一种水声台站监测信号到时区间估算方法技术

本发明专利技术涉及一种水声台站监测信号到时区间估算方法，根据水声台站监测信号的实际情况，筛选出11种声相作为重点研究对象。针对每个声相，采用了倾斜直线、五阶函数取指数及固定参数值等方法，对声相的慢度区间进行了定义，明确了慢度随震中距的变化关系及有效作用距离。实际使用过程中，通过给定震中距参数，即可筛选出该震中距条件下有效声相及其特定的慢度下限与上限值，通过将具有交叉部分的慢度区间取合集，从而减少了信号到时区间重复计算；再通过将慢度区间与震中距相乘获取信号走时，结合事件发生时间，即可确定水声台站监测信号的到时区间。本发明专利技术实现了有效声相自动筛选、信号到时区间准确估算，是水声信号识别与水声信号关联的基础。

A time interval estimation method for monitoring signal of underwater acoustic station

【技术实现步骤摘要】
一种水声台站监测信号到时区间估算方法
本专利技术属于水声监测
，具体涉及一种水声台站监测信号到时区间估算方法。
技术介绍
水声监测技术是监测水面和水下爆炸事件的有效技术手段，由于水声信号传输过程中信号能量损失低，公斤级的水下爆炸产生的水声信号亦能被数千公里外的水声台站记录到；同时水声台站对海洋和沿海地区的地震事件也有很强的监测能力。台网关联是利用多个台站记录的信号确定事件源项位置和发生时间的重要步骤，判断信号是否来源于某个事件的依据主要包括信号到时和方位角，对于水声信号而言，主要考虑信号到时是否与理论走时相匹配。水声台站记录的信号除水声信号外，还包括各类地震震相。如果能建立一种水声台站监测信号到时区间估算方法，在精确控制信号到时区间的同时，又能确保各类声相不被遗漏，则对于提高水声信号参与事件关联的准确性、信号关联率，降低漏关联率和误关联率，提高水声数据综合处理能力具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种水声台站监测信号到时区间估算方法，要解决的技术问题是：针对地震台网记录的地震事件，确定水声台站可能监测到的信号类型及信号的走时区间，从而为地震事件关联水声台站记录信号提供精准的走时依据，解决了不同类型水声信号与地震事件无法准确关联的问题。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、筛选并确定水声台站参与事件定位的声相类型，包括水声台网关联形成的事件、水声台站与地震台站联合关联的地震事件；选取参与事件关联次数比较多的几个声相进行分析；S2、对水声台站参与关联的历史事件及关联声相进行分析，按照上述多个声相，依次提取出每个声相对应的事件发生时刻TEi,j，关联声相到时TAi,j，台站至事件震中距Di,j，其中i表示第i个事件，j表示第j个声相，1≤j≤11；根据上述参数计算信号单位距离传输时间，即慢度TTi,j：TTi,j＝(TAi,j-TEi,j)/Di,jS3、对每个声相，在确保95％信号有效的情况下，确定各自慢度区间；S4、对于某个待关联水声台站的事件，其发生时间为Tevent，发生位置为[Latevent,Lonevent]，待关联水声台站的位置为[Latsta,Lonsta]，事件至台站的震中距为Dist；根据S3确定的各声相慢度区间，按照每种声相的有效震中距区间，确定震中距为有效声相，并且从根据有效声相对应的慢度区间函数，计算此时慢度的下限值S_minm与上限值S_maxm，其中1≤m＜声相个数；S5、对S4中获得的多组慢度区间[S_minm，S_maxm]进行合并，若两组或者多组慢度区间有重叠的，则取慢度区间的合集，最终获得一个或多个互不重叠的独立慢度区间[SS_mink,SS_maxk]，其中1≤k≤m；S6、利用慢度区间和震中距计算信号到时区间：有益效果：本专利技术采用不同声相信号走时区间分段多阶函数描述的方法，确立了参与水声事件关联的11种声相的信号慢度区间。