OKYANUS DALGALARININ SIKIŞTIRILABİLİR FOURIER TAYFI YÖNTEMİYLE HIZLI MODELLENMESİ

Benzer belgeler
HESAPLAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ ÇALIŞMALARI İÇİN SIKIŞTIRILABİLİR FOURIER TAYFI YÖNTEMİ

ESM406- Elektrik Enerji Sistemlerinin Kontrolü. 2. SİSTEMLERİN MATEMATİKSEL MODELLENMESİ Laplace Dönüşümü

ELECO '2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 29 Kasım - 01 Aralık 2012, Bursa

ESM 406 Elektrik Enerji Sistemlerinin Kontrolü 4. TRANSFER FONKSİYONU VE BLOK DİYAGRAM İNDİRGEME

GÜVENİLİR OLMAYAN SİSTEMLER İÇİN ARALIK ÇİZELGELEMESİ PROBLEMİ

Sıvı Sıkışabilirliği ve Sıvı Ortamı Dalga Yayılma Sınır Şartlarının Baraj Deprem Davranışına Etkisinin Euler Yaklaşımıyla İncelenmesi

2. Alternatif Akım İle Döner Alan

12.7 Örnekler PROBLEMLER

Diferansiyel Denklemler (MATH 276) Ders Detayları

Ders #9. Otomatik Kontrol. Kararlılık (Stability) Prof.Dr.Galip Cansever. 26 February 2007 Otomatik Kontrol. Prof.Dr.

Uydu Kentlerin Tasarımı için Bir Karar Destek Sistemi ve Bilişim Sistemi Modeli Önerisi

EKDZ modelinin farklı bina dağılımları içeren senaryolara uygulanarak eğim kırınımı etkisinin araştırılması

Özet. Giriş. 1. K.T.Ü. Orman Fakültesi, Trabzon., 2. K.Ü. Artvin Orman Fakültesi, Artvin.

TOPRAKLAMA AĞLARININ ÜÇ BOYUTLU TASARIMI

+ 1. ) transfer edilir. Seri. Isı T h T c sıcaklık farkı nedeniyle üç direnç boyunca ( dirençler için Q ısı transfer miktarı aşağıdaki gibidir.

Darbeli Doppler Laminar Kan Akış Sinyal Simülasyonuna STFT ve AR Spektral Analizlerinin Uygulanması

DAĞITIM SİSTEMLERİ İÇİN YENİ BİR GÜÇ AKIŞI ALGORİTMASININ GELİŞTİRİLMESİ

Haberleşme Gecikmeli Hibrid Enerji Üretim Sisteminin Kararlılık Analizi

3. Bölüm. DA-DA Çevirici Devreler (DC Konvertörler) Doç. Dr. Ersan KABALCI AEK-207 GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

Çevrimsel yüklemeye maruz tabakalı kompozitlerin maksimum yorulma ömrü için optimum tasarımı

3. DİNAMİK. bağıntısı ile hesaplanır. Birimi m/s ile ifade edilir.

Bölüm 7 - Kök- Yer Eğrisi Teknikleri

dir. Periyodik bir sinyalin örneklenmesi sırasında, periyot başına alınmak istenen ölçüm sayısı N

FOTOVOLTAİK HÜCRENİN TEK DİYOT EŞDEĞER DEVRE PARAMETRELERİNİN ÇIKARILMASI VE MATLAB/SİMULİNK MODELİ

Genetik Algoritma ile Kuru bir Trafonun Maliyet Optimizasyonu

Kök Yer Eğrileri. Doç.Dr. Haluk Görgün. Kontrol Sistemleri Tasarımı. Doç.Dr. Haluk Görgün

Genetik Algoritma ile Kuru bir Trafonun Maliyet Optimizasyonu

8. SINIF ÖĞRETİM PROGRAMI

Rüzgar Türbininde Kullanılan AC/DC Çeviricilerde Uzay Vektörü Modülasyonu Yöntemi ile Kontrol

Cihan BAYINDIR. Son Güncelleme: 01 Nisan Google Akademik Atıflar için Tıklayın

SĐGORTA ŞĐRKETLERĐNĐN SATIŞ PERFORMANSLARININ VERĐ ZARFLAMA ANALĐZĐ YÖNTEMĐYLE BELĐRLENMESĐ ÖZET

ALGORİTMA İ VE PROGRAMLAMA

Cihan BAYINDIR. Google Akademik Atıflar için Tıklayın

MOSFET BSIM3V3 EŞİK GERİLİMİ VE MOBİLİTE PARAMETRELERİNİN GENETİK ALGORİTMA İLE ÇIKARTILMASI

Değerlendirme testleri:

Kontrol Sistemleri. Kontrolcüler. Yrd. Doç. Dr. Aytaç GÖREN

Makine Öğrenmesi 1. hafta

Bir Uçağın Yatış Kontrol Sistem Tasarımında Klasik ve Bulanık Denetleyici Etkileri

Frekans Analiz Yöntemleri I Bode Eğrileri

Ders #10. Otomatik Kontrol. Sürekli Hal Hataları. Prof.Dr.Galip Cansever. 26 February 2007 Otomatik Kontrol. Prof.Dr.

