基于TDOA-DOA多信息融合的地下浅层震源定位方法
发布时间：2021-10-28 10:06
地下浅层震源定位技术是实现矿山开采,工程爆破,水压裂变等微震监测领域的重要手段。由于地下浅层介质复杂、波形混叠严重,造成地下震源定位精度不高。针对震源位置高精度测量的需求,本文开展了基于信号到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）与波达方向（Direction of arrival,DOA）多信息融合的地下浅层震源定位方法研究。首先,充分利用爆炸近场P波良好的极化特性,将其偏振角度信息引入到走时定位模型中,构建TDOA-DOA混合定位模型;其次,为了减小初至波到时信息提取的误差,引入了高阶统计量,增强时变信号的突变特性,改进了长短时窗能量比法（STA/LTA）,然后采用F-K（频率-波数域）分析方法,提取震动场的速度信息和传播方向信息;再次,研究了基于标准粒子群（PSO）、吸引-扩散粒子群（ARPSO）和量子粒子群（QPSO）等震源定位模型的优化解算方法,以收敛速度与解算精度作为指标对上述算法的定位精度进行仿真分析。最后,在外场进行了试验验证并在传感器优化布设、定位误差等方面进行了进一步的探讨。试验测试结果表明,本文提出的基于TDOA-DOA多信息融...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验场地介质图像
中北大学学位论文8性区内，所有压力的传播速度都相同并等于声速。图2-2为介质中波剖面随距离的变化关系。图2-2介质中波剖面随着距离的变化Fig2-2Thewaveprofileinthemediumchangeswithdistance.震动弹性波仅能引起介质的震动，不会对介质产生破坏。同时震动波衰减很慢，传播的距离很远。其衰减规律由萨道夫斯基经验公式得出：=(2-1)式中为震动速度，Q为单发最大装药量，为测点与爆破位置的距离，为场地系数，α为衰减指数[45]。2.1.2地震波的类型根据地震波在介质内部的传播规律，可将其分为两类：体波和面波。体波包括纵波(P波)和横波(SH波，SV波)，它们在介质内独立传播。当体波传播至介质分界面时，通常会激发出沿着分界面传播的地震波，这类地震波我们称之为面波。而面波实际上是干涉波，其能量随深度的加深按指数规律衰减，具有频带宽、幅度大、能量强、传播远的特点，面波主要有瑞雷面波(R波)和勒夫面波(Q波)两类。纵波(P波）：P波在介质断裂处以相同速度向周围传播，交替拉张和挤压穿过的介质。其运动方向呈纵向，质点的运动方向与波的前进方向一致，使介质膨胀﹑压缩，所以又被称为压缩波﹑无旋波或疏密波。对于一定介质来说，纵波传播速度快，具有震
中北大学学位论文10图2-3阵列化多模传感器网络定位系统示意图Fig2-3Schematicdiagramofarrayedmulti-modesensornetworkpositioningsystem首先，将探测节点布设在试验区域中，每个探测节点连接多个震动传感器用于采集地下波场信息。在起爆之前不间断采集地下波场信息，起爆后，地下震动信号强度达到负延时模式下提前设置好的阈值，探测节点将保存其触发时的瞬态信息，并且保存出发之前一小段时间（一般设置为1s~0.5s之间）的数据。然后，探测节点会通过无线通信模块将预处理后的数据回传到主控中心。并且在WNS上可以让无线AP(AccessPoint)之间通过无线信号进行桥接中继，使AP信号放大和增加局域网覆盖范围，并且给主控站与探测节点群之间提供了无线组网的功能。主控中心通过网桥远程连接到测试现场无线AP，然后在测试现场通过无线中继放大AP信号，使得每一个测试节点通过无线WIFI接入局域网。无线AP是无线网络的入口，主要提供无线局域网覆盖，无线AP之间可以通过级联的方式扩展无线局域网的覆盖范围[46]。无线网桥负责点对点(PTP)远距离通信连接，在被测试区与控制中心各放置一套网桥，使得主控站和被测区域的各个测试节点组成局域网。如图2-4到2-7所示为震源定位系统的硬件实物图。
本文编号：3462663
【文章来源】：中北大学山西省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验场地介质图像
中北大学学位论文8性区内，所有压力的传播速度都相同并等于声速。图2-2为介质中波剖面随距离的变化关系。图2-2介质中波剖面随着距离的变化Fig2-2Thewaveprofileinthemediumchangeswithdistance.震动弹性波仅能引起介质的震动，不会对介质产生破坏。同时震动波衰减很慢，传播的距离很远。其衰减规律由萨道夫斯基经验公式得出：=(2-1)式中为震动速度，Q为单发最大装药量，为测点与爆破位置的距离，为场地系数，α为衰减指数[45]。2.1.2地震波的类型根据地震波在介质内部的传播规律，可将其分为两类：体波和面波。体波包括纵波(P波)和横波(SH波，SV波)，它们在介质内独立传播。当体波传播至介质分界面时，通常会激发出沿着分界面传播的地震波，这类地震波我们称之为面波。而面波实际上是干涉波，其能量随深度的加深按指数规律衰减，具有频带宽、幅度大、能量强、传播远的特点，面波主要有瑞雷面波(R波)和勒夫面波(Q波)两类。纵波(P波）：P波在介质断裂处以相同速度向周围传播，交替拉张和挤压穿过的介质。其运动方向呈纵向，质点的运动方向与波的前进方向一致，使介质膨胀﹑压缩，所以又被称为压缩波﹑无旋波或疏密波。对于一定介质来说，纵波传播速度快，具有震
中北大学学位论文10图2-3阵列化多模传感器网络定位系统示意图Fig2-3Schematicdiagramofarrayedmulti-modesensornetworkpositioningsystem首先，将探测节点布设在试验区域中，每个探测节点连接多个震动传感器用于采集地下波场信息。在起爆之前不间断采集地下波场信息，起爆后，地下震动信号强度达到负延时模式下提前设置好的阈值，探测节点将保存其触发时的瞬态信息，并且保存出发之前一小段时间（一般设置为1s~0.5s之间）的数据。然后，探测节点会通过无线通信模块将预处理后的数据回传到主控中心。并且在WNS上可以让无线AP(AccessPoint)之间通过无线信号进行桥接中继，使AP信号放大和增加局域网覆盖范围，并且给主控站与探测节点群之间提供了无线组网的功能。主控中心通过网桥远程连接到测试现场无线AP，然后在测试现场通过无线中继放大AP信号，使得每一个测试节点通过无线WIFI接入局域网。无线AP是无线网络的入口，主要提供无线局域网覆盖，无线AP之间可以通过级联的方式扩展无线局域网的覆盖范围[46]。无线网桥负责点对点(PTP)远距离通信连接，在被测试区与控制中心各放置一套网桥，使得主控站和被测区域的各个测试节点组成局域网。如图2-4到2-7所示为震源定位系统的硬件实物图。
本文编号：3462663
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