Методы уменьшения помех сейсмического гиронаклономера

Гравиров, Валентин Валентинович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методы уменьшения помех сейсмического гиронаклономера
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Методы уменьшения помех сейсмического гиронаклономера"

□03465164

На правах рукописи

ГРАВИРОВ Валентин Валентинович

МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПОМЕХ СЕЙСМИЧЕСКОГО ГИРОНАКЛОНОМЕРА

Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2009

003465164

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (МНТП РАН).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

КУШНИР Александр Федорович

кандидат физико-математических наук КОЛЕСНИКОВ Юрий Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

зав. Лабораторией прикладной геофизики и вулканологии Учреждения Российской академии наук Объединенного института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН СОБИСЕВИЧ Алексей Леонидович,

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Земли Физического факультета МГУ МАРЧЕНКОВ Алексей Юрьевич

Ведущая организация: ФГУП Научно-исследовательский институт

импульсной техники

Защита диссертации состоится « 28 » апреля 2009 г. в 11 час. 00 мин. в зале заседаний МНТП РАН на заседании диссертационного совета Д 002.118.01 при Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН по адресу: 117997, Москва, Профсоюзная ул., д. 84/32. Телефон: +7 (495) 333-4513.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТП РАН.

Автореферат разослан « /с?» марта 2009 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь Диссертационного совета д.ф-м.н.

д'

П.Н.Шебалин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Для решения широкого круга актуальных научных и прикладных задач в сейсмологии зачастую необходима информация об истинном или полном движении грунта при сейсмических явлениях, которая включает в себя знание не только величин перемещений поверхности Земли по трем осям в точке регистрации, но также значения наклонов или поворотов поверхности.

Для полного описания перемещения любого физического тела конечных размеров в пространстве необходимо измерять шесть ординат его движения -X, У, 2 перемещения по трем взаимно перпендикулярным осям и вх, в у, вг -соответствующие углы вращений в декартовой (картезианской) системе координат. Между тем, вплоть до настоящего времени, в сейсмометрии при использовании сейсмометров, представляющих собой различного типа физические маятники, не представляется возможным надежно разделять на сейсмических записях поступательные и вращательные движения грунта. Решение данной задачи требует использования особого типа сейсмических приборов - наклономеров.

Главным препятствием на пути создания эффективных длиннопериодных сейсмических приборов, включая наклономеры, являются различного рода помехи, зачастую не сейсмического происхождения, воздействие которых на прибор возрастает по мере продления его частотной характеристики в сторону длинных периодов. Следовательно, для создания сейсмических приборов обладающих высоким разрешением необходима разработка эффективных аппаратных и программных способов и методов помехозащиты этих инструментов. Однако следует подчеркнуть, что такая помехозащита представляет собой достаточно сложную техническую и алгоритмическую задачи, для решения которых в целом непригодны ранее разработанные методы защиты короткопериодных сейсмических датчиков.

Целью работы является разработка методов борьбы с наведенными и собственными шумами сейсмических наклономеров, значительно

ухудшающими качество выходных записей (отношение сигнал/шум). В работе проведен комплексный анализ проблемы, рассмотрены аппаратные и программные методы уменьшения уровня помех.

Методика исследований.

Основными методами исследований являлись натурные и численные эксперименты. Для практической проверки, отработки и реализации разработанных методов и решений был использован опытный сейсмический гиронаклономер, использующий в качестве активного чувствительного элемента - прецизионный малогабаритный высокооборотный гироскоп отечественного производства. Принцип действия сейсмического гиронаклономера основан на законе сохранения момента количества движения. Гиронаклономер позволяет, в отличие от маятниковых датчиков, надежно регистрировать вращательные движения почвы, в том числе ее наклоны. Натурные эксперименты, с использованием гиронаклономера типа КБТ-1, проводились на опытной сейсмической станции (дер. Свитино, Московская область). Численные эксперименты проводились с применением программного комплекса \1atlab производства фирмы МаШ\Уогк5. Набор основных компонентов, входящий в комплект поставки комплекса, является многосторонним и крайне удобным средством для быстрой разработки программ, программирования интерфейсов и, соответственно, получения результатов. С помощью разработанного программного обеспечения были изучены характеристики передаточной функции гиронаклономера, произведена предварительная и основная обработка собранных сейсмических данных, проведено моделирование функционирования подстраивающегося оптимального фильтра, разработанного в рамках данной работы.