ELASTİK ZEMİNE OTURAN PLAKLAR İÇİN ETKİLİ ZEMİN DERİNLİĞİ

FARKLI TİP AYDINLATMA AYGITLARININ HARMONİK ETKİLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Ölçme Hataları ve Belirsizlik Analizi

BULANIK MANTIK KULLANARAK ORTALAMA KAN BASINCININ DENETİMİ ÖZET CONTROL OF MEAN ARTERIAL PRESSURE USING FUZZY LOGIC ABSTRACT

Uzayın Analitik Geometrisi

EĞİTİM ÖĞRETİM YILI 8. SINIF MATEMATİK DERSİ KAZANIMLARININ ÇALIŞMA TAKVİMİNE GÖRE DAĞILIM ÇİZELGESİ

MATERIALS. Değiştirme Dönüşümleri. (Kitapta Bölüm 7) Third Edition. Ferdinand P. Beer E. Russell Johnston, Jr. John T. DeWolf

Otomatik Kontrol. Fiziksel Sistemlerin Modellenmesi. Prof.Dr.Galip Cansever. Elektriksel Sistemeler Mekaniksel Sistemler. Ders #4

KARAYOLU VE DEMİRYOLU PROJELERİNDE ORTOMETRİK YÜKSEKLİK HESABI: EN KÜÇÜK KARELER İLE KOLLOKASYON

5. MODEL DENEYLERİ İLE GEMİ DİRENCİNİ BELİRLEME YÖNTEMLERİ

Cihan BAYINDIR. Google Akademik Atıflar için Buraya Tıklayn

DERS 1. ki De i kenli Do rusal Denklem Sistemleri ve Matrisler

AKÜ FEBİD 12 (2012) (1-5) AKU J. Sci. 12 (2012) (1-5)

Kontrol Sistemleri Tasarımı. Kontrolcü Tasarımı Tanımlar ve İsterler

TAM SAYILARLA İŞLEMLER

GRID INDUCTANCE IN SUBSTATION GROUNDING GRID DESIGN BASED ON GENETIC ALGORITHMS

Kontrol Sistemleri Tasarımı

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

Kısa Süreli Rüzgar Enerjisi Tahmin Sistemi Geliştirilmesi Projesi

RCRCR KAVRAMA MEKANİZMASININ KİNEMATİK ANALİZİ Koray KAVLAK Selçuk Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, KONYA

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ RMAA LABORATUARI

Bilimsel bir Bildiri veya Makale Nasıl Yazılır ve Yayımlanır?

Kontrol Sistemleri Oransal-Türevsel (PD) Denetim Yöntemi

MAK 305 MAKİNE ELEMANLARI-1

MODERN MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI İLE ASANSÖR BİLEŞENLERİNİN GÜVENİRLİKLERİNİN ARTTIRILMASI

Afyon Kocatepe Üniversitesi 7 (2) Afyon Kocatepe University FEN BİLİMLERİ DERGİSİ

Tarifname ENDOJEN PROTEİN KİNAZ PKR VE RNAZ L EKSPRESYONUNU TETİKLEYİCİ NİTELİK SERGİLEYEN SİMPLOSOSİT TÜREVLERİNİ İÇEREN BİR FORMÜLASYON

DEPREME MARUZ YAPININ ÖTELENMESİNİN BASİT HESABI: KAPALI ÇÖZÜM

Yüzeysel Temellerin Sayısal Analizinde Zemin Özelliklerindeki Değişimin Etkisi

Bölüm 2 Algoritmalar. 2.1 Giriş

>> pretty(f) s exp(10) 1/ s + 1 1/100 (s + 1) + 1 s

DEPREM YALITIMLI VERİ MERKEZİ TİPİ YAPILARDA EŞDEĞER STATİK KUVVET YÖNTEMİNİN İNCELENMESİ

TEK-FAZLI TRANSFORMATÖRÜN PARAMETRELERİNİN BULUNMASI DENEY

ÇELİK TEL HALAT DEMETİNİN MODELLENMESİ VE SONLU ELEMANLARLA ANALİZİ

Regresyon ve İnterpolasyon. Rıdvan YAKUT

PASTERNAK ZEMİNİNE OTURAN TIMOSHENKO KİRİŞİNİN DEĞİŞKEN HIZLI VE ŞİDDETİ ZAMANLA ARTAN TEKİL YÜK ALTINDA DİNAMİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Demodülasyon Algoritmaları İçin En İyilenmiş Windows İşletim Sistemi Uygulamaları

NESNEYE DAYALI PROGRAMLAMA VE C++

Madde 2. KTÜ de not değerlendirilmesinde bağıl değerlendirme sistemi (BDS ) ve mutlak değerlendirme sistemi (MDS ) kullanılmaktadır.

