地震信号采集及其降噪方法研究

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地震信号的采集是研究人员对地震信息监测预报、地层反演等研究中至关重要的一步。地震信号采集系统的性能直接影响采集信号的质量,高精度、大动态是地震数据采集系统的研究方向。由于地震监测台站地理环境等因素的影响,地震采集信号中包含了大量噪声,影响地震工作者对地震信号的识别,甚至发生误判误报,地震信号降噪处理十分关键。本文针对以上两个方面,主要开展了以下研究工作:
  (1)设计了24位高精度、大动态地震信号采集系统,包括信号调理单元、A/D转换单元、数字滤波单元、微处理器单元、SD卡数据存储单元、GPS授时单元及上位机通讯硬件模块。完成数据的采集、SD卡存储、上位机通讯以及GPS授时驱动程序设计。地震信号采集系统测试实验结果:系统自噪声有效值为0.0015mV,动态范围为124.5dB。
  (2)针对传统小波模极大值法存在的阈值单一、容易漏除小尺度上噪声的问题,提出了一种基于自适应阈值的小波模极大值(ATWMM)降噪算法。设置随小波分解尺度变化自动调节阈值的函数,降低小尺度噪声。经单道Ricker子波降噪实验分析,与传统小波模极大值降噪算法相比,ATWMM算法处理后信噪比平均提升至18.8587dB,提高了11.23%;均方根误差平均降至0.2968,降低了20.11%;30道Ricker子波合成地震剖面降噪实验分析,在-10dB、-5dB、-3dB、3dB、5dB不同噪声水平下,与传统算法相比,ATWMM算法处理后信噪比能够提升8%以上,均方根误差能够降低10%以上;2017年九寨沟51JZW台站监测三分向余震信号降噪实验分析,与传统算法相比,ATWMM算法处理后NS、EW、UD三分向信号信噪比分别提升至31.9519dB、31.9083dB、30.1855dB,平均提高了19%。实验结果表明,设置随小波分解尺度变化自动调节阈值的函数之后,ATWMM算法较传统模极大值算法降噪效果更佳。
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