分布式地震数据采集器的高精度时间同步系统研制

为了解决分布式地震数据采集系统的同步授时问题,本文研制了一套高精度时间同步授时系统。该系统在通信过程中周期性地发送同步授时秒脉冲,并通过授时秒脉冲传输实现实时传输延时测量及时间校正,从而实现多通道高精度同步授时。基于此设计原理,采用高速硬件可编程器件研制了同步授时系统,并通过测试证实该系统在2 km通信距离时同步授时精度优于200 ns,表明该同步授时系统稳定、可靠并具有一定实用性。     

GPS授时技术在地震观测中的应用

在地震观测中，时间基准测量的精度非常重要。我们利用全球定位系统（ＧＰＳ）设计完成了数字地震记录仪的实时在线授时系统，提高了时间服务精度。本文详细介绍了利用ＧＰＳ授时的基本原理，给出了我们研制的数字地震仪中授时系统设计的理论计算和具体的同步算法和程序以及硬件设计框图。     

OCXO时钟修正机制在电法勘探采集中的应用研究

为解决GPS易受外界环境影响,同步授时易失锁这一问题,设计出一种基于FPGA的保证GPS与OCXO协同工作的高精度同步授时解决方案.采用在FPGA内部构造延迟线的方法来对时间间隔进行测量,使时间测量精度可达到71ps和10ps,从而确保了时间间隔测量的高准确性.以GPS提供的秒脉冲1PPS作为标准信号对OCXO的频率进行校准,再在FPGA中采用均值滤波算法对1PPS信号引入的随机噪声进行压制,实际验证表明,该设计具有很好的频率校准效果.FPGA每完成一次校准就对同步修正一次,保证了GPS在任何时候失锁时,本地秒脉冲都与1PPS具有很高的初始同步精度.当完成频率校准后,GPS分别失锁150min,6h,12h,24h,同步精度仍可达到410ns,1.6us,2us和33us.这优于V5-2000的同步精度.长期实测表明,该方案可以很好地结合GPS授时和OCXO授时的优点,解决了GPS同步授时存在的问题.这不仅满足所有电法勘探的分布式采集系统对同步授时的精度要求,而且适用其它需要高精度同步授时的工业领域.该方案的设计只在一片FPGA中完成,这最大限度地减少了外围器件的消耗和外围电路的复杂程度,降低了功耗.     

地震监测实时仿真对比系统在水库气枪主动源激发观测实验中的应用

气枪震源具有高度可重复性,可用于检测和分析地震监测仪器的响应特性。2016年5—6月,在福建漳州南一水库、永定棉花滩水库进行气枪主动源激发观测实验,使用全球导航卫星系统GNSS、强震仪、烈度计实时采集数据,应用地震监测实时仿真对比系统,将强震仪和烈度计记录信号仿真为位移信号,与GNSS记录的真实位移信号进行对比分析,验证实时仿真对比算法的可靠性、适用条件以及强震仪和烈度计记录位移的能力。结果表明,该实时仿真对比系统具备实时数据接收、数据处理、数据显示功能,实现了各类仪器记录波形的实时对比,具体如下：①GNSS仪器Trimble NetR9记录的GPS信号,与北斗信号差分解算后的精度(水平向精度5mm,垂直向精度10mm)相当;②烈度计VH-GL-LDY与强震仪CMG-50TCDE记录波形具有较好的一致性,采用同一NTP授时服务器,CMG-50TDE在授时精度上的表现优于VH-GL-LDY;③强震仪和烈度计记录的加速度信号可以仿真得到相对真实的位移时程,且仿真位移信号在10—60 s频带范围内与GNSS位移信号的相关性最高。     

采用同步计时提高GPS钟的时间脉冲输出精度

全球定位系统GPS (GlobalPositioningSystem)是美国研制的导航、授时和定位系统。论述了采用GPS时间同步技术 ,实现GPS钟输出时间脉冲精度小于 10 -6s的方法。指出仅用软件计时 ,GPS钟输出时间脉冲精度将大于 10 -5s;而采用软件、硬件相结合的GPS时间同步技术 ,能充分利用单片机的资源 ,弥补软件计时的不足 ,从而大幅度提高了GPS钟时间脉冲的输出精度 (达到 0 5× 10 -7s)。     

音频地电场采集平台设计与实验研究

本文针对1 Hz～2 kHz地电场信号的采集需求,设计实现了一种多通道并行采集与上位机数据处理的仪器设计方案.其中信号采集部分采用微弱信号检测技术,同时对多路信号进行前置放大、信号调理,模数转换后存储在SD卡上或上传至上位机存储.上位机数据处理软件实现数字滤波选频、频谱分析、天然电场动态信号分析等功能,得到相应结果并自动成图.本文通过室内实验验证通道稳定性、一致性基础上进行了多次室外或野外实验：例如在湖南科技大学地下水水源地附近进行了通道一致性实验和地下水探测实验;针对双频激电仪2频组信号设计了三种不同条件下的信号采集实验,实验结果良好;在湖南省浏阳市大围山白泥村开展了寻找基岩裂隙水的探测实验,将本装置与湖南继善高科技有限公司SQ-5型双频激电仪、湖南普奇地质勘察设备研究院PQWT-S300天然电场找水仪进行了实验对比,实验结果定位的地下水异常点与另外两种仪器探测结果一致,表明了本装置在地质勘探应用中的可行性和有效性.本装置可同时采集多个测点信号,能在1 Hz～2 kHz频带内提取高密频点的时频信号,可移植性强、易于功能扩展,且成本低廉,在资源勘察、工程物探等方面应用前景良好.     

