精密控制机械震源在地下介质变化监测中的应用研究现状

阐述了精密控制机械震源(ACROSS)的工作原理、发展历程、工作模式及信号检测等,介绍了国际上利用ACROSS开展观测实验的研究现状,并针对地震危险区域,提出可利用ACROSS进行地下精细结构探测及其动态变化监测研究,增强孕震环境和发震机理的认识水平,为地震物理预报研究提供了一种潜在的技术途径。     

考虑关断时间的瞬变电磁视电阻率计算及不同波形浅层分辨特征分析

发射电流波形与关断时间会影响瞬变电磁早期响应,导致瞬变电磁浅部信息缺失形成探测盲区．为了分析发射波形对瞬变电磁探测盲区的影响,文中实现了考虑发射波形影响的瞬变电磁全域视电阻率定义方法,并基于该算法对常用的发射波形瞬变响应对浅层电性介质的分辨特征进行分析．首先,采用电流波形与阶跃响应的褶积实现了任意发射电流的全波形瞬变电磁响应计算,将地下电阻率作为全波形响应的函数,利用反函数原理实现了全波形响应的视电阻率计算．然后,以航空瞬变电磁装置为例,利用文中视电阻率计算方法分析了层状介质不同发射波形瞬变电磁视电阻率曲线特征．根据不同盖层厚度视电阻率曲线可知,当覆盖层较厚时,不同发射波形的视电阻率成像结果与模型电性特征基本相近;当盖层厚度较小时,半正弦波、三角波和梯形波等off-time较长的发射波形瞬变电磁响应不能反映浅层的电阻率信息,早期道视电阻率受到深部电性影响,形成了一定范围的探测盲区．最后,利用文中视电阻率计算方法对不同发射波形的复杂三维模型正演的数据进行分析,半正弦波、三角波和梯形波的瞬变电磁响应都能反映异常的地表位置,但会丢失浅部地层信息,深部异常出现时间提前且纵向拉伸．这是由于关断时...     

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.     

祝融号火星表面磁场探测仪的沿轨标定

作为中国首次火星探测计划“天问一号”任务的一部分,祝融号火星车于2021年5月15日成功着陆火星表面,并开始在乌托邦平原南部进行科学探测.祝融号火星表面磁场探测仪(RoMAG)是火星车上六个有效载荷之一,它由两个相同的高灵敏度三轴磁通门磁强计组成,随火星车在火星表面进行移动磁测量.尽管在发射前已经进行了火星车磁补偿以消除磁干扰,但由于有效载荷和太阳能电池板等在发射前后的状态不同,需要对磁强计进行沿轨校准,以获得更精确的火星磁场.本文分别利用桅杆偏航旋转和火星车偏航旋转两种方法确定火星水平磁分量.结果表明,两种方法测得的火星水平磁场分量具有较好的一致性,均方根偏差小于2.0nT.火星背景磁场垂直分量则可根据干扰场呈现偶极场分布的假设来约束.磁场测量值与太阳能帆板电流之间的线性相关关系可用于常规探测中的磁场校准,可以得到更精确的火星表面背景磁场.     

环氧树脂材料中电磁辐射与裂纹动力的关系

应用电磁辐射(EME)和声发射(AE)信号检测研究了机械应力加载条件下脆性、介电性材料的断裂。对环氧树脂样品采用3点弯曲实验装置施加应力使之破裂,同时监测破裂引起的电磁辐射和声发射信号。本次研究的重点是裂纹面的走向及距离对检测到的电磁辐射信号的影响。由于采用的电磁辐射传感器是电容式传感器,我们利用人工检测源测试了传感器、连接的放大器、数据采集卡以及内置带通滤波器的系统响应特征。基于在破裂面位置上模拟的表面电荷密度,我们提出了一种电磁辐射信号的源。将电磁辐射源的有限元方法模拟结果与实验结果进行比较,显示出较好的一致性。实验结果显示辐射出的电磁场优势方向明显,检测到的信号幅值显著依赖于信号源到传感器的距离,并发现测量链对检测到的电磁信号带宽具有显著影响。进一步研究表明电磁信号由3部分构成,分别产生于不同机制,即裂纹生长过程中电荷的分离和弛豫,以及带电裂纹面的振动。     

考虑发射波形的瞬变电磁三维模型降阶快速正演算法

瞬变电磁响应受到发射波形的影响,正演计算中需考虑发射波形.基于位移逆Krylov子空间投影的模型降阶算法能够精确模拟三维全波形瞬变电磁正演响应,但该算法计算精确的on-time响应非常耗时.目前实际工作中多数情况下都是对off-time时间段的数据进行处理解释,因此可以将正演问题简化为精确模拟考虑发射波形的off-ti...     