Задачи исследования.

Надежность сейсмических моделей, прежде всего, зависит от качества и достоверности регистрируемых данных. На практике качество сейсмических данных бывает весьма разнообразно. Сейсмическую запись можно представить в общем виде, как V = Н(Х+@), где Х- перемещение почвы, Н - передаточная

функция датчика, О -шум. Как нетрудно заметить, все три составляющие правой части уравнения влияют на качество записи. Перемещение почвы X включает в себя «чистый», сейсмический сигнал. В понятие шум О включаются помехи, генерируемые изменениями физических полей (атмосферное давление, температура, и т.п.), антропогенным воздействием, резонансными явлениями, включая помехи, генерируемые изменениями физических полей при их воздействии непосредственно на элементы датчиков и каналы связи, собственный шум («дрожание системы»), электромагнитные помехи, электрические наводки, шум оцифровки данных и так далее. Передаточную функцию прибора Н тоже нельзя считать постоянной, так как она может изменяться из-за временного варьирования значений параметров и компонентов прибора. Задачи уменьшения влияния вышеперечисленных шумов на качество сейсмических записей имеют первостепенное значение для получения достоверных сейсмических загшсей. Решению этих задач посвящена настоящая диссертационная работа.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

— Разработка методики анализа устойчивости (повторяемости) передаточной функции сейсмического гиронаклономера.

— Уменьшение уровня температурных помех за счет активного термостатирования гиронаклономера.

— Улучшение соотношения сигнал/шум записанных выходных сейсмических сигналов за счет использования алгоритмов оптимальной фильтрации.

Научная новизна:

1. Разработана методика автоматизированного анализа устойчивости передаточной функции сейсмического гиронаклономера.

2. Впервые для гиронаклономера разработан активный термостат с компенсатором температурных наклонов, возникающих за счет деформации наружных опор корпуса прибора и постамента.

3. Впервые разработан метод подстраивающегося оптимального фильтра, позволяющий существенно уменьшать уровень наведенных барических или температурных помех, присутствующих в записях сейсмического гиронаклономера. Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость данного исследования заключается в разработке методов и алгоритмов помехозащиты сейсмических приборов, и в частности наклономеров, от воздействия на них температурных, атмосферных барических и прочих возмущений. Эти исследования имеют высокую научную значимость и позволяют улучшить общее соотношение сигнал/шум на записях не только наклономеров, но и других сейсмических приборов.

Практическая значимость исследований заключается в применении разработанных методов и алгоритмов, как в строительной геологии, так и для анализа и улучшения характеристик сейсмических приборов, а также последующей обработки результатов экспериментальных наблюдений. Апробация работы.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах МНТП РАН и ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН; были представлены на международных конференциях, в том числе на Генеральной Ассамблее Международного Геофизического Союза (ШОв), проходившей в г. Саппоро, Япония в 2003 году; на 2-м Международном симпозиуме «Активный геофизический мониторинг литосферы Земли», проходившем в 2005 году в Новосибирске; на международной конференции «Проблемы геокосмоса-2008», проходившей в Государственном Санкт-Петербургском университете в 2008 г.

Результаты работы также были использованы в ходе выполнения проектов Международного научно-технического центра (МНТЦ) №415 и 1539. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и 2-х приложений. Общий объем диссертации составляет 120

страниц машинописного текста, содержит 38 рисунок, 3 таблицы и список литературы из 64 наименований.

Выполнение работы. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором во время работы в должности научного сотрудника Международного института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН в период с 2000 по 2008 год.

