广域电磁法接收机数字信号FFT实时实现技术

针对广域电磁法（WFEM）接收机各频组数字信号快速傅里叶变换（FFT）点数不统一、低频组点数大不适合现场可编程门阵列（FPGA）实时实现的技术难题,本文采用插值和抽取相结合的抽样率转换方法,提出了满足广域电磁法接收机要求的等长度FFT变换技术,将各频组FFT变换点数统一变换到1024点,并以广域电磁法接收机实际采集到的电场信号进行了测试,最终在EP2C35F484C8 FPGA芯片上实现了1024点FFT变换,最高响应频率达到了93.84 MHz,完成1024点广域电磁信号FFT运算最快只需34 μs,并且能够有效提取广域电磁信号的振幅和相位信息.结果表明：在对广域电磁法接收机信号进行FIR低通滤波后,能够通过插值和抽取相结合的方法,将各个频组FFT变换的长度统一变换成1024点,实现广域电磁信号的FFT实时变换.本文提出的等长度FFT变换技术能够满足新一代高性能广域电磁法接收机FFT实时变换的需求.     

一种自动同步的可控源频率域电磁探测系统

在分析当前可控源电磁法仪器发展趋势的基础上,针对现有仪器存在噪声大、设计难度大、数据处理复杂的问题,提出了一种便于实现的高效抗干扰收发系统,接收机和发射机按照相同的时间—频率表自动变频,实现灵活的多频同步收发;接收机利用乘法变频技术,将不同的信号频率变换到固定的频率,简化了滤波放大电路的设计,降低了对ADC采样速率的要求,采用低速高分辨率ADC实现高质量的信号采集,并采用数字互相关算法实现对强干扰情况下信号的提取;使得这种探测系统具有易于实现、自动高效、抗干扰能力强等特点,可广泛应用于音频大地电磁法(CSAMT)、人工源极低频电磁技术(CSELF)、频谱激电法(SIP)等频率域电磁法中.     

国外地震电磁现象观测

本文综合介绍了国外在地震电磁观测研究方面的进展和实例,结果显示地震电磁信号在地面和卫星观测记录中非常丰富.地面异常信号频带宽、分布范围广,时间上多集中于震前一个月或几天的时间段内出现.卫星地震电磁信号集中于ELE-VLF频段,时间上以震前几个小时为主,说明电磁信号具有明显的短临特性.我国地震电磁未来的发展方向应在现有的基础上,以超低频段为主,并发展地面与电磁卫星的三维立体联合观测,为地震短临预报服务.     

海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.     

电磁法观测系统采样时钟不确定度及误差研究

电磁法观测系统中,采样时钟质量直接影响高精度ADC的信噪比,而高精度ADC芯片的信噪比作为电磁法观测系统信号检测非常关键的指标,决定了获取数据的质量.采样时钟的时间抖动是时钟孔径不确定度产生的原因,导致电磁法观测系统中ADC数据转换的信噪比变差,严重影响电磁系统观测质量,为此提出了ADC采样时钟不确定度最大时间抖动的确定方法.该方法通过对ADC采样过程进行时域、频域分析,借助正弦波导数给出采样时钟孔径不确定度引起的采样数据误差数学描述,结合极大值法与ADC信噪比计算方法获取系统信噪比需求范围内的最差时钟孔径不确定度,进而计算出相应采样时钟的最大时间抖动误差.以地球物理仪器中常用的ADC芯片AD7760为例进行了相应的时钟抖动误差计算,确定时钟的孔径不确定度抖动时间.根据信噪比指标确定了时钟孔径不确定度后,采用压控恒温晶振跟踪GPS信号中的秒脉冲的方法,保证时钟抖动误差能够满足AD7760的要求,根据测试表明,在GPS失锁4 h内,时钟输出能够满足技术要求.     

半航空瞬变电磁接收机的测试装置研制

半航空瞬变电磁信号源是调试与验证半航空瞬变电磁接收机的信号灵敏度、频率响应和噪声水平等关键性能指标的重要设备.无人机电磁干扰和线圈运动噪声是半航空瞬变电磁接收系统相对于地面瞬变电磁接收系统"特有"的噪声,目前通用信号源无法满足半航空瞬变电磁接收机室内调试和标定的需求.首先通过分析半航空瞬变电磁信号模型和无人机电磁干扰及线圈运动噪声模型,建立了输出信号及噪声的产生方法,再基于现场可编程门阵列(FPGA),运用DDS技术和SOPC技术,调用Nios II软核设计了信号产生模块,能够产生瞬变电磁信号并叠加无人机电磁干扰和线圈运动噪声,并在此基础上结合PC机和D/A电路研制了半航空瞬变电磁接收机专用测试装置.测试结果表明:测试装置的信号分辨能力达到100μV,同步触发信号与信号输出时延小于2μs,满足仪器测试与标定需求.     

