数字对钟技术(二)

终止信号——石英钟秒信号的处理 石英钟输出的秒信号幅度较小(约3伏左右),前沿波形变化不够陡,而且有时有抖动,波形不光滑。若直接把秒信号送入“止信号输入端”,效果不好,所以先要整形。SSD-1和HM-3中都采用斯密特整形电路。SSD-1在整形电路前加有跟随级,减少对石英钟信号电路影响。     

闪电电场变化测量仪研究

分析了现有闪电电场变化测量仪存在的不足之处,提出了采用一台测量仪同时获得闪电电场快、慢变化特性的技术方案,通过对测量仪天线、电路、传输方式的优化,大大降低了系统的复杂程度,提高了可靠性;采用全介质光缆传输信号,可避免在信号传输过程中因电磁耦合带来的干扰;采用系统函数逆变换反演被测电场时域特性,既可省去一套专测电场慢变化的仪器,且弥补了以往"电场慢变化测量仪"性能的不足.测量结果表明,快变化测量系统的测量带宽为80 Hz~87.5 MHz.采用研制成的电场变化测量仪对自然闪电进行多次测量后,将反演运算得到的波形与实测波形对比,验证了所提方案的可行性和技术上的先进性.     

不同供电方式对测震波形记录影响的对比分析

使用同一套测震设备,计算不同供电方式下电源输出信号的自噪声功率谱密度,分析测震专业设备记录波形与电源输出信号之间的相关性,得到了不同电源输出信号的噪声特征,量化了测震专业设备记录波形与电源供电输出信号的关联关系。试验证明,供电方式的改变可以为提高波形记录质量起到很好的作用。     

新型短周期地震仪标定器的设计

针对地震仪器分段标定方法以及按分段标定方法设计的标定仪器的不足，设计整机系统一次标定的短周期地地义标定器。新型的地震仪标定器，采用８０３１单片机为ＣＰＵ，程序控制数模转换产生各种标定信号，程控衰减电路实现信号的定量输出，恒流变换电路实现标定信号的恒流输出和地震仪的恒流标定，采用系统标定方法和相应的标定器将提高地震仪器的标定精度。     

一种新的短周期地震记录仪放大器

放大器是测震仪的一个关键部件,它由前置放大和功率放大两级组成.前置放大主要担负放大由拾震器输出的微弱地动信号是电压放大。功率放大主要是输出功率,即将放大了的信号转换为功率输出去推动记录笔记录出与地动位移成正比例的地震波形。因记录笔是线性记录笔,而拾震器输出的地震信号则是微分信号。为了实现将微分信号变为线性信号以适合于线性记录笔记录波形,所以要求放大器必须是积分式型的放大器。     

旋转导向系统中非接触电能与信号一体化传输技术

旋转导向系统可有效提高钻井速度、安全性和井眼轨迹控制精度,是油气行业尤其是复杂环境下油气勘探开发的核心设备之一.非接触电能和信号传输单元是旋转导向系统中将电能和信号从旋转主轴传输至非旋转外套的重要单元.为了保证高温下大负载时电压输出的稳定性以及信号同步传输的可靠性,本文提出一种载波调制式电能与信号一体化的传输方法,在信号并联注入并联拾取的同步传输拓扑结构基础上,增加隔离电感与谐振电容,对新的拓扑结构进行数学建模,对电压增益、电流增益以及效率进行仿真,并通过仿真结果选择最优电路参数.实验验证该电路拓扑和传输方法在175℃环境温度下带载可到150 W,在150 W动态带载下输出电压的变化幅值小于输入电压的8%、传输速率115200 bps(bit per second,比特率)且误码率低于百万分之一.     

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.     

数字信号分配器在红山地震台数字化地震观测系统中的应用

为了保证红山地震台数字化观测系统的正常运行和向国家台网中心的实时波形传输,数字信号分配器在数字化地震观测系统中的应用实现了数采输出的信号分道,分别输出到卫星、台站的实时监控前台机和备份前台机及数采监控仪。避免了实时监控机因硬件和软件故障所造成的台站资料断记和卫星传输中断,在全国数字化台站中具有普遍的应用价值。     

用于电磁法观测系统开机自检的信号发生器实现方法

针对电磁法观测系统在使用过程中的开机自检要求,分析常用测量系统及地球物理仪器的检测信号特征,通过对已有机制进行研究和对比,结合现有信号产生电路的优势,提出一种功耗低、精度高、设计简单的自检信号发生器实现方案.基于该方案设计了一套实现电路,其以CPLD为核心,由精密参考电压源、模拟开关及运算放大器等器件构成,并对该电路进行仿真与测试.通过系统稳定性分析,采用波特图与奈奎斯特图表明信号发生电路的稳定性符合设计要求.经仿真与测试,能够通过换挡开关产生幅值为20μV～2 V、频率范围在1 Hz～100 kHz的自检脉冲信号,频率稳定在1%,重复测试相位稳定度小于1.5%,幅值误差可以优化到1%以内,且能通过其稳定的谐波分量来获取该系统带宽更宽的通道测试响应.测试结果表明,该自检信号发生器电路实际功耗小于0.3 W,20μV～2 V幅值范围和1 Hz～100 kHz频率范围内性能指标的测量结果和仿真结果相符,并成功应用于某监控系统.利用该信号发生器电路实现自检具有操作方便、成本低、易于设计等优点,能够有效的弥补其它自检模式的缺陷.     