北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析

2017年11月5日第一和第二颗北斗三号系统卫星发射升空,开启了中国北斗全球系统组网建设工程.为了验证北斗全球卫星导航系统的信号载荷和设计性能,2015至2016年间先后发射了五颗北斗三号试验卫星,较全面验证了北斗三号系统的性能.文章侧重描述北斗三号试验系统卫星钟、星间测距、时间同步和卫星定轨性能;详细分析了北斗三号民用信号的信噪比、伪距误差随高度角变化、多路径误差、空间信号综合质量、授时精度等;并与北斗二号系统相关性能进行了比较;最后基于现有试验卫星信号性能,预测了未来北斗全球系统的定位、导航和授时(PNT)性能.     

DS-1型自动对时器

时间是最基本的物理量之一。在地震波的记录方面,时间标志精度和同步尤其显得重要。在地震转换波资料分析中,要求各个台站上的记录都能记上一个或数个同一时刻的时标信号。由于台站分散且各台站时钟的累计时差不一致,即使校准很勤仍不能得到满意的时间服务。过去,多利用广播电台的授时信号经过简单处理后进行人工对时。人工对时不仅浪费人力、特别是当播发授时信号的同时伴有语言或音乐信号时,对时往往不能凑效。本文介绍的自动对时器克服了上述缺点,可以无人值守自动对时。它能在语音和其他干扰信号中有效     

我国时间编码初次发播试验

自81年7月1日起,BPM短波授时台已正式承担我国准标时间、准标频率的发播任务。但至今BPM发播的时间信号只给出了秒信号的起始时刻,而没有给出这个时刻的绝对时间,从这种信号里无法辨别某一秒是何年、何月、何日、何时、何分、何秒,而且在现用发播程式中还不是每秒都有信号,程式以半小时为一周期,其中包括BPM呼号,UTC时号,UTI时号以及无调制载波信号,所以即便是秒信号,标准也不一致,有UTC也有UTI。     

前驱波检测在地震预测中的应用

基于一种新颖的液体悬浮式长周期、超低频检测技术,避免电磁信号可能产生的一切干扰,由此研制地震前驱波检测装置及分析软件.提取前驱波信号与实际地震进行比对分析,结果表明,利用该装置及分析软件,对于记录前驱波和地震预测研究较以往有新的收获.     

Experimental study of vibration mitigation of mast arm signal structures with particle-thrust damping based tuned mass damper

Large amplitude vibration of mast arm structures due to wind loads are the primary contributing factor to the reduced fatigue life of signal support structures. To alleviate this problem of wind-induced in-plane vibration of mast arm signal structures, a particle-thrust damping based turned mass damper(PTD-TMD) device is adopted and its damping effect is characterized experimentally. The particle-thrust damping is a passive damping device that does not require electric power and is temperature independent. Based on the calibration test, an equivalent dynamic model of the PTD-TMD device is developed and used for numerical simulation study. The damping effects of this PTD-TMD device on signal support structures was investigated through both numerical analysis and laboratory testing of a 50-ft(15.24 m) mast arm structure including both free vibration and forced vibration tests. The experimental test and numerical study results show that vibration response behavior of mast arm signal support structures can be significantly reduced by installing the PTD-TMD that can increase the critical damping ratio of the mast arm signal structures to 4%. The stress range at the welded connection between the mast arm and traffic pole is also reduced.     

MCZT在气枪震源信号频谱分析中的应用

气枪震源信号是短时非平稳信号,采用频谱细化算法能提高频谱分析的准确性。首先进行了改进线性调频Z变换(MCZT)和FFT两种频谱分析算法的误差仿真计算,然后进行气枪震源的水下子波信号和地震波信号的对比计算。结果表明MCZT计算误差较小、计算时间较少,能有效提高气枪震源信号频率和幅度特征提取的准确性,是气枪震源信号频谱特征分析的一个有效方法。     

关于数字化记录中前兆信号的分析

介绍了如何用MATLAB工具软件—小波分析的基本理论对数字信号进行数字滤波,着重分析和研究了呼和浩特地震台形变观测资料出现各种信号,提出了小波分析理论对台站实际工作的重要性。     

背景噪声中地震信号的可识别判据及量化验算

背景噪声与地震信号的强度或周期差异决定地震震相是否可从视觉上有效识别.为寻找平稳背景噪声中地震信号的视觉可识别判据,研究能反映两者频率差异及强度差异的参量用于上述两种信号对比,得到背景噪声中地震信号视觉可识别条件的量化判据,并用实际观测资料及仿真数据进行验证.在此基础上,针对功率谱计算过程中的校正环节进行讨论,利用Albuquerque实验室给出的测试实例阐明USGS标准中功率谱计算的规范步骤及细节.     

