模拟GHz超声波压电仪器仪表用于福里埃转换计算
Zaifeng Yang1, Xing Haw Marvin Tan2, Viet Phuong Bui1
1Institute of High Performance Computing (IHPC), Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), 1 Fusionopolis Way, Connexis #16-16, Singapore, 138632, Republic of Singapore.
Scientific reports
|September 12, 2023
概括
超声波前线计算 (WFC) 提供了一个高效的,节能替代传统的快速里埃转换 (FFT) 计算. 这项研究验证了WFC模拟方法,证明了1D和2DFFT计算的计算复杂性降低.
科学领域:
- 声学和信号处理
- 计算物理 计算物理
- 光学和光子学 在光学和光子学.
背景情况:
- 传统的数值快里叶变换 (FFT) 方法是计算密集的.
- 使用超声波的新兴波面计算 (WFC) 提供了更高效和节能的替代方案.
- 现有的WFC系统主要专注于二维图像处理.
研究的目的:
- 介绍关于超声波WFC计算的建模和模拟方法的全面研究.
- 为了验证WFC系统设计,使用射线追踪,弗雷内尔衍射 (FD) 和有限元法 (FEM).
- 扩展WFC处理1D信号和2D图像的能力,提高计算效率.
主要方法:
- 射线追踪被用来验证设计参数和焦距的平面形镜头为WFC.
- 对1D信号和2D图像进行了三维和2D弗雷内尔衍射 (FD) 模拟.
- 开发了新的2D全波有限元素方法 (FEM) 模拟,并根据理论FFT和FD结果进行了验证.
主要成果:
- 使用光线追踪,FD和FEM验证了WFC系统设计.
- 模拟表明,拟议的WFC方法有效地计算了1-D FFT,与以前的系统不同.
- 来自FD和FEM模拟的FFT结果与理论FFT非常相匹配,将计算复杂性从O ((N log N) 降低到O ((N) 对于1DFFT和O ((N^2) 降低到O ((N) 对2DFFT.
结论:
- 超声波前线计算为FT计算提供了可行的和高效的替代方案.
- 开发的2D全波FEM模拟方法准确地模拟了WFC系统.
- 这项研究显著提高了WFC在1D和2D数据处理中的应用性和计算效率.
