The validation of a simulation model is a key to demonstrate that the simulation model is reliable. However, among various validation methods have been introduced, it is very poor to research the specific techniques for the time series data. Therefore, this paper suggests the methodology to verify the simulation using the time series data by Wavelet Transform, Power Spectrum and Coherence. This method performs 2 steps as followed. Firstly, we get spectrum using the Wavelet transform available for non-periodic signal separation. Secondly, we compare 2 patterns of output data from simulation model and actual system by Coherence Analysis. As a result of comparing it with other validation techniques, the suggested way can judge simulation model accuracy more clearly. By this way, we can make it possible to perform the simulation validation test under various situations using detailed sectional validation method, which has been impossible using a single statistics for the whole model.
The dispersive phase velocity of a wave propagating through multilayered systems such as a soil site is an important parameter and carries valuable information in non-destructive site characterization tests. The dispersive phase velocity of a wave can be determined using the phase spectrum, which is easily evaluated through the cross power spectrum. However, the phase spectrum determined using the cross power spectrum is easily distorted by background noise which always exists in the field. This causes distortion of measured signal and difficulties in the determination of the dispersive phase velocities. In this paper, a new method to evaluate the phase spectrum using the harmonic wavelet transform is proposed and the phase spectrum by the proposed method is applied to the determination of dispersion curve. The proposed method can successfully remove background noise effects. To evaluate the validity of the proposed method, numerical simulations of multi-layered systems were performed. Phase spectrums and dispersion curves determined by the proposed method were found to be in good agreement with the actual phase spectrums and dispersion curves biased by heavy background noise. The comparison manifests the proposed method to be a very useful tool to overcome noise effects.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.1
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pp.25-34
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2003
Gas insulated switchgear(GIS) is an important equipment in a substation. It is highly desirable to measure a partial discharge(PD) in GIS which is a symptom before insulation breakdown occurs. The issue is that the PD signal is weak and sensitive to external noise. In this paper, the algorithm for detection of PD in GIS using wavelet transform is proposed. The wavelet transform provides a direct quantitative measure of spectral content, "dynamic spectrum", in the time-frequency domain. The recommended mother wavelet is 'Daubechies' wavelet. 'db4', the most commonly applied mother wavelet in the power quality analysis, can be used most properly in disturbance phenomena which occurs rapidly for a short time. Through the procedure of wavelet transform, noise extraction and reconstruction, the signal is Analyzed to determine the magnitude of PD in GIS. In experimental results, we can know that partial discharge is exactly detected in combination of Dl and D2 using wavelet transform.transform.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.2
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pp.122-129
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2014
Identification of the whipping response out of the combined wave-vibration response of a flexible sea going vessel is one of the most interesting research topic from ship designer's point of view. In order to achieve this goal, a novel methodology based on the wavelet cross-correlation technique was proposed in this paper. The cross-correlation of the wavelet power spectrum averaged across the frequency axis was introduced to check the similarity between the combined wave-vibration response and impulse response. The calculated cross-correlation of the wavelet power spectrum was normalized by the auto-correlation of the each spectrum with zero time lag, eventually providing the cross-correlation coefficient that stays between 0 and 1, precisely indicating the existence of the impulse response buried in the combined wave-vibration response. Additionally, the weight function was introduced while calculating the cross-correlation of the two spectrums in order to filter out the signal of lower frequency so that the accuracy of the similarity check becomes as high as possible. The validity of the proposed methodology was checked through the application to the artificially generated ideal combined wave-vibration signal, together with the more realistic signal obtained by running 3D hydroelasticity program WISH-Flex. The correspondence of the identified whipping instances between the results, one from the proposed method and the other from the calculated slamming modal force, was excellent.
KIEE International Transactions on Power Engineering
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v.3A
no.4
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pp.214-221
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2003
In view of the fact that gas insulated switchgear (GIS) is an important piece of equipment in a substation, it is highly desirable to continuously monitor the state of equipment by measuring the partial discharge (PD) activity in a GIS, as PD is a symptom of an insulation weakness/breakdown. However, since the PD signal is relatively weak and the external noise makes detection of the PD signal difficult, it therefore requires careful attention in its detection. In this paper, the algorithm for detection of PD in the GIS using the wavelet transform (WT) is proposed. The WT provides a direct quantitative measure of the spectral content and dynamic spectrum in the time-frequency domain. The most appropriate mother wavelet for this application is the Daubechies 4 (db4) wavelet. 'db4', the most commonly applied mother wavelet in the power quality analysis, is very well suited to detecting high frequency signals of very short duration, such as those associated with the PD phenomenon. The proposed algorithm is based on utilizing the absolute sum value of coefficients, which are a combination of D1 (Detail 1) and D2 (Detail 2) in multiresolution signal decomposition (MSD) based on WT after noise elimination and normalization.
