探地雷达检测铁路路基病害的二维正演模拟

为了识别复杂的探地雷达图像,建立铁路路基病害图像数据库,针对各种常见的路基病害,结合实地检测情况,研究铁路路基病害的探地雷达(GPR)图像特征,进行探地雷达二维正演模拟分析.基于有限差分原理,在时间域上推导横电磁波的差分方程;运用GprMax软件,对路基下道碴陷槽病害进行正演模拟分析;对路基下存在的圆形空洞,模拟不同半径和埋深的空洞,分析径深比对雷达模拟图像的影响.开挖一个人工道碴陷槽,用探地雷达实测,并进行正演模拟.实测结果和模拟结果一致,表明了该模拟方法用于实际复杂路基检测的可行性.     

商用探地雷达蝶形天线三维数值模拟

基于商用探地雷达蝶形天线的几何特征、激励源、电阻加载方式及屏蔽吸波机理,采用时域有限差分方法建立其三维模型,通过三维数值模拟研究了蝶形天线几何特征、电阻加载、屏蔽腔和吸波材料等对蝶形天线辐射特性的影响,为验证、改进探地雷达蝶形天线的辐射性能提供科学依据.     

富水裂隙岩体探地雷达信号特性模拟研究

针对探地雷达信号在富水裂隙岩体中的图像与频谱特征,开展了非频散介质与频散介质条件下时域有限差分正演模拟,模拟结果体现了频散介质条件下电磁波在岩体与裂隙水之间的高衰减率、相位差、震荡反射、有限的探测深度以及频散等特性。利用基于连续小波变换的小波尺度谱,把模拟信号同时在时域和频域内分解,显示了频散介质中低频信号产生过程。信号中低频成分逐渐增多,并且表现为从稳定到不稳定状态。与实测富水裂隙砂岩区的探地雷达信号分析对比,解释了探地雷达在富水裂隙岩体中信号特性。     

基于gprMax的衬砌脱空三维正演分析

衬砌脱空是一种常见的施工缺陷，会导致结构的劣化，降低隧道的安全性，需要在施工及运营阶段对隧道衬砌进行检测．利用基于时域有限差分法的gprMax软件，建立含脱空的隧道衬砌模型，对三维探地雷达的衬砌检测过程进行正演模拟，获取脱空的三维数据体．对脱空的响应特征进行分析，讨论了脱空对电磁波波形及波场分布的影响，结合工程实例验证了正演结果的可靠性．结果表明，脱空区电场强度随测线靠近中心而增强，依据这种变化可实现对脱空三维尺寸的探测；电磁波在脱空内部产生多次反射，引起围岩层中电磁波信号的多次震荡；金属部件会对脱空区信号产生较强的干扰，电场极值从大到小依次为无金属部件、单层钢筋网和双层钢筋网．研究结果对于推动三维探地雷达在隧道衬砌脱空检测中的应用，提高脱空检测的准确性具有参考价值．     

探地雷达数值模拟的吸收边界条件研究

运用时域有限差分法实现探地雷达数值模拟时,边界条件的吸收特性对计算结果起着关键性作用。目前应用于探地雷达数值模拟的吸收边界有：Mur二阶吸收边界、超吸收边界和完全匹配层,本文引入一种新的吸收边界：单轴各向异性理想匹配层（UPML）,实现对有损耗介质中雷达波传播的数值模拟;并在激励源子波中心频率分别为100MHz、500MHz和1000MHz的情况下,以二维空间中的电偶极子辐射作为算例对Mur二阶、广义完全匹配层（GPML）和UPML吸收边界的全局误差进行比较,结果显示在不同频率下,UPML的计算精度都较Mur二阶吸收边界和GPML高;最后,应用该方法对两种常见的探地雷达模型进行正演剖面合成,取得了较好的结果。     

路面雷达电磁波的时域有限差分法模拟

介绍了路面雷达电磁波在路面结构中传播的基本原理,结合时域有限差分法算法,分别分析一维FDTD方程、软激励源、分层介面的有效参数、吸收边界条件在应用实现模拟过程中的重要影响,并建立了空气耦合式路面雷达的正演模型.理论模拟和实际工程数值算例表明:该模型对路面雷达正演模拟是可行的,误差不超过2%.     

