A simplified approach to a three-part Wiener-Hopf problem arising in diffraction theory

A direct and simple approach, utilizing Watson's lemma, is presented for obtaining an approximate solution of a three-part Wiener-Hopf problem associated with the problem of diffraction of a plane wave by a soft strip.

The Wiener-Hopf solution of a class of mixed boundary value problems arising in surface water wave phenomena

Two mixed boundary value problems associated with two-dimensional Laplace equation, arising in the study of scattering of surface waves in deep water (or interface waves in two superposed fluids) in the linearised set up, by discontinuities in the surface (or interface) boundary conditions, are handled for solution by the aid of the Weiner-Hopf technique applied to a slightly more general differential equation to be solved under general boundary conditions and passing on to the limit in a manner so as to finally give rise to the solutions of the original problems. The first problem involves one discontinuity while the second problem involves two discontinuities. The reflection coefficient is obtained in closed form for the first problem and approximately for the second. The behaviour of the reflection coefficient for both the problems involving deep water against the incident wave number is depicted in a number of figures. It is observed that while the reflection coefficient for the first problem steadily increases with the wave number, that for the second problem exhibits oscillatory behaviour and vanishes at some discrete values of the wave number. Thus, there exist incident wave numbers for which total transmission takes place for the second problem. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Regularity of Wiener-Hopf plus Hankel operators

In this thesis we consider Wiener-Hopf-Hankel operators with Fourier symbols in the class of almost periodic, semi-almost periodic and piecewise almost periodic functions. In the first place, we consider Wiener-Hopf-Hankel operators acting between L2 Lebesgue spaces with possibly different Fourier matrix symbols in the Wiener-Hopf and in the Hankel operators. In the second place, we consider these operators with equal Fourier symbols and acting between weighted Lebesgue spaces Lp(R;w), where 1 < p < 1 and w belongs to a subclass of Muckenhoupt weights. In addition, singular integral operators with Carleman shift and almost periodic coefficients are also object of study. The main purpose of this thesis is to obtain regularity properties characterizations of those classes of operators. By regularity properties we mean those that depend on the kernel and cokernel of the operator. The main techniques used are the equivalence relations between operators and the factorization theory. An invertibility characterization for the Wiener-Hopf-Hankel operators with symbols belonging to the Wiener subclass of almost periodic functions APW is obtained, assuming that a particular matrix function admits a numerical range bounded away from zero and based on the values of a certain mean motion. For Wiener-Hopf-Hankel operators acting between L2-spaces and with possibly different AP symbols, criteria for the semi-Fredholm property and for one-sided and both-sided invertibility are obtained and the inverses for all possible cases are exhibited. For such results, a new type of AP factorization is introduced. Singular integral operators with Carleman shift and scalar almost periodic coefficients are also studied. Considering an auxiliar and simpler operator, and using appropriate factorizations, the dimensions of the kernels and cokernels of those operators are obtained. For Wiener-Hopf-Hankel operators with (possibly different) SAP and PAP matrix symbols and acting between L2-spaces, criteria for the Fredholm property are presented as well as the sum of the Fredholm indices of the Wiener-Hopf plus Hankel and Wiener-Hopf minus Hankel operators. By studying dependencies between different matrix Fourier symbols of Wiener-Hopf plus Hankel operators acting between L2-spaces, results about the kernel and cokernel of those operators are derived. For Wiener-Hopf-Hankel operators acting between weighted Lebesgue spaces, Lp(R;w), a study is made considering equal scalar Fourier symbols in the Wiener-Hopf and in the Hankel operators and belonging to the classes of APp;w, SAPp;w and PAPp;w. It is obtained an invertibility characterization for Wiener-Hopf plus Hankel operators with APp;w symbols. In the cases for which the Fourier symbols of the operators belong to SAPp;w and PAPp;w, it is obtained semi-Fredholm criteria for Wiener-Hopf-Hankel operators as well as formulas for the Fredholm indices of those operators.

