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基于地质单元体的微动信号频散曲线反演

矿业科学学报 2022年第6期7卷 662-669页

作者：赵红鹏何登科洪雨中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

微动勘探技术是一种利用环境本身微弱振动探测城市地下结构的方法。微动信号中面波占主导,分析微动信号可以提取面波频散曲线,通过反演频散曲线能够获得地层横波速度。但反演时地层划分规模与计算开销及求解稳定性之间存在矛盾,地层划... 详细信息

微动勘探技术是一种利用环境本身微弱振动探测城市地下结构的方法。微动信号中面波占主导,分析微动信号可以提取面波频散曲线,通过反演频散曲线能够获得地层横波速度。但反演时地层划分规模与计算开销及求解稳定性之间存在矛盾,地层划分层数越多,反演过程中未知参数越多,会增大计算开销,加剧方程的欠定程度,使反演结果不准确。为了解决这一问题,本文在前人研究的基础上提出基于地质单元体的改进算法,当反演收敛速度较低时对横波速度差异较小的相邻两单元进行合并,以合并后的地层参与反演。通过数值理论模拟与实测数据分析,基于地质单元体的改进反演算法能够降低方程的欠定程度,得到更稳定的解并减少计算开销。

关键词：微动信号频散曲线地质单元体地层合并

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微动信号的数据处理与岩土频谱特性分析

岩土力学 2008年第3期29卷 854-858页

作者：杨博雄胡新和陈志高刘海波路杰欧同庚中国地震局地震研究所武汉430071 湖北咸宁职业技术学院湖北咸宁437100

频谱是微动信号的一个重要动力学参数,微动信号的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关,既可反映岩土层的类型特征,又能反映工程场地的动力特性。详细探讨了目前较为常用的利用微动信号进行场地动力特性分析的方法,并对... 详细信息

频谱是微动信号的一个重要动力学参数,微动信号的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关,既可反映岩土层的类型特征,又能反映工程场地的动力特性。详细探讨了目前较为常用的利用微动信号进行场地动力特性分析的方法,并对这些方法进行了研究和比较。简要介绍了功率谱估计方法,同时,通过实例分析了微动信号的变化规律和场地微动信号的频率响应特性。

关键词：微动信号频谱分析数据处理岩土特性

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基于导数外推的微动信号谱估计算法研究

煤炭技术 2015年第5期34卷 83-85页

作者：张法全李静茹王国富叶金才桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004 广西无线宽带通信与信号处理重点实验室广西桂林541004

针对根据微动信号频散特性研究地质构造的应用背景,提出了在数据外推的基础上利用相关法对微动信号进行谱估计的方法。该方法首先利用导数最小二乘法求解幂函数模型参数,然后对外推的自相关数据进行FFT运算,求出微动信号的功率谱。理论... 详细信息

针对根据微动信号频散特性研究地质构造的应用背景,提出了在数据外推的基础上利用相关法对微动信号进行谱估计的方法。该方法首先利用导数最小二乘法求解幂函数模型参数,然后对外推的自相关数据进行FFT运算,求出微动信号的功率谱。理论分析和实验结果表明,该算法与相关法和Burg法(最大熵谱估计)相比,具有更好的分辨率和方差,提高了谱估计算法的性能。

关键词：微动信号谱估计数据外推导数最小二乘法幂函数模型

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微动信号波形特征自动分析系统设计

吉林大学学报（信息科学版） 2014年第6期32卷 580-587页

作者：周晓华王晓丹贾芳芳刘南南吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130026

为方便在野外微动勘探实验中进行现场整理数据及波形特征分析,设计一种微动信号波形特征自动分析系统。该系统采用Matlab编写相应程序对微动信号记录数据进行时域和频域分析,并采用面向对象的C#编程语言设计软件界面,系统可对信号特征... 详细信息

