Chae, Jongchul;Madjarska, Maria S.;Kwak, Hannah;Cho, Kyuhyoun
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.45
no.1
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pp.44.4-45
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2020
The solar chromosphere can be observed well through strong absorption lines. We infer the physical parameters of chromospheric plasmas from these lines using a multilayer spectral inversion. This is a new technique of spectral inversion. We assume that the atmosphere consists of a finite number of layers. In each layer the absorption profile is constant and the source function is allowed to vary with optical depth. Specifically, we consider a three-layer model of radiative transfer where the lowest layer is identified with the photosphere and the two upper layers are identified with the chromosphere. This three-layer model is fully specified by 13 parameters. Four parameters can be fixed to prescribed values, and one parameter can be determined from the analysis of a satellite photospheric line. The remaining eight parameters are determined from a constrained least-squares fitting. We applied the multilayer spectral inversion to the spectral data of the Hα and the Ca II 854.21 nm lines taken in a quiet region by the Fast Imaging Solar Spectrograph (FISS) of the Goode Solar Telescope (GST). We find that our model successfully fits most of the observed profiles and produces regular maps of the model parameters. We conclude that our multilayer inversion is useful to infer chromospheric plasma parameters on the Sun.
Genetic algorithms are so named because they are analogous to biological processes. The model parameters are coded in binary form. The algorithm then starts with a randomly chosen population of models called chromosomes. The second step is to evaluate the fitness values of these models, measured by a correlation between data and synthetic for a particular model. Then, the three genetic processes of selection, crossover, and mutation are performed upon the model in sequence. Genetic algorithms share the favorable characteristics of random Monte Carlo over local optimization methods in that they do not require linearizing assumptions nor the calculation of partial derivatives, are independent of the misfit criterion, and avoid numerical instabilities associated with matrix inversion. An additional advantage over converntional methods such as iterative least squares is that the sampling is global, rather than local, thereby reducing the tendency to become entrapped in local minima and avoiding the dependency on an assumed starting model.
Yi Myeong-Jong;Kim Jung-Ho;Cho Seong-Jun;Chung Seung-Hwan;Song Yoonho
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.2
no.4
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pp.191-201
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1999
The interpretation of resistivity data has, so far, mainly been made under the assumption that the earth is of relatively simple structure and then using one or two-dimensional inversion scheme. Since real earth structure and topography are fully three-dimensional and very complicated In nature, however, such assumptions often lead to misinterpretation of the earth structures. In such situations, three-dimensional inversion is probably the only way to get correct image of the earth. In this study, we have developed a three-dimensional inversion code using the finite element solution for the forward problem. The forward modeling algorithm simulates the real field situation with irregular topography. The inverse problem is solved iteratively using the least-squares method with smoothness constraint. Our inversion scheme employs ACB (Active Constraint Balancing) to enhance the resolving power of the inversion. Including Irregular surface topography in the inversion, we can accurately define the earth structures without artifact in the numerical tests. We could get reasonable image of earth structure by Inverting the real field data sets taken over highway bridge construction site.
Unlike the conventional reverse time migration method which is implemented by simply extrapolating wavefield in reverse time, this paper presents a derivation of another reverse time migration operator as the exact adjoint of the presumed forward wavefield extrapolation operator. The adjoint operator is obtained by formulating the forward time extrapolation operator in an explicit matrix equation form and then taking the adjoint to this matrix equation followed by determining the corresponding operator. The reverse time migration operator as the exact adjoint to the implied forward operator can be used not only as a migration algorithm but also as an adjoint operator which is required in the imaging through an inversion such as least-squares migration.
In this paper, an inversion method using chirp signals and two near field receivers is proposed. Inversion problems can be formulated into the probabilistic models composed of signals, a forward model and noise. Forward model to simulate chirp signals is chosen to be the source-wavelet-convolution planewave modeling method. The solution of the inversion problem is defined by a posteriori pdf. The wavelet matching technique, using weighted least-squares fitting, estimates the sediment sound-speed and thickness on which determination of the ranges for a priori uniform distribution is based. The genetic algorithm can be applied to a global optimization problem to find a maximum a posteriori solution for determined a priori search space. Here the object function is defined by an L₂norm of the difference between measured and modeled signals. The observed signals can be separated into a set of two signals reflected from the upper and lower boundaries of a sediment. The separation of signals and successive applications of the genetic algorithm optimization process reduce the search space, therefore improving the inversion results. Not only the marginal pdf but also the statistics are calculated by numerical evaluation of integrals using the samples selected during importance sampling process of the genetic algorithm. The examples applied here show that, for synthetic data with noise, it is possible to carry out an inversion for sedimentary layers using the proposed inversion method.
Lee Seong Kon;Song Yoonho;Kim Jung-Ho;Chung Seung-Hwan
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.5
no.4
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pp.291-298
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2002
We have developed a two-dimensional (2-D) magnetotelluric (MT) inversion algorithm, which can include topographic effects in inversion. We use the finite element method (FEM) to incorporate topography into forward calculation. Topography is implemented simply by moving nodes of rectangular elements in z-direction according to the elevation of air-earth interface. In the inversion process, we adopt a spatially variable Lagrangian multiplier algorithm in the smoothness-constrained least-squares inversion. The inversion algorithm developed in this study reconstructs subsurface resistivity structure quite well when topography variation exists. Also, it turns out to be effective in both resolution and stability from a model study and field data application.
Two-dimensional magnetotelluric (MT) inversion algorithm using minimum support (MS) stabilizer functional was implemented in this study to enhance the contrast of inverted images. For this implementation, this study derived a formula in discrete form for creeping model updates in the least-squares linearized inversion. A spatially varying regularization parameter determination algorithm, which is known as ACB (Active Constraint Balancing), was also adopted to stabilize the inversion process when using MS stabilizer as a model constraint. Inversion experiments for a simple isolated body model show well the feature of MS stabilizer in concentrating the anomalous body compared with the second-order derivative model constraint. This study also compared MS stabilizer and the second-order derivative model constraints for a model having multiple anomalous bodies to show the applicability of the algorithm into field data.
Uchida Toshihiro;Song Yoonho;Mitsuhata Yuji;Lee Seong Kon
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.390-397
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2003
A three-dimensional (3D) inversion technique has been developed for interpretation of magnetotelluric (MT) data. The inversion method is based on the linearized least-squares (Gauss-Newton) method with smoothness regularization. In addition to the underground 3D resistivity distribution, static shifts are also treated as unknown parameters in the inversion. The forward modeling is by the staggered-grid finite difference method. A Bayesian criterion ABle is applied to search the optimum trade-off among the minimization of the data misfit, model roughness and static shifts. The method has been applied to several MT datasets obtained at geothermal fields in Japan and other Asian countries. In this paper, two examples will be discussed: one is the data at the Ogiri geothermal area, southwestern Japan, and the other is at the Pohang low-enthalpy geothermal field, southeastern Korea. The inversion of the Ogiri data has been performed stably, resulting in a good fitting between the observed and computed apparent resistivities and phases. The recovered 3D resistivity structure is generally similar to the two-dimensional (2D) inversion models, although the deeper portion of the 3D model seems to be more realistic than that of the 2D model. The 3D model is also in a good agreement with the geological model of the geothermal reservoirs. 3D interpretation of the Pohang MT data is still preliminary. Although the fitting to the observed data is very good, the preliminary 3D model is not reliable enough because the station coverage is not sufficient for a 3D inversion.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.4
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pp.223-231
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2013
This paper presents a time-domain Gauss-Newton full-waveform inversion method for the material profile reconstruction in heterogeneous semi-infinite solid media. To implement the inverse problem in a finite computational domain, perfectly-matchedlayers( PMLs) are introduced as wave-absorbing boundaries within which the domain's wave velocity profile is to be reconstructed. The inverse problem is formulated in a partial-differential-equations(PDE)-constrained optimization framework, where a least-squares misfit between measured and calculated surface responses is minimized under the constraint of PML-endowed wave equations. A Gauss-Newton-Krylov optimization algorithm is utilized to iteratively update the unknown wave velocity profile with the aid of a specialized regularization scheme. Through a series of one-dimensional examples, the solution of the Gauss-Newton inversion was close enough to the target profile, and showed superior convergence behavior with reduced wall-clock time of implementation compared to a conventional inversion using Fletcher-Reeves optimization algorithm.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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1999.11a
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pp.248-251
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1999
We extend the sue of the method of least square to develop a recursive algorithm for the design of adaptive transversal filters such that, given the least-square estimate of this vector of the filter at iteration n-1, we may compute the updated estimate of this vector at i(oration n upon the arrival of new data. The RLS algorithm may be viewed as a special case of the Kalman filter. Indeed this special relationship between the RLS algorithm and the Kalman filter is considered. We begin the development of the RLS algorithm by reviewing some basic relations that pertain to the method of least squares. Then, by exploiting a relation in matrix algebra known as the matrix inversion lemma, we develop the RLS algorithm. An important feature of the RLS algorithm is that it utilizes information contained in the input data, extending back to the instant of time when the algorithm is initiated. The resulting rate of convergence is therefore typically an order of magnitude faster than the simple LMS algorithm. This improvement in performance, however, Is achieved at the expensive of a large increase in computational complexity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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