This research analyzed the HRV signals by using wavelet transform to observe the activities of autonomous nervous system in a sleep state. This research also restructured the HRV signals from electrocardiogram and by using coefficient which was obtained through wavelet transform, analyzed the signals by frequency bandwidth. Then compared the analyzed results with existing frequency analyzing method using AR model techniques. The suggested wavelet coefficient from power spectrum component in the study shows a similar tendency with the results from FFT or AR model technique. Therefore, it can be found that power spectrum analyzing method by wavelet coefficient is a useful as a tool for analyzing autonomous nervous system activities using HRV signals. Since the suggested method able to clearly depict the progression of change in time zone, which was once impossible with the existing methods, it is presumed that it will be useful in other physiological signals.
In this study, the principal components of rainfall in Korea are extracted by a method which consists of the independent component analysis combined with the wavelet transform, to examine the spatial correlation between seasonal rainfalls and global sea surface temperatures (SSTs). The 2-8 year band retains a strong wavelet power spectrum and the low frequency characteristics are shown by the wavelet analysis. The independent component analysis is performed by using the Scale Average Wavelet Power(SAWP) that is estimated by wavelet analysis. Interannual-interdecadal variation is the dominant variation, and an increasing trend is observed in the spring and summer seasons. The relationships between principal components of rainfall in the spring/summer seasons and SSTs existed in Indian and Pacific Oceans. Particularly, the SST zones, which represent a statistically significant correlation are located in the Philippine offshore and Australia offshore. Also, the three month leading SSTs in the same region we strongly correlated with the rainfall. Hence, these results propose a promising possibility of seasonal rainfall prediction by SST predictors.
A new method is proposed in this study for estimating the damping ratio of a super tall building under strong wind loads with short-time measured acceleration signals. This method incorporates two main steps. Firstly, the power spectral density of wind-induced acceleration response is obtained by the wavelet transform, then the dynamic characteristics including the natural frequency and damping ratio for the first vibration mode are estimated by a nonlinear regression analysis on the power spectral density. A numerical simulation illustrated that the damping ratios identified by the wavelet spectrum are superior in precision and stability to those values obtained from Welch's periodogram spectrum. To verify the efficiency of the proposed method, wind-induced acceleration responses of the Guangzhou West Tower (GZWT) measured in the field during Typhoon Usagi, which affected this building on September 22, 2013, were used. The damping ratios identified varied from 0.38% to 0.61% in direction 1 and from 0.22% to 0.59% in direction 2. This information is expected to be of considerable interest and practical use for engineers and researchers involved in the wind-resistant design of super-tall buildings.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.1
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pp.13-21
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2003
To investigate the safety and stability of a concrete lining, numerous studies have been conducted over the years and several methods have been developed. Most signal processing techniques of NDT have been based on Fourier analysis. However, the application of Fourier analysis to analyze recorded vibrational signal shows results in the frequency domain only, and it is not enough to analyze transient waves precisely. In this study, Wavelet theory was employed for the analysis of non-stationary wave induced by mechanical impact on tunnel concrete lining. The Wavelet transform of transient signals provides a method for mapping the frequency spectrum as a function of time. To verify the availability of Wavelet transform as a time-frequency analysis tool, model experiments have been conducted and the thickness of the concrete lining was estimated based on the proposed theory. From this study, it was found that the contour map by Wavelet transform provides more distinct results than the power spectrum by Fourier transform and it was also found that Wavelet transform was also an effective tool for the analysis of dispersive waves in tunnel concrete linings.
The wind-induced dynamic response of large-span flexible structures includes two important components-background response and resonant response. However, it is difficult to separate the two components in time-domain. To solve the problem, a relational expression of wavelet packet coefficients and power spectrum is derived based on the principles of digital signal processing and the theories of wavelet packet analysis. Further, a new approach is proposed for separation of the background response from the resonant response. Then a numerical example of frequency detection is provided to test the accuracy and the spectral resolution of the proposed approach. In the engineering example, the approach is applied to compute the power spectra of the wind-induced response of a large-span roof structure, and the accuracy of spectral estimation for stochastic signals is verified. The numerical results indicate that the proposed approach is efficient and accurate with high spectral resolution, so it is applicable for power spectral computation of various response signals of structures induced by the wind. Moreover, the background and the resonant response time histories are separated successfully using the proposed approach, which is sufficiently proved by detailed verifications. Therefore, the proposed approach is a powerful tool for the verification of the existing frequency-domain formulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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