为方便在野外微动勘探实验中进行现场整理数据及波形特征分析,设计一种微动信号波形特征自动分析系统。该系统采用Matlab编写相应程序对微动信号记录数据进行时域和频域分析,并采用面向对象的C#编程语言设计软件界面,系统可对信号特征波形进行量化处理、自动拾取,生成相关数据分析文件和结果图形。应用结果表明,微动信号波形特征自动分析系统能对微动信号进行相关的数据分析,可满足用户的实际需求。

关键词：微动信号波形特征自动分析 Matlab软件

基于Radon变换的目标主体信号与微动信号的分离

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科学技术与工程 2013年第20期21卷 5811-5814页

作者：陈广锋西安文理学院数学与计算机工程学院西安710065

针对微动特征的有效分析和提取,研究了基于Radon变换的目标主体信号与微动信号分离方法。首先对回波信号进行时频变换,然后在时频平面上通过Radon变换来分离目标主体信号与微动信号,再通过逆Radon变换得到分离信号的时频分布,最后通过... 详细信息

针对微动特征的有效分析和提取,研究了基于Radon变换的目标主体信号与微动信号分离方法。首先对回波信号进行时频变换,然后在时频平面上通过Radon变换来分离目标主体信号与微动信号,再通过逆Radon变换得到分离信号的时频分布,最后通过仿真验证了方法的有效性。

关键词： Radon变换时频分析微动信号分离

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目标微动信号探测研究

目标微动信号探测研究

作者：张琪春南京理工大学

学位级别：硕士

在军事、反恐、人质救援、地震等不同的场合中,穿墙生命探测发挥着越来越重要的作用,穿墙生命探测的一个显著特点就是对微动信号的探测。超声技术是一门正在兴起并广泛应用于各行各业的技术,其干扰影响小,探测能力强,探测代价小。在微... 详细信息

在军事、反恐、人质救援、地震等不同的场合中,穿墙生命探测发挥着越来越重要的作用,穿墙生命探测的一个显著特点就是对微动信号的探测。超声技术是一门正在兴起并广泛应用于各行各业的技术,其干扰影响小,探测能力强,探测代价小。在微动信号探测中,超声探测技术刚刚起步,虽然没有电磁波探测技术成熟,但是其探测手段简易、方便、代价较小,具有一定的研究价值。本文首先介绍了声压、声强、声能量、声能量密度、声速等声波相关知识,对声波的反射和透射特性作了进一步仿真研究,并与电磁波的反射、透射特性作比较,分析了超声波探测在具体应用场合中的探测优势;研究了超声换能器工作机理、等效电路及参数特征,测量了实验中使用的换能器参数;根据对微动目标探测的特点,设计了波形失真很小的发射驱动电路和接收放大电路;最后对实际超声回波信号进行了采集和分析,通过对回波信号进行数字混频、滤波和FFT变换,得到了目标微动信号特征,验证了超声技术进行微动目标探测的可行性。

关键词：微动信号超声波超声换能器目标探测

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SPAC法在第四系地层分层中的应用

河南理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：李宝春孙少槐李国平中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院内蒙古工业大学地质技术与岩土工程内蒙古自治区工程研究中心内蒙古工业大学资源与环境工程学院

空间自相关法（the spatial autocorrelation method,SPAC法）是从环境噪声中提取相速度最有效的方法之一，使用SPAC法计算S波速度结构对研究地下速度结构具有重要意义。目的为验证SPAC法在第四系地层分层中的可靠性，方法使用多重观... 详细信息

空间自相关法（the spatial autocorrelation method,SPAC法）是从环境噪声中提取相速度最有效的方法之一，使用SPAC法计算S波速度结构对研究地下速度结构具有重要意义。目的为验证SPAC法在第四系地层分层中的可靠性，方法使用多重观测阵列采集频率2～40 Hz的微动信号，计算A,B,C台站组与中心台站的空间自相关系数，并使用零阶贝塞尔函数拟合空间自相关系数，同时提取Rayleigh面波相速度-频率关系，得到相速度频散曲线。与含低速软夹层模型、含高速硬夹层模型和速度递增模型相比，分歧型遗传算法反演频散曲线具有不依赖初始模型的优点。结果以华北克拉通北缘某地实测资料为例，使用SPAC法、瞬态面波法、波速测井法反演地层S波速度结构，根据钻孔资料可知，地下6.7～9.0 m深处为全风化片麻岩，表现出低至305 m/s的S波速度，9.0 m以下为强风化斜长片麻岩，表现为430～540 m/s的高S波速度。结论综合SPAC法、瞬态面波法、波速测井法和钻孔资料可知，SPAC法不仅地层分层准确性高，而且波速值大小与其他方法测试结果基本一致，验证了SPAC法的可靠性。

关键词： SPAC法微动信号 S波速度结构频散曲线 Rayleigh面波

多普勒雷达人体微动信息提取信号处理方法研究

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多普勒雷达人体微动信息提取信号处理方法研究

作者：连申晓沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

近些年来自然灾害频发,抢险救援幸存者成为灾后的第一紧急任务,但传统的生命探测技术都伴随着诸多缺点,不能适用复杂的现场环境。这种情况下迫切需要一种能够克服复杂环境并能精准定位目标的探测设备。电磁波穿透能力强,不易受周围环境... 详细信息

近些年来自然灾害频发,抢险救援幸存者成为灾后的第一紧急任务,但传统的生命探测技术都伴随着诸多缺点,不能适用复杂的现场环境。这种情况下迫切需要一种能够克服复杂环境并能精准定位目标的探测设备。电磁波穿透能力强,不易受周围环境及天气的影响,因此可以利用雷达来实现生命的非接触性探测。人体的呼吸和心跳是判断生命存在最显著的特征之一,因此雷达的非接触性生命探测主要利用人体的微动信号引起的多普勒效应来实现对生命体征信号的探测。本文采用连续波作为雷达的发射信号,基于连续波雷达介绍了人体微动信号模型和雷达回波信号模型,提出了两种人体目标探测算法。本文主要展开的研究工作如下:(1)介绍多普勒雷达原理。根据人体呼吸和心跳的周期性,建立多普勒雷达人体呼吸和心跳的微动信号模型。在单频连续波和步进频连续波雷达体制下分别建立经目标反射后的雷达回波信号模型。(2)在单频连续波雷达体制下,提出一种基于复连续基追踪(Complex Continuous Basis Pursuit,CCBP)的生命信号检测算法。CCBP算法通过极坐标插值和凸优化求解技术提取人体呼吸和心跳微动信号信息,特别是能够实现对能量较弱的心跳信号频率的准确估计。而传统的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法在低信噪比下无法提取能量较弱的心跳微动信号。经过仿真实验验证,所提CCBP算法降低了微动信号频率估计结果的均方根误差并且提高了正确测频概率,比MUSIC算法更适合探测生命信号是否存在。(3)在步进频连续波雷达体制下,为了减少系统的数据采集量,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下,提出首先基于同时正交匹配追踪(Simultaneous Orthogonal Matching Pursuit,SOMP)重构算法提取人体目标的距离像,然后采用正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法提取人体目标的呼吸和心跳微动信号频率。仿真实验表明,与传统的在频率维和慢时间维上均采用OMP算法相比,所提算法能够更准确地提取人体目标的距离和呼吸心跳微动信号频率。

关键词：微动信号多普勒雷达 CCBP算法压缩感知 SOMP算法

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微动瑞利面波法在地下洞穴探测中的应用研究

微动瑞利面波法在地下洞穴探测中的应用研究

作者：孙康西南交通大学

学位级别：硕士

工程中为保障施工安全和地基的稳定性需要通过物探手段查明地下洞穴的分布状况,地震勘探则是一种常用探测方法,而在主动源地震探测中,微动信号往往被视为干扰波,但随着地震波理论的发展,众多学者发现具有宽频特性的微动信号中包含了丰... 详细信息

工程中为保障施工安全和地基的稳定性需要通过物探手段查明地下洞穴的分布状况,地震勘探则是一种常用探测方法,而在主动源地震探测中,微动信号往往被视为干扰波,但随着地震波理论的发展,众多学者发现具有宽频特性的微动信号中包含了丰富的地质信息,微动探测方法也逐步发展起来,利用微动瑞利面波进行勘探就是其中一个重要应用方向。瑞利面波相较于体波具有衰减慢能量强等优点,且同时具有速度频散的动力学特征和粒子运动轨迹为椭圆极化方式的运动学特征,这也是利用瑞利面波进行勘探的理论基础和发展方向。本文主要通过有限元数值模拟方法和实际实验数据研究微动瑞利面波速度频散方法和椭圆极化方法在地下洞穴探测中的表现特征和应用效果,主要包括以下几方面内容:(1)微动瑞利面波法理论基础和数据分析方法。利用空间自相关理论推导了微动信号中提取频散曲线的方法,针对微动信号特点和瑞利面波椭圆极化特征,研究了微动信号中瑞利面波成分的识别与提取方案和流程。(2)微动面波速度频散数值模拟分析。通过有限元数值模拟方法分析均匀介质模型和含空洞模型中微动信号空间自相关法的速度频散特征,并根据微动信号的特点,分别讨论了单组瑞利面波、多组瑞利面波叠加等条件对速度频散特征的影响,验证微动信号速度频散方法对地下洞穴的识别能力。(3)微动面波椭圆极化数值模拟分析。通过有限元数值模拟方法分析对均质模型及含空洞模型中微动瑞利面波椭圆极化特征,利用微动面波的数据分析方法完成计算椭圆极化率的数据处理流程方案,同时对不同模型下微动面波椭圆极化频散剖面进行分析研究,验证利用微动面波椭圆极化方法探测地下洞穴特征的可行性。(4)微动面波速度频散方法和椭圆极化方法实例应用。从两个实际工程实验和案例出发,来探究微动瑞利面波频散方法和微动瑞利面波椭圆极化方法的实际应用效果。通过以上研究,主要取得以下研究成果:(1)基于前人的理论,完成了空间自相关法计算微动面波速度频散曲线的推导。针对微动信号瑞利面波的特点,通过模拟验证发现微动信号中线性极化波和噪声的存在会影响瑞利面波的椭圆极化频散特征,并提出了相应的信号数据处理方案。(2)通过数值模拟证明了单组瑞利面波的速度频散特征对均匀介质模型和含空洞介质模型具有很好的识别效果,证明了均匀介质中当瑞利面波传播方向相同时,面波的叠加组数和到达的时间间隔不会影响速度频散曲线,而当两组瑞利面波传播方向相反时,会令其频散曲线发生波动。(3)微动信号中的线性极化波和噪声会影响均匀介质模型和含空洞介质模型的椭圆极化特征,使其无法准确反应介质属性,在通过降噪与滤波等手段后滤除信号中的噪声与线性极化波后,面波椭圆极化率的精确性得到提高,证明了通过以上方法处理后的信号得到的椭圆极化剖面可以反应介质中空洞的位置。(4)微动瑞利面波速度频散剖面能够很好的反应矿区地下采空区波速异常区域。通过强振动事件筛选、降噪与滤波等手段可以从同一微动信号中识别提取的不同面波成分,且同一信号中不同面波的椭圆极化特征在同一介质中表现是一致的,同时椭圆极化频散剖面中的异常分布特征可以分辨空洞位置,证明了微动瑞利面波椭圆极化方法具有灵活性和可行性。

关键词：微动信号瑞利面波速度频散椭圆极化频散空间自相关法极化滤波