A Wiener-Hopf type factorization for the exponential functional of Levy processes

For a Lévy process ξ=(ξt)t≥0 drifting to −∞, we define the so-called exponential functional as follows: Formula Under mild conditions on ξ, we show that the following factorization of exponential functionals: Formula holds, where × stands for the product of independent random variables, H− is the descending ladder height process of ξ and Y is a spectrally positive Lévy process with a negative mean constructed from its ascending ladder height process. As a by-product, we generate an integral or power series representation for the law of Iξ for a large class of Lévy processes with two-sided jumps and also derive some new distributional properties. The proof of our main result relies on a fine Markovian study of a class of generalized Ornstein–Uhlenbeck processes, which is itself of independent interest. We use and refine an alternative approach of studying the stationary measure of a Markov process which avoids some technicalities and difficulties that appear in the classical method of employing the generator of the dual Markov process.

Avaliação do efeito de janela e descoloração nos filtros Wiener-Hopf

A presente dissertação consta de estudos sobre deconvolução sísmica, onde buscamos otimizar desempenhos na operação de suavização, na resolução da estimativa da distribuição dos coeficientes de reflexão e na recuperação do pulso-fonte. Os filtros estudados são monocanais, e as formulações consideram o sismograma como o resultado de um processo estocástico estacionário, e onde demonstramos os efeitos de janelas e de descoloração. O principio aplicado é o da minimização da variância dos desvios entre o valor obtido e o desejado, resultando no sistema de equações normais Wiener-Hopf cuja solução é o vetor dos coeficientes do filtro para ser aplicado numa convolução. O filtro de deconvolução ao impulso é desenhado considerando a distribuição dos coeficientes de reflexão como uma série branca. O operador comprime bem os eventos sísmicos a impulsos, e o seu inverso é uma boa aproximação do pulso-fonte. O janelamento e a descoloração melhoram o resultado deste filtro. O filtro de deconvolução aos impulsos é desenhado utilizando a distribuição dos coeficientes de reflexão. As propriedades estatísticas da distribuição dos coeficientes de reflexão tem efeito no operador e em seu desempenho. Janela na autocorrelação degrada a saída, e a melhora é obtida quando ela é aplicada no operador deconvolucional. A transformada de Hilbert não segue o princípio dos mínimos-quadrados, e produz bons resultados na recuperação do pulso-fonte sob a premissa de fase-mínima. O inverso do pulso-fonte recuperado comprime bem os eventos sísmicos a impulsos. Quando o traço contém ruído aditivo, os resultados obtidos com auxilio da transformada de Hilbert são melhores do que os obtidos com o filtro de deconvolução ao impulso. O filtro de suavização suprime ruído presente no traço sísmico em função da magnitude do parâmetro de descoloração utilizado. A utilização dos traços suavizados melhora o desempenho da deconvolução ao impulso. A descoloração dupla gera melhores resultados do que a descoloração simples. O filtro casado é obtido através da maximização de uma função sinal/ruído. Os resultados obtidos na estimativa da distribuição dos coeficientes de reflexão com o filtro casado possuem melhor resolução do que o filtro de suavização.

On the solution of a class of Wiener-Hopf integral equations in finite and infinite ranges /

"Sponsored by: Wright Air Development Center"

The finite range Wiener-Hopf integral equation and a boundary value problem in a waveguide /

"Contract No. AF33(616)-6079 Project No. 9-(13-6278) Task 40572. Sponsored by: Wright Air Development Center"

Invertibility characterization of Wiener-Hopf plus Hankel operators on variable exponent Lebesgue spaces via even asymmetric factorization

We obtain invertibility and Fredholm criteria for the Wiener-Hopf plus Hankel operators acting between variable exponent Lebesgue spaces on the real line. Such characterizations are obtained via the so-called even asymmetric factorization which is applied to the Fourier symbols of the operators under study.