Автор глубоко признателен своим научным руководителям к.ф-м.н.

и д.ф-м.н. А.Ф.Кушниру за постоянное внимание, помощь при выполнении работы и плодотворные обсуждения по теме исследований. Автор также благодарен всем сотрудникам МИТГТ РАН и ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН за дружеское внимание, поддержку и полезные обсуждения во время работы над диссертацией.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность данной работы. Указаны основные проблемы. Поставлены цели и задачи работы. Отмечены научная новизна и основные практические результаты. Описываются структура и состав работы, публикации результатов. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Введение завершается изложением структуры и краткого содержания диссертационной работы.

Глава 1. Анализ гпронаклономера

В первой главе рассматриваются вопросы, связанные с анализом характеристик использованного в работе опытного образца прецизионного гиронаклономера типа К8Т-1.

Основополагающей величиной характеризующей чувствительность сейсмического прибора является его разрешающая способность, которую можно определить, как наименьшую амплитуду колебаний или наклонов почвы, которая вызывает в свою очередь соответствующий выходной электрический сигнал сейсмического прибора, превышающий по уровню его собственный шум в случае отсутствия сигнала. По-другому эту величину

Ю.А.Колесникову

можно охарактеризовать коэффициентом шумозащищенности, то есть отношением сигнал/шум, выраженным, например, в децибелах. Этот коэффициент определяет точность измерения минимальной амплитуды на фоне шумов. Из предыдущего опыта интерпретации сейсмических наблюдений он принят равным 6 дБ, то есть отношение сигнал/шум равным два к одному.

Шумы сейсмических приборов могут вызываться различными причинами. Во-первых можно выделить инструментальные шумы, генерируемые электронными цепями сейсмических приборов. Вторую группу составляют шумы, обусловленные прямым воздействием на чувствительный датчик прибора процессов, протекающих в окружающей среде, в месте установки прибора. К таким шумам можно отнести колебания атмосферного давления, температуры, магнитных и электрических полей, влажности и тому подобное. И, наконец, последнюю группу составляют шумы от каких-либо других внешних источников не сейсмического происхождения передающихся на сенсор прибора через почву (постамент прибора). К таким шумам также можно отнести изменения параметров окружающей среды (температура, влажность, давление и т.п.) и также индустриальные или антропогенные шумы, вызванные деятельностью человечества. Кроме выше названных, дополнительные шумы могут возникать непосредственно при цифровой записи сейсмических сигналов. Однако, как правило, регистрирующие устройства бывают согласованы по уровням шумов с сейсмическими приборами. При этом мы не будем брать во внимание шум дискретизации, возникающий при переводе аналогового выходного сигнала сейсмического прибора в цифровую форму, так как этот вопрос касается исключительно вопросов связанных с техникой аналогово-цифровых преобразователей и может быть темой отдельного исследования.

Следует отметить, что далеко не всегда представляется возможным выделить в исходной сейсмической записи непосредственно шумовые компоненты, связанные с одним из вышеперечисленных типов шумов, поскольку сейсмический прибор зачастую испытывает их суммарное

воздействие. Также, следует иметь в виду, что механизм передачи помех на прибор различен и соответственно для их подавления или уменьшения должны применяться различные методы и алгоритмы.

В настоящей работе рассмотрены разнообразные методы уменьшения уровня помех, присутствующих на записях наклономеров, показана принципиальная возможность эффективной борьбы с температурными и барическими помехами как аппаратурными, гак и вычислительными математическими методами. Для экспериментальной проверки разработанных методов была использована опытная модификация широкополосного сейсмометра, где в качестве активного сенсора прибора вместо физического маятника используется прецизионный высокооборотный гироскоп. Такой прибор принципиально позволяет осуществить на практике разделение наклонов точки установки от ее смещений в широком частотном диапазоне. Тестовый гиронаклономер является сейсмическим прибором, в котором гироскоп используется не только как чувствительный элемент угловой скорости вращения маятника, но и как элемент отрицательной обратной связи по второй производной угла поворота маятника для увеличения собственного периода прибора.

