地电场观测中已知源干扰抑制研究

地电场观测中已知源干扰抑制研究

论文摘要

地电场观测对于探测地球内部电性、预测地震具有重要的现实意义。在电磁环境干扰日益严重的今天,我国地震电磁观测台站产出的地电场数据往往含有各种形式的干扰信号。排除这些干扰,成为地电场观测中必不可少的技术环节。本论文立足于软件滤波方法,基于地电场观测分钟采样数据以及通过试验采集的秒采样数据,研究了干扰形态规律比较清晰的电磁干扰信号的抑制和滤除方法,实现较强电磁干扰背景下的地电场信息的(准)实时识别和提取。本论文首先介绍了地电场信号的观测原理、地电阻率仪器供电干扰和地铁漏电干扰的产生机理和干扰特点等,对地电场信号及各种干扰信号的时域与频谱特征做了详细的分析。研究表明地电场信号与被研究的各种干扰信号在频率域上多有混叠,用常规的滤波方法不能滤除这些干扰。分析讨论了二进小波变换、多分辨分析、Mallat算法和小波域阈值滤波原理等。将小波域阈值滤波方法应用到地电阻率仪器供电干扰和地铁漏电干扰的抑制处理中,根据地电场信号与几种干扰信号的频谱特征确定了小波分解的层数和小波基。通过数值模拟实验,针对不同的干扰信号确定了不同的阈值选取规则,成功的抑制了地电场信号中的干扰成份。研究了基于LMS算法的自适应滤波方法和基于正交小波变换的小波域LMS自适应滤波方法。将其应用到地电阻率仪器供电干扰的抑制中,进行了数值模拟实验。由于常规的LMS算法具有结构简单,计算量小等优点,可以应用于滤除地电阻率供电干扰,通过大量实验确定了自适应滤波器的最佳参数。滤波结果表明,地电阻率仪器供电干扰信号得到了有效的滤除。而小波域LMS自适应算法得到的滤波输出信号与真实信号之间的的误差,明显小于利用常规自适应LMS算法所得的误差,收敛速度也有一定程度的加快。论文最后对小波域阈值滤波、自适应滤波等方法在实测地电场干扰处理中的应用进行了研究,主要包括高邮台地电阻率仪器供电干扰、静海台地铁漏电干扰、密山台类脉冲干扰等,实现了对实测受干扰地电场信号的降噪处理,达到了预期目标。并对其主要应用前景和当前存在的问题进行了分析讨论。本论文所讨论的分析和处理方法可以引申到地电场观测中的其他非工频干扰信号的分析和处理研究中,同时有望在地电场观测信息的提取和常规分析处理中获得应用。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 地电场观测的历史与现状
  • 1.2 地电场观测中干扰抑制问题的研究进展
  • 1.3 本论文的研究内容
  • 第二章 地电场信号及已知源干扰简介
  • 2.1 地电场观测原理与观测信号分析
  • 2.1.1 地电场观测原理与方法
  • 2.1.2 地电场观测系统
  • 2.1.3 地电场观测信号分析
  • 2.2 地电阻率仪器供电干扰
  • 2.2.1 地电阻率观测原理
  • 2.2.2 地电阻率仪器供电干扰信号分析
  • 2.3 地铁漏电干扰
  • 2.3.1 地铁漏电干扰机理
  • 2.3.2 铁漏电干扰试验信号分析
  • 2.3.3 静海地震台地铁漏电干扰信号分析
  • 第三章 小波分析
  • 3.1 傅立叶变换及其局限性
  • 3.2 小波变换
  • 3.2.1 连续小波变换
  • 3.2.2 二进小波变换
  • 3.3 多分辨分析
  • 3.4 MALLAT 算法
  • 3.5 小波滤波的原理
  • 3.5.1 基本降噪模型
  • 3.5.2 小波基的选择和分解层数的确定
  • 3.5.3 阈值的选取
  • 3.5.4 阈值函数的选取
  • 3.5.5 主要降噪方式
  • 3.6 小波滤波在抑制供电干扰中的数值模拟
  • 3.6.1 模拟信号的产生
  • 3.6.2 模拟信号的小波分解
  • 3.6.3 模拟的含有干扰的地电场信号小波滤波
  • 3.7 小波滤波在抑制地铁漏电干扰中的数值模拟
  • 第四章 小波域自适应滤波
  • 4.1 自适应滤波
  • 4.1.1 维纳滤波
  • 4.1.2 自适应FIR 维纳滤波器
  • 4.1.3 LMS 算法
  • 4.1.4 改进的LMS 算法:变步长与变换域LMS 算法
  • 4.1.5 自适应滤波器在抑制供电干扰中的应用
  • 4.2 基于正交小波变换的自适应滤波算法研究
  • 4.2.1 小波域LMS 自适应算法的优势
  • 4.2.2 小波域LMS 自适应算法原理
  • 4.2.3 小波域自适应滤波的数值模拟
  • 第五章 实际地电场观测中的干扰抑制
  • 5.1 高邮台地电阻率人工供电干扰的抑制
  • 5.1.1 高邮台供电干扰信号分析
  • 5.1.2 自适应滤波算法处理结果
  • 5.1.3 小波滤波的处理结果
  • 5.2 静海台地铁漏电干扰的抑制
  • 5.3 密山台含有类似脉冲干扰的抑制
  • 第六章 结论
  • 6.1 总结
  • 6.3 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  • 硕士期间发表的论文
  • 硕士期间参加的科研项目与工作
  • 相关论文文献

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