编码源地电观测对干扰信号的抑制试验——以通渭台观测为例
发布时间：2021-09-18 07:42
随着城镇化进程加快使中国的部分地面电阻率观测台站遭受到严重的电磁干扰,导致地电阻率测量产生了较大的误差,淹没了地震引起的地电阻率变化。本文选取通渭地震台,通过运用编码源地电阻率观测技术和循环互相关计算方法,改变发射序列信号周期（观测时间长度）和测量叠加次数使激发极化效应更加充分,有效地抑制环境随机噪声,在高铁、基建等干扰运行或活动时段获得离散度较小的地电阻率数据。这种新的地电阻率观测体系,对现有地面地电阻率台站持续发展提供了技术保障,能为地震预报与科学研究提供可靠的数据。
【文章来源】：地震工程学报. 2020,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
通渭台地电阻率布极图和测区环境影响示意图
地电阻率测量在某种意义上也是一个系统辨识过程,编码源系统辨识法是一种可以有效去除随机噪声和干扰的系统辨识方法,该技术在何继善院士[17]提出2N系列伪随机电磁法理论基础上改进,核心思想是基于PRBS编码源电磁法通过同步采集输入电流信号、及大地电磁响应输出信号,由冲激响应和频率响应计算视电阻率等参数。通过AB供电电极发送逆重复M序列伪随机编码源信号电流,激励地电系统,同步采集输入电流信号和系统测量电极MN的电压信号,并记录为时间序列[5-6]。加入与发送电流编码相同、且序列长度相同的参考信号(按照输入激励信号的时间序列周期和采样率触发软件程序生成无干扰信号),采用循环互相关法或高阶循环统计量法计算输出电压信号与参考信号,以及激励电流信号与参考信号的互相关时间序列,经FFT变换到频率域,通过谱线峰值拾取,频率对齐后计算就获得地电系统的频率响应(地电阻抗谱),代入装置系数K最终计算得到视电阻率谱(幅度和相位)。由于系统叠加的随机噪声和干扰与输入信号不相关,互相关运算后被消减,因此利用互相关运算,在辨识得到系统频率响应的同时压制了随机噪声及干扰。2.1 基本原理
2018年3月25日开始到6月进行了定点连续观测数据试验,在观测期间记录到高铁经过通渭地电测区时在时间序列波形,本文绘制2018年4月6日8:40通渭地震台编码源地电仪记录到高铁经过时的曲线(图3),红色的波形是仪器发射编码源电流信号,蓝色的波形是电压的时间序列曲线(振荡部分高铁经过时的记录)。对2018年3个月试验观测,将两次发射不同周期的电流信号与对应观测数据做循环相关互运算后,频率域计算得到地电阻率谱,通过抽频得到各频率点对应的地电阻率值。首先看第1时段观测结果,2018年4月4—6日观测数据计算得到不同频率(0.2 Hz、0.5 Hz、0.78 Hz、1.0 Hz)视电阻率绘制的曲线分析(图4),这3天发射电流信号的周期T=14 s,3天内不同频率视电阻率整点值变化幅度基本上30～32.5 Ω·m范围波动(6日13时的资料变化超出范围),变化幅度2.5 Ω·m,其中00～08 h,23～24 h测值的离散度较小,因为这个时段没有高铁和动车等通行干扰较小[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]井下地电阻率观测中布极参数的确定方法[J]. 毛先进,段炜,庄儒新,杨玲英,赵晋民. 地震研究. 2019(01)
[2]编码源地电阻率观测试验[J]. 高曙德,罗维斌,苏永刚,梁子斌,李旭升,韩英,孙海洋. 地震学报. 2017(04)
[3]井下地电阻率观测的探测深度初步研究[J]. 毛先进,杨玲英,赵晋民,段炜,庄儒新. 地震学报. 2017(02)
[4]伪随机信号电法仪器的“第二方案”算法[J]. 罗延钟,陆占国,孙国良,黄伟才,高隆钦. 地球物理学进展. 2016(06)
[5]地表固定干扰源影响下地电阻率观测随时间变化特征分析[J]. 解滔,卢军. 地震地质. 2016(04)
[6]深井地电观测技术在地震监测中的应用探讨[J]. 高曙德. 地球物理学进展. 2016(05)
[7]新型地电阻率交流观测系统研究及江宁台观测试验[J]. 张宇,张兴国,王兰炜,马小溪,赵庆福,袁慎杰,王子影. 地震学报. 2016(05)
[8]一种物探仪器系统特性高精度标定方法[J]. 罗维斌,李梅,韩海涛,高曙德. 物探与化探. 2016(04)