基于加速度计的强震近场速度观测配套仪器的研制

目前我国测震台网采用统一的2 000 Vs/m灵敏度,该灵敏度适用于观测微小地震和中强地震。但对于区域内发生的强震,台站使用该灵敏度的反馈式地震计会出现限幅现象,这就影响了台网在震级测定中的作用,且不利于地震波形的研究。本文在现有的"三分向力平衡式加速度计"产品基础上给出可供台站速度观测使用的硬件设计和系统指标测试结果。设计通过一个生成主导二阶极点并完成一次积分的电路转接盒,将三分向力平衡式加速度计输出的加速度波形变换为区域台网使用的工作周期为60 s或120 s、工作阻尼为0.707的速度波形。利用本文介绍的转接盒可以将现有的强震台站产出不限幅的地动速度波形。     

地震和爆破事件源波形信号的卷积神经网络分类研究

本文首先从震源波形中提取梅尔频率倒谱系数(MFCC)图,然后采用卷积神经网络(CNN)进行地震波形信号的震源类型—天然地震和爆破事件—分类识别.事件为首都圈及其附近的72个天然地震和101个人工爆破事件,用于提取梅尔频率倒谱系数图的波形信号为各观测台站波形3分量中的垂直分量波形.在各个事件的所有观测台站的垂直分量波形中,通过滑动窗口按同一准则去除被噪声淹没的部分台站波形,只选择留下未被噪声淹没的台站波形.每一个事件有107个观测台站,故有107份垂直分量波形,而不同事件被留下未被噪声淹没的波形则有几份至几十份不等.然后提取被留下未被噪声淹没的波形的梅尔频率倒谱系数图,以梅尔频率倒谱系数图作为CNN的输入,CNN的输出则为波形的震源类型(天然地震事件或爆破事件).若以单份波形为识别单元,采用五折交叉验证法进行测试,得到的平均准确率为95.78%.使用训练集中单份波形为识别单元,提取梅尔频率倒谱系数图,采用CNN训练出了天然地震事件与爆破事件波形分类器,一个事件在测试集中的多份波形信号通常不会都被正确识别,很可能有些波形被识别为天然地震事件,另一些波形被识别为爆破事件;这时,若识别单元改为事件,一个事件各台站的有效垂直分量波形中,超过一半的波形被识别为某一事件类型,则这个事件被归类为该事件类型,得到的正确识别率为97.1%.实验结果表明:卷积神经网络在天然地震事件与爆破事件的识别方面表现出色.这说明MFCC与卷积神经网络可以用于识别天然地震和爆破事件,尤其是深度学习更值得在地震信号处理方面做进一步的研究.     

背景噪声在数字地震台网时间系统中的稳定性估计

核查地震波形数据记录中的时间系统是数字地震台网最困难的任务之一,特别是当波形数据进行离线保存或使用时,在时空部署上通常具有不确定性.对于层析成像、地震定位、预警等来说,时间系统的精度是极其关键的.尽管目前数字地震台网中部普遍采用了GPS或广播信号来进行授时,但当GPS重复不断地连接外部时钟失败时,数据的记录时间就只能依赖于内部时钟.     

ZZD-周期地震仪时间程序自动控制标定电路

1.引言在整个传输系统中,由输入到输出是在一定的动态精度下工作的。为了对有线遥测传输、无线遥测传输、有线短中长距离直接传输等进行系统的幅频特性监视和维修,采用低功耗CMOS集成电路设计了长周期、中长(强)周期、短周期拾震器三分向时间程序自动控制标定电路。在电路中设有768—编码遥控接收机的接口电路,可进行自动和手工立即遥控标     

电磁测深方法研究

为能够实施电磁测深新方法的基本原理,并为研制探测仪器提供一些依据,分析和讨论了源信号为尖脉冲时,入射波与地层反射波通过二阶带通滤波器的输出波形;利用反射波与入射波前沿瞬态叠加的波形,反演地层的电导率和厚度的方法及与探测仪器有关的主要问题等内容. 结果表明,反演仍能给出惟一解,并具有可实践性.     