Конструкция гиронаклономера включает в себя, подвешенный на упругих крестообразных шарнирах, гиромотор-гироскоп с закрепленными на нем двумя плоскими пластинами. На этих пластинах, прочно связанных с гиромотором, которые являются одновременно роторными пластинами емкостного преобразователя, крепятся катушки электродинамического преобразователя. Упругие пластины подвеса ограничивают вращение рамки гироскопа и стремятся удержать ось гироскопа вблизи плоскости качаний маятника. Сборка механических узлов наклономера вместе с платами электронной схемы, установленными на несущей плите, заключена в металлический колпак с наружным пенопластовым термоизолятором. На внутренней стороне металлического колпака установлен нагреватель термостата.

1. Датчик наклонов (подвеска гироскопа).

2. Емкостной преобразователь.

3. Усилитель напряжения, К¡.

4. Дифференциатор, Кг.

5. Дифференциатор, Кз.

6. Антиаллязинговый фильтр, К+

Обобщенная блок-схема, использованного в работе опытного сейсмического гиронаклономера, показана на рисунке 1. Наклон постамента с установленным на нем гиронаклономером, вызывает соответствующий поворот гиромотора, пропорциональный скорости угла поворота почвы с коэффициентом пропорциональности равным кинетическому моменту гиромотора. Линейное перемещение 7с роторной пластины емкостного преобразователя, жестко связанной с гиромотором, приводит к появлению сигнала С/ на его выходе, которое в свою очередь после его усиления усилителем К/ подается в две параллельные петли обратной связи, включающие в себя дифференциаторы К; и Кз, выходы которых подключены к обмотке Rs электродинамического преобразователя. Сформированный петлями обратных связей, выходной аналоговый сигнал гиронаклономера после его корректировки в области высоких частот ЬР фильтром первого порядка и

антиаллязинговым фильтром четвертого порядка К4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя цифровой системы сбора информации.

Для проведения анализа параметров и характеристик сейсмического гиронаклономера, в соответствии с его блок-схемой, был построен структурный граф прибора. Согласно этому графу, по правилу Мезона можно записать передаточную функцию гиронаклономера с учетом воздействия на него наклонов и поступательных движений почвы соответственно

1]\р _ /01/02/23 и'\р _ /'01/12/23

а 1 + 12Ъ( /3/45/5! + ^5(/гл) ' X 1 + ^23^34^45^51 + Ч4ъ4(>\) при этом на выходе наклономера регистрируется суммарный сигнал

^оиг = + ^Ар )• /36, где /,а - передаточные функции отдельных ветвей графа. Используя следующие обозначения: р ¡0) - оператор Лапласа, а [Рад] - наклон почвы, X [м] - поступательное перемещение почвы, в [Рад] - угловое перемещение гиромотора,

Ус [м] - линейное перемещение роторной пластины емкостного преобразователя подвески гиромотора,

1С [м] - индикаторная длина емкостного преобразователя, /([м] - приведенная длина емкостного преобразователя, К,го)г [кгм2/сек] - кинетический момент гиромотора,

[обор/сек] - угловая скорость вращения гиромотора, Кг [кгм2] - момент инерции ротора гиромотора, Кн [кгм2] - момент инерции подвески гиромотора,

МЯи [кгм] - остаточный неуравновешенный статический момент подвески гиромотора,

ns [l/сек], 2DS - угловая частота и постоянная затухания подвески гиромотора,

X [В/м] - коэффициент преобразования емкостного преобразователя, Gsi [В'сек] - постоянная электродинамического преобразователя, и, подставляя выражения передаточных функций отдельных звеньев графа получим общую передаточную функцию гиронаклономера

