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物理学 > 地球物理

arXiv:2408.16476 (physics)
[提交于 2024年8月29日 ]

标题: 以非周期单体阵列超越混叠极限

标题: Beating the aliasing limit with aperiodic monotile arrays

Authors:Aurelien Mordret, Adolfo G. Grushin
摘要: 寻找最优的波采样方法在波物理中具有深远的意义,例如地震学、声学和电信领域。一个关键挑战是超越Whittaker-Nyquist-Shannon(WNS)混叠极限,建立一个频率,低于该频率的信号无法被准确重建。然而,WNS极限仅适用于周期性采样,这为通过非周期性采样规避混叠打开了大门。在这项工作中,我们研究了一种最近发现的非周期单块铺砌家族——Hat家族,在空间采样波场时克服混叠极限的效率。通过分析它们的频谱特性,我们表明基于Hat铺砌家族子集的单块非周期地震(MAS)阵列,在超越WNS采样极限方面是高效的。我们的研究使我们提出MAS阵列为地震阵列的新设计原则。我们展示出,在使用单个和分布式源的现实波束成形场景中,包括站位噪声,MAS阵列可以优于常规和其他非周期阵列。尽管当前的地震阵列使用螺旋或常规阵列来优化波束成形或成像应用,MAS阵列可以同时适应两者,因为它们兼具周期性和非周期性阵列的特性。更一般地,我们的工作表明,非周期单块可以是各种需要波采样的领域中的高效设计原则。
摘要: Finding optimal wave sampling methods has far-reaching implications in wave physics, such as seismology, acoustics, and telecommunications. A key challenge is surpassing the Whittaker-Nyquist-Shannon (WNS) aliasing limit, establishing a frequency below which the signal cannot be faithfully reconstructed. However, the WNS limit applies only to periodic sampling, opening the door to bypass aliasing by aperiodic sampling. In this work, we investigate the efficiency of a recently discovered family of aperiodic monotile tilings, the Hat family, in overcoming the aliasing limit when spatially sampling a wavefield. By analyzing their spectral properties, we show that monotile aperiodic seismic (MAS) arrays, based on a subset of the Hat tiling family, are efficient in surpassing the WNS sampling limit. Our investigation leads us to propose MAS arrays as a novel design principle for seismic arrays. We show that MAS arrays can outperform regular and other aperiodic arrays in realistic beamforming scenarios using single and distributed sources, including station-position noise. While current seismic arrays optimize beamforming or imaging applications using spiral or regular arrays, MAS arrays can accommodate both, as they share properties with both periodic and aperiodic arrays. More generally, our work suggests that aperiodic monotiles can be an efficient design principle in various fields requiring wave sampling.
评论: 18页,10图
主题: 地球物理 (physics.geo-ph) ; 无序系统与神经网络 (cond-mat.dis-nn); 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2408.16476 [physics.geo-ph]
  (或者 arXiv:2408.16476v1 [physics.geo-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.16476
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. Applied 23, 034021 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.23.034021
链接到相关资源的 DOI

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来自: Adolfo G. Grushin [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 8 月 29 日 12:10:49 UTC (18,740 KB)
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