【技术实现步骤摘要】
一种冰层振源信号到时拾取方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种冰层振源信号到时拾取方法和装置,尤其涉及一种基于熵函数分析的到时拾取方法,属于极地声学
技术介绍
[0002]信号到时拾取是信号分析处理的基础,其精确程度直接影响了振源定位、介质波速测量的准确性。受冰层波导影响,冰层接收信号呈现明显的非平稳以及频散特性,信号峰值对应的频率、波速波动较大,信号相关法同样很难获取准确到时差。对于非平稳信号,到时拾取通常由具有丰富经验的人进行拾取,但其拾取速度和精度受人为因素影响较大,随着数据量增大,人工拾取已无法满足大量振动信号拾取的实时性要求。
[0003]目前国内外针对非平稳振动信号到时拾取的方法主要有长短时窗平均能量比法(STA/LTA)、赤池信息量准则(AIC)算法等。但对于冰层接收信号,其初始到达信号幅值较小,与噪声之间不存在幅值突变,因此基于能量变化的STA/LTA方法的拾取精度较差;而AIC方法需提前确定信号初始到达的时窗位置和时窗长度,否则到时拾取误差很大。专利申请《一种基于长短时窗和AR模型方差激增效应的P波到时拾取方法》提出使用STA/LTA方法初步确定信号到达时窗位置,通过截取信号片段结合AIC算法实现精确P波到时拾取。但受极地环境下的复杂噪声干扰影响,初始到达信号信噪比较低,导致STA/LTA方法很难通过选取阈值去有效确定信号初步到达时窗,同样降低了到时拾取的准确性。针对信噪比较低的信号,专利申请《一种微震震动波到时拾取方法》以及《一种岩体试件超声波初至拾取方法》中提出的先滤波后拾
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1、对冰面上的接收信号X进行分段,得到m段长度为n的分段信号s
i
,i=1,2,
…
,m;S2、计算每个分段信号s
i
的模糊熵值FuEn
i
;S3、初至时窗截取对每一分段信号s
i
的模糊熵值FuEn
i
做差求得模糊熵变化率v
i
,通过最大值搜寻得到模糊熵变化率v
i
的最大值v
j
,将最大值v
j
对应的分段信号以及前两段分段信号s
j
‑2,s
j
‑1,s
j
组合得到信号长度为3n的初至振源信号段sig=[s
j
‑2,s
j
‑1,s
j
];S4、AiC函数值计算设计AIC特征函数CF:CF(sig(p))=2sig(p)
‑
(sig(p+1)+sig(p
‑
1)),2<p<3n
‑
1计算AIC函数值Aic:Aic(q)=q*log{var(CF(sig([1,q])))}+(3n
‑
q
‑
1)*log{var(CF(sig([q+1,3n])))}其中q=2,3,4,
…
,3n
‑
2,var表示方差;S5、振源信号到时拾取记AIC函数值Aic最小值对应信号时刻为t,则t为振源信号的初至到达拾取时刻。2.根据权利要求1所述的冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于:S1中,对信号长度为N的接收信号做傅里叶变换,确定有效信号的中心频率f0,结合采样率fs,以10倍中心频率f0的周期长度对信号X进行分段,得到分段信号s
i
。3.根据权利要求2所述的冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于:长度n=10fs/f0。4.根据权利要求1所述的冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于:S2包括以下步骤:S2.1、相空间重组将每个分段信号s
i
以相空间维数M进行相空间重组得到k个时间序列向量其中k=1,2,3,
…
,n
‑
M+1;S2.2、计算最大绝对距离以及重组向量模糊隶属值根据下式计算所有两组时间序列向量和之间的最大绝对距离之间的最大绝对距离之间的最大绝对距离根据下式计算所有两组时间序列向量和之间的模糊隶属值之间的模糊隶属值r为相似度容限;S2.3、模糊度计算针对每个时间序列向量求其模糊隶属值的特定平均值
通过下式计算分段信号s
i
在相空间维数M下的模糊度在相空间维数M下的模糊度S2.4、计算模糊熵令相空间维数M=M+1,重复S2.1~S2.3得到分段信号s
i
在相空间维数M+1下的模糊度计算每一分段信号s
i
的模糊熵值:5.根据权利要求4所述的冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于:相空间维数M为根据经验的给定值。6.根据权利要求4所述的冰层振源信号到时拾取方法,其特征在于:r=0.1*σ,σ为分段信号...
【专利技术属性】
技术研发人员:张宇翔,高家辉,殷敬伟,刘晓颖,
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学,
类型:发明
国别省市:
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