而后根据事件的震中距和各声相的有效传输距离，确定水声台站可能记录到的信号声相和对应的慢度区间，对筛选计算出的慢度区间取合集；而后根据将确立的多个慢度区间阈值乘以震中距，结合事件发生时间即可确定信号传输走时和到达水声台站的到时区间，该方法对于实现水声信号关联具有重要价值。本专利技术进行了水声台站记录信号慢度区间计算，提出了确切的计算函数，能满足水声台站记录的常规声相信号走时及信号到时区间计算。该方法以实际观测数据以依据，确保了95％以上事件符合本方法所述慢度区间。本专利技术实现了国际监测系统水声台站监测信号到时区间的有效估算，对于分析海上地震事件或火山喷发事件产生的水声信号，确定信号到时与识别，进行水声台站记录不同声相与地震事件的准确关联具有重要的实际应用价值。附图说明图1T声相慢度分布及慢度区间函数曲线图2P声相慢度分布及慢度区间函数曲线图3Pn声相慢度分布及慢度区间函数曲线图4PKP声相慢度分布及慢度区间函数曲线图5Sn声相慢度分布及慢度区间函数曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术提出的一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、筛选并确定水声台站参与事件定位的声相类型，包括水声台网关联形成的事件、水声台站与地震台站联合关联的地震事件。经分析各类地震震相均有可能被水声台站记录到，选取参与事件关联次数比较多的H、T、P、Pn、Pg、PKP、PKPab、PKPbc、Sn、S、Lg等11个声相作为分析重点，其余零星记录的声相不作考虑；S2、对水声台站参与关联的历史事件及关联声相进行分析，按照上述11个声相，依次提取出每个声相对应的事件发生时刻TEi,j，关联声相到时TAi,j，台站至事件震中距Di,j，其中i表示第i个事件，j表示第j个声相，1≤j≤11；根据上述参数计算信号单位距离传输时间，即慢度TTi,j：TTi,j＝(TAi,j-TEi,j)/Di,j(1)S3、对每个声相，在确保95％信号有效的情况下，根据S2得到的慢度确定各自慢度区间：S3.1H相慢度区间主要分布在74.879秒/度附近(海面声速1485m/s)，但略微偏大，在震中距200°以内，设置H声相的慢度区间为[74.577.5]，单位为秒/度；S3.2T相慢度区间采用两段法进行设置，其中震中距x大于50°时慢度上下限函数为两条倾斜直线，小于50°时慢度上下限函数为由五阶拟合函数取指数获得，具体如下：①当震中距x大于50°时，慢度区间上限、下限分别为：②当震中距x小于50°时，慢度区间上限、下限分别为：y1＝-0.00000000156x5+0.00000033345x4-0.000026788x3+0.001007918x2-0.018503147x+2.0495375(3)y2＝-0.000000000613x5+0.00000015475x4-0.000014065x3+0.0005271197x2-0.0053286686x+1.785608(4)图1为T相信号不同震中距事件情况下慢度值TT，及由方程2、方程5所描述的函数曲线。S3.3水声台站记录远震事件的主要P声相，该声相的慢度区间采用三段法描述，当震中距x大于30°且小于103°时采用倾斜直线描述，当震中距x大于2.5°且小于30°时慢度上下限函数为由五阶拟合函数取指数获得，震中距x小于2.5°时采用固定慢度区间。①当震中距x大于30°且小于103°时，慢度区间上限、下限分别为：②当震中距x大于2.5°且小于30°时，慢度区间上限、下限分别为：y21＝-0.000000027x5+0.000003699x4-0.00018591x3...

