報告書番号

U89045

タイトル（和文）

髢方向性不規則波の解析と造波方法に関する研究－クロススペクトル解析時のコヒーレンスの低下原因－

タイトル（英文）

CAUSES OF DECREASE IN COHERENCE FUNCTIONS CALCULATED BY AVERAGING METHODS

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

波浪の方向スペクトルは，複数の波高データのクロススペトクルから求められるため，クロススペクトルの解析精度が重要となる。クロススペクトルの統計的な推定誤差の程度を表す指標としてコヒーレンスがあり，線形システムの場合，この値が１に近い方が好ましいと言われている。しかし，コヒーレンスが１となる条件，あるいはコヒーレンスを低下させる原因やその低下量については不明な点がある。本研究は，コヒーレンスの意味やコヒーレンスの低下原因および３種類の平滑化方法相互の関係について理論的および実験的に検討したものである。その結果，コヒーレンスの低下原因は平滑化の対象とするフーリエ成分相互の”位相”および”振幅比”のばらつきがあること，コヒーレンスの低下量は位相の差が大きい程，また振幅が比例関係からずれる程に大きくなることを示した。

概要 （英文）

IT IS WELL KNOWN THAT RAW CROSS-SPECTRAL ESTIMATES GIVEN BY DIRECT FFT PROCEDURES HAVE AN UNACCEPTABLY-LARGE RANDOM ERROR FOR MOST APPLICATIONS. TO REDUCE THE RANDOM ERROR,AN APPROPRIATE AVERAGING PROCESS MUST BE APPLIED. THE PURPOSE OF THIS STUDY IS TO OBTAIN THE FINAL SMOOTH ESTIMATES FROM RECORDS AND TO EVALUATE THE ACCURACY OF THE FINAL ESTIMATES. IN THIS REPORT,THREE AVERAGING METHODS WERE CONSIDERED: ENSEMBLE AVERAGING,SEGMENT AVERAGING,AND SPECTRUM WINDOW.FIRST,THE RANDOM ERROR FOR VARIOUS SPECTRAL ESTIMATES IS DISCUSSED. SECOND,THE DIFFERENCE BETWEEN THESE AVERAGING METHODS AND THE CALCULATIONPROCESS FOR THE SMOOTHED COHERENCE FUNCTION IS EXAMINED THEORETICALLY.IT WAS FOUND THAT THE COHERENCE LEVEL DECREASES THROUGH THE AVERAGING PROCESS. THERE ARE TWO FACTORS DIMINISHING THE COHERENCE : THE PHASE ANGLE OF THE CROSS SPECTRUM,AND THE AMPLITUDE OF THE FOURIER COMPONENT. IF THE RAW PHASE ANGLES ESTIMATED FROM THE DISJOINT RECORDS ARE NOT ZERO,OR THE RATIOS OF THE RAW AMPLITUDES AMONG THE FOURIER COMPONENTS ARE NOT CONSTANT,THE SMOOTHED COHERENCE FUNCTION SHOULD DECREASE. FINALLY IRREGULAR WATER-WAVE EXPERIMENTS WERE CARRIED OUT AND THE INFLUENCE OF THE AVERAGING PROCESS ON THE ESTIMATED COHERENCE LEVEL WAS EXAMINED. FROM THE EXPERIMENTAL RESULTS,IT WAS CONFIRMED THAT THE COHERENCE FUNCTION IS A MEASURE OF THE ACCURACY OF THE OBSERVED LINEAR MODEL WHICH IS CHARACTERIZED BY THE SYSTEM GAIN AND PHASE FACTORS.FOR THE SPECTRUM WINDOW,IF THE PHASE OF THE CROSS SPECTRUM CHANGES RAPIDLY OVER THE AVERAGING FREQUENCY BAND,THE ESTIMATED COHERENCE LEVEL MIGHT BE DIFFERENT FROMTHE TRUE ONE. THEREFORE,A NUMBER OF TRIAL RUNS SHOULD BE PERFORMED TO DETERMINE THE OPTIMUM SMOOTHING BAND-WIDTH,OR THE ENSEMBLE AVERAGING METHOD SHOULD BE USED.

報告者

キーワード