_ o)xco2Ra{p2MRJs + + + MRoP2x

\в \в — 1

'V У^Чу,

Далее производим упрощение полученного выражения, так как для

реальных значений момента инерции подвески гиромотора опытного образца

гиронаклономера А',=2 10"3 кгм2 и кинетического момента гиромотора Ksûjî;=<\A

[кгм2/сек] можно пренебречь реакцией гиромотора на угловые ускорения

почвы, которые могут проявляться в области не представляющих интерес для

сейсмологии высоких частот. Ввиду того, что подвеска гиромотора обладает

1 - ^ ? Я

достаточно большой приведенной длиной ls ~ д^ > z>° [м], в области

рабочих частот также можно пренебречь воздействием поступательных движений почвы на чувствительный элемент (сенсор) наклономера. Таким образом, передаточная функция наклономера, преобразится к выражению: Uw __œx<Q2RAKsa>gp_

" Г in2 Л. п , KSnl°J^2RA "

V ^Г у

Полученная передаточная функция опытного сейсмического гиронаклономера не является абсолютно стабильной и неизменной, и может изменяться при использовании элементов прибора с разбросом параметров в зоне допусков номиналов, а также при их значительном уходе от номинальных значений, вызванном старением элементов, или воздействием на них прочих внешних факторов. Естественно, в таком случае возникает необходимость в

периодическом определении амплитудной и фазовой характеристик для каждого экземпляра прибора, с постоянной последующей корректировкой данных. Работы подобного рода обычно сложны и трудоемки, однако применение современных вычислительных средств существенно упрощает эту задачу. В ходе исследования путем математического моделирования была решена задача анализа устойчивости (повторяемости параметров) передаточной функции сейсмического гиронаклономера. Для этого была разработана специализированная программа функционирующая в среде математического моделирования \Iatlab.

В ходе моделирования было установлено, какие параметры, и каким образом влияют на изменение вида передаточной функции гиронаклономера. Так, изменение величины выходного сопротивления дифференциатора и момента инерции подвески гиромотора влияют соответственно на положение левого и правого склонов характеристики, притом, что крутизна соответствующих склонов передаточной функции остается неизменной. Также было проанализировано поведение передаточной функции в случае одновременного изменения сразу всех исследуемых параметров. Установлено, что, начиная с частоты 0,1 Гц и ниже, характеристика остается практически неизменной даже для существенного (порядка 50%) изменения величин параметров. Этот факт позволяет сделать вывод о том, что исследованная передаточная функция гиронаклономера является устойчивой к возможным вариация м основных параметров в длиннопериодном рабочем диапазоне частот (для диапазона частот не более 0,10 Гц).

Таким образом, в Главе 1 подробно исследован и проанализирован, разработанный в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук, сейсмический гиронаклономер типа К8Т-1. Проведен анализ устойчивости передаточной функции прибора к вариациям основных параметров, определяющих ее вид. Оценена разрешающая способность измерительного тракта и коэффициент

преобразования гиронаклономера. Получена экспериментальная передаточная функция гиронаклономера, совпадающая с расчетной.

Глава 2. Помехи в сейсмических записях гиронаклономера и способы их уменьшения

В Главе основное внимание уделяется различным способам борьбы с наведенными сейсмическими помехами, присутствующими в записях гиронаклономера. Подробно рассмотрены аппаратурные и алгоритмические методы борьбы с наведенными помехами. Проанализированы причины и способы уменьшения уровня температурной составляющей помех, а именно температурных возмущений гиронаклономера, барических помех, вызываемых атмосферными фронтами, а также других видов помех, присущих данному типу сейсмических приборов.

В ходе проведения натурных испытаний гиронаклономера типа К8Т-1 была выявлена большая чувствительность гиронаклономера к

длиннопериодным Та > 104 сек. колебаниям наружной температуры порядка 0,6 В/°С (было обусловлено очень малым статическим моментом подвески гиромотора), что явилось причиной разработки дополнительного активного термостата.