Cilt:11 Sayı: 4 s , 2008 Vol: 11 No: 4 pp , Yılmaz KORKMAZ, Fatih KORKMAZ ÖZET

H09 Doğrusal kontrol sistemlerinin kararlılık analizi. Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

ANKARA İLİ BASIM SEKTÖRÜ ELEMAN İHTİYACI

Ankara ve Kastamonu yöneticilerinin Mesleki Eğilime Göre Yönlendirme ve Kariyer. Rehberliği Projesinin Değerlendirme Sonuçları

Üstel modeli, iki tarafın doğal logaritması alınarak aşağıdaki gibi yazılabilir.

PLASTİK ŞEKİL VERME YÖNTEMİ

10. ÜNİTE DİRENÇ BAĞLANTILARI VE KİRCHOFF KANUNLARI

Köprü Kenar Ayaklarındaki Oyulma Güvenilirliği *

Department of Electrical and Electronics Engineering - Electrical and Control Area. ELKE 405 Automatic Control Systems

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 7 Çözümler

Tarifname MMP-9 SALINIM VE SALGILANMASINI BASKILAMAYA YÖNELİK BİR FORMÜLASYON

AVRASYA UNIVERSITY. Ders Tanıtım Formu. Dersin Adı Öğretim Dili

Proje ve Programların Değerlendirmesi.

BEÜ GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÖLÇME UYGULAMA II DERSİ İŞ PROGRAMI

1. Bölüm: Ağı Keşfetme

Analiz Raporu. Analiz aşamasında projenin içeriği belirlenir. Çözeceğimiz problemin büyük bir problem olup olmadığını değerlendirmek,

Yrd. Doç. Dr.Yiğit Aksoy

ÖSYM. T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

VE GIDALARDA KULLANIM POTANSİYELLER YELLERİ. ÜSTÜN, Sadettin TURHAN

Teknik Açıklıklar Nasıl Yönetilmeli? Hayretdin Bahşi Uzman Araştırmacı

Transkript:

XIX. ULUSAL MEKANİK KONGRESİ 4-8 Ağuto 015, Karadeniz Teknik Üniveritei, Trabzon OKYANUS DALGALARININ SIKIŞTIRILABİLİR FOURIER TAYFI YÖNTEMİYLE HIZLI MODELLENMESİ Cihan BAYINDIR 1 1 Işık Üniveritei, 34980 Şile, İtanbul. ABSTRACT In thi tudy an approach, which can improve the performance of the Fourier pectral method ued for modeling the nonlinear ocean wave, i propoed and applied. Like majority of the ignal in the nature, ocean wave are pare either in time or frequency domain, that i, majority of component i zero. Conidering thi property it i hown that compreive ampling algorithm can improve the imulation performance by decreaing the imulation time. For thi purpoe the computational olution of the governing equation are obtained with a cheme which ue a 4 th order Runge-Kutta method for time tepping and Fourier tranform for the calculation of patial derivative. Propoed approach i baed on the principle of uing maller number of pectral component during the time tepping and uing the compreive ampling to recontruct the ignal which i repreented by bigger number of pectral component at the end of time tepping. For thi purpoe monochromatic, trichromatic (ideband) and full Jonwap pectrum of ocean wave are imulated. It i hown that the propoed approach, which can be named a the compreive Fourier pectral method, can improve the performance of the imulation by decreaing the computation time ignificantly with negligible change in the accuracy epecially for bigger number of time tep. ÖZET Bu çalışmada tam eğriel (nonlinear) okyanu dalgalarının modellenmei için klaik Fourier tayfı yöntemini hızlandıracak bir yaklaşım önerilmiş ve uygulanmıştır. Doğadaki inyallerin çoğu gibi okyanu dalgaları da zaman veya ıklık düzleminde eyrektir, yani çok ayıda bileşeni ıfırdır. Bu özellik düşünülerek ıkıştırılabilir algılama yönteminin okyanu dalgalarının benzetim zamanını azaltarak benzetim performanını arttırabileceği göterilmiştir. Bu amaçla alan denklemlerinin çözümü zaman baamaklayı 4. derece Runge-Kutta, mekanal türevleri ie Fourier dönüşümleriyle heaplayan bir şemayla yapılmıştır. Önerilen yaklaşım klaik yönteme nazaran çok daha az ayıda tayf bileşeni kullanılmaı ve zaman baamaklama onunda bu az ayıdaki bileşenden ıkıştırılabilir algılama yöntemiyle detaylı geriçatılma yapılmaı eaına dayanmaktadır. Bu amaçla tek zamanlı, üç zamanlı (bir ea iki yan bantlı) ve tam Jonwap tayfı dağılımlı okyanu dalga benzetimleri yapılmıştır. Sıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi olarak adlandırılabilecek bu yaklaşımın, onuçların keinliğinde belirgin bir azalma olmakızın, heaplama zamanını azaltarak özellikle daha büyük zaman baamağı değerleri için benzetim performanını önemli ölçüde geliştirebileceği göterilmiştir. GİRİŞ Okyanu dalgalarının modellenmei kıyı mühendiliği, gemi hidrodinamiği, uydulu okyanubilim vb. birçok hidrolik ve akışkanlar mekaniği dalı için önem arz etmektedir. Bu amaçla okyanu dalgalarının hareketini modelleyebilecek çok ayıda kein ve yakınak model denklem önerilmiştir. Model denklemlerin karmaşıklığı ancak heaplamalı çözümleri olaı kılmıştır. Bu amaçla değişik heaplamalı şemalar kullanılmaktadır. Bu şemalar eçilirken keme ve yuvarlama hata paylarının az, kolay uygulanabilir ve hızlı olmaı gibi koşullar göz önünde bulundurulur. Günümüzde bu benzetimler yükek performanlı paralel bilgiayar gibi on teknoloji ürünü cihazlarla yapılmaktadır. Ancak 1