地震电信号选择性数值模拟及可能影响因素

本文探讨了将商业有限元软件COMSOL Multiphysics应用于地震电信号选择性三维数值模拟方面可能面临的一些问题.在检验算法可靠性的同时,通过选取不同类型的边界条件、不同大小的计算区域、不同的介质电性参数以及地表介质电性非均匀性和地下特定导电通道等不同电性结构模型等,考察了影响地震电信号选择性数值模拟结果的一些可能因素.结果表明,在开展地震电信号选择性数值模拟研究时需对模型参数的选取进行必要的分析,而地表介质电性非均匀性以及地下特定导电通道等可以较好地解释地震电信号选择性现象,其贡献的大小与模型具体的电性结构和对比度等参数有关.     

Gauss linear frequency modulation wavelet transforms and its application to seismic phases identification

Introduction The accurate gradual change style seismic phases identification is an older new question for discussion. Wavelet transform has good localization properties in time-frequency domain, and is a effective tool to analyze seismic signal which has been applied to detection of many kinds of signal, picture processing and other fields. When a kind of new signal stack up another kind of signal, more high frequency signal components will happen at onset time of new signal. Based on the wave…     

高斯线调频小波变换及其在地震震相识别中的应用

基于地震渐变信号在起始点附近信号高频分量比较丰富，但信号幅度较小的特点，本文选取高斯线调频小波作为基函数，研究了不同小波参数和信号参数对其变换结果的影响规律，找出了直接利用变换峰值进行震相识别的误差来源，提出了一种从背景噪声中实现渐变地震震相识别的有效方法——定尺度小波变换比方法，给出了模拟数字信号和实际地震震相识别的实例．      

同心补偿式直升机时间域航空电磁法吊舱校准装置研究

直升机时间域航空电磁法(Helicopter-borne time-domain electromagnetic method,HTEM)的多次空中仪器校准可消除飞行过程中仪器系统受外界环境的时变影响.吊舱校准装置可解决地面环线方式无法实现的空中飞行过程中仪器校准问题.本文从研究同心补偿吊舱装置模型出发,提出了吊舱装置空间模型和线圈电路模型,分析了发射磁场的空间分布、补偿环作用及其与接收线圈的关系、校准装置的空间信息和信号的检测方法,得到结论如下:(1)以损失发射面积0.89%的补偿环可提高信号44.5 dB的动态范围;(2)校准装置水平安置在补偿环与发射线圈之间,其匝数越多、半径越大、离补偿环越近,信号响应越强;(3)校准线圈电感越大、电阻越小,其e指数衰减越慢;信号检测起点由含匹配电阻接收线圈的阻尼特性决定.通过校准线圈的曲线特性和装置位移实验,得出反映装置特性的时间常数实测误差小于1.3%,验证了线圈电路模型和装置空间模型.本文提出的模型和方法同样适用于偏心补偿式HTEM系统校准的研究和高阻地层上已知环线的静态检测.     

THE POOR MAN'S SEISMIC SOURCE: A COMPUTER GAME *

Basic requirements for a seismic reflection system using a moderate-power controlled source are discussed. General considerations and computer modelling show promise for geophysical prospecting, especially at low penetration and very high noise level. For many applications, ranging from mineral and water prospecting, to civil and military engineering, and even archeology, a relatively cheap, small and portable device of this kind might be more convenient than conventional explosive sources or sophisticated controlled sources of the vibroseis type. The use of a simple, low frequency periodic signal facilitates rapid data processing procedures and suggests that the mechanical generator will be very simple and cheap.     

A MODFLOW Infiltration Device Package for Simulating Storm Water Infiltration

This article describes a MODFLOW Infiltration Device (INFD) Package that can simulate infiltration devices and their two‐way interaction with groundwater. The INFD Package relies on a water balance including inflow of storm water, leakage‐like seepage through the device faces, overflow, and change in storage. The water balance for the device can be simulated in multiple INFD time steps within a single MODFLOW time step, and infiltration from the device can be routed through the unsaturated zone to the groundwater table. A benchmark test shows that the INFD Package's analytical solution for stage computes exact results for transient behavior. To achieve similar accuracy by the numerical solution of the MODFLOW Surface‐Water Routing (SWR1) Process requires many small time steps. Furthermore, the INFD Package includes an improved representation of flow through the INFD sides that results in lower infiltration rates than simulated by SWR1. The INFD Package is also demonstrated in a transient simulation of a hypothetical catchment where two devices interact differently with groundwater. This simulation demonstrates that device and groundwater interaction depends on the thickness of the unsaturated zone because a shallow groundwater table (a likely result from storm water infiltration itself) may occupy retention volume, whereas a thick unsaturated zone may cause a phase shift and a change of amplitude in groundwater table response to a change of infiltration. We thus find that the INFD Package accommodates the simulation of infiltration devices and groundwater in an integrated manner on small as well as large spatial and temporal scales.