Ввиду того, что сборка гиромотора заключена в металлический кожух, который состоит из металлического основания и колпака, накрытых сверху теплоизоляционным пенопластом, вся конструкция целиком представляет собой температурный низкочастотный фильтр первого порядка. Появление в выходном сигнале температурной составляющей помехи происходит в основном за счет воздействия колебаний температуры Т,„ во внутреннем объеме гиронаклономера на упругие крестообразные шарниры подвески гиромотора, что приводит к угловому перемещению мотора и сигналу II¡р на его выходе

ЦХр = (0{С02ЯАМК^ Тщ ^ (р2 + 2 БцрПцрр + П%)-

В работе подробно рассмотрен вопрос расчета и анализа активной системы термостатирования внутреннего объема прибора с целью уменьшения влияния вариаций наружной температуры на выходной сигнал гиронаклономера. Обобщенная структурная схема, использованной в расчетах модели термостатирования прибора, представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема модели термостатирования объекта.

В случае, если датчик наклономера развязан через вакуумную камеру с нагревательным элементом, то инерционные свойства термостата будут определяться теплоемкостью нагревателя Си, тепловой проводимостью между нагревателем и датчиком ат, тепловым сопротивлением между нагревателем и камерой аш, и не будут зависеть от теплоемкости объекта Соб термостатирования. Таким образом, фактически будет регулироваться температура в камере прибора. Используя соотношение средних величин максимальных и минимальных температур было экспериментально установлено, что температура в камере термостатирования и температура окружающей среды должны отличаться не более чем на 2-3"С.

Запишем далее уравнения теплового баланса для тепловых потоков в единицу времени

Скобок~*об) + °кд{*к Р

{ акд ('к " *д ) = {*д~1сг)

\ркоб^к ~ iоб) ~ ^обср^об ~~ !ср) где - соответствующие теплопроводности.

Учитывая, что в установившемся режиме термостатирования, суммарный тепловой поток, идущий от камеры к объекту и датчику, пренебрежимо мал по сравнению с тепловым потоком, идущим от камеры в окружающую среду, можно исключить составляющую теплового потока от камеры к объекту и датчику. После арифметических преобразований с учетом тепловых емкостей элементов получим

Сктк _ АР

--к ~-+ Л1СР

(уКСр от (ткср

\ Слтд + --Л(к + --Л(ср

акд+(7д:р дт (Гкд+Ядср Якд+Ядср

С°г'т°>;—д^ + Л(0Б =---Л1к +-Чш*--Л(СР

I л

у^обср + &коб &коб + °обср & коб +

обср

Перейдя к операторной форме, получим выражения для вычисления температуры датчика и объекта при неизменной температуре окружающей среды.

л Сдтд (р + юд тк (/' + %•) [ С]

&КОБ- Р

'об '

| . ■!■ ... ■■ - ■■ Г0^!

Сктк {р + (ак У:0бт0б {р + )

,„ _ акср ,„ _ °кд + апрр __ vкоб + °обср

где шк ~ г , шд ~ г и шоб ~ г

^ктк ^ д ц ^обтоб

На основании полученных результатов в работе показано, что избежать статической ошибки термостатирования объекта возможно только в случае

совмещения с ним самого термодатчика. В противном случае надо будет вводить в термостат дополнительные цепи для частичной компенсации этих погрешностей, что в свою очередь будет приводить к появлению дополнительных нагревателей, и в свою очередь приведет к существенному усложнению устройства термостата, но тем не менее, не решит проблему полностью. Также, такая схема не будет оптимальной со стороны обеспечения устойчивости цепи обратной связи электронной схемы термостата, требующей появления достаточно сложных корректирующих цепей, являющихся весьма трудно реализуемыми физически.

В результате проведенных исследований удалось физически реализовать активный устойчивый термостат с усилением по петле обратной связи не менее 2106 , что позволило поддерживать температуру сборки гиромотора наклономера в пределах долей мк°С при колебаниях наружной температуры в пределах ± 2,5°С.