基于Android平台的广域电磁接收机采集监控软件研究与实现

现有广域电磁接收机采集监控设备便携性、人机交互、续航能力不佳给野外数据采集带来一定困难,为此可借助Android智能手机在普及率高、用户基础好、便携性佳、计算能力相对较强、人机交互好、续航能力佳、随时随地的无线通信能力等方面的优势实现监控设备朝轻量化和移动化发展,而实现该目标的关键在于设计一款针对通用Android平台智能手机的采集监控软件.该文在搭载Android系统的通用智能手机上设计开发了集Wi Fi(Wireless Fidelity)通信、多线程并行、实时监控、数据可视化、SQLite存储、文件存储于一体的应用程序,在其中可设置或接入WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网,设置测点、测线、采集周期、工作次数等采集任务参数,实时监控多台电磁接收机的运行状态,实现处理数据的双对数坐标显示等.经过试验表明该监控软件功能高效、便携性好,能极大方便工作人员的野外数据采集,具有一定的实际应用价值.     

分布式电磁法仪器系统设计及实现

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术,自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射,采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法（CSAMT）、谱激电法（SIP）和时域激电法（TDIP）等测量功能;在天然场源模式下实现了大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12 h,接收机的动态范围大于120 dB,接收机可接收信号频率范围是0.001 Hz~32 kHz.通过典型矿区的野外实验和应用,表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.     

基于IITD和PNN的广域电磁法数据信噪分离方法

矿产资源开发需求加速了广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method, WFEM)的发展与应用,但强电磁干扰严重降低了原始数据质量与探测效果.为此,本文提出基于改进固有时间尺度分解(Improved Inherent Time-scale Decomposition, IITD)和概率神经网络(Probabilistic Neural Network, PNN)的广域电磁法数据信噪分离方法.首先,通过改进固有时间尺度分解算法,提高信号分解精度,消除原始数据中存在的趋势噪声;然后,构建WFEM数据样本库,提取最大值、峰值因子、脉冲因子、裕度因子等多个时域特征,结合概率神经网络进行信噪辨识;最后,将识别为有效信号的部分按原采样顺序进行整合与重构,实现WEFM数据去噪;通过数值模拟与实测分析,结果表明,趋势噪声和异常波形均能被有效辨识及剔除,处理后的电场曲线形态趋于平滑稳定,原始数据质量得到提升.     

基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离

为了剖析大地电磁信号和强干扰的本质特征,进一步精细分离出微弱的大地电磁有用信号,提出基于递归分析和聚类的大地电磁信噪辨识及分离方法.首先,运用递归分析法扩展大地电磁一维时间序列的维数,分析了嵌入维数、延迟时间和判别阈值对递归图的性能,并研究了不同长度的序列对递归定量分析参数的影响情况,然后,构建典型的大地电磁强干扰类型和微弱的大地电磁有用信号样本库,针对样本库讨论了强干扰和微弱大地电磁信号之间的递归定量分析参数,分析了K均值聚类和模糊C均值聚类的信噪辨识效果.最后,对实测大地电磁数据进行信噪辨识处理,并仅对辨识为强干扰的时间段采用数学形态滤波进行噪声压制.实验结果表明,递归分析能定性及定量地描述大地电磁信号时间序列的非线性特征和原动力系统的本质规律,与聚类算法相结合能对矿集区实测大地电磁信号进行信噪辨识;处理后的卡尼亚电阻率-相位曲线更为光滑、连续,其结果更为精细地保留了大地电磁信号低频段的缓变化信息,整个低频段的大地电磁数据质量得到了明显改善.     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Earthquake Engineering and Engineering Vibration Aims And Scope

正This journal is established by the Institute of Engineering Mechanics(IEM),China Earthquake Administration,to promote scientific exchange between Chinese and foreign scientists and engineers so as to improve the theory and practice of earthquake hazards mitigation,preparedness,and recovery.To accomplish this purpose,the journal aims to attract a balanced number of papers between Chinese and     

Foreword

Destructive earthquakes have caused great damage in China and the United States and collapsing buildings havecaused many deaths and injuries. The field of earthquake engineering studies earthquake hazards, the occurrence ofearthquakes of various magnitudes, the nature of the ground shaking during an earthquake, the vibration of structuresduring earthquakes, the strengthening of existing structures and the design of new structures to be earthquake resistant,and finally, how to cope with earthquake damage and restore a city to normal functioning. Such efforts are in progressin both countries, but unfortunately, the language barrier interferes with the free flow of information between China andthe Untied States. It would be mutually beneficial if some means could be developed to promote the exchangeof information across the Pacific Ocean. This new journal has been established for this purpose and its success willbe an important step in promoting earthquake engineering in China and the United States.     

WORLD ASSOCIATION FOR SEDIMENTATION AND EROSION RESEARCH(WASER)

正President:Giampaolo Di Silvio,Italy Vice Presidents:Ulrich C.E.Zanke,Germany Zhao-yin Wang,China The World Association for Sedimentation and Erosion Research(WASER),inaugurated on Oct.19,2004,is an independent non-governmental,non-profit organization.The mission of WASER is to promote international co-operation on the study     

Enhancing remote sensing research on global change to improve our understanding on Earth system processes

正Global Change includes climate change and other environmental changes caused by the joint interaction among various layers of Earth. From the positive side, global change provides new opportunities to human and other living forms on Earth. In the meantime, it creates tremendous challenges and negative impact. At present, the negative impacts have reached all primary processes of the global ecosystem and every aspect of human society, especially causing degradation of the ecosystem. For instance, intensive deforestation causes decline of biodiversity; global warming causes sea level rise and increases