基于CUDA的高階差分正演模擬及逆時偏移.pdf

1、近年來，隨著計算機處理能力的發(fā)展以及一些新的并行設備的出現(xiàn)，特別是GPU(圖形處理器)的通用計算能力和可編程性的提高，為加速科學計算帶來了新的選擇和希望。相比CPU(中央處理器)，GPU擁有天生的并行結構，而且功耗低、成本小、管理簡單。目前，由NVIDIA公司推出的基于自身GPU的運算平臺CUDA(Compute Unified Device Architecture，統(tǒng)一計算設備架構)，最引人矚目，基于CUDA的圖像與視頻處理、計算生

2、物學和化學、流體力學模擬、CT圖像再現(xiàn)、以及光線追蹤等都實現(xiàn)了在GPU上的計算加速。正是如此，本文基于CUDA將高階差分正演模擬及逆時偏移由CPU移植到GPU上，實現(xiàn)高階差分正演模擬及逆時偏移的加速計算。
　　首先簡要闡述了CUDA的相關理論，推導了一階應力-速度彈性波方程，對一階應力-速度彈性波方程采用交錯網(wǎng)格高階差分求解，詳細推導了其波場正向延拓和反向延拓的離散差分格式。針對有限差分法數(shù)值模擬的固有問題(穩(wěn)定性、頻散以及人工邊

3、界反射)進行了深入分析，通過采用交錯網(wǎng)格技術求解波動方程可以有效的壓制頻散現(xiàn)象，模型試算表明，還可以適當提高空間差分階數(shù)來壓制頻散；采用PML(完全匹配層)吸收邊界條件來吸收邊界反射波場，詳細闡述了其實現(xiàn)過程，并推導了對應的一階應力-速度彈性波方程的離散差分格式，該吸收邊界條件也非常適合在GPU上做并行計算。
　　針對逆時偏移存儲需求過大的問題，本文提出了一種有效內部存儲策略以及改進的有效內部存儲策略，可以有效解決逆時偏移中震源正

4、向延拓波場存儲過大問題以及顯存不足的問題，在該存儲策略下，震源波場通過存儲的有效內部波場逆時延拓重構得到；通過模型計算分析了逆時偏移低頻噪聲產(chǎn)生的機制，并將電磁學領域的坡印亭矢量以及圖像處理中的拉普拉斯濾波方法引入到逆時偏移的噪聲壓制中，相比其他去噪方法，這兩種去噪方法更適合在GPU上做并行計算。根據(jù)上述理論和方法，詳細闡述了基于CUDA的高階差分正演模擬及逆時偏移算法的實現(xiàn)過程，并給出了算法實現(xiàn)的流程圖。
　　最后通過編寫程序對