【技术保护点】
1.一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、筛选并确定水声台站参与事件定位的声相类型，包括水声台网关联形成的事件、水声台站与地震台站联合关联的地震事件；选取参与事件关联次数比较多的几个声相进行分析；/nS2、对水声台站参与关联的历史事件及关联声相进行分析，按照上述多个声相，依次提取出每个声相对应的事件发生时刻TE

【技术特征摘要】
1.一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、筛选并确定水声台站参与事件定位的声相类型，包括水声台网关联形成的事件、水声台站与地震台站联合关联的地震事件；选取参与事件关联次数比较多的几个声相进行分析；
S2、对水声台站参与关联的历史事件及关联声相进行分析，按照上述多个声相，依次提取出每个声相对应的事件发生时刻TEi,j，关联声相到时TAi,j，台站至事件震中距Di,j，其中i表示第i个事件，j表示第j个声相，1≤j≤11；根据上述参数计算信号单位距离传输时间，即慢度TTi,j：
TTi,j＝(TAi,j-TEi,j)/Di,j
S3、对每个声相，在确保95％信号有效的情况下，确定各自慢度区间；
S4、对于某个待关联水声台站的事件，其发生时间为Tevent，发生位置为[Latevent,Lonevent]，待关联水声台站的位置为[Latsta,Lonsta]，事件至台站的震中距为Dist；根据S3确定的各声相慢度区间，按照每种声相的有效震中距区间，确定震中距为有效声相，并且从根据有效声相对应的慢度区间函数，计算此时慢度的下限值S_minm与上限值S_maxm，其中1≤m<声相个数；
S5、对S4中获得的多组慢度区间[S_minm，S_maxm]进行合并，若两组或者多组慢度区间有重叠的，则取慢度区间的合集，最终获得一个或多个互不重叠的独立慢度区间[SS_mink,SS_maxk]，其中1≤k≤m；
S6、利用慢度区间和震中距计算信号到时区间：





2.根据权利要求1所述的一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，S2中，选取H、T、P、Pn、Pg、PKP、PKPab、PKPbc、Sn、S、Lg声相进行分析。


3.根据权利要求2所述的一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，S3具体包括以下步骤：
S3.1设置H声相的慢度区间为[74.577.5]，单位为秒/度；
S3.2T相慢度区间采用两段法进行设置，其中震中距x大于50°时慢度上下限函数为两条倾斜直线，小于50°时慢度上下限函数为由五阶拟合函数取指数获得；
S3.3对于P声相，慢度区间采用三段法描述，当震中距x大于30°且小于103°时采用倾斜直线描述，当震中距x大于2.5°且小于30°时慢度上下限函数为由五阶拟合函数取指数获得，震中距x小于2.5°时采用固定慢度区间；
S3.4Pn相慢度区间采用两段法描述，当震中距x大于6°且小于17°时采用倾斜直线描述，当震中距x小于6°时慢度上下限函数为由五阶拟合函数取指数获得；
S3.5设置Pg震相的慢度区间为[1721]；
S3.6PKP声相在震中距115°-180°范围内，慢度区间采用倾斜直线描述；
S3.7PKPab声相在震中距150°-180°区间，设置PKPab震相的慢度区间为[7.38]；
S3.8PKPbc声相在震中距145°-155°范围内，慢度区间采用倾斜直线描述；
S3.9Sn声相慢度下限采用固定值，上限采用三段描述法，当震中距x小于1.5°时采用固定值，震中距x大于1.5°且小于8°时为由五阶拟合函数取指数获得，当震中距x大于8°且小于17°时采用固定值；
S3.10S声相慢度下限采用固定值，上限采用三段描述法，当震中距x小于1°时采用固定值，震中距x大于1°且小于6°时为由五阶拟合函数取指数获得，当震中距x大于6°且小于17°时采用固定值；
S3.11Lg声相在震中距4°以内，设置Lg震相的慢度区间为[2936]。


4.根据权利要求3所述的一种水声台站监测信号到时区间估算方法，其特征在于，S3.2中，T相慢度区间具体如下：
①当震中距x大于50°时，慢度区间上限、下限分别为：



②当震中距...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟，王燕，刘哲函，王晓明，刘俊民，
申请(专利权)人：禁核试北京国家数据中心，
类型：发明
国别省市：北京;11