基于GprMax的地下管线探地雷达图像正演模拟

探地雷达是一种适用浅层目标探测的地球物理方法,具有使用场景多元化、无损探测、高分辨率和抗干扰能力强等特点.为快速掌握地下管线在探地雷达下的响应特征,给准确查明城市复杂区域的管线探测提供技术指导,文章使用GprMax正演模拟软件对不同的管线形态、管线材质、管线埋深、管径、管线填充物质、管线空间位置及不同天线频率下的管线响...     

论探地雷达现状与发展

探地雷达在水文、工程、环境等领域已得到广泛的应用,且其应用范围还在不断扩大.探地雷达的现状和未来目前是一个备受关注的问题.本文简要回顾了探地雷达技术发展的历史和当前的现状,分析了其研究与应用状况,主要有探地雷达资料处理方法和理论正演计算研究,着重分析了现行单发单收探地雷达存在的一些问题,并提出了相控阵探地雷达的思想,其基本思路是将目前军事上成熟的相控阵技术应用于探地雷达,以此来克服现行雷达存在的不足.文章指出,相控阵探地雷达可能是一种很有发展前景的技术.     

岩溶塌陷的地质雷达正演模拟分析

针对各种岩溶发育地带的地球物理特征,构建相应的地电模型,采用时域有限差分法作地质雷达正演模拟。根据电磁波在介质中的传播规律,分析各种岩溶模型情况下所得正演剖面结果的振幅特性,相位特性,频率特性。总结岩溶探测过程中各种构造的地质雷达响应,作为实际工程探测的依据。从而,验证了利用时域有限差分方法作地质雷达正演模拟的可行性,也有助于实际勘探岩溶塌陷灾害隐患的定性到定量的分析。     

频率—空间域有限差分正演迭代法实现

频率域正演是频率域全波形反演的基础,此外它更适用于在处理介质参数与频率有关的问题。为了更高效地实现频率域正演,本文利用有限差分算子离散频率域—空间域波动方程,频率域正演转化为大型稀疏矩阵线性方程组的求解问题,以广义最小残差法实现频率—空间域有限差分正演迭代。与频率—空间域有限差分正演直接法相比,频率—空间域有限差分正演迭代法所需的储存空间小的特点,而两者的模拟精度和耗费时间相当。随着频率域正演的发展,数据维数越来越大,计算所需的储存空间面临极大的挑战,而迭代法能很好地解决这一问题。     

卫星轨道递推的GPU集成式并行加速方法

为克服传统卫星轨道模型预报方法的速度瓶颈,为实现卫星在轨自主规划变轨奠定基础,利用图形处理器(GPU)并行计算方法对多卫星轨道解算进行加速,构建了轨道预报并行计算模块,成功实现了卫星轨道预报的大幅加速.为提高低计算量时解算速度,提出了集成式GPU加速方法,将简化常规摄动模型(SGP4)解算模型整体代入核函数,计算机内存仅需与GPU进行一次调用及数据交互,大大缩短调用核函数时间,较模块化GPU加速方法在中低规模计算量时速度有明显提高.本研究于两种设备上基于统一计算设备架构(CUDA)实现了集成式加速方法并进行了加速试验,在小型嵌入式开发板NIVIDA TX2设备上可实现在5 s内进行500颗星一天时间86 400步的轨道预报,笔记本设备上GPU加速比也可达到中央处理器(CPU)的4.6倍,且加速后精度损失极低.实验结果表明:集成式加速方法适用于中低规模星数(总步数小于400万步)的并行解算任务,模块化加速方法适用于大规模星数(总步数大于400万步)的并行解算任务.     

基于ShuffleNetv2-YOLOv3模型的静态手势实时识别方法

针对移动端平台下计算资源有限、存储空间小的特点,提出高效的ShuffleNetv2及YOLOv3集成网络静态手势实时识别方法,以减小模型对硬件的计算能力需求. 通过将轻量化网络ShuffleNetv2代替Darknet-53作为主干网络,减小模型的计算复杂度. 引入CBAM注意力机制模块,加强网络对空间和通道的关注度. 采用K-means聚类算法,重新生成Anchors的长宽比和数量,使重新生成的Anchors尺寸对目标进行精确定位来提高模型的检测精度. 实验结果表明,提出算法在手势识别上的平均识别准确率为99.2%,识别速度为44帧/s,单张416×416图片在GPU上的推理时间为15 ms,CPU上的推理时间为58 ms,模型所占内存为15.1 MB. 该方法具有识别精度高、识别速度快、内存占用率低等优点,有利于模型在移动终端上部署.     

