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Phase-space-inspired numerical methods for high-frequency wave scattering: from semiclassical analysis through numerical analysis to open-source software

Description du projet

Simulation d’ondes à haute fréquence

Les ondes acoustiques et électromagnétiques à hautes fréquences sont les piliers de la détection, de l’imagerie et des communications. Cependant, leur simulation rapide et précise reste difficile. Dans ce contexte, le projet PSINumScat, soutenu par le CER, vise à combler le fossé entre l’analyse semi-classique et les méthodes numériques en introduisant des connaissances mathématiques approfondies pour améliorer les simulations de diffusion des ondes. En créant des algorithmes plus performants et plus rapides et en les traduisant en plateformes open source telles que FreeFEM, le projet fournira des outils aux scientifiques et aux ingénieurs de tous les domaines. Avec des chercheurs principaux spécialisés en analyse semi-classique, en simulations numériques et en calcul scientifique, PSINumScat pourrait révolutionner la simulation des ondes à haute fréquence et permettre des innovations technologiques, des avancées diagnostiques et des percées en physique appliquée.

Objectif

Designing fast and reliable algorithms to numerically simulate the behaviour of high-frequency acoustic and electromagnetic waves is a longstanding open problem in computational mathematics. Furthermore, these waves underpin a plethora of communication and imaging technologies; therefore any progress towards solving this problem will have wide impact.

The project aims to design, analyse, and implement in open-source software new methods for the numerical solution of high-frequency acoustic and electromagnetic wave scattering problems. These methods will be faster, more reliable, and more widely applicable than current state-of-the-art methods, with this improvement achieved by exploiting techniques from pure mathematics specifically designed to study high-frequency problems; these techniques are from the area of semiclassical analysis and are based on studying functions in phase space (the combination of physical and frequency space).

Since both numerical analysis and semiclassical analysis of high-frequency wave scattering problems are mature areas of mathematics, it is surprising that these two fields have operated largely in isolation from each other, with essentially none of the deep insights about high-frequency waves from semiclassical analysis used in the design of numerical methods for these problems.

This project will exploit this untapped potential and implement the resulting methods in the open-source multiphysics finite-element
software FreeFEM (https://freefem.org/(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)) in easy-to-use packages. These packages will be designed for researchers in the applied sciences and industry seeking to simulate the behaviour of high-frequency acoustic and electromagnetic waves.

These goals will be achieved by combining the expertise of the three PIs: JG, an expert in semiclassical analysis, ES, an expert in the numerical analysis of high-frequency scattering, and PT, an expert in scientific computing and the lead developer of FreeFEM.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-SyG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

UNIVERSITY OF BATH
Contribution nette de l'UE
€ 3 060 223,00
Adresse
CLAVERTON DOWN
BA2 7AY BATH
Royaume-Uni
Région
South West (England) Gloucestershire, Wiltshire and Bristol/Bath area Bath and North East Somerset, North Somerset and South Gloucestershire
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 3 060 223,00

Bénéficiaires (5)