Bayındır 1 heaplamalı çözümlerin hızı ve keinliğini arttıracak şemalar araştırma konuu olmaya devam etmektedir. Bu çalışmada tam eğriel (nonlinear) okyanu dalgalarının modellenmeini hızlandırmak için klaik Fourier tayfı yöntemini hızlandıracak bir yaklaşım ortaya atılmış ve uygulanmıştır. Okyanu dalgalarının doğadaki inyallerin büyük kımı gibi zaman veya ıklık düzleminde eyrek, yani çok ayıda bileşenin ıfır, olduğu gözlenebilir. Bundan dolayı ıkıştırılabilir algılama yönteminin okyanu dalgalarının benzetim zamanını azaltarak benzetim performanını arttırabileceği bu çalışmada göterilmiştir. Klaik tayf yönteminin bir örneği olarak, alan denklemlerinin çözümünü zaman baamaklayı 4. derece Runge-Kutta, mekanal türevleri ie Fourier dönüşümleriyle heaplayan bir şemayla elde edilebilir. Benzetim performanını geliştirmek adına klaik yönteme nazaran çok daha az ayıda tayf bileşeni kullanılmaı ve zaman baamaklama onunda bu az ayıdaki bileşenden ıkıştırılabilir algılama yöntemiyle detaylı geriçatılma yapılmaı eaına dayanan bir yaklaşım bu çalışmada ortaya konulmuştur. Bu amaçla tek zamanlı, üç zamanlı ve tam Jonwap tayfı dağılımlı okyanu dalga benzetimleri yapılmıştır. Sıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi olarak adlandırılabilecek bu yaklaşımın zamanını azaltarak özellikle daha büyük zaman baamağı değerleri için benzetim performanını önemli ölçüde geliştirebileceği ve onuçların keinliğinde belirgin bir azalmaya ebep olmadığı göterilmiştir. ALAN DENKLEMLERİ ve FORMÜLASYON Eğriel Okyanu Dalgalarını Modelleyen Alan Denklemleri Eğriel okyanu dalgalarının modellenmei için çeşitli tam veya yakınak yaklaşımlar ortaya atılmıştır. Bunlardan en yaygın kabul görenlerden biri [1] de ortaya atılmış olup [1, ] de özetlenmiştir. Okyanu yüzeyindeki hız potaniyeli, ( x, z, t) ( x, t) H t, kullanılarak hız ve baınç yüzey ınır şartları H t olarak yazılabilir [3]. Burada H Hamilton olup dalganın enerjiini, götermektedir. Yüzeydeki hız potaniyeli uygulanarak ( x, z, t) ( x, t) ( x,, t) ( x, t) ( x,, t) t t z t ( x,, t) ( x, t) ( x,, t) h h z h (1) ie yüzey alınımını şeklinde tanımlanıra zincir kuralı ifadeleri elde edilir. Okyanu yüzeyindeki hız ve baınç koşulları bu ifadeler kullanılarak t h. h (1 h. h ) z ( x,, t) 0 1 P a t g h. h (1 h. h ) z ( x,, t) olarak elde edilebilir []. Perturbayon erileri kullanılarak temel fonkiyonlar cininden hız potaniyeli ( m) ( m) n n1 ( x, z, t) ( t) ( x, z) olarak ifade edilebilir []. Yatay periyodik okyanu dalgalarının incelenmei için derin ularda bu fonkiyon n () (3) (4) (5) (6)

