基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取

钟明寿 周辉 刘影 龙源 郭涛

钟明寿, 周辉, 刘影, 龙源, 郭涛. 基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 931-938. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0931-08
引用本文: 钟明寿, 周辉, 刘影, 龙源, 郭涛. 基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 931-938. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0931-08
Zhong Mingshou, Zhou Hui, Liu Ying, Long Yuan, Guo Tao. Time-frequency analysis of explosion seismic signal based on improved matching pursuit[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 931-938. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0931-08
Citation: Zhong Mingshou, Zhou Hui, Liu Ying, Long Yuan, Guo Tao. Time-frequency analysis of explosion seismic signal based on improved matching pursuit[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 931-938. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0931-08

基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取

doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-0931-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51304218

国家自然科学基金项目 51508569

江苏省自然科学基金面上项目 BK20151449

详细信息
    作者简介:

    钟明寿(1983—),男,博士, 讲师; 通信作者:周辉, 495994500@qq.com

  • 中图分类号: O389

Time-frequency analysis of explosion seismic signal based on improved matching pursuit

  • 摘要: 通过化爆地震波信号的时频分析可以获取丰富的地下岩层信息,为进一步的化爆地震波特性研究提供支撑。本文中利用爆炸地震波信号的非平稳随机特性,提出一种改进的匹配追踪算法(matching pursuits),该方法能更有效地获取化爆地震波信号的时频信息。该算法首先对地震波信号进行Hibert变换,将其转换成复数信号,获得爆炸地震波信号瞬时频率相位参数,再进行子波分解,从而显著提高了匹配追踪算法的运算速率;用分解后的信号计算其魏格纳威利分布(Wigner Ville distribution),有效地消除了交叉干扰项的影响。将该方法用于实测地震波信号的时频分析,获得了分辨率较高的时频分布图,且运算速率大大提高。
  • 图  1  给定函数波形图

    Figure  1.  Waveforms of the given function

    图  2  两种方法差值比较图

    Figure  2.  Residuals comparison chart of two different methods

    图  3  调制信号时程曲线

    Figure  3.  Time travel curve of modulating signal

    图  4  调制信号时频图

    Figure  4.  Time-frequency of modulating signal

    图  5  合成信号图

    Figure  5.  Synthesized signal

    图  6  合成信号时频分布

    Figure  6.  Time-frequency of synthesized signal

    图  7  带Gabor原子的合成信号时频分布图

    Figure  7.  Time-frequency of synthesized signal with Gabor atoms

    图  8  地震波现场监测

    Figure  8.  Experimental field of seismic wave

    图  9  地震勘探实测信号

    Figure  9.  Actual seismic signal

    图  10  匹配追踪分解效果图

    Figure  10.  Decomposition results of matching pursuits

    图  11  爆炸地震波信号时频分布

    Figure  11.  Time-frequency distribution of seismic signals

    图  12  各起爆点化爆地震波WVD时频分布

    Figure  12.  Wigner-Ville distribution of seismic wave with different initiation point

  • [1] 钟明寿, 龙源, 谢全民, 等.装药不耦合系数对碳酸盐岩爆炸地震波能量的影响[J].爆炸与冲击, 2011, 31(6):612-618. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bzycj201106009

    Zhong Mingshou, Long Yuan, Xie Quanmin, et al.Effects of non-coupling charge coefficients on explosion seismic wave energy in carbonate rocks[J].Explosion and Shocks Waves, 2011, 31(6):612-618. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bzycj201106009
    [2] 钟明寿, 龙源, 李兴华, 等.基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析[J].振动与冲击, 2011, 30(7):116-119. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2011.07.022

    Zhong Mingshou, Long Yuan, Li Xinghua, et al.Time function for borehole explosive loading and specific energy based on different coupling mediums[J].Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(7):116-119. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2011.07.022
    [3] 钟明寿, 龙源, 李兴华, 等.碳酸盐岩中炮孔不耦合系数对地震激发效果影响的分析[J].石油地球物理勘探, 2011, 46(2):165-169. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sydqwlkt201102001

    Zhong Mingshou, Long Yuan, Li Xinghua, et al.Influence of borehole non-coupling coefficients on detonation effectiveness of seismic source in carbonate rock[J].Oil Geophysical Prospecting, 2011, 46(2):165-169. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sydqwlkt201102001
    [4] Mallat S, Zhang Z.Matching pursuit with time-frequency dictionaries[J].IEEE Transactiong on Signal Processing, 1993, 41(12):3397-3415. doi: 10.1109/78.258082
    [5] Wang Y H.Seismic time-frequency spectral decomposition by matching pursuit[J].Geophysics, 2007, 72(1):13-20. http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=GPYSA7000072000001000V13000001&idtype=cvips&gifs=Yes
    [6] 刘继承, 富爽.基于MP算法的快速地震信号谱分析[J].计算机技术与发展, 2010, 20(7):231-234. doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2010.07.059

    Liu Jicheng, Fu Shuang.Fast spectral analysis of seismic signal based on matching pursuits algorithm[J].Computer Technology and Development, 2010, 20(7):231-234. doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2010.07.059
    [7] 赵中华, 王文延.基于时频分析的去除魏格纳交叉干扰项的方法[J].北京交通大学学报, 2010, 34(6):81-85. doi: 10.3969/j.issn.1673-0291.2010.06.018

    Zhao Zhonghua, Wang Wenyan.Simulation of method to eliminate cross-term in Wigner distribution based on matching pursuits in time-frequency domain[J].Journal of Beijing Jiaotong University, 2010, 34(6):81-85. doi: 10.3969/j.issn.1673-0291.2010.06.018
    [8] 王纯伟, 杨胜利.基于地震信号的匹配追踪算法[J].科教前沿, 2010, 7(6):443;460. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kjxx201007032

    Wang Chunwei, Yang Shengli.Based on the matching pursuit algorithm of seismic signal[J].Science and Education, 2010, 7(6):443;460. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/kjxx201007032
    [9] 陈发宇, 杨长春.基于MP方法的地震信号快速分解算法[J].地球物理学进展, 2007, 22(6):1692-1697. doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2007.06.002

    Chen Fayu, Yang Chanchun.Seismic signal's decomposition based on matching pursuit method[J].Progress in Geophysics, 2007, 22(6):1692-1697. doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2007.06.002
    [10] 陈学华. 时频分布与地震信号谱分析研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2006.
    [11] 王培茂. 地震信号时频特征表示表示方法及应用[D]. 长春: 吉林大学, 2008.
  • 加载中
图(12)
计量
  • 文章访问数:  4489
  • HTML全文浏览量:  1319
  • PDF下载量:  307
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-15
  • 修回日期:  2016-07-27
  • 刊出日期:  2017-11-25

目录

    /

    返回文章
    返回