In this study, we report an effective k-domain linearization method with a pre-calibrated indexed look-up table. The method minimizes k-domain nonlinear characteristics of a swept source optical coherence tomography (SS-OCT) system by using two arrays, a sample position shift index and an intensity compensation array. Two arrays are generated from an interference pattern acquired by connecting a Fabry-Perot interferometer (FPI) and an optical spectrum analyzer (OSA) to the system. At real time imaging, the sample position is modified by location movement and intensity compensation with two arrays for linearity of wavenumber. As a result of evaluating point spread functions (PSFs), the signal to noise ratio (SNR) is increased by 9.7 dB. When applied to infrared (IR) sensing card imaging, the SNR is increased by 1.29 dB and the contrast noise ratio (CNR) value is increased by 1.44. The time required for the linearization and intensity compensation is 30 ms for a multi thread method using a central processing unit (CPU) compared to 0.8 ms for compute unified device architecture (CUDA) processing using a graphics processing unit (GPU). We verified that our linearization method is appropriate for applying real time imaging of SS-OCT.
It is necessary to analyze underwater acoustics channel(UAC) modeling and simulation for underwater weapon system development and acquisition. In order to analyze UAC, there are underwater acoustics propagation numerical analysis models(Ray theory, Parabolic equation, Normal-mode, Wavenumber integration). However, If these models are used for multiple frequency signal analysis, they are inaccurate to calculate result of analysis effectiveness and restricted for signal processing and analysis. In this paper, to overcome this problem, we propose simple/multiple frequency signal analysis model of the Pseudospectral Time-Domain Method synthetic environment UAC applied to underwater environment noise model as like as realistic underwater environment. In order to confirm the validation of the model, we performed the 9 scenarios simulation(4 scenarios of single frequency signal, 4 scenarios of multiple frequency signal, 1 scenario of single/multiple frequency signal like submarine radiated noise) for validation and confirmed the validation of this model through the simulation model.
This paper presents an efficient three-dimensional (3-D) modeling algorithm using the extended approximation to an electric field integral equation. Numerical evaluations of Green's tensor integral are performed in the spatial wavenumber domain. This approach makes it possible to reduce computing time, to handle smoothly varying conductivity model and to remove singularity problems encountered in the integration of Green's tensor at a source point. The responses obtained by 3-D modeling algorithm developed in this study are compared with those by the full integral equation for a thin-sheet EM scattering. The extensive analyses on the performance of modeling algorithm are made with the conductivity contrasts and source frequencies. These results show that the modeling algorithm are accurate up to the conductivity contrast of 1:16 and the frequency range of 100 Hz-100 kHz. The extended Born approximation, however, may produce inaccurate results for some source and model configurations in which the electric field is discontinuous across the conductivity boundary. We performed the modeling of a composite model of which conductivity varies continuously and this shows the modeling algorithm developed in this study is efficient for 3-D EM modeling. For a cross-hole source-receiver configuration a composite model of which conductivity varies continuously can be successfully simulated using this algorithm.
The phase-screen and the split-step Fourier migrations, which are implemented in both the frequency-wavenumber and frequency-space domains by using one-way scalar wave equation, allow imaging in laterally heterogeneous media with less computing time and efficiency. The generalized-screen migration employs the series expansion of the exponential, unlike the phase-screen and the split-step Fourier migrations which assume the vertical propagation in frequency-wavenumber domain. In addition, since the generalized-screen migration generalizes the series expansion of the vertical slowness, it can utilize higher-order terms of that series expansion. As a result, the generalized-screen migration has higher accuracy in computing the propagation with wide angles than the phase-screen and split-step Fourier migrations for media with large and rapid lateral velocity variations. In this study, we developed a 2D prestack generalized-screen migration module for imaging a complex subsurface efficiently, which includes various dips and large lateral variations. We compared the generalized-screen propagator with the phase-screen propagator for a constant perturbation model and the SEG/EAGE salt dome model. The generalized-screen propagator was more accurate than the phase-screen propagator in computing the propagation with wide angles. Furthermore, the more the higher-order terms were added for the generalized-screen propagator, the more the accuracy was increased. Finally, we compared the results of the generalizedscreen migration with those of the phase-screen migration for a model which included various dips and large lateral velocity variations and the synthetic data of the SEG/EAGE salt dome model. In the generalized-screen migration section, reflectors were positioned more accurately than in the phase-screen migration section.
