海洋音響トモグラフィのための数値解析による北極海域の音波伝搬特性の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750400
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: 土屋 健伸 神奈川大学, 工学部, 助手 (50291745)
• Keywords: 海洋音波伝搬 / 広角波動法 / 弾性体 / 海洋音響トモグラフィー / 時間領域差分法 / 並列演算

Research Abstract

本年度、北極海の音波特性を捉えるため,パルス波の伝搬解析を時間領域差分法を用いて海水中を伝搬する音波のシミュレーションを行った。北極海表面を覆う氷の音波伝搬に与える影響を考慮してより正確な計算方法を確立した。この手法を導入する事により正確な北極海での音波伝搬プログラムが開発できると言える。また間領域差分法は計算時間がかかる為,並列演算アルゴリズムを作成し,高速化を図った。海表の氷や温度や塩分濃度といった海洋内部構造による影響を調べる事で海洋音響トモグラフィにおける順問題解析を高精度で行うことができる。以上の手法についてプログラムを作成し,海洋での伝搬特性の解析結果について検討した。
(1)浅海の基準解析手法として時間領域差分法による音波伝搬解析法を開発し,連続波のみならずパルス波の伝搬解析を行った。時間領域差分法(FDTD法)を用いて高い精度で音波伝搬をシミュレートすることが出来る。その結果、計算精度の高いこと、さらに、反射波の影響も求めることが出来る事を確認した。
(2)並列演算アルゴリズムを作成し,高速化を図り,5台のPCで約4.6倍の性能向上を確認した。さらに多くのPCを用いることで更なる高速化が期待できる。
これらの結果については、ヨーロッパ音響会議(EAA)や海洋音響学会誌に報告した。また来年度の世界音響会議(WCU)でも報告予定である。

Research Products

• [Publications] T.Tsuchiya, T.Anada, N.Endoh: "Sound propagation characteristics in Arctic Ocean calculated by elastic PE method using Rotated Pade approximation"Proc. of FORUM ACUSTICUM SEVILLA 2002(EAA). 2. 41-42 (2002)
• [Publications] T.Tsuchiya, T.Anada, N.Endoh, T.Aoki, I.Kaihou: "Numerical analysis of Underwater Acoustic Lens using Alternating-Direction Implicit Method"Proc. of sixth European Conference on UNDERWATER ACOUSTICS. 1. 503-506 (2002)
• [Publications] T.MITSUNO, T.Tsuchiya, T.ANADA, N.ENDOH: "Elastic Parabolic Equation for Sound Propagation in shallow Water Overlying an Elastic Bottom Using Complex Pade Approximation"Jpn. J. Apl. Phys.. Vol.41 No.5B. 3530-3533 (2002)
• [Publications] 土屋健伸, 小西亮人, 山田康博, 遠藤信行, 小川誠, 竹井学: "時間領域差分法による海洋内伝搬波の推定波形と実測波形との比較"電子情報通信学会超音波研究会技術報告. US2002-111. 71-76 (2003)
• [Publications] 土屋健伸, 小西亮人, 山田康博, 遠藤信行: "PCクラスタ上のプロセス間通信を用いたFDTD法の高速化アルゴリズム"第23回超音波シンポジウム講演予稿集. 157-158 (2002)
• [Publications] 光野高志, 小西亮人, 土屋健伸, 遠藤信行: "弾性放物型方程式法による北極海音波伝搬解析"海洋音響学会講演論文集. 1. 85-86 (2002)