Górnośląskie Centrum Obliczeń Naukowych i Inżynierskich

kierownik Pracowni:

Dr hab. inż Andrzej Karwowski, prof. nzw. w Pol. Śl.

 

Pracownia zajmuje się zastosowaniem i doskonaleniem metod elektromagnetyzmu obliczeniowego (Computational Electromagnetics – CEM), stanowiącego mariaż klasycznej elektrodynamiki i metod numerycznych. Burzliwy rozwój CEM na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci ma swoje źródło w tym, że metody numeryczne są jedynymi skutecznymi, dającymi stosować się ogólnie, metodami rozwiązywania zagadnień inżynierii pola elektromagnetycznego (elektrodynamiki technicznej). Zaawansowane software’owe narzędzia CEM, tzw. pełnofalowe symulatory elektromagnetyczne, rozwiązujące zagadnienia brzegowe elektrodynamiki metodą momentów (MoM), metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD), techniką całek skończonych (FIT) albo metodą elementów skończonych (FEM), itp., są obecnie podstawowym i niezbędnym wyposażeniem warsztatu pracy badawczej w zakresie anten, bioelektromagnetyzmu, kompatybilności elektromagnetycznej, techniki mikrofalowej i pokrewnych. Dla przykładu, niemal cała nasza wiedza o subtelnościach rozkładu tempa pochłaniania energii elektromagnetycznej (SAR) w ciele żywego człowieka w pasmach częstotliwości roboczych telefonii komórkowej pochodzi z modelowania numerycznego i symulacji komputerowych.

 

Aktualnie nasze zainteresowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach dotyczących poprawy skuteczności metody momentów (implementowanej w dziedzinie częstotliwości) w rozwiązywaniu zagadnień wymagających predykcji/rekonstrukcji odpowiedzi dużego elektrycznie obiektu w bardzo szerokim zakresie częstotliwości. Badania idą w dwóch kierunkach:

  • sposobów zmniejszenia liczby  próbek wyznaczanych „rygorystyczną” MoM, niezbędnych do rekonstrukcji/predykcji odpowiedzi, co można osiągnąć stosując adaptacyjne algorytmy doboru kroku obliczeń połączone z rozmaitymi sposobami aproksymacji poszukiwanej funkcji
  • sprzętowej akceleracji obliczeń poprzez wykorzystanie potencjału wielordzeniowych CPU i procesorów strumieniowych kart graficznych GPU (paradygmat GPGPU). Kluczowe znaczenie ma tutaj strategia równoważenia zadań obliczeniowych wykonywanych przez obydwa typy jednostek wykonawczych, tzn. CPU i GPU, uczestniczących w procesie wypełniania i faktoryzacji macierzy opisującej analizowany obiekt

 

Prace nawiązujące bezpośrednio do konkretnych zastosowań, obejmują, m.in.

  • zbadanie metodami symulacji pełnofalowej i ilościowe ujęcie zjawiska przenikania zaburzeń elektromagnetycznych do urządzeń medycznych rejestrujących słabe sygnały biomedyczne (elektroencefalografy, elektrokardiografy dużej rozdzielczości). Badania mają na celu wypracowanie racjonalnych podstaw do opracowania metod programowej i sprzętowej detekcji zaburzeń i następnie technicznych sposobów poprawy wiarygodności pomiaru sygnałów biomedycznych w rzeczywistym środowisku elektromagnetycznym
  • opracowanie efektywnej obliczeniowo metody kompleksowej analizy rozległych, rozbudowanych przestrzennie ekranów siatkowych, chroniących zainstalowane w rozmaitych obiektach urządzenia i systemy elektroniczne, teleinformatyczne, itp. przed destrukcyjnym oddziaływaniem impulsów elektromagnetycznych generowanych przez wyładowania atmosferyczne (norma PN-EN 62305-4:2011)