用于高速霍尔推力器视频的傅里叶与POD模态分解方法比较
等离子体物理
2022-05-31 v1 图像与视频处理
动力系统
摘要
霍尔推力器易受大幅等离子体振荡影响，其损害推力器性能与寿命且难以建模。高速相机因其空间分辨率而成为研究此类动力学的常用工具，亦是原位探针的一种流行、非侵入式补充。推力器振荡的高速视频可通过算法隔离（分解）为相干结构（模态），助我们更好理解各自的演化与相互作用。本文提供针对无屏蔽H6 6千瓦实验室模型霍尔推力器高速视频的成熟傅里叶算法与较新本征正交分解（POD）算法的介绍、比较及逐步教程。基于该数据集，两类算法均识别并刻画了推力器羽流放电通道与阴极区域的及模态，以及通道中与旋转辐条间的模态跳变。傅里叶方法适于刻画线性模态结构，且提供直观的频散关系。相较之下，POD方法利用能量最小化技术定制基组，更好捕捉这些结构的非线性本质，且实现更简。傅里叶与POD方法共同提供研究霍尔推力器等离子体不稳定性与模态动力学的更完整工具集。具体而言，我们建议先应用POD以快速识别全局动力学的本质与位置，再使用傅里叶方法隔离频散图及其他基于波动的物理特性。
引用
@article{arxiv.2205.14207,
title = {A comparison of Fourier and POD mode decomposition methods for high-speed Hall thruster video},
author = {J. W. Brooks and M. S. McDonald and A. A. Kaptanoglu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.14207},
year = {2022}
}