基于贝叶斯方法的时域光子多普勒速率测量
等离子体物理
2025-08-20 v1 数据分析、统计与概率
仪器与探测器
摘要
光子多普勒速率测量 (Photonic Doppler Velocimetry, PDV) 是一种用于测量高能密度实验中快速移动表面速度的成熟技术。标准的 PDV 分析方法使用短时傅里叶变换 (STFT) 生成频谱图,以推断靶体的速度历程。用户需选择窗口函数的形式、持续时间和分离方式。本文提出了一种从 PDV 振幅显示器直接推断速度的贝叶斯方法,无需借助频谱图进行分析。由于数据高度周期性,这显然是一个困难的推断问题,但我们发现通过仔细选择模型参数的先验分布,可以准确恢复合成数据的注入速度。我们使用在 Sandia 国家实验室的 STAR 两级气枪上收集的 PDV 数据进行验证,在石英中恢复的冲击前沿速度与使用 STFT 方法推断的速度一致,且在信噪比较低的区域进行插值。虽然该方法不依赖 STFT 的用户选择,但我们警告如果所选模型不足以捕捉速度行为,则可能导致模型误指定。通过后验预测检验可以建立是否需要更佳模型。不过,更复杂的模型往往需要数小时才能收敛于贝叶斯后验。因此,我们建议将其视为 STFT 方法的补充手段。
引用
@article{arxiv.2508.13695,
title = {A Bayesian approach to time-domain Photonic Doppler Velocimetry},
author = {J. R. Allison and R. Bordas and J. Read and G. Burdiak and V. Beltrán and N. Joiner and H. Doyle and N. Hawker and J. Skidmore and T. Ao and A. Porwitzky and D. Dolan and B. Farfan and C. Johnson and A. Hansen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.13695},
year = {2025}
}
备注
14 pages, 9 figures, manuscript accepted on 23rd July 2025 for publication in Review of Scientific Instruments