Однако из анализа большого объема собранных записей было выяснено, что эффективное подавление температурных помех гиронаклономера при работающем термостате в среднем не превысило два порядка. Это обстоятельство можно объяснить наличием иных действующих механизмов передачи колебаний наружной температуры на измерительный блок гиронаклономера, а именно, его реакцией на температурные наклоны, возникающие из-за температурных деформаций постамента прибора, на котором был установлен гиронаклономер, а также опорных наружных металлических ног.

С целью проверки этого предположения, электронная цепь термостата была дополнена термокомпенсатором для подавления температурных шумов наклономера независимо от механизма их происхождения. Принцип действия термокомпенсатора заключается в подаче сформированного определенным образом сигнала термодатчика пропорционального изменениям наружной температуры в одну из обмоток электродинамического преобразователя, для

компенсации тем самым вынужденных температурных угловых перемещений гиромотора :

а = _ ЩЛ

где К [В/°С] - чувствительность термодатчика, Ят - нагрузка в цепи обмотки электродинамического преобразователя.

Введение в электрическую цепь термостата термокомпенсатора позволило примерно в 10 раз уменьшить выходные температурные шумы гиронаклономера, повысив коэффициент их подавления до величины 103, что, как показывают расчеты, обеспечивает разрешающую способность наклономера, отнесенную к колебаниям наружной температуры, оценочно как 10"13 ИасЗ/сек

во всей полосе рабочих частот.

Также, следует особо отметить, что поддержание постоянства температуры во внутреннем объеме гиронаклономера в общем случае должно приводить к существенному уменьшению температурных шумов и флуктуации параметров элементов электронной схемы наклономера, размещенных во внутреннем объеме прибора, таких как кварцевый генератор с контурами емкостного преобразователя, операционных усилителей, резисторов и емкостей.

Кроме температурных, были подробно проанализированы квазистатические колебания атмосферного давления, возникающие при прохождении атмосферных фронтов, которые оказывают прямое воздействие на гиронаклономер, вызывая при недостаточной компенсации его статического момента МЯо выходной сигнал, превосходящий реакцию наклономера на наклоны почвы, вызываемые этими фронтами. Физически механизм влияния барических колебаний непосредственно на чувствительный элемент наклономера - гироскоп и его подвеску проявляется в изменении выталкивающей (архимедовой) силы при вариациях соответствующей плотности воздуха.

Используя уравнения, описывающие термодинамический процесс во внутреннем объеме наклономера получено выражение для переменного момента выталкивающей силы в операторной форме

Отдельное внимание в диссертационной работе уделено использованию последующей (post-processing) оптимальной фильтрации сейсмических сигналов наклономера, позволяющей существенно уменьшить влияние барических и температурных помех на выходных записях сейсмических приборов.

При проведении исследований задача оптимальной фильтрации непрерывного зашумленного сейсмического сигнала ставилась так, чтобы обработав записанный заранее сейсмический сигнал, получить на выходе фильтра сигнал без помеховой составляющей. Решение этой задачи основывалось на трех основных предположениях:

1. Сейсмический сигнал Х(к) и сигнал помехи В(к) представляют собой стационарные коррелированные или слабо взаимно коррелированные процессы.

2. Операция фильтрации предполагается линейной.

3. Критерием оптимальности фильтра считается минимум среднеквадратичной ошибки.

Для удовлетворения условий поставленной задачи фильтрации автором был разработан подстраивающийся оптимальный фильтр, базовая блок-схема которого показана на рис.3.

M0 p„ g- р +

у-РЛр+тг

Рис. 3. Структурная схема подстраивающегося оптимального фильтра.

Низкочастотный FIR фильтр (фильтр с конечной импульсной характеристикой), присутствующий в канале помехового сигнала, используется для ограничения частотного диапазона помехового сигнала. Так как, если спектр помехового сигнала В(к) будет больше значимой части спектра полезного сигнала Х(к), то оптимальный фильтр попытается сформировать требуемые высокие частоты сигнала из незначимых частот спектра полезного сигнала, что может потребовать огