HHT方法在地电场数据处理中的应用

较为详细地介绍了一种新的非线性、非平稳信号的处理方法—HHT（Hilbert-Huang Transform）方法,阐述了该方法的创新性,并对其有效性进行了数值检验.把该方法应用于新疆和田地电场台站和陕西西安地电场台站的观测数据,得到了各自的经验模态分解图、HHT时频图和相应的边际谱图,从这些图中可以清楚看出各自的频谱特征.最后阐述了HHT方法在地电场数据处理中的应用前景.     

西藏改则6.9级地震前的电离层电磁扰动

2008年1月9日西藏改则县发生6.9级地震, 震前2天法国DEMETER卫星飞过震中上空时记录到离子温度(Ti)和超低频电场异常。 文中通过震前10天内多条轨道的数据对比和分析处理, 对空间异常的识别和判定给出了两种有效的方法, 同时也积累了空间地震电磁前兆震例和异常信号判别的经验。     

ZH-1卫星观测的VLF人工源信号特征分析与全波模拟

中国地震电磁监测试验卫星张衡一号(ZH-1)已于2018年2月2日成功发射,正在开展卫星数据在轨测试,并对卫星数据质量进行判定.本文对ZH-1卫星2018年5月至6月夜侧的VLF频段电场功率谱数据进行了分析.通过分析位于不同L值、具有不同发射频率的多个VLF人工源上空的卫星重访轨道观测数据,发现ZH-1卫星记录的人工源信号电场变化标准差与DEMETER卫星记录电场变化标准差几乎一致,说明ZH-1卫星观测数据具有较好的稳定性.通过重访轨道均值与全波模型计算结果对比,发现两者在数值上较为接近,在形态上较为一致,说明ZH-1卫星VLF频段电场功率谱数据具有一定的可靠性.此外,研究了VLF人工源上空及共轭区的电场分布特征和电波传播规律,并与DEMETER卫星的结果进行了对比,结果表明VLF人工源产生的电磁辐射穿透电离层后以导管或者非导管的哨声波模向共轭区传播,因为传播过程中的朗道阻尼,共轭区的电场能量比辐射源顶空更小.VLF人工源位于L1.5时,电磁波传播更容易发生非导管传播,VLF人工源信号导管传播模式在共轭区的电场响应相对于共轭点会发生一定程度北向偏移.     

DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探

为充分利用法国DEMETER地震电磁卫星中心提供的磁场波形数据对地震事件进行分析研究,详细介绍了峰度演化方法,并对峰度演化方法的有效性进行了检验.最后将峰度演化方法应用于汶川地震前后DEMETER卫星所记录到的实际数据.分析研究发现.所采用的方法能够较好的处理DEMETER卫星记录到的磁场波形数据:汶川地震发生之前较长...     

全球电离层VLF电场功率谱特征

分析2006年3月至2009年2月DEMETER卫星VLF电场功率谱数据发现,卫星高度上全球电离层电场功率谱有以下特征:高纬度区域电场辐射强度平均高于低纬度区域,几个地磁场异常区相应的电场辐射增强;全球电场功率谱,向阳侧强于夜侧,大陆强于海洋,夏季强于分点季,冬季最弱;不同频段的电场功率谱特征有显著差异,某些频段的功率...     

汶川地区夏季电离层VLF背景分析

西南地区是我国地震灾害频发的区域,本文以汶川(31.0° N,103.4° E)为例,运用了空间网络化的方法对DEMETER卫星2005-2007年三年的5、6、7、8月的夏季电离层低频电场数据进行时空规律分析.通过将卫星接收到电场信号分为SLF、ULF、VLF和LF四个频段,研究了以汶川为中心纬度为21.0°～41....     

基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解压制高频噪声

高频噪声压制是高分辨率地震数据处理中提高信噪比的关键性问题.本文针对f-x(频率-空间)反褶积空间预测滤波器无法处理非平稳、非线性信号的缺点,提出了一种基于高通滤波的频率-空间域经验模态分解(Empirical Mode Decomposition in the frequency-space domain,f-xEMD)压制地震剖面中高频噪声的方法.该方法采用全域高通滤波从原始数据中分离出含有部分有效信号的高频数据,将其变换到f-x域,然后在滑动的短窗口内提取每一个频率的空变数据序列进行EMD分解得到高频复本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)IMF1,将所有频率的IMF1序列反Fourier变换到时间域得到噪声剖面,将其与原始数据相减,达到高频噪声压制的目的.该方法可克服传统EMD分解方法中的模态混叠现象,保护陡倾角反射同相轴;压制后的噪声剖面中不包含有效信号能量,地震剖面的信噪比得到了提高.模拟数据和实际数据处理结果充分证明了该方法的有效性.     

NWC通信台在电离层中激发电磁响应的时变特征

本文利用DEMETER卫星VLF频段电场和磁场频谱数据对DEMETER卫星运行期间2005年至2009年澳大利亚甚低频(Very Low Frequency)通信台NWC发射的通信信号造成的电离层电磁响应的日变化、季节变化及年变化特征进行了统计分析,统计结果表明电磁响应日变化显著,夜间电场强度明显增强可达40dB,磁场变化略小也可为15dB左右,而季节变化不显著,年变化主要受太阳活动的影响,太阳活动越强,电磁响应越小.为解释数据分析结果,对地-电离层电磁波传播过程采用传递矩阵方法进行了模拟计算,模拟结果与数据分析的结果一致.我们认为这种随时间变化的特点可能由250km以下电离层电子密度分布特征导致,因此研究250km以下的电离层电子密度变化可能对寻找地震电离层电磁异常有重要意义.     

智利8.8级地震的震前电子浓度扰动

基于法国DEMETER卫星数据,在识别2级图像的基础上,通过对1级数据进行滑动中值处理、纬度变化分析以及空间差值研究,发现2010年2月27日智利8.8级地震的震前震中区上空附近有异常变化:20日距离震中1500 km处电子浓度升高,24日电子浓度降低;25、26日电场、磁场及部分等离子体参量呈现同步扰动; 26日2条...     

地震前后电离层截止频率处电场频谱强度变化分析——以2006年汤加Mw8.o地震为例

以汤加Mw8.0地震为例,着重分析了DEMETER卫星记录中截止频率附近电磁场频谱在震前的异常演化特征.根据地震前后该区域3个月的数据对比,发现电场频谱增强与地震孕育的关系很不明显.而长时间、大范围的电场频谱减弱现象可能更值得关注,白天和夜间的电场频谱显示同一特征.2006年夏秋季节38次6级以上强震短期异常的统计平均...     

Hilbert-Huang变换在提取地震信号动力特性中的应用

H ilbert-Huang变换(HHT)是一种处理非线性、非平稳信号的新方法。它通过经验模态分解将信号分解为有限个固有模态函数,并对每个固有模态函数进行H ilbert变换得到H ilbert谱。本文将这种方法应用于地震信号动力特性的提取,有效地获得了信号能量的时频分布,量化提取了中心频率、瞬时相位、瞬时能量、H ilbert能量、最大振幅对应的时频分布等动力特性,并与Fourier变换、小波变换等进行了比较,显示了HHT的优势以及对于进一步实现结构分析和控制的重要意义。     

希尔伯特-黄变换方法在固体潮数据处理中的应用

介绍了希尔伯特-黄变换方法的基本原理和实现方法,分析了该方法在仿真信号处理中的适用性和稳定性.针对模拟信号中的阶跃、突跳、随机噪声对HHT分析结果的影响进行了分类研究,结果表明该方法具有很好的时频分辨率,对前兆资料中典型的阶跃、突跳反应明显,稳定性较好,能将高于噪声2倍标准差的信号进行有效分离.最后,通过前兆资料的2个实例验证了该方法在前兆数据分析中的适用性,发现HHT方法可以有效的识别出实际观测资料中的固体潮信息,对干扰排除和异常提取具有一定的参考意义.     

Hilbert-Huang变换在提取阵列声波信号动力特性中的应用

阵列声波信号是典型的非线性、非平稳信号,其动力特性的量化提取对于进行地层结构构造分析提供了必要的基础资料.而Hilbert-Huang变换(HHT)是一种处理非线性、非平稳信号的新方法.它通过经验模态分解(EMD)将信号分解为有限个固有模态函数(IMF),并对每个固有模态函数进行Hilbert变换得到Hilbert谱.本文将这种方法应用于阵列声波信号动力特性的提取,有效地获得了信号能量的时频分布,瞬时能量、Hilbert能量、最大振幅对应的时频分布等动力特性,显示了HHT的优势以及对于进一步实现地层结构构造分析的重要意义.     