olarak, ığ ularda ie ( m) ( m) (,, ) n ( )exp n. n n1 x z t t ik x k z (7) olarak yazılabilir. Bilinmeyen coh[ k ( z h)] ( x, z, t) ( t) exp( ik n. x) (8) coh[ k h] ( m) ( m) n n n1 z eviyei için n z 0 etrafında Taylor erii açılımı kullanılarak P Pm k N k 1 ( m) z ( x,, t) n ( t) (,0) k 1 n x m1 k 0 k! n1 z ifadei elde edilir []. Burada P, pertürbayon eriinin dereceini göterip bu çalışma için P=10 eçilmiştir. Dolayııyla (4) ve (5) te verilen hız ve baınç ınır şartları M M m k N k1 ( m) t h. h (1 h. h ) n ( t) (,0) 0 k 1 n x m1 k0 k! n1 z M M m k N k 1 1 ( m) Pa t g h. h (1 h. h ) n ( t) (,0) k 1 n x m1 k 0 k! n1 z olarak yazılabilir. (10) ve (11) nolu denklemler heaplamalı bir yöntem kullanılarak çözülüp eğriel okyanu dalgaları modellenebilir [1,, 4, 5]. Bu denklemlerin heaplamalı çözümünde kullanılan klaik şema bir onraki kıımda özetlenmiştir. Benzetim için Kullanılan Klaik Fourier Tayfı Yöntemi Şemaı Tayf yöntemleri içinde Fourier tayf yöntemi çok değişik benzetimleri yapmak amacıyla kullanılan en yaygın yöntemdir [, 4, 5, 6, 7]. Alan denklemindeki mekanal türevler Fourier erileri ile heaplanırken zamanda baamaklama için Runge-Kutta, Adam-Bahforth gibi yöntemler kullanılmaktadır [, 5, 6, 7]. Tayf yöntemlerinin detaylı incelemei ve örnek uygulamaları [, 4, 5, 6, 7, 8] gibi kaynaklarda görülebilir. Klaik Fourier tayfı yönteminde (10) ve (11) deki mekanal türevler (10) (9) (11) 1 1 hη F i k F η, h F i k F (1) ifadeleriyle heaplanabilir. Burada k dalga numaraı vektörünü, F ve F -1 Fourier ve ter Fourier dönüşümlerini götermektedir. Zaman baamaklama algoritmaı olarak 4. derece Runge-Kutta algoritmaı kullanılmıştır [, 4, 5]. Bu amaçla (10-11) nolu denklemlerin ağ tarafları f ve g ile göterilerek η t (, f η( x,t) ( x, t) ) g( η( x,t), ( x, t ) t şeklinde yazılabilir. Δ t zaman aralığını götermek üzere bir onraki baamaktaki değerleri n 1 n Δt η η ( 1 3 4) 6 (13) (14) (15) 3

