基于Matlab的地震计自噪声计算可视化软件设计

基于Matlab的GUI开发环境,采用三仪器法设计地震计自噪声可视化软件,通过对3台地震计同背景同时段原始波形数据进行去均值、去趋势值等一序列数据处理,并运用Welch平均周期法计算噪声功率谱密度,最终绘制完成自噪声功率谱密度曲线。选取山东省临沂市马陵山比测基地作为软件测试地点,以2组各3套地震计(STS2.5、BBVS-120地震计)观测系统作为测试样本,进行地震计自噪声分析,结果发现,STS2.5和BBVS-120型地震计UD向自噪声功率谱曲线在0.04—2 Hz频带内均低于NLNM,表明地震计噪声性能良好,从而验证了软件的可行性与准确性。     

甚宽频带地震计自噪声测试方法对比

在河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,对JS-120型甚宽频带地震计采用2台和3台地震计同址比测法进行同址比测。选取连续600小时观测数据样本,基于分频带概率统计法,提取自噪声优势概率典型值,分析测试结果差异。结果表明,3台法可通过互功率谱之比校正地震计之间传递函数的差异,得到的自噪声水平比2台法更低,结果更加稳定;当比测地震计之间性能存在差异时,自噪声较高的地震计会影响记录的相干性,导致其他地震计自噪声结果偏高;由于安装过程中存在不一致性,在接近二类海洋噪声频段的0.1—1 Hz频带,地震计自噪声功率谱曲线形态发生变化,且2台法表现更明显;在0.04 Hz以下的低频段,地震计自噪声水平较高,与观测背景噪声接近,在进行低噪声科学实验观测场地遴选和背景噪声水平评估时,应考虑低频段地震计自噪声的影响。     

对齐误差对测试地震计自噪声的影响

本文在理论上研究了对齐误差对测试地震计自噪声的影响。指出对齐误差影响到2台仪器记录间的计算互功率谱密度,进而影响到被测仪器记录间相干函数计算,最终影响到被测仪器的自噪声计算。发现当存在对齐误差时,在信噪比较高频段计算得到的自噪声水平比仪器的实际自噪声水平要高,在一般的实际测试中可能高20 dB以上。为了消除对齐误差对自噪声测试的影响,提出通过投影逆变换把观测记录变换到标准坐标系下,再用变换后的观测记录来计算地震计自噪声。给出了基于以上思路和传感参数对比测试方法的地震计自噪声计算处理流程,合成数据、实际测试数据的处理检验计算结果表明,本文方法可以有效克服地震计自噪声测试中对齐误差的影响。     

流动宽频带地震计自噪声测试研究

分别采用双台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Holcomb双台法”)和3台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Sleeman多台法”)对CMG-3T、BBVS-120、STS-2型流动宽频带地震计进行自噪声测试研究.结果表明:Sleeman多台法因有效地规避了传递函数引起的误差,在处理流动宽频带地震计实际记录数据方面比Holcomb双台法更能有效地滤除背景噪声;在简单测试条件下,3种常用流动地震计的自噪声在0.06 ～1 Hz频带内均低于NLNM曲线,显示了相当好的噪声性能指标;在流动台阵观测过程中,地震计方位准确性以及地震计的保温防护措施是保证发挥仪器性能的重要因素.     

多通道相关分析用于宽频带地震仪自噪声检测

将多通道相关分析方法用于宽频带地震仪的自噪声检测,测量分析了Reftek 130、130 B和130 S三种地震数据采集器的自噪声检测结果以及14套Reftek 130 S连接Guralp CMG-3T地震计的自噪声一致性检测结果,同时给出了地震计的三轴正交性估计.结果表明:Reftek数据采集器设置为普通增益时在0.3 Hz以上频段自噪声高于Guralp CMG-3T地震计自噪声,设置为32倍高增益时在测量频段远低于地震计自噪声;测量的多台Guralp CMG-3T地震计自噪声结果在不同频段一致性差异较大,垂直向分量0.3 Hz以下频段可作为一致性比对参考频段,采集配置选择普通增益时0.3~2 Hz频段可作为数据采集器一致性比对参考频段;Guralp CMG-3T地震计三轴正交性误差估计平均在0.5°以内.     

