稳态SH波动的有限元模拟

将离散的局部透射边界与集中质量有限元方法相结合, 以模拟无限介质中的稳态波动。这种结合使有限元模型中的任一节点与其它节点(除邻近节点外)解耦, 从而使高效率的高斯消去法得以实施, 大大减少了计算机内存和计算时间。首先, 针对成层弹性介质中的稳态SH波动, 详细讨论该方法的列式及其计算精度;然后, 介绍如何减少计算机内存和计算时间的具体算法;接着以若干简单例子说明该方法的具体实施过程;最后, 简要讨论了需要进一步研究的若干问题。     

基于改进VMD的变形特征提取与分析

振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法,也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题,提出一种结合变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）与希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量,滤除噪声分量;然后对提取出的振动信号进行HHT变换,获取振动事件的时间-频率-能量谱;最后为求取振动位移量,在提取的特征频率基础上,通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现,所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息, VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。     

多点输入下大跨结构地震反应的频域精细传递矩阵法

地震输入问题一直是工程结构抗震研究所关注的焦点.在对大跨度结构进行抗震设计时,需要考虑多点地震输入的影响已成为国内外学术界和工程界的共识.本文根据傅氏变换,运用精细传递矩阵法推导出了大跨结构在多点地震输入下的频域精细传递矩阵,并在频域内对大跨度结构进行了动力分析.这种方法公式简单,能够快速、高精度地进行结构的地震反应分析.算例显示了本文方法的有效性.     

基于MEMS加速度计空投浮标的波浪测量方法试验研究

针对基于MEMS加速度传感器的空投波浪浮标存在采样频率与测波精度低的问题,根据频域衰减积分算法,提出一种相应的波浪测量算法,为了验证该算法测波的准确性,开展了多功能水槽试验研究。该算法旨在将MEMS加速度传感器输出的加速度与姿态角转化为浮标运动的波形,首先将加速度与姿态角信号进行竖向处理获得竖直方向的加速度,再利用离散傅里叶变换将竖向加速度转化为频域内的加速度复数序列,然后引入控制函数减弱低频噪声,经过频域积分、离散傅里叶逆变换、时域积分获得竖直方向的位移,最后通过后处理得到最终的波形。多功能水槽试验采取10中不同波高和周期的工况,对比空投波浪测量浮标与波高仪的测量结果,试验结果表明,浮标的测量误差在10%以内,达到测波标准。     

汶川地震SAR形变场电离层影响校正与断层地表破裂线自动提取

针对汶川地震PALSAR观测的方位向形变场存在严重电离层影响,导致准确提取断层地表破裂线困难的问题,本文使用一种基于频率域的电离层影响校正方法,从方位向形变场频域数据中提取电离层信号对应的频域信息,通过建模获得空间域电离层信号,并与原始形变场进行差分运算完成电离层影响的校正,还原了汶川地震断层近场沿SAR方位向的真实地表形变场.以校正后的方位向形变场作为数据源,采用非极大值抑制二维梯度算法,准确提取汶川地震北川—映秀断层和灌县—江油断层的地表破裂线.为验证提取结果的可靠性,引入野外地质调查数据进行对比分析,定量计算两条破裂线间的距离差异,结果表明基于SAR形变场自动提取的断层破裂线与野外地质调查数据具有较高的一致性,利用SAR观测形变场可作为调查地震断层地表破裂的重要补充手段.

     

粵港澳闪电定位系统对高建筑物雷电的探测

利用安装于广州塔塔顶500 m的大气电场仪（简称电场）数据、广州双偏振雷达资料、粤港澳闪电定位系统数据和ERA5再分析资料等数据,对比分析了2020年8月15日和9月23日广州两次雷暴天气过程的地闪活动特征以及地闪活动与电场变化特征的关系。结果表明：由局地热力不稳定引起的“局地性雷暴”地闪频次低、伴随弱降水,而由中尺度系统引发的“系统性雷暴”地闪频次高、伴随短时强降水。两次过程的地闪频次和电场变化呈双峰分布,地闪爆发时电场变化显著,频域能量达到峰值。“系统性雷暴”的消亡阶段电场在正负极之间大幅度缓慢波动,呈现阻尼振荡（End Of Storm-Oscillation,EOSO）特征,而“局地性雷暴”消亡时电场未出现此特征。时域下电场剧烈变化和频域能量明显提高时,意味着雷暴云团正在靠近或附近有闪电发生;电场频域能量迅速减小且集中于低频段,表明雷暴正在消亡或远离测站。电场的时频特征对雷暴的生消具有指示性作用,为电场数据与其他资料融合应用于雷电风险预警予以参考。

     

用于GNSS信号的可变相干积累时长的时频域结合捕获算法

对于全球导航卫星信号的捕获问题,设计了一种可变相干积累时长的时频域结合捕获算法,在延长相干积累时间的同时,等效提高了FFT运算的点数,从而保证了算法不会增加额外的FFT损耗,提升信号的检测性能。蒙特卡洛仿真验证了可变相干积累时长捕获算法的正确性和有效性,得出了文中所提出的算法可以通过延长信号的相干积累时长,提升导航信号捕获性能,但带来的代价是增加了算法的计算负荷。      

基于二维 Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测的频域实现方法

由于人类识别图像特征涉及非线性的识别机制,本文提出了基于改进二维Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测方法,该方法从频域角度出发,利用正反快速傅里叶变换来实现边缘检测工作。首先,将非线性Log函数引入Butterworth滤波器,获得二维Log Butterworth滤波器。当图像行列数不一致时,中心频率分布于椭圆之上,椭圆的长短轴之比与图像长宽比相等,进而给出以角度为变量滤波器表达式;其次,为方便滤波器参数的优化选取,本文对二维 Log Butterworth滤波器参数进行归一化等处理;再次,本文利用F-measure和PSNR (峰值信噪比)值来衡量不同参数下的边缘检测结果,确定最优的二维 Log Butterworth滤波器参数范围;然后,为了分析本文方法的边缘检测效率,对比了本文方法与空域算子（Canny算子）的乘法次数和加法次数,同时以不同大小的图像作为实验数据来比较两种方法的边缘检测耗时;最后,以BSDS（伯克利图像分割数据库）图像和高空间分辨率遥感图像为实验数据,对本文方法的边缘检测结果进行了评价分析。结果表明：本文方法可以有效地应用于图像边缘检测。     

线圈中心近区频率域电磁测深数值模拟研究

论述了一种在线圈中心测量磁场垂直分量的近区频率域电磁测深方法的原理及一维正演数值模拟研究结果.推导出线圈中心近区频域电磁法的视电阻率表达式,提出了在线圈中心测量磁场垂直分量频域电磁法的基本思路,利用MATLAB编程进行一维正演模拟,先后正演模拟了7种有代表性的地电模型.结果表明:此方法对层状地电构造的电性参数和厚度变化比较敏感,分辨力较高,对二层断面的上层厚度和基底电性分辨,对三层断面的中间层的电性和厚度变化分辨比较清楚,是一种有前景的近区频率域电磁测深方法.     

下辽河地区典型土层地震反应时域和频域方法对比

为了解决一维频域等效线性化方法在计算下辽河地区深覆盖场地地震反应时不够准确这一问题,本文采用一维时域非线性计算程序DEEPSOIL对该地区典型土层地震反应进行计算,并将结果进行对比分析。研究结果表明,在大震情况下,时域非线性方法有效地避免了等效线性化方法加速度峰值不合理和特征周期值偏高的现象。用时域非线性方法计算该类型场地大震情况,结果更加合理。