Bayındır 1 Δ ( m1 m m3 m4 ) 6 t n 1 n n 1 n t t Δ ifadeleriyle elde edilir. Burada ve m ifadeleri dört ara zaman baamağındaki zaman türevlerini göteren fonkiyonlar olup t (16) (17) ( ) 1 f η( x,t n ), ( x, t n ) ( ) m1 g η( x,t n ), ( x, t n ) (18) (19) f( η( x,t + Δt / ) Δt * /, ( x, t + Δt / ) Δ t * m / ) (0) n n 1 1 m g( η( x,t + t / ) t * /, ( x, t + t / ) t * m / ) n n Δ Δ 1 Δ Δ 1 f( η( x,t + t / ) t * /, ( x, t + t / ) t * m / ) n n 3 Δ Δ Δ Δ m g( η( x,t + t / ) t * /, ( x, t + t / ) t * m / ) n n 3 Δ Δ Δ Δ (1) () (3) ( ) n 4 * 3, Δ Δ (, n Δ ) Δ * 3 f η( x,t + t ) t x t + t t m ( ) n 4 * 3, Δ Δ (, n Δ ) Δ * 3 m g η( x,t + t ) t x t + t t m ifadeleriyle heaplanır. Bu şemayla ilk şartlardan başlayarak ilerleyen zamanlar için dalga profili ve yüzeydeki hız potaniyeli bulunabilir. Bu şemanın denge şartları ve diğer özellikleriyle ilgili analizler [1-] de görülebilir. Sıkıştırılabilir Algılama Yöntemi, K-eyrek, yani N elemandan adece K tanei ıfırdan farklı olan, bir fonkiyon olun. Dönüşüm matriki ψ ile göterilen dik dönüşümler kullanılarak dönüşüm kümeindeki temel fonkiyonlar cininden ifade edilebilir. Günümüzde ıkça kullanılan dik dönüşüm yöntemlerine örnek Fourier, dalgacık vb. dönüşümleridir. Dolayııyla fonkiyon, olarak ifade edilebilir. Burada, dönüşüm katayı vektörünü götermektedir. Fonkiyonun ıfır olan bileşenleri göz ardı edilerek ıfırdan farklı bileşenler şeklinde yazılabilir. ψ c Sıkıştırılabilir algılama yöntemi N elemanı olan K-eyrek fonkiyonunun M=O(K log(n/k)) mertebeinde raal ölçüm yapılarak bu ölçümlerden çok yükek bir olaılıkla geriçatılabileceğini belirtmektedir [9]. M raal ölçüm için ölçüm matriki Φ olarak göterilire yapılan raal ölçümler onunda ölçüm fonkiyonu elde edilir. Bu aşamadan onra problem g Φ olarak özetlenebilir. Burada g η c c l1 c i i1 şartı altında Sıkıştırılabilir algılama geriçatılmaındaki tek yöntem l 1 enküçüklemei yöntemi olmayıp açgözlü tarama, ağırlıklandırılmış l 1 enküçüklemei gibi yöntemler de mevcuttur. Bu çalışmada ie l 1 enküçüklemei yöntemi kullanılmıştır. Sıkıştırılabilir algılama yönteminin daha detaylı anlatımı [9] da görülebilir. 4 ψ c min η c l 1 (4) (5) η η dir. Dolayııyla verilen şartı ağlayan fonkiyonlar içinde ıkıştırılabilir algılama yöntemi çözümü, l 1 enküçüklemeini ağlayan ψ c η c dir.

Önerilen Sıkıştırılabilir Fourier Tayfı Yöntemi Klaik Fourier tayfı yönteminde bir fonkiyon N tayf bileşeniyle temil edilir. Dolayııyla Fourier dönüşümleri bu N bileşen için heaplanmakta olup, her zaman baamağında bu işlem tekrarlanmaktadır. Bu da heaplama üreini arttıran en temel nedendir. Bu çalışmada heaplamalı Fourier tayfı yöntemini hızlandırabilecek bir yaklaşım önerilmiştir. Bu yaklaşım ıkıştırılabilir algılama yöntemine dayanmaktadır. Benzer bir yaklaşım [10] da görülebilir. Bu yöntemde N bileşen kullanmak yerine eyrek bir fonkiyondan M=O(K log(n/k)) bileşen eçilip hızlı Fourier ve ter hızlı Fourier dönüşümleri zaman baamaklama boyunca bu M bileşen için yapılır. Burada M << N dir. Zaman baamaklamaının onunda fonkiyonun N bileşeni, bu M bileşene ıkıştırılabilir algılama yöntemi uygulanarak elde edilir. Böylelikle onuç çok daha kıa zamanda elde edilir. Bu yöntem ıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi olarak adlandırılabilir. Bu yöntem, klaik Fourier tayfı yöntemiyle karşılaştırıldığında keinlikte belirgin bir azalma olmakızın performanı büyük ölçüde geliştirebileceği ileriki kıımlarda göterilmiştir. Tek Zamanlı Dalga için Sonuçlar SAYISAL SONUÇLAR Şekil 1. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin tek zamanlı bir dalga için kıyalanmaı, N=104, M=18 ile elde edilen tayf. Şekil 1 de, N=104 bileşenli klaik Fourier tayfı yöntemi ve M=18 bileşenli ıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi tek zamanlı bir dalganın tayfı için kıyalanmıştır. Bu benzetim için ilk şart olarak tek zamanlı, yani inü biçiminde, bir profil kullanılmış ve zaman baamakla yukarıda anlatılan yöntemle gerçekleştirilmiştir. Şekilden de görülebileceği üzere bu iki yöntemin keinliği araında belirgin bir fark yoktur. İki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.030 olarak heaplanmıştır. Şekil 1 de göterilen tayfa ter Fourier dönüşümü uygulanarak dalga profili elde edilmiş ve Şekil de unulmuştur. Şekil deki kıyalamada iki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0034 olarak heaplanmıştır. 5