玉树地震前后当地的噪声变化研究

2010年4月14日07时49分,青海省玉树县发生了MS7.3级地震.为了了解玉树地震前后玉树地震台的噪声水平有没有变化,我们对玉树地震台记录的噪声进行了两方面的研究,即分别计算噪声均方根值和噪声功率谱.研究表明,玉树台的高频噪声功率谱在2009年比2008年要高3～8dB.震前一个月左右,高频噪声开始有升高现象,震前半个月左右,高频噪声的功率谱能量显著升高,地震后,高频噪声经过继续急剧升高、开始慢慢回落、到回落到噪声模型水平三个阶段.噪声回落到2008年的噪声水平,明显低于地震前1个月的噪声水平,所以我们认为震前高频噪声升高与玉树地震有关,属于噪声异常.     

地震计低自噪声测量及参数建模

本文提出一种基于对比法测定地震计相对传感参数,并考虑分向对齐误差计算地震计自噪声,再利用连续3天以上的自噪声数据提取获得地震计低噪声数据的方法。通过理论分析和实际数据计算检验表明,采用这一套方法提取地震计的低噪声数据,对数据选择的要求大大降低,有利于客观、稳定地获取地震计的自噪声数据。此外,通过参数建模,获得地震计自噪声曲线的拟合多项式,直接计算自噪声参考频点数值,可以避免在实际曲线上读数时受到的计算误差引起的波动影响,得到客观、稳定、可靠的地震计自噪声参数数据,有利于地震计性能比较评价。最后作为实例,给出了采用本文算法计算出的4种国产地震计的自噪声模型及低自噪声参数。     

海底地震仪自噪声分析

海底地震仪是海上观测天然地震的主要手段,仪器所记录到的噪声分为环境噪声和仪器噪声。本文利用2018年9月3日—2019年7月1日期间浯屿岛海底地震观测台所采集到的数据,对海洋环境下的强震型海底地震采集站和宽频带海底地震采集站进行仪器自噪声分析,利用两道互相关模型,采用加窗平均周期图法计算功率谱,通过1/3倍频程积分作平滑处理,得到仪器自噪声功率谱密度图。对比分析相同型号仪器的自噪声功率谱,发现相同仪器的自噪声变化趋势一致,但自噪声大小有差异,且这种差异对于不同仪器、相同仪器的不同分量也存在不同。     

地震台站台基噪声功率谱概率密度函数Matlab实现

选取2015年四川数字测震台网中筠连和华蓥山地震台记录的垂直分向连续波形数据,利用Matlab软件,计算地震台站台基噪声功率谱概率密度函数,分析地震台站环境噪声特征。结果表明,台站环境噪声功率谱密度概率密度分布对地震事件波形（体波、面波）、人为噪声（台站周围人为活动、车辆及机器噪声等高频干扰）、系统瞬变（数据丢失、地震计小故障）以及仪器标定信号等反映较好。使用台基噪声功率谱概率密度函数方法,有利于监测地震台站数据记录,提高观测数据质量。     

不同深度布设台站的噪声及信号幅值特征分析

为探究地震观测中地震计检测到的噪声和信号强度均受其布设深度的影响,本文首先对CPUP和LPAZ两台站布设的不同深度地震计所得到的数据进行噪声水平和地震信号对比;其次采用对比功率谱密度的方法对两台站不同通道采集到的不同时段的噪声数据进行分析;最后比较两台站不同通道采集到的整月数据的噪声幅值、信号幅值、信噪比特征。结果显示:深度较大的通道,其噪声功率均值较小;当事件信号到来时,较深通道的地震计检测到的信号和噪声幅值比较浅通道均有所减小,在信号和噪声幅值均减小的共同影响下,信噪比有一定程度的变化,其中LPAZ台站的信噪比提高较为明显。      

地震计自噪声的研究

仪器的固有噪声水平是地震计的关键技术指标。 如何降低仪器的自噪声是地震计设计中需要解决的重要问题。 本文分析了产生地震计自噪声的两个主要噪声源: 布朗热噪声和电子噪声(1/f噪声), 以及它们对地震计传递函数的影响。 分析了三种地震计所记录的地震台台基噪声, 并且通过试验来检验仪器噪声对地震计观测数据的影响。     

太原基准地震台和东山地震台地脉动信号分析研究

应用太原基准地震台和东山地震台2007年至今的数字化资料进行研究,得到太原台、东山台地脉动噪声RMS值和功率谱密度,及其相应的卓越周期,找出两个台主要干扰源的频带范围。另外,采用Matlab提供的FFT算法对整点地震记录进行频谱计算,对2010年6月5日发生的太原市阳曲Ms4.6地震前两个台记录的数字地脉动信号进行实时连续跟踪对比观测和试验,捕捉临震特殊频率波动现象,作为一种可能的"地震前兆"作探索性的研究。所得结果对去除数字地脉动信号背景干扰及分析预报工作具有借鉴作用。     

