精密控制震源发射信号设计和信号提取方法研究

论文摘要

地下介质特性变化信息对探索地震物理预测具有重要的意义,精密主动地震监测系统为动态观测地下介质物性变化提供了一种可能的途径。精密主动地震监测以精密控制震源为信号源,该震源具有输出大吨位力、精确控制频率和相位的特点,可长时间重复对地激发低强度信号,通过高精度的观测系统获得记录资料,采用专门的数据处理方法来提取地下介质特性信息。影响精密主动地震监测效果的关键在于震源信号质量及信号提取技术,本文从提高观测资料的信噪比和分辨率的角度来研究震源扫描信号设计和信号提取方法。在考虑到精密控制震源旋转特性的基础上,研究了多种扫描信号设计方案,提出了扫描信号设计的能量均衡原则和信噪比均衡原则,通过离散点拟合来生成扫描信号。通过实际计算表明,按照发射频谱、相关子波形态和发射能量三个方面的评价,离散点拟合扫描信号设计方法可以灵活设计出分辨率高的发射信号,对提高精密主动地震监测的震相信息分辨率具有实际意义。在信号提取方面本文研究并提出了加权匹配滤波方法来抑制短时突发噪声对精密控制震源信号提取的影响。通过评估记录中的噪声水平时间分布取得对应时段的权重,对噪声水平高的时段分配较小的权重,噪声水平较低的时段分配较大的权重,再进行加权匹配滤波,达到降低短时突发噪声对有用信号的影响、有效提高输出信号信噪比的目的。精密主动地震监测产生观测数据量十分庞大,需要合适的处理软件才能高效完成处理任务,为此本文探索在Linux环境下开发相关软件。本文基于GTK+图形库提出了适用于Linux环境下的图形用户界面软件实现方案。尝试开发了地震数据采集系统网络客户端、波形叠加和震相分析图形交互界面等软件,可交互便捷获取远程台站数据和处理大量主动地震观测数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.2.1 发射信号设计
• 1.2.2 信号提取方法研究
• 1.2.3 精密主动地震监测数据处理软件开发探索
• 1.3 相关领域国内外动态
• 1.3.1 国外动态
• 1.3.2 国内动态
• 1.4 论文框架
• 第二章 精密主动地震监测
• 2.1 工作原理
• 2.2 精密控制震源系统
• 2.2.1 系统结构
• 2.2.2 震源特性
• 2.2.3 发射信号
• 2.3 地震观测系统
• 2.4 信号检测与信噪比增强
• 2.4.1 信号检测
• 2.4.2 信号叠加
• 2.5 走时变化信息
• 第三章 精密控制震源发射信号设计方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 发射信号与分辨率
• 3.2.1 对地作用力产生
• 3.2.2 相关子波与分辨率
• 3.3 扫描信号影响因素
• 3.3.1 扫描信号持续时间与发射能量
• 3.3.2 扫描信号频带宽度
• 3.3.3 扫描信号频谱
• 3.4 常规扫描信号设计及优化方法
• 3.4.1 常规扫描信号设计
• 3.4.2 扫描信号优化
• 3.5 离散点拟合扫描信号设计方法
• 3.5.1 离散点拟合扫描信号设计原则
• 3.5.2 离散点拟合扫描信号设计思路
• 3.5.3 离散点拟合扫描信号计算
• 3.5.4 离散点拟合扫描信号对比
• 3.6 小结
• 第四章 精密控制震源记录信号提取方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 低信噪比环境下信号提取
• 4.2.1 匹配滤波
• 4.2.2 信噪比计算
• 4.3 自适应加权匹配滤波
• 4.3.1 加权匹配滤波的提出
• 4.3.2 信噪比改善的分析
• 4.3.3 实例计算
• 4.4 小结
• 第五章 精密主动地震监测数据处理部分软件开发探索
• 5.1 引言
• 5.2 Linux 系统图形用户界面与网络通讯技术简介
• 5.2.1 GTK+图形库介绍
• 5.2.2 图形用户界面技术开发
• 5.2.3 Linux 环境下的网络通信技术
• 5.3 精密主动地震监测数据采集器通信与控制程序
• 5.3.1 需求分析
• 5.3.2 界面设计与功能实现
• 5.3.3 运行测试情况
• 5.4 精密主动地震监测数据处理程序
• 5.4.1 需求分析
• 5.4.2 界面设计与功能实现
• 5.4.3 运行测试情况
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 对未来的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介