Filtros ótimos: efeitos de janelas e de tipo de fase

O objetivo central deste trabalho é o estudo do desempenho do operador deconvolucional WHL na compressão do pulso-fonte sísmico, sob condições especiais de fase não-mínima e da densidade de eventos no traço, como casos advogados para dados reais e processamento em rotina. O método de ataque ao problema construído é centrado no conteúdo da informação da função autocorrelação submetida a diferentes condições: (a) de truncamento e tipo de janelas; (b) das características da fase do operador (se mínima ou não-mínima); (c) da medida de qualidade; (d) do nível de embranquecimento; (e) do ruído presente e da equalização; (f) do balanceamento do traço; (g) dos princípios físicos da propagação expressos e limitados pelo modelo convolutional. Os resultados obtidos são apenas na forma numérica, organizados na forma de álbuns com dificuldades crescentes, e demonstram como o uso de janelas na autocorrelação serve para diagnosticar e melhorar a performance dos operadores. Concluímos que muitas perguntas ainda surgem quando técnicas de deconvolução são aplicadas a seções sísmicas de bacias sedimentares, e que o modelo de Goupillaud é conveniente para simulações e análises devido a sua descrição matemática simples e completa.

Atenuação de múltiplas pelo método WHLP-CRS

Nas bacias sedimentares da região Amazônica, a geração e o acúmulo de hidrocarboneto estão relacionados com a presença das soleiras de diabásio. Estas rochas magmáticas intrusivas possuem grandes contrastes de impedância com as rochas sedimentares encaixantes, resultando em múltiplas externas e internas, com amplitudes semelhantes às das reflexões sísmicas primárias. Estas múltiplas podem predominar sobre as informações oriundas de interfaces mais profundas, dificultando o processamento, a interpretação e o imageamento da seção de sísmica. O objetivo da presente tese é realizar a atenuação de múltiplas em seções sintéticas fontecomum (CS), através da combinação dos métodos Wiener-Hopf-Levinson de predição (WHLP) e o do empilhamento superfície-de-reflexão-comum (CRS), aqui denominando pela sigla WHLPCRS. O operador de deconvolução é calculado com as amplitudes reais do sinal sísmico e traço-a-traço, o que consideramos como uma melhor eficiência para a operação de atenuação. A identificação das múltiplas é feita na seção de afastamento-nulo (AN) simulada com o empilhamento CRS, utilizando o critério da periodicidade entre primária e suas múltiplas. Os atributos da frente de onda, obtidos através do empilhamento CRS, são utilizados na definição de janelas móveis no domínio tempo-espaço, e usados para calcular o operador WHLP-CRS. No desenvolvimento do presente trabalho, visamos evitar a inconveniência da seção processada ZO; desenhar e aplicar operadores na configuração CS; e estender o método WHL para camadas curvas.

Comparação dos filtros de velocidade e do operador WHLP-CRS na atenuação de múltiplas

A motivação geológica deste trabalho reside no imageamento de estruturas de bacias sedimentares da região Amazônica, onde a geração e o acúmulo de hidrocarboneto estão relacionados com a presença de soleiras de diabásio. A motivação sísmica reside no fato de que essas rochas intrusivas possuem grandes contrastes de impedância com a rocha encaixante, o que resulta em múltiplas, externas e internas, com amplitudes semelhantes as das primárias. O sinal sísmico das múltiplas podem predominar sobre o sinal das reflexões primárias oriundas de interfaces mais profundas, o que pode dificultar o processamento, a interpretação e o imageamento da seção sísmica temporal. Neste trabalho, estudamos a atenuação de múltiplas em seções sintéticas fonte-comum (FC) através da comparação de dois métodos. O primeiro método resulta da combinação das técnicas Wiener-Hopf-Levinson de predição (WHLP) e o de empilhamento superfície-de-reflexão-comum (CRS), e denominando WHLP-CRS, onde o operador é desenhado exclusivamente no domínio do tempo-espaço. O segundo método utilizado é o filtro de velocidade (ω-k) aplicado após o empilhamento superfície-de-reflexão (CRS), onde o operador é desenhado exclusivamente no domínio bidimensional de freqüência temporal-espacial. A identificação das múltiplas é feita na seção de afastamento-nulo (AN) simulada com o empilhamento CRS, e utiliza o critério da periodicidade entre primária e suas múltiplas. Os atributos da frente de onda, obtidos através do empilhamento CRS, são utilizados na definição de janelas móveis no domínio tempo-espaço, que são usadas para calcular o operador WHLP-CRS. O cálculo do filtroω-k é realizado no domínio da freqüência temporal-espacial, onde os eventos são selecionados para corte ou passagem. O filtro (ω-k) é classificado como filtro de corte, com alteração de amplitude, mas não de fase, e limites práticos são impostos pela amostragem tempo-espaço. Em termos práticos, concluímos que, para o caso de múltiplas, os eventos separados no domínio x-t não necessariamente se separam no domínio ω-k, o que dificulta o desenho de um operador ω-k semelhante em performance ao operador x-t.