Bayındır 1 Şekil. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin tek zamanlı bir dalga için kıyalanmaı, N=104, M=18 ile elde edilen dalga profili. Üç Zamanlı Dalgalar için Sonuçlar Şekil 3 te, N=104 bileşenli klaik Fourier tayfı yöntemi ve M=56 bileşenli ıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi üç zamanlı bir dalganın tayfı için kıyalanmıştır. Bu benzetim için ilk şart olarak üç zamanlı (bir ea, iki yan bantlı), yani üç inü fonkiyonunun toplamı biçiminde, bir profil kullanılmış ve zaman baamakla yukarıda anlatılan yöntemle gerçekleştirilmiştir. Şekilden de görülebileceği üzere bu iki yöntemin keinliği araında belirgin bir fark yoktur. İki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0006 olarak heaplanmıştır. Şekil 3 de göterilen tayfa ter Fourier dönüşümü uygulanarak dalga profili elde Şekil 3. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin üç zamanlı dalgalar için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen tayf. 6

Şekil 4. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin üç zamanlı dalgalar için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile dalga profili. edilmiş ve Şekil 4 te unulmuştur. Şekil 4 teki kıyalamada iki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0059 olarak heaplanmıştır. Heaplamalı şema, T p makimum enerjiyi taşıyan dalganın periyodunu götermek üzere, aynı parametrelerle bir öncekine göre daha uzun olan 50 T p lik bir üre için çalıştırılmış ve onuç tayfı Şekil 5 te unulmuştur. Bu üre eğriel etkileşimlerin oluşmaı için yeterli bir üre olup enerjinin diğer enerji bantlarına ıçramaya başladığı şekilde görülebilir. İki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0106 olarak heaplanmıştır. Şekil 5 te göterilen tayfa ter Fourier dönüşümü uygulanarak dalga profili elde edilmiş ve Şekil 6 da unulmuştur. Şekil 6 daki kıyalamada iki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0073 olarak heaplanmıştır. Şekil 5. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin üç zamanlı dalgalar için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen tayf-eğriel etkileşim durumu. 7

Bayındır 1 Şekil 6. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin üç zamanlı dalgalar için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile dalga profili-eğriel etkileşim durumu. Jonwap Tayfı için Sonuçlar Şekil 7 de, N=104 bileşenli klaik Fourier tayfı yöntemi ve M=56 bileşenli ıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi Jonwap tayfı için kıyalanmıştır. Bu benzetim için ilk şart olarak çok ayıda (104) inü fonkiyonunun toplamı biçiminde bir profil kullanılmış ve zaman baamakla yukarıda anlatılan yöntemle gerçekleştirilmiştir. Jonwap tayfı ve ilk yüzey dalga profilinin elde edilmeinin detaylı açıklamaı [] de görülebilir. Şekilden de görülebileceği üzere bu iki yöntemin keinliği araında belirgin bir fark yoktur. İki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.031 olarak heaplanmıştır. Şekil 7 de göterilen tayfa ter Fourier dönüşümü uygulanarak dalga profili elde edilmiş ve Şekil 8 de unulmuştur. Şekil 8 deki kıyalamada iki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-meanquare) 0.0099 olarak heaplanmıştır. Şekil 7. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin Jonwap tayfı için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen tayf. 8

Şekil 8. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin Jonwap tayfı için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen gerçekçi dalga profili. Şekil 9. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin Jonwap tayfı için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen tayf-eğriel etkileşim durumu. Heaplamalı şema, T p makimum enerjiyi taşıyan dalganın periyodunu götermek üzere, aynı parametrelerle bir öncekine göre daha uzun olan 50 T p lik bir üre için çalıştırılmış ve onuç tayfı Şekil 9 da unulmuştur. Bu üre eğriel etkileşimlerin oluşmaı için yeterli bir üre olup enerjinin diğer iki tepeli Jonwap tayfından diğer enerji bantlarına ıçramaya başladığı şekilde görülebilir. İki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0099 olarak heaplanmıştır. Şekil 9 da unulan tayfa ter Fourier dönüşümü uygulanarak dalga profili elde edilmiş ve Şekil 10 da unulmuştur. Şekil 10 daki kıyalamada iki yöntemle elde edilen onuçlar araındaki normalleştirilmiş ortalama karekök fark (root-mean-quare) 0.0104 olarak heaplanmıştır. 9

