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Spectral Proper Orthogonal Decomposition with Variable Frequency Binning and Precise Tonal Mode Extraction

von Saldern, Jakob G. R. und Schmidt, Oliver T. und Reumschüssel, J. Moritz und Godbersen, Philipp und Colonius, Tim (2025) Spectral Proper Orthogonal Decomposition with Variable Frequency Binning and Precise Tonal Mode Extraction. In: Division of Fluid Dynamics Annual Meeting 2025, Seite 1. Division of Fluid Dynamics Annual Meeting 2025, 2025-11-22 - 2025-11-25, Houston, TX, USA.

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Offizielle URL: https://meetings-archive.aps.org/dfd/2025/z18/7/

Kurzfassung

SPOD identifies coherent structures in statistically stationary flows. The method estimates the cross-spectral density matrix from an ensemble of temporal Fourier modes obtained by segmenting time series data into blocks. This statistical approach enables the extraction of coherent structures even in broadband turbulence. However, SPOD faces a tradeoff: better statistical convergence requires more blocks, which reduces frequency resolution. This variance–bias tradeoff necessitates long time series for accurate mode extraction.

In this talk we present a modified version of SPOD. Instead of block-segmenting the time series, the Fourier transform is computed using the full time history. SPOD modes are then obtained by averaging neighboring Fourier modes via Proper Orthogonal Decomposition. Importantly, information about the contribution of individual Fourier modes to each SPOD mode are stored in the expansion coefficients.

Compared to standard SPOD, the new approach offers two key advantages: (1) the number of Fourier modes used to estimate SPOD modes can be varied with frequency, enabling adaptive tradeoff between spectral variance and spectral bias; and (2) the contribution of individual frequencies to each SPOD mode can be directly quantified, allowing for more accurate extraction of tonal features without sacrificing statistical convergence. This makes the new algorithm particularly effective for analyzing flows that exhibit both broadband and tonal components.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224635/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Spectral Proper Orthogonal Decomposition with Variable Frequency Binning and Precise Tonal Mode Extraction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
von Saldern, Jakob G. R.California Institute of Technologyhttps://orcid.org/0000-0001-5003-8195NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, Oliver T.University of California San Diegohttps://orcid.org/0000-0002-7097-0235NICHT SPEZIFIZIERT
Reumschüssel, J. MoritzTU Berlinhttps://orcid.org/0000-0003-4253-9306NICHT SPEZIFIZIERT
Godbersen, PhilippPhilipp.Godbersen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0917-4897215891857
Colonius, TimCalifornia Institute of Technologyhttps://orcid.org/0000-0003-0326-3909NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 November 2025
Erschienen in:Division of Fluid Dynamics Annual Meeting 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seite 1
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAPSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Name der Reihe:Conference Proceedings
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Modal decomposition, lower order modeling, SPOD, Spectral Proper Orthogonal Decomposition
Veranstaltungstitel:Division of Fluid Dynamics Annual Meeting 2025
Veranstaltungsort:Houston, TX, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:22 November 2025
Veranstaltungsende:25 November 2025
Veranstalter :American Physical Society (APS)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:27 Mai 2026 13:43
Letzte Änderung:27 Mai 2026 13:43

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