高阶数值方法提升超声声场模拟效率与精度

本文主要探讨了"基于高阶数值方法的超声声场模拟与分析"这一主题，由马友能、余锦华和汪源源合作完成，他们的研究得到了多个基金项目的支持，包括高等学校博士学科点专项科研基金、国家自然科学基金以及国家重点实验室基金。文章着重关注的是如何提高超声声场计算的精度和效率，尤其是在面对长时间或远场声场模拟时，低阶数值方法如有限差分法可能存在较大数值色散问题，这会限制计算的精度和计算成本。 作者们提出了采用两种高阶数值计算技术：高阶时域有限差分算法（FDTD）和傅里叶时域伪谱算法（FPSTD），以减少数值色散。这两种方法能够更有效地处理复杂声场，同时优化存储空间和计算时间。在仿真过程中，他们还实施了高阶完全匹配层（PML）技术，这是一种边界条件处理技术，能够有效地吸收声波，减少反射，从而提高模拟的准确性。 实验证明，高阶数值方法在超声声场模拟中的表现显著优于低阶方法，特别在远场声场计算上，它们能够节省大量计算时间和存储资源。二维仿真的结果表明，PML在吸收声波方面表现出极佳的效果。因此，本文的研究对于推动高阶数值方法在超声声场模拟和分析中的实际应用提供了宝贵的指导，有助于提升超声成像技术的精确度和效率，对于医学超声工程等领域具有重要的实践价值。