异步步进的DGTD电磁场获取方法及装置

本发明涉及数据处理，尤其涉及一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法及装置。

背景技术：

1、时域不连续伽辽金方法(discontinuous galerkin time-domain method,dgtd)是一种特殊的时域有限元方法，不仅具有传统时域有限元方法的优点，比如可以使用非结构化网格进行剖分以降低目标的形状近似误差，也可以直接对宽频带结构和瞬态问题进行分析求解等。除此之外，由于数值通量技术的引入，dgtd方法可以避免对全局系统矩阵的计算，实现逐单元的求解，求解方式更为灵活。

2、dgtd方法的时间步进策略主要有显式时间步进和隐式时间步进，在显式时间步进方法中，时间步的迭代是在每个子域中独立进行的，这样也避免了像时域有限元方法一样在每个时间步都需要求解一个大型线性矩阵，这也是dgtd方法的优势所在。但是实际的电磁问题往往具有复杂的多尺度几何结构，离散生成的网格单元尺寸差异较大，导致各网格单元满足稳定性的时间步长之间也相差较大。若采用同步时间步进方案，则所有网格单元以一致的时间步长进行步进，系统受到稳定性条件的限制，时间步长的大小受限于最小的单元时间步长，这对于复杂多尺度问题来说，大大增加了总的时间迭代次数，导致计算资源的浪费。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法及装置，用以解决现有技术中同步时间步进方案中迭代时间步长因受限于最小网格单元时间步以致计算效率低的缺陷，大大提高了dgtd方法对复杂多尺度电磁问题的计算效率。

2、本发明提供一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，包括：对时域不连续伽辽金方法dgtd电磁场模型的目标区域进行空间离散，得到多个多面体网格；基于预先建立的电磁场时域步进算法和预设迭代稳定性条件，得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长；其中，所述电磁场时域步进算法是基于一阶麦克斯韦旋度矢量方程组，采用dgtd建立并进行时间离散得到的；根据各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长，获取满足全域稳定的第二迭代时间步长；根据各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长和所述第二迭代时间步长，得到各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长；根据各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长，确定各个所述多面体网格的异步步进迭代顺序，并基于所述异步步进迭代顺序，判断当前迭代时间是否为对应多面体网格的第二迭代时间步长的整数倍，若是，则基于对应多面体网格的相邻多面体网格的场值进行迭代更新。

3、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，在得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长之前，包括：基于一阶麦克斯韦旋度矢量方程组和预先建立的各个所述多面体网格对应的基函数组，利用dgtd进行加权测试，并结合矢量恒等式和散度定理，得到所述dgtd的弱解；根据所述dgtd的弱解，并按所述基函数组将电场强度和磁场强度展开，以建立时间离散矩阵方程；在整数时间步长的情况下，沿时间轴对电磁场进行交替取样，并采用中心差分对时间导数进行近似，得到电磁场时域步进算法。

4、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，在得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长之前，还包括：根据各个多面体网格，获取对应多面体网格的最小棱边长度、磁导率和介电常数；根据各个所述多面体网格的磁导率和介电常数，得到波在对应多面体网格的传播速度；根据所述多面体网格的最小棱边长度、波在所述多面体网格的传播速度和预先建立的单个所述多面体网格对应的基函数组内基函数的阶数，确定时间步长的迭代稳定性条件。

5、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，所述获取满足全域稳定的第二迭代时间步长，包括：从各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长中选择最小第一迭代时间步长，得到第二迭代时间步长。

6、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，所述得到各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长，包括：根据各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长和所述第二迭代时间步长，得到比值；将所述比值进行向下取整，并结合所述第二迭代时间步长，得到第三迭代时间步长。

7、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，所述确定各个所述多面体网格的异步步进迭代顺序，包括：将所述各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长按从小到大进行排序，得到对应各个所述多面体网格的异步步进迭代顺序。

8、根据本发明提供的一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，所述基于对应多面体网格的相邻多面体网格的场值进行迭代更新，包括：若对应多面体网格的相邻多面体网格存在对应当前时间步长的当前场值，则基于所述当前场值进行迭代更新；否则，根据所述对应多面体网格的相邻多面体网格在先场值，获取近似场值，并利用所述近似场值进行迭代更新。

9、本发明还提供一种基于异步步进的dgtd电磁场获取装置，包括：空间离散模块，对时域不连续伽辽金方法dgtd电磁场模型的目标区域进行空间离散，得到多个多面体网格；第一时间步长获取模块，基于预先建立的电磁场时域步进算法和预设迭代稳定性条件，得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长；其中，所述电磁场时域步进算法是基于一阶麦克斯韦旋度矢量方程组，采用dgtd建立并进行时间离散得到的；第二时间步长获取模块，根据各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长，获取满足全域稳定的第二迭代时间步长；第三时间步长获取模块，根据各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长和所述第二迭代时间步长，得到各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长；场值获取模块，根据各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长，确定各个所述多面体网格的异步步进迭代顺序，并基于所述异步步进迭代顺序，判断当前迭代时间是否为对应多面体网格的第二迭代时间步长的整数倍，若是，则基于对应多面体网格的相邻多面体网格的场值进行迭代更新。

10、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于异步步进的dgtd电磁场获取方法的步骤。

11、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于异步步进的dgtd电磁场获取方法的步骤。

12、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于异步步进的dgtd电磁场获取方法的步骤。

13、本发明提供的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法及装置，从稳定性条件出发，确定目标区域内各多面体网格自身的时间步长，使得各个多面体网格按照各自的时间步长异步步进，避免了同步时间步进方案中迭代时间步长因受限于最小的网格单元时间步导致的计算效率低的问题，大大提高了dgtd方法对复杂多尺度电磁问题的计算效率。

技术特征：

1.一种基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，在得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长之前，包括：

3.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，在得到各个所述多面体网格对应的第一迭代时间步长之前，还包括：

4.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，所述获取满足全域稳定的第二迭代时间步长，包括：

5.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，所述得到各个所述多面体网格对应的第三迭代时间步长，包括：

6.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，所述确定各个所述多面体网格的异步步进迭代顺序，包括：

7.根据权利要求1所述的基于异步步进的dgtd电磁场获取方法，其特征在于，所述基于对应多面体网格的相邻多面体网格的场值进行迭代更新，包括：

8.一种基于异步步进的dgtd电磁场获取装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于异步步进的dgtd电磁场获取方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于异步步进的dgtd电磁场获取方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种基于异步步进的DGTD电磁场获取方法及装置，方法包括：对DGTD电磁场模型的目标区域进行空间离散，得到多个多面体网格；基于预先建立的电磁场时域步进算法和预设迭代稳定性条件，得到各个多面体网格对应的第一迭代时间步长；根据各第一迭代时间步长，获取满足全域稳定的第二迭代时间步长；根据各第一迭代时间步长和第二迭代时间步长，得到各多面体网格对应的第三迭代时间步长；根据各第三迭代时间步长，确定异步步进迭代顺序，并基于异步步进迭代顺序，判断当前迭代时间是否为对应第二迭代时间步长的整数倍，若是，则基于相邻多面体网格的场值进行迭代更新。本发明大大提高了DGTD方法对复杂多尺度电磁问题的计算效率。

技术研发人员：唐章宏,王轶男,王碧瑶,吴智澳
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14