Bayındır 1 Şekil 10. Klaik Fourier tayfı yöntemi ile önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin Jonwap tayfı için kıyalanmaı, N=104, M=56 ile elde edilen tayf-eğriel etkileşim durumu. Önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin klaik tayf yöntemine kıyala avantajını götermek adına çeşitli N, M ve zaman baamağı değerleri için gerçekçi dalga benzetim zamanları aniye cininden Çizelge 1 de unulmaktadır. Heaplama zamanları çift 1.8 GHz çekirdekli, 1GB RAM i olan Dell Votro 1700 model bir bilgiayarda ölçülmüştür. Çizelgedeki her atır için 50 benzetim yapılarak aritmetik ortalama zaman heaplanmıştır. Çizelgeden de görülebileceği üzere az ayıda zaman baamağı için önerilen yöntem klaik yönteme kıyala küçük bir gelişme ağlamaktadır. Bunun nedeni l 1 enküçüklemei için harcanan zamandır. Ancak zaman baamağı ayıı büyüdükçe önerilen yöntemin klaik yönteme nazaran keinliğinde belirgin bir azalma olmakızın çok daha kıa ürede benzetim yapabildiği görülür. Böylelikle benzetim performanı geliştirilebilir. Çizelge 1. Gerçekçi dalga benzetimi için klaik Fourier tayfı ve önerilen ıkıştırılabilir Fourier tayfı yönteminin performan kıyalamaı. N M Zaman Baamak Sayıı Klaik Tayf Yöntemi Önerilen Yöntem Normal Rm Zamanı() Zamanı() Fark 104 18 x10 4 116.98 38.71 0.0140 104 56 x10 4 161.34 135.38 0.0011 104 56 6x10 4 366.88 15.6 0.0037 104 56 1x10 5 618.9 13.13 0.0019 048 56 5x10 4 705.15 601.74 0.0077 SONUÇLAR Bu çalışmada okyanu dalgalarının modellenmei için klaik Fourier tayfı yöntemini hızlandıracak bir yaklaşım önerilmiş ve uygulanmıştır. Okyanu dalgalarının zaman veya ıklık düzleminde çok bileşeninin ıfır, yani eyrek olmaları, düşünülerek ıkıştırılabilir algılama yönteminin benzetim performanını arttırabileceği göterilmiştir. Önerilen yaklaşım klaik yönteme nazaran çok daha az ayıda tayf bileşeni kullanılmaı ve zaman baamaklama onunda bu az ayıdaki bileşenden detaylı 10

geriçatılma yapılmaı eaına dayanmaktadır. Bu amaçla tek zamanlı, üç zamanlı ve tam Jonwap tayfı dağılımlı okyanu dalga benzetimleri yapılmıştır. Sıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi olarak adlandırılabilecek bu yaklaşımın, keinlikte belirgin bir azalma olmakızın, heaplama zamanını azaltarak özellikle daha büyük zaman baamağı değerleri için benzetim performanını önemli ölçüde geliştirebileceği ortaya konmuştur. Önerilen yöntem heaplamalı mekaniğinin başka dallarında kullanılabileceği gibi aynı zamanda onlu farklar, elemanlar vb. gibi başka heaplama şemalarında da kullanılabilir. KAYNAKLAR [1] D. Dommermuth and D. K. P. Yue, A high-order pectral method for the tudy of nonlinear gravity wave, Journal of Fluid Mechanic, 184, 67-88, 1987. [] C. Bayındır, Implementation of a Computational Model for Random Directional Sea and Underwater Acoutic, M.S. Thei, Univerity of Delaware, 009. [3] V. E. Zakharov, Stability of periodic wave of finite amplitude on the urface of a deep fluid, Soviet Phyic JETP,, 190-194, 1984. [4] E. A. Karjadi, M. Badiey and J. T. Kirby, Impact of urface gravity wave on high-frequency acoutic propagation in hallow water, The Journal of the Acoutical Society of America, 17, 1787-1787, 010. [5] E. A. Karjadi, M. Badiey, J. T. Kirby and C. Bayındır, The effect of urface gravity wave on high-frequency acoutic propagation in hallow water, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 37, 11-11, 01. [6] C. Canuto, M. Y. Huaini, A. Quarteroni and T. A. Zang, Spectral Method: Fundamental in Single Domain, Springer-Verlag, 006. [7] L. N. Trefethen, Spectral Method in MATLAB, SIAM, 000. [8] C. Bayındır, Sönümlü-değiştirilmiş Korteweg de-vrie (KdV) denkleminin analitik ve heaplamalı çözüm karşılaştırmaı, XIX. Ulual Mekanik Kongrei, KTÜ, Trabzon, 015. [9] E. J. Cande, J. Romberg and T. Tao, Robut uncertainty principle: Exact ignal recontruction from highly incomplete frequency information, IEEE Tranaction on Information Theory, 006. [10] C. Bayındır, Heaplamalı akışkanlar mekaniği çalışmaları için ıkıştırılabilir Fourier tayfı yöntemi, XIX. Ulual Mekanik Kongrei, KTÜ, Trabzon, 015. 11