基于聚类经验模态分解（EEMD）的汶川MS8.0强震动记录时频特性分析

在2008年5月12日汶川MS8.0地震中,四川数字强震台网共获取了133组三分向加速度记录. 本文选取了一些不同断层距的台站所获取的强震动记录进行了处理和分析．在数据处理中,采用基于聚类经验模态分解（EEMD）提取信号时频特性的方法,有效获得了信号能量的时频分布,提取了中心频率、 Hilbert能量、最大振幅对应的时频等特性,并与傅里叶变换、小波变换进行了对比研究．研究结果表明, 对非线性的强震记录采用聚类经验模态分解（EEMD）能抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题;与傅里叶变换和小波变换相比发现, HHT边际谱在低频处幅值高于傅里叶谱;与小波变换受到所选取的母波强烈影响不同, HHT直接从强震记录中分离出固有模态函数（IMF）,更能反映出原始数据的固有特性, Hilbert谱反映出大部分能量都集中在一定的时间和频率范围内,而小波谱的能量却在频率范围内分布较为广泛．因此,基于EEMD的HHT在客观性和分辨率方面都具有明显的优越性,能提取到更多强震加速度记录的时频特性．      

基于EMD,EEMD与CEEMD的信号 时频分析技术对比研究

时频分析方法在各个领域中广泛应用起来,特别是在工程领域中对结构和构件的变形以及内部损伤检测应用较多。HHT作为一种新兴的非线性,非平稳时频分析技术在探测和勘探领域中具有广阔的前景。文中重点对EMD,EEMD和CEEMD算法进行分析,通过对合成信号进行傅里叶变换和希尔伯特-黄变换,得到信号的频谱图,希尔伯特黄谱,边际谱等数据。通过对比分析,总结了三种方法的优缺点。结果表明,EMD,EEMD和CEEMD方法是进行非线性非平稳信号分析的有效工具。      

Nonlinear data processing method for the signal enhancement of GPR data

An alternative data processing procedure is proposed in this paper for the purpose of enhancing the signal/noise (S/N) ratio of ground penetrating radar (GPR) data. The processing methodology is achieved by performing the logarithmic transform in conjunction with the ensemble empirical mode decomposition (EEMD), a new nonlinear data analysis method in signal processing. The synthetic model study and field example indicate that the logarithmic transform is effective in alleviating the attenuation problem. Additionally, the spectrogram obtained from Hilbert-Huang transform (HHT) shows that the decomposition sensitivity of the EEMD method is greatly improved with the aid of the logarithmic transform. This new method allows us to extract the signal components from noisy GPR data efficiently. The success of this study suggests a possible nonlinear analysis application in future GPR investigation, particularly in the filter design and gain correction.     

空基和地基近直流电场观测数据背景特征的相关性

研究空基和地基电磁观测数据各自的特点和规律,并探索两者之间变化的相关性,对将空基和地基观测资料综合应用于地震监测研究具有重要的科学意义.本文利用法国DEMETER卫星的电场观测数据和我国甘肃天祝前兆科学试验台阵红沙湾地震台的水平地电场和垂直地电场、四川省地震局成都地震台的水平地电场的观测资料,重点对卫星和地面探测的近直流频段信号进行了综合分析.研究结果表明:(1)卫星直接观测记录的ULF电场观测值没有呈现明显的年变化趋势,但日侧和夜侧的E_z向(卫星运行速度的切线方向)观测数据呈现了一种长期的周期性特征,与地电场观测资料无相关性和同步性;(2)去掉卫星运行切割磁力线所造成的附加电场后所得的电离层电场与地面记录的地电场数据数量级相当,均集中在10^-1～10^-2 mV/m左右,两者具有可比性;(3)去掉卫星运行切割磁力线所造成的附加电场后,夜侧E_y(卫星轨道平面的法线方向)和E_z(卫星运行速度的切线方向)向的电离层电场数据均具有比较清晰的季节性变化趋势,呈现出较为稳定的年变周期,这与水平地电场的年变趋势一致.电离层电场和水平地电场在数量级和年变趋势上都呈现出明显的一致性.