基于芦山地震强震动记录的数据处理技术研究

发布时间：2017-06-30 12:04

  本文关键词：基于芦山地震强震动记录的数据处理技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：强震动记录处理是地震工程与工程地震相关研究的基础工作,可以为抗震设防、地震烈度速报和预警以及重要工程强震动观测等工作提供高质量的科学数据。然而,受环境干扰和仪器等因素影响,噪声不可避免地污染了强震动记录,因此滤波技术的研究在强震动记录处理中非常重要。本文研究了巴特沃斯(IIR)和窗函数(FIR)两种因果滤波技术,与巴特沃斯(IIR)非因果滤波进行了对比,并且在滤波的基础上对三种常用的积分方法进行了研究。另外,强震动记录作为非平稳信号,利用时频分析技术对其进行处理是近年来的热点,本文将2013年提出的极点对称模态分解(ESMD)时频分析方法引入强震动记录处理领域,与经验模态分解(EMD)方法进行了对比分析。本文针对上述问题展开研究,主要研究工作如下:1.介绍了国内外强震动记录的处理方法,明确了根据奈奎斯特采样定理、仪器和强震动记录信息来确定滤波通带的原则,基于芦山地震强震动记录,提出了频率搜索的方法来具体确定滤波的低频截止频率,分析了该方法的误差,并统计了芦山地震主余震204条强震动记录的低频截止频率。根据场地条件和震中距对记录进行分类,归纳出各种记录低频截止频率的特点,分析了谱烈度等相关地震动参数受通带范围的影响。2.基于芦山地震强震动记录,研究了巴特沃斯(IIR)因果滤波方法,给出了系统的设计流程和性能参数的确定方法,分析了利用阶数滤波与利用过渡带宽滤波的差异,统计了各种性能参数对滤波结果的影响,并与巴特沃斯(IIR)非因果滤波进行了比较。对比了三种常用的积分方法(梯形法则、FFT和Kinoshita's Lattice Filter)与巴特沃斯(IIR)因果滤波方法结合使用的结果。最后给出了合理的使用建议。3.在芦山地震强震动记录基础上,针对七种窗函数研究了窗函数(FIR)因果滤波方法,分析了窗长、最大波纹和旁瓣衰减等参数的确定方法以及对于滤波效果和地震动参数的影响,并与巴特沃斯(IIR)因果和非因果滤波进行了比较。同样对比了三种积分方法与七种窗函数(FIR)因果滤波结合使用的结果。最后给出了合理的使用建议。4.将一种新的时频分析技术极点对称模态分解(ESMD)方法应用到强震动数据处理领域,分析了它的原理,并且基于芦山地震强震动记录,将其与经验模态分解(EMD)方法进行对比,分析了各自的特点。并利用时频分析方法,实现了强震动记录的基线调整和去噪。
【关键词】：芦山地震强震动记录 巴特沃斯(IIR)滤波 窗函数(FIR)因果滤波 经验模态分解 极点对称模态分解
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 强震动记录滤波方法研究11-12
• 1.2.2 强震动记录时频分析中EMD和ESMD方法研究12-13
• 1.3 本文工作及内容安排13-16
• 第二章 巴特沃斯(IIR)滤波方法应用研究16-88
• 2.1 引言16-17
• 2.2 强震动记录的选取17-18
• 2.3 滤波的意义及原理18-22
• 2.4 巴特沃斯(IIR)因果滤波原理及设计流程22-74
• 2.4.1 滤波通带的确定23-57
• 2.4.2 滤波器阶数的确定57-71
• 2.4.3 滤波器阻带截止频率和衰减的确定71-74
• 2.5 与巴特沃斯(IIR)非因果滤波的对比74-83
• 2.6 滤波结果不同积分方法处理83-87
• 2.6.1 梯形法则积分原理83-84
• 2.6.2 FFT积分84-85
• 2.6.3 Kinoshita's Lattice Filter积分85
• 2.6.4 积分方法对比85-87
• 2.7 小结87-88
• 第三章 窗函数(FIR)因果滤波方法应用研究88-140
• 3.1 引言88
• 3.2 窗函数(FIR)因果滤波原理88-90
• 3.3 窗函数(FIR)因果滤波器设计流程90-121
• 3.3.1 基本窗与升余弦窗91-108
• 3.3.2 凯瑟窗108-114
• 3.3.3 切比雪夫窗114-121
• 3.4 与巴特沃斯(IIR)因果和非因果滤波对比121-133
• 3.5 滤波结果的积分处理133-139
• 3.6 小结139-140
• 第四章 EMD与ESMD时频分析方法应用研究140-158
• 4.1 引言140
• 4.2 EMD方法原理140-143
• 4.3 ESMD方法原理143-146
• 4.4 EMD和ESMD方法分解实例146-151
• 4.5 应用分析151-157
• 4.5.1 基线调整151-152
• 4.5.2 去噪152-157
• 4.6 小结157-158
• 第五章 总结与展望158-162
• 5.1 本文工作总结158-159
• 5.2 工作问题及展望159-162
• 附录一 芦山地震强震动记录分类统计信息162-174
• 附录二 低频截止频率对土层记录地震动参数影响(表)174-186
• 附录三 低频截止频率对基岩记录地震动参数影响(表)186-190
• 附录四 高频截止频率对土层记录地震动参数影响(表)190-202
• 附录五 高频截止频率对基岩记录地震动参数影响(表)202-206
• 附录六 阶数对土层记录地震动参数影响(表)206-218
• 附录七 阶数对基岩记录地震动参数影响(表)218-222
• 附录八 窗函数(FIR)因果滤波PGA差值统计表222-228
• 参考文献228-232
• 致谢232-234
• 作者简介234
• 攻读硕士期间发表的文章234
• 攻读硕士期间参与的科研项目234

  本文关键词：基于芦山地震强震动记录的数据处理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：501818