地震地面运动模型的研究

地震地面运动被模拟成均值为零的两次过滤Ｇａｕｓｓ白噪声随机过程。第一次过滤削减白噪声的高频含量;第二次过滤削减白噪声的低频含量。根据地震记录的功率谱,使用非线性函数的最小二乘法,确定了两次过滤Ｇａｕｓｓ白噪声随机过程的功率谱密度函数的参数。     

天津GM4磁通门磁力仪受轨道交通干扰的谱分析

对天津地区的静海、徐庄子和宝坻新台的3台GM4磁通门磁力仪数据进行了噪声的频谱分析。发现噪声的优势频段在0.001~0.02 Hz之内,其中主要的干扰频段在0.005~0.01 Hz,在主要干扰频段内的振幅谱幅值越高,跳点越多,跳值也越大。从功率谱上看,静海受干扰最明显,徐庄子次之,宝坻新台受影响很小;噪声越大,功率谱振幅在主要干扰频段内跃升越大,频段越宽,且功率谱降幅与干扰距有关,干扰距越小,降幅越小。     

南北地震带科学台阵台基噪声分析——以XRE、PKO、AXR台为例

地震信号中总是含有噪声的,了解噪声源和掌握噪声计算方法都是很重要的。本文以"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"项目台基勘选为例,详细介绍了台站的勘选标准、噪声的类型以及噪声功率谱的计算方法,并以勘选数据为基础选取了其中XRE、PKO、AXR台,采用PSD算法进行台基噪声计算分析。计算结果表明:以上三台均达到了流动台站的架设标准。     

三地震计法精确测定地震计自身噪声研究

地震计自身噪声是地震计的一个重要技术指标,目前地震行业标准采用两地震计法,利用观测数据和地震计的传递函数,得到地震计自身噪声谱。两地震计法必须事先知道地震计的精确传递函数,而传递函数的测定误差给自身噪声的测定精度带来较大的影响。三地震计法在频域内用相关分析法得到地震计自身噪声谱,不需要知道被测地震计的传递函数,只利用三分向记录波形的互功率谱和自功率谱计算得出自身噪声谱。     

基于概率统计的甚宽频带地震计自噪声水平分析

使用连续1000hr的数据计算甚宽频带地震计自噪声,应用概率统计方法对计算结果进行分析,分别以单小时结果众值、单频点概率统计及分频带概率统计等3种表达方式对分析结果进行展示。通过比较分析,发现第1种方式便于异常结果溯源,但无法获取自噪声非均匀分布特征;第2种方式可以获取固定频点上自噪声水平非均匀分布的详细特征,但高概率值呈现条带分布,没有明显量级差异;第3种方式得到了对应于中心频点的且具有量级差异的高概率值,为地震计自噪声的数学数值建模提供了支持。在异常数据数量较少的情况下,异常结果在后2种方式中得不到体现。     

重庆地震台BBVS-120与KS-2000型地震计系统性能对比分析

对重庆地震台BBVS-120、KS-2000地震计进行系统性能分析,通过噪声功率谱、标定数据、地震波形对比分析,对2套观测系统的差异进行探讨,希望对数据的处理分析及仪器的维护提供一定的数据支持。     

新冠疫情防控前后湖北恩施地震台背景噪声变化分析

利用2018年1月至2020年3月恩施地震台站观测的垂直分量连续波形数据,通过计算噪声功率谱密度和概率密度函数,统计其不同频段功率谱密度分布情况,对比分析疫情前后恩施地区噪声水平变化特征.同时,将2018年、2019年和2020年垂直向地震噪声的加速度幅值进行对比,发现春节前几日的加速度幅值变化曲线高度一致,表明这三年...     

应用概率密度函数方法自动处理地震台站勘选测试数据

将McNamara等人（2005）提出的地震噪声概率密度函数（PDF）方法用于地震台站台址勘选测试数据的自动处理,实现了对台址地震噪声水平主要评价指标加速度功率谱密度（PSD）与用RMS表示的速度有效振幅的自动估算,大大提高了台址噪声测试数据的处理速度。该方法已被应用于福建地震烈度速报台网84个新选台址的勘选数据处理工作。