自回归模型系数推算方法的比较

自回归(AR)模型的特点是利用一组系数将包含在一个观测时间序列中的连续信号进行线性组合.计算AR系数的方法有两种.利用传统方法(方法1)测定AR系数,使得在计算当前值与由过去的观测所作的预估值之间的差值时其预测误差最小.另一种方法(方法2)是在最近应用于频谱分析的Somp,方法中提出来的,这种方法就是利用AR系数从观测的时间序列数据中提取自回归信号,而由提取残差最小来确定它们.方法1给出了过去的有噪声数据和当前的无噪声信号之间线性关系的一个无偏估计.另一方面,利用方法2所得到的AR系数代表了连续无噪声信号之问的线性关系.通过与真实的AR系数值的比较来进行估算的三个数值实验,搞请了这两种方法的差别.首先我们调查了在计算AR系数时高斯白噪声的影响是怎产生误差的.我们发现,利用第一种方法所得到的AR系数对于噪声功率的增加十分敏感.相反,第二种方法对于具有相对较低信噪比(S/N)的数据得出较好的AR系数计算结果.其次.对一个含有非衰减正弦波信号的时间序列,研究了数据长度的影响.当在计算中所用数据点的数目达到一定的平时,用第一种方法所得到的AR系数就不再随数据长度的增加而改善了.另一方面,我们可以得出,数据长度与利用第二种方法使用实际数值所到的计算偏差二者之间恒为负相关.最后,我们使用含有频率相近的两个正弦波信号的一组时间序列对比了两种方法的分辫率,也发现第二种方的结果远优于第一种方法。所有三个实验都证明了在计算AR系数时第二种方法是如何远优于第一种方法的.对于有噪声的时间序列,差异是由于回归模型表达式的混淆造成的.在第一种方法中最小二乘的条件隐含着假定:预测现在信号的过去数据没有被噪声所干扰.其结果是,在这一表达中,当前的信号与当前的噪声无关,但却与包含在过去的数据中的过去的噪声有关.应当提请注意的是,任何墓于传统的自回归计算的谱分析方,在研究数据的精确谱构造时都可能会失效.     

精确测定地震计传递函数

提出联合阶跃标定与带精确电流测量的正弦波标定来确定地震计传递函数的方法。首先,使用阶跃标定确定地震计等效机械摆的自振周期和阻尼,得到地震计低频特性。随后,使用正弦波标定并引入电流测试技术,测定地震计全频段频率响应,幅频响应更加准确,同时可获得相频响应。最后,构建与地震计传递函数特征一致的结构来描述传递函数,采用最优化方法拟合求取地震计传递函数。该方法具有原理清楚、操作简单、易于实现、结果精确等优点,特别适用于地震计用户测试、地震计传递特性与厂方参数及各地震计间一致性和长期稳定性的验证,结果符合反馈型地震计传递函数特点。     

精确测定地震计传递函数

提出联合阶跃标定与带精确电流测量的正弦波标定来确定地震计传递函数的方法。首先,使用阶跃标定确定地震计等效机械摆的自振周期和阻尼,得到地震计低频特性。随后,使用正弦波标定并引入电流测试技术,测定地震计全频段频率响应,幅频响应更加准确,同时可获得相频响应。最后,构建与地震计传递函数特征一致的结构来描述传递函数,采用最优化方法拟合求取地震计传递函数。该方法具有原理清楚、操作简单、易于实现、结果精确等优点,特别适用于地震计用户测试、地震计传递特性与厂方参数及各地震计间一致性和长期稳定性的验证,结果符合反馈型地震计传递函数特点。     

精密主动地震监测

借助人工震源,主动探测地下介质结构、并监视其动态变化是地震学家的一个梦想,本文提出的精密主动地震监测(PASM: Precisely and Actively Seismic Monitoring)为实现这一梦想提供了一条可能的途径.本文介绍的精密主动地震监测系统以与GPS保持同步的电子系统控制的旋转质量体作为地震信号源,产生精确的、高度可重复的地震信号,这种信号经过地下介质传播到达观测点被数字地震仪器记录,由专门的计算方法提取,可以获得监视地下介质结构的有效信息,从而实现地下介质结构及物性的主动精确动态监测.其中震源是一种连续震源,工作时对地输入能量强度低,对环境不造成任何破坏性影响,可长期运行,是一种适用范围广泛的绿色震源.以此震源为基础构成的精密主动地震监测系统,配合高灵敏度的数字观测系统,再加上数据处理和信噪比增强技术,可以在150 km以上的距离外得到有效纪录,精确地监视固定路径的精度优于1 ms的走时变化,进而监视地下介质的速度变化和介质参数的变化,是一种前景光明的新型地震学研究方法.