MATLAB的地震數(shù)據(jù)信號(hào)的分析_圖文

1、福建電腦2012年第2期基于MATLAB的地震數(shù)據(jù)的分析趙靜(中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院河南鄭州450044【摘要】:為了提高震相分析的準(zhǔn)確性,給出了一種基于MATLAB的FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,并將其用于地震波數(shù)據(jù)的分析研究中。仿真結(jié)果表明,該方法可以反映出地震波的真實(shí)信息,達(dá)到了預(yù)期目的?！娟P(guān)鍵詞】:MATALB;數(shù)字濾波器;地震波1、引言地震帶給人類(lèi)的損失是巨大的。地震觀測(cè)資料是否準(zhǔn)確、可靠,是地震學(xué)家進(jìn)行地震預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)1。但是地震波信號(hào)變化的不平穩(wěn)性、復(fù)雜性以及各種干擾,都會(huì)給地震波的分析和預(yù)測(cè)帶來(lái)嚴(yán)重影響,甚至導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。為了提高地震波分析的準(zhǔn)確性,可先畫(huà)出其頻譜圖,然后選擇合適

2、的濾波器濾除干擾信號(hào),最后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力,很容易實(shí)現(xiàn)Fourier變換和各種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì),在地震數(shù)據(jù)的分析處理中起著重要作用。本文給出了快速Fourier變換和FIR數(shù)字濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn)方法,并對(duì)一個(gè)存在干擾的地震波實(shí)例進(jìn)行仿真研究。2、快速Fourier變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)為了獲取信號(hào)序列的頻譜特性,可以采用離散Fourier變換(DFT。設(shè)f(n是一個(gè)長(zhǎng)度為M的有限長(zhǎng)序列,則f(n的M點(diǎn)離散傅里葉變換定義為:(1由于M較大時(shí),(1式的計(jì)算量很大,因此可以將f (n分解成許多子序列,然后利用子序列的離散Fourier 變換實(shí)現(xiàn)整個(gè)序

3、列的離散Fourier變換,這種方法就是快速Fourier變換(FFT。在MATLAB中對(duì)信號(hào)序列進(jìn)行快速傅立葉變換的函數(shù)為:F=fft(f,M(2其中,f為信號(hào)序列,F為f序列的快速Fourier變換,即f的頻譜特征。3、FIR數(shù)字濾波器的MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器可保留數(shù)字信號(hào)中有用頻段的數(shù)據(jù)、濾去無(wú)用頻段的數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同,可分為無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR濾波器和有限脈沖響應(yīng)(FIR濾波器兩種?？紤]到地震波數(shù)據(jù)的特點(diǎn),本文選用FIR數(shù)字濾波器,其傳遞函數(shù)為2(3其中,h(n是濾波器的單位脈沖響應(yīng)。若h(n是實(shí)序列,并且滿足h(n=h(N-n-1或h(n=-h(N-n-1,則不但可以

4、獲得逼近平直的幅頻特性,還可獲得嚴(yán)格的線性相位特性。利用MATLAB對(duì)FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)的步驟為:(1根據(jù)地震波的頻譜圖確定濾波器的技術(shù)指標(biāo);(2利用函數(shù)M,F0,A0,W=remezord(f,a,dev,Fs3估算等波紋逼近法的參數(shù):最低濾波器階數(shù)M、頻率向量F0、幅度向量A0和加權(quán)向量W。其中,f是歸一化頻率; a為濾波器在各個(gè)頻段上的幅值;dev為波紋振幅;Fs 為采樣頻率。(3利用函數(shù)h=remez(M,F0,A0,W完成FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì),并調(diào)用函數(shù)filter對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。4、仿真實(shí)例以遼寧省營(yíng)口臺(tái)的數(shù)字地震記錄資料為例進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的分析。原始地震數(shù)據(jù)頻譜圖如圖1

5、所示,可知:地震信號(hào)的優(yōu)勢(shì)頻率為0.25Hz,主要頻段為0 1Hz;干擾的優(yōu)勢(shì)頻率為12.5Hz,主要干擾頻段為10 15Hz。為了濾除干擾信號(hào),最大限度的保(下轉(zhuǎn)第3頁(yè)基金項(xiàng)目:河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2011C510002圖1原始地震圖2FIR帶阻濾波器的數(shù)據(jù)的頻譜圖頻率特性曲線122012年第2期福建電腦 (上接第12頁(yè)!留其中的有用信號(hào),設(shè)計(jì)FIR 帶阻濾波器,參數(shù)選定為:通帶上截止頻率Fp1=7,阻帶下截止頻率Fs1=7.1,阻帶上截止頻率Fs2=18.9,通帶下截止頻率Fp2=19,通帶波紋峰值dp=0.01,阻帶波紋峰值ds=0.01。則該濾波器的頻率特性曲線如圖2所示