加速度谐波失真度对速度型地震计振动台标定的影响

本文对加速度和速度谐波失真度进行了理论计算, 并基于美国国家仪器公司研发的实验室虚拟仪器工程平台(Labview), 设计出低频振动信号数字化测量系统, 实现了振动台面对加速度波形、 速度波形及其失真度的测量. 基于该系统的实验数据与中国计量科学研究院设定的参考值偏差较小. 对地震计的测试结果表明, 加速度波形及其失真度对振动波形的精度描述更为严格, 能有效提高地震计振动测试的准确程度.      

海洋可控源电磁勘探中双对称发射波形的优化

海洋可控源电磁勘探(Marine Controlled-Source Electromagnetic,MCSEM)是一门新兴的海洋油气勘探技术.在MCSEM测量中最常采用的发射信号就是方波信号,但方波信号各谐波成分的能量随着奇次谐波次数n的增加严重衰减,这可能使得很多谐波成分在有效传输距离内检测不到.为了有效提高MCSEM信号的信噪比,学者D.Myer对发射波形进行了优化,提出了一种双对称波形.但D.Myer针对双对称波形只是进行了初步的理论分析并没有进行实验验证,本文对双对称波形的实现提出了合理的实验方案,并从中选取了最优波形.     

ZD-1型信号增强浅层勘探地震仪

本仪器用于探测地表以下几十米至数百米范围内的介质构造。通过对信号波形的迭加处理,达到改善信噪比的目的。 该仪器采用8位大规模集成单片A/D转换器,取样速度为5000,2000,1000和500样值/秒。內存尺寸为1024字×8位.机内设有延迟电路,合理选用可提高内存效能.信号记录采用模拟和数字编码两种方式.具有轻便、功耗低、量程范围大和时间精度高等特点.该仪器在野外试验中取得较好的结果.      

广东地震台网测震数据库管理系统

简要地介绍了测震数据库管理系统的研制背景、目的,详尽地描述了系统构成、测震数据库结构、系统功能、系统特点和认证技术。本系统采用服务器端的脚本编程语言PHP和MySQL数据库组合开发,具有增加数据库用户及用户授权、修改用户密码、数据库备份、数据表更新、地震查询及文本目录的输出、震相查询及文本格式输出、非天然地震查询、波形数据下载等功能。     

基于U-Net的井中多道联合微地震震相识别和初至拾取方法

微地震震相识别和初至拾取是水力压裂微地震监测资料处理中的两个关键步骤,其结果会对后续事件定位和压裂裂缝缝网解释产生重要影响.常规方法如STA/LTA法、模板匹配法、多道互相关法等需要提取有效信号与噪声间振幅、偏振、频率、波形相似性等方面的特征差异完成震相识别和拾取工作.本文基于深度学习技术的自动特征提取能力,根据井中微地震观测系统的多道数据源特点,提出基于U-Net的多道联合震相识别和初至拾取方法(MT-Net).方法采用具有"逐采样点"识别能力的U-Net模型,模型训练阶段以具有不同信号特征的多道微地震监测记录作为输入,以P波、S波及噪声的概率分布标签作为输出,通过设置二维卷积操作使得道内与道间的波形信息同时被自适应地学习,以满足对相邻道间波形记录处理结果高度一致性的要求;测试阶段将连续记录中的分段波形馈入模型,通过设定P波、S波概率分布曲线阈值完成单震相、双震相和噪声的波形分类,同时对含有效震相的微地震事件完成初至拾取.实际微地震资料处理结果显示,本文方法与同样基于U-Net的单道方法(ST-Net)相比,显著降低了震相识别中低信噪比事件漏拾与误拾发生的概率;同时有效避免了部分单道...     

蒸发波导对GNSS海面反射信号有效散射区域的影响

蒸发波导在海洋低空的发生概率高达90%,对舰船雷达、通信等电磁系统具有重要影响.为了分析利用GNSS卫星海面反射信号的时延-相关功率波形反演蒸发波导的可行性,本文提出了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域的概念,并将有效散射区域内的GNSS反射信号区分为GNSS标准反射信号和GNSS波导反射信号;然后,利用射线追踪方法,仿真分析了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域大小对蒸发波导的关键参数——波导高度的敏感性,并分析了在时延-相关功率波形上利用反射信号的传播时延将二者分离开的可行性.结果表明,GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域对蒸发波导高度非常敏感,对于2～25m高的GNSS反射信号接收天线,当蒸发波导的高度由0m增加至20m时,GNSS反射信号有效散射区域半径的均值可由约14km迅速扩展至约160km;采用高度角足够大的GNSS卫星可以将有效散射区内的GNSS标准反射信号与GNSS波导反射信号在时延-相关功率波形上分离开.