二维ADI多域伪谱时域算法

针对时域有限差分算法和传统的伪谱时域算法稳定性不足的问题,提出了一种将ADI技术与多区域伪谱时域算法相结合的ADI-MPSTD算法,并采用紧凑矩阵形式对其进行清晰的描述．此算法不仅具有多区域伪谱时域算法分析任意曲边形体问题的精确性和灵活性,而且稳定性和效率也相应地提高．ADI-MPSTD的数值结果与传统的算法的结果相比,证明了该算法的高精度和良好的稳定性．     

基于GPU的水面模拟方法的研究与实现

介绍一种基于GPU的实时渲染方法,通过对水面的造型模拟实现高真实度的动态水面效果.主要通过网格制作以及顶点渲染方法,利用GPU的运算特性实现水面的动态渲染,并加入光照模型的设计使得渲染效果更加逼真.实验证明本文的水面渲染方法在小范围的水面模拟中具有较好的光影效果,在视觉上能产生较为真实的三维感觉,并且能够进行一定的干扰,产生水花视觉效果.     

RKDG有限元GPU算法及其重排加速技术

为提升并行化求解Navier Stokes方程的效率,构建了高阶有限元单元及单元边界映射线程结构和对应的各类GPU核函数,成功地把RKDG方法移植到GPU架构,发展出RKDG有限元GPU并行算法。算法数据访存能兼容GPU快慢不一的存储器,尤其在结构网格上,算法涉及的数据依赖区结构有序,能较好满足GPU对齐合并访问的要求。但在非结构网格上,非结构化的数据依赖区,影响到访存效率。基于此提出一种适合高阶有限元算法框架的单元分层重排加速技术,致力于网格的层化结构,提升GPU访存效率。具体基于初始网格拓扑,创建单元或单元边界对应的分层结构,逐层重排,汇总形成适合GPU对齐合并访问的数据存储结构。文中结合排序实例,给出了这一重排加速技术的具体实施过程。算例表明,发展的算法逼近的阶数符合预期,计算结果能与现有文献或实验结果接近,且最大GPU加速比可达67.47。此外,非结构网格算例证实,算法可处理较为复杂的几何边界,且所提重排技术可进一步赢得重排加速。     

Decoding of regular LDPC codes accelerated by the GPU

To take advantage of the high speed parallel feature of the GPU and the parallel section in the regular LDPC codes decoding process, a method is proposed by which the GPU is used to accelerate decoding of regular LDPC codes. In this method, edges of nodes are used in parallel decoding instead of nodes themselves to improve the utilization of threads. At the same time, the use of the high-speed on-chip GPU memory-shared memory and registers to store data makes data reduce dependence on global memory and shorten access time. Simulation results show that, by using parallel computing on edges and the on-chip memory, the decoding speed can be 5.32 ～ 10.41 times relative to the LDPC codes decoding program that does not use the optimization method of this paper based on the GPU.     

自适应交叉近似算法的核外计算方法

为解决矩量法在计算电大目标电磁特性时受计算机物理内存限制的问题,设计了一种核外自适应交叉近似算法．使用自适应交叉近似算法有效地压缩了阻抗矩阵,降低了所需存储空间和计算量;并结合核外技术,进一步节省了内存空间,提升了单台计算机的计算能力．通过算例检验了文中方法的准确性和有效性,结果表明：该方法有效地降低了求解电大目标雷达散射截面所需的内存和计算量,并且自适应交叉近似算法及核外计算不损失矩量法的计算精度．     

超吸收边界条件在地质雷达剖面正演中的应用

运用时域有限差分法正演地质雷达剖面时,边界条件的吸收特性对计算结果起着关键性作用．为了使截断边界的影响尽可能小,对边界条件的吸收特性进行了研究,提出了超吸收技术,让电场与磁场分量同时参与边界条件的计算,采用误差抵消的原理,首先减小截断边界对磁场分量的畸变,进而以此比较精确的磁场值重新计算边界上的电场,从而得到更加精确的电磁场值．数值试验表明,它能有效地减小截断边界的伪反射,提高计算精度．把这一技术用于地质雷达剖面的正演合成,得到了满意结果．     

基于Brook在GPU的应用

依据现代GPU在通用计算方面的功能,提出了基于Brook在GPU上执行通用计算的实现方法,运用图像分割、快速傅立叶算法和光线跟踪3个应用对该方法进行了评估。评估结果表明GPU在Brook环境下通用计算能力优于CPU。