数字滤波与偏振分析在强震动数据处理中的应用

摘要

地震预警是近年来备受关注的防震减灾新手段，高信噪比的地震动观测数据可以更好地实现地震预警系统中非地震事件的排除、震相与到时的识别以及地震定位等功能。因此，对强震动观测记录进行数据的预处理，降低噪声、提高信噪比，对地震预警功能实现有着重要的作用。
　　本文面向地震预警中获取高信噪比地震动信号的迫切需要，围绕数字滤波和偏振分析方法在强震动观测数据降噪、震中方位角估算中应用进行了研究，完成的主要工作如下:
　　1.介绍了数字滤波器的基本原理，研究了常用数字滤波器的设计方法以及阶数、滤波器类型（非因果、因果）和截止频率对强震动记录滤波效果和信噪比的影响。研究结果表明，在强震动观测记录处理中可采用Butterworth二阶非因果滤波器;在地震预警前期数据处理中可采用Butterworth二阶因果滤波器;滤波器的截止频率的确定可采用噪声谱的方法确定;数字滤波能起到较好的提高记录信噪比的作用。
　　2.研究了极化滤波的流程，给出了确定时窗的方法和极化滤波整体流程图。提出了采用数字滤波和极化滤波相结合方式进行降噪的新思路，并利用人工合成信号做极化滤波降噪验证以及对列车噪声和地震记录叠加后信号降噪进行了验证。结果表明:极化滤波后信噪比有一定的提高。
　　3.基于日本KiK-net强震动观测记录，对偏振分析计算方位角的影响因素进行了分析。研究了记录参量（加速度、速度、位移）、计算时间窗大小、滤波频带对偏振分析方法计算方位角结果的影响。结果表明:利用偏振分析方法求取方位角时，采用位移记录、计算时间窗取1s左右、滤波频带取0.1-1Hz时，震中方位角的计算结果最好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 数字滤波器在强震动数据处理中的应用现状

1．3 偏振分析的原理和研究现状

1．3．1 偏振分析法的原理

1．3．2 偏振分析的研究现状

1．4 各章节主要研究内容和组织安排

第二章 数字滤波器在强震动数据处理中的应用

2．1 数字滤波器的基本原理

2．1．1 数字滤波器的基本概念

2．1．2 数字滤波器的分类

2．1．3 数字滤波器的技术要求

2．1．4 数字滤波器的设计

2．2 数字滤波器处理强震动记录的滤波效果的影响因素分析

2．2．1 滤波器的设计方法对滤波效果的影响

2．2．2 数字滤波器的阶数对滤波效果的影响

2．2．3 数字滤波器的类型对滤波效果的影响

2．2．4 滤波器的截止频率对滤波效果的影响

2．3 数字滤波对信噪比的影响

2．3．1 信噪比的定义

2．3．2 实例分析

2．4 小结

第三章 偏振分析法在地震预警中降噪的应用

3．1 偏振分析法降噪的实现过程

3．2 极化滤波的人工地震波降噪算例

3．3 极化滤波的降噪实例

3．4 小结

第四章 偏振分析法求震中方位角的影响因素分析

4．1 记录参量和计算时间窗对偏振分析求取震中方位角的影响

4．2 滤波的频带对偏振分析求取震中方位角的影响

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望及存在的问题

附录1 方位角残差的修正过程

附录2 数字滤波前后信噪比(dB)对比表

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间参与的科研项目