Contracting bubbles in Hele-Shaw cells with a power-law fluid

The problem of bubble contraction in a Hele-Shaw cell is studied for the case in which the surrounding fluid is of power-law type. A small perturbation of the radially symmetric problem is first considered, focussing on the behaviour just before the bubble vanishes, it being found that for shear-thinning fluids the radially symmetric solution is stable, while for shear-thickening fluids the aspect ratio of the bubble boundary increases. The borderline (Newtonian) case considered previously is neutrally stable, the bubble boundary becoming elliptic in shape with the eccentricity of the ellipse depending on the initial data. Further light is shed on the bubble contraction problem by considering a long thin Hele-Shaw cell: for early times the leading-order behaviour is one-dimensional in this limit; however, as the bubble contracts its evolution is ultimately determined by the solution of a Wiener-Hopf problem, the transition between the long-thin limit and the extinction limit in which the bubble vanishes being described by what is in effect a similarity solution of the second kind. This same solution describes the generic (slit-like) extinction behaviour for shear-thickening fluids, the interface profiles that generalise the ellipses that characterise the Newtonian case being constructed by the Wiener-Hopf calculation.

Linear stern waves in finite depth channels

This paper formulates an analytically tractable problem for the wake generated by a long flat bottom ship by considering the steady free surface flow of an inviscid, incompressible fluid emerging from beneath a semi-infinite rigid plate. The flow is considered to be irrotational and two-dimensional so that classical potential flow methods can be exploited. In addition, it is assumed that the draft of the plate is small compared to the depth of the channel. The linearised problem is solved exactly using a Fourier transform and the Wiener-Hopf technique, and it is shown that there is a family of subcritical solutions characterised by a train of sinusoidal waves on the downstream free surface. The amplitude of these waves decreases as the Froude number increases. Supercritical solutions are also obtained, but, in general, these have infinite vertical velocities at the trailing edge of the plate. Consideration of further terms in the expansions suggests a way of canceling the singularity for certain values of the Froude number.

Minimising wave drag for free surface flow past a two-dimensional stern

Free surface flow past a two-dimensional semi-infinite curved plate is considered, with emphasis given to solving for the shape of the resulting wave train that appears downstream on the surface of the fluid. This flow configuration can be interpreted as applying near the stern of a wide blunt ship. For steady flow in a fluid of finite depth, we apply the Wiener-Hopf technique to solve a linearised problem, valid for small perturbations of the uniform stream. Weakly nonlinear results found using a forced KdV equation are also presented, as are numerical solutions to the fully nonlinear problem, computed using a conformal mapping and a boundary integral technique. By considering different families of shapes for the semi-infinite plate, it is shown how the amplitude of the waves can be minimised. For plates that increase in height as a function of the direction of flow, reach a local maximum, and then point slightly downwards at the point at which the free surface detaches, it appears the downstream wavetrain can be eliminated entirely.