6、。利用該濾波器對(duì)原始地震信號(hào)進(jìn)行濾波,濾波前后的時(shí)域和頻域波形圖分別如圖3、圖4所示?？芍?干擾信號(hào)被濾除了,地震波信號(hào)很好的顯示出來(lái)。5、結(jié)束語(yǔ)地震數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)會(huì)影響震相分析的準(zhǔn)確性。本文采用目前非常流行的MATLAB 軟件,利用快速Fourier 變換和最優(yōu)濾波器的設(shè)計(jì)方法,對(duì)采集到的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理,濾除干擾并最大限度地保留有用信號(hào)4,提高了震相分析的準(zhǔn)確度。該方法可用于結(jié)構(gòu)地震動(dòng)力分析、地震臺(tái)等領(lǐng)域,對(duì)地震的觀測(cè)、分析、預(yù)報(bào)和研究有著重要的意義。 參考文獻(xiàn):1宋建鎖.濾波在地震分析中的應(yīng)用J.防災(zāi)技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2006,8(1:75-792胡廣書(shū).數(shù)字信號(hào)處理M.北京

7、:清華大學(xué)出版社,20033唐向紅,岳恒立,鄭雪峰.MATLAB 及在電子信息類(lèi)課程中的應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,20064李敬,甘延鋒,黃友明.數(shù)字地震記錄中干擾波的排除J.防災(zāi)技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2004,6(3:20-25圖3濾波前后地震波圖4濾波前后地震波時(shí)域波形圖的比較頻域波形圖的比較4、結(jié)論本文針對(duì)不一致信息系統(tǒng),采用3中轉(zhuǎn)換算法:最大分布約簡(jiǎn),分布約簡(jiǎn)和分配約簡(jiǎn),將不一致決策信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一致決策信息系統(tǒng),然后對(duì)其進(jìn)行屬性約簡(jiǎn),有效的處理了現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)集中,由于采集能力有限等原因造成的不一致問(wèn)題。通過(guò)對(duì)約簡(jiǎn)結(jié)果的比較和分析,本文算法對(duì)輸入數(shù)據(jù)沒(méi)有限制,既可以處理不一致信息系統(tǒng),

8、對(duì)完備信息系統(tǒng)同樣適用,算法執(zhí)行效率及約簡(jiǎn)結(jié)果都優(yōu)于經(jīng)典粗糙集模型算法。因而,本算法具有更優(yōu)的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn):1Pawlak Z.Rough sets J.International Journal of Computer and Information Sciences,1982,1(11:341-356.2韓禎祥,張琦,文福拴.粗糙集理論及其應(yīng)用J.信息與控制.1998,27(1:37-44.3申錦標(biāo),呂躍進(jìn).粗糙集的近似約簡(jiǎn)及其算法J.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展.2009,19(12:17-20.4Pawlak Z.Some Issues on Rough Sets J.Trans on Ro

9、ugh Sets I,Berlin:Springer-Verlag,2004,3100:1-58.5Pawlak Z,Grzymala-Busse J,Slowinski R et al.Rough Sets J.Communication of the ACM.1995,38(1:89-95.6劉少輝,吳斌等.Rough 集高效算法研究J.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào).2003,26(5:524-529.7Han J C,Hu X H,Lin T Y.A New Computation Model for Rough Set Theory Based on Database Systems A.DaWaK 2

10、003,LNCS 2737C.2003,Berlin:Springer -Verlag Heidelberg,pp.381-390.8Greco S,Inuiguchi M,Slowinski R.Fuzzy rough sets and mul -tiple-premise gradual decision rules J.Int J of Approximate Rea -soning.2006,41(2:179-211.9曾黃磷.粗集理論及其應(yīng)用-關(guān)于數(shù)據(jù)推理的新方法M.重慶:重慶大學(xué)出版社,1996.10Pawlak.Z.Vagueness and Uncertainty-a Rough Set Perspec -tiveJ.Computational Intelligence.1995,11(2:227-232.11Kryszkiewicz M.Comparative Study of Alternative Types of Knowledge Reduction in Inc