پياده‌سازي موازي انتشار امواج صوتي در دريا با استفاده از شيوه پرتوردگيري گاوسي روي واحد پردازش نگاشتي

Parallel implementation of underwater acoustic wave propagation using beamtracing method on graphical processing unit

الگوسازي رياضي انتشار موج صوتي در آب ‌دريا، اساس تحقق هدف‌هايي نظير مخابرات زيرآبي، نقشه‌برداري بستر دريا، هواشناسي بحري، تعيين موقعيت و كشف هدف‌هاي ناشناخته درون آب، صيادي پيشرفته و اكتشاف نفت و گاز است. اما با توجه به وجود پديده‌هاي فيزيكي متنوع در محيط آب و شرايط مختلف حاكم بر محيط دريا نظير نوفه، حالت دريا، عمق، جنس بستر، دما و شوري شيوه‌هاي گوناگوني براي انتشار موج صوتي پيشنهاد شده‌اند كه منجر به پيچيدگي زياد محاسباتي در حل عددي انتشار موج صوتي مي‌شوند. از آن‌جا كه سرعت بالاي انجام محاسبات امري كليدي در اكثر كاربردهاي بلا درنگ است، در اين مطالعه، الگوريتمي موازي براي پياده‌سازي رايانه‌اي انتشار زيرآبي موج صوتي با استفاده از شيوه پرتوردگيري گوسي ارائه مي‌شود. به منظور مقايسه عملكرد الگوريتم موازي پيشنهادي نسبت به حالت سلسله‌اي (سريال)، با اجراي الگوريتم روي چندين فرانامه (سناريو) مختلف، نتايج شبيه‌سازي به صورت شكل و جدول گزارش شده‌اند. نتايج شبيه‌سازي بيانگر سرعت بسيار بالاتر الگوريتم موازي نسبت به حالت سلسله‌اي (سريال) برغم دقت بسيار مناسب آن است.

The mathematical modeling of the acoustic wave propagation in seawater is the basis for realizing goals such as, underwater communication, seabed mapping, advanced fishing, oil and gas exploration, marine meteorology, positioning and explore the unknown targets within the water. However, due to the existence of various physical phenomena in the water environment and the various conditions governing the sea environment, such as, noise, sea state, depth, substrate, temperature and salinity, various methods have been proposed for the propagation of acoustic wave, which results in a high computational complexity in the numerical solution of acoustic wave propagation. Since the high speed of computing is a key factor in most real-time applications, in this study, a parallel algorithm for the implementation of computerized underwater acoustic wave propagation is presented, using the Gaussian Beamtracing method. In order to compare the performance of the proposed parallel algorithm with respect to the serial mode, the results are reported in figure and table for several different scenarios. The simulation results indicate a much higher rate of parallel algorithm than the serial mode despite its very precise accuracy.