The Born approximation is widely used for solving the complex scattering problems in electromagnetics. Approximating total internal electric field by the background field is reasonable for small material contrasts as long as scatterer is not too large and the frequency is not too high. However in many geophysical applications, moderate and high conductivity contrasts cause both real and imaginary part of internal electric field to differ greatly from background. In the extended Born approximation, which can improve the accuracy of Born approximation dramatically, the total electric field in the integral over the scattering volume is approximated by the background electric field projected to a depolarization tensor. The finite difference and elements methods are usually used in EM scattering problems with a 2D model and a 3D source, due to their capability for simulating complex subsurface conductivity distributions. The price paid for a 3D source is that many wavenumber domain solutions and their inverse Fourier transform must be computed. In these differential equation methods, all the area including homogeneous region should be discretized, which increases the number of nodes and matrix size. Therefore, the differential equation methods need a lot of computing time and large memory. In this study, EM modeling program for a 2D model and a 3D source is developed, which is based on the extended Born approximation. The solution is very fast and stable. Using the program, crosshole EM responses with a vertical magnetic dipole source are obtained and the results are compared with those of 3D integral equation solutions. The agreement between the integral equation solution and extended Born approximation is remarkable within the entire frequency range, but degrades with the increase of conductivity contrast between anomalous body and background medium. The extended Born approximation is accurate in the case conductivity contrast is lower than 1:10. Therefore, the location and conductivity of the anomalous body can be estimated effectively by the extended Born approximation although the quantitative estimate of conductivity is difficult for the case conductivity contrast is too high.
Stability of the barotropic Rossby-Haurwitz wave is investigated using the numerical models on the global domain. The Rossby-Haurwitz wave under investigation is composed of the basic zonal flow of super-rotation and a finite amplitude spherical harmonic wave. The Rossby-Haurwitz wave is given as either steady or unsteady wave by adjusting the strength of the super-rotating zonal flow. Stability as well as the growth rate of the wave in the numerical simulation is determined by comparing the perturbation amplitude at two different time stages. Unstable modes of the Rossby-Haurwitz wave exhibited a horizontal structure composing of various zonal-wavenumber components. The vorticity perturbation for some modes showed a discontinuity around the area of weak flow, which was found robust regardless of the horizontal resolution of the model. Fourier finite element model was shown to generate the unstable mode in earlier stage of the time integration due to less accuracy compared to the spherical harmonic spectral model. Taking the overall accuracy of the models into consideration, the time by which the unstable mode begin to dominate over the spherical harmonic wave was estimated.
Wave reflection and transmission characteristics in waveguides are an important issue in many engineering applications. A combined spectral element and finite element (SE/FE) method is used to investigate the effects of local non-uniformities but limited at relatively low frequencies because the SE is formulated by using a beam theory. For higher frequency applications, a method named a combined spectral super element and finite element (SSE/FE) method was presented recently, replacing spectral elements with spectral super elements. This SSE/FE approach requires a long computing time due to the coupling of SSE and FE matrices. If a local non-uniformity has a uniform cross-section along its short length, the FE part could be further replaced by SSE, which improves performance of the combined SSE/FE method in terms of the modeling effort and computing time. In this paper SSEs are combined to investigate the characteristics of waves propagating along waveguides possessing geometric non-uniformities. Two models are regarded: a rail with a local defect and a periodically ribbed plate. In the case of the rail example, firstly, the results predicted by a combined SSE/FE method are compared with those from the combined SSEs in order to justify that the combined SSEs work properly. Then the SSEs are applied to a ribbed plate which has periodically repeated non-uniformities along its length. For the ribbed plate, the propagation characteristics are investigated in terms of the propagation constant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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