[9]伪随机编码源电磁响应的精细辨识[J]. 武欣,薛国强,底青云,张一鸣,方广有. 地球物理学报. 2015(08)
[10]新一代电法勘查仪器——伪随机信号电法仪[J]. 罗延钟,陆占国,孙国良,黄伟才,高隆钦. 地球物理学进展. 2015(01)
本文编号：3399753
【文章来源】：地震工程学报. 2020,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
通渭台地电阻率布极图和测区环境影响示意图
地电阻率测量在某种意义上也是一个系统辨识过程,编码源系统辨识法是一种可以有效去除随机噪声和干扰的系统辨识方法,该技术在何继善院士[17]提出2N系列伪随机电磁法理论基础上改进,核心思想是基于PRBS编码源电磁法通过同步采集输入电流信号、及大地电磁响应输出信号,由冲激响应和频率响应计算视电阻率等参数。通过AB供电电极发送逆重复M序列伪随机编码源信号电流,激励地电系统,同步采集输入电流信号和系统测量电极MN的电压信号,并记录为时间序列[5-6]。加入与发送电流编码相同、且序列长度相同的参考信号(按照输入激励信号的时间序列周期和采样率触发软件程序生成无干扰信号),采用循环互相关法或高阶循环统计量法计算输出电压信号与参考信号,以及激励电流信号与参考信号的互相关时间序列,经FFT变换到频率域,通过谱线峰值拾取,频率对齐后计算就获得地电系统的频率响应(地电阻抗谱),代入装置系数K最终计算得到视电阻率谱(幅度和相位)。由于系统叠加的随机噪声和干扰与输入信号不相关,互相关运算后被消减,因此利用互相关运算,在辨识得到系统频率响应的同时压制了随机噪声及干扰。2.1 基本原理
2018年3月25日开始到6月进行了定点连续观测数据试验,在观测期间记录到高铁经过通渭地电测区时在时间序列波形,本文绘制2018年4月6日8:40通渭地震台编码源地电仪记录到高铁经过时的曲线(图3),红色的波形是仪器发射编码源电流信号,蓝色的波形是电压的时间序列曲线(振荡部分高铁经过时的记录)。对2018年3个月试验观测,将两次发射不同周期的电流信号与对应观测数据做循环相关互运算后,频率域计算得到地电阻率谱,通过抽频得到各频率点对应的地电阻率值。首先看第1时段观测结果,2018年4月4—6日观测数据计算得到不同频率(0.2 Hz、0.5 Hz、0.78 Hz、1.0 Hz)视电阻率绘制的曲线分析(图4),这3天发射电流信号的周期T=14 s,3天内不同频率视电阻率整点值变化幅度基本上30～32.5 Ω·m范围波动(6日13时的资料变化超出范围),变化幅度2.5 Ω·m,其中00～08 h,23～24 h测值的离散度较小,因为这个时段没有高铁和动车等通行干扰较小[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]井下地电阻率观测中布极参数的确定方法[J]. 毛先进,段炜,庄儒新,杨玲英,赵晋民. 地震研究. 2019(01)
[2]编码源地电阻率观测试验[J]. 高曙德,罗维斌,苏永刚,梁子斌,李旭升,韩英,孙海洋. 地震学报. 2017(04)
[3]井下地电阻率观测的探测深度初步研究[J]. 毛先进,杨玲英,赵晋民,段炜,庄儒新. 地震学报. 2017(02)
[4]伪随机信号电法仪器的“第二方案”算法[J]. 罗延钟,陆占国,孙国良,黄伟才,高隆钦. 地球物理学进展. 2016(06)
[5]地表固定干扰源影响下地电阻率观测随时间变化特征分析[J]. 解滔,卢军. 地震地质. 2016(04)
[6]深井地电观测技术在地震监测中的应用探讨[J]. 高曙德. 地球物理学进展. 2016(05)
[7]新型地电阻率交流观测系统研究及江宁台观测试验[J]. 张宇,张兴国,王兰炜,马小溪,赵庆福,袁慎杰,王子影. 地震学报. 2016(05)
[8]一种物探仪器系统特性高精度标定方法[J]. 罗维斌,李梅,韩海涛,高曙德. 物探与化探. 2016(04)
[9]伪随机编码源电磁响应的精细辨识[J]. 武欣,薛国强,底青云,张一鸣,方广有. 地球物理学报. 2015(08)
[10]新一代电法勘查仪器——伪随机信号电法仪[J]. 罗延钟,陆占国,孙国良,黄伟才,高隆钦. 地球物理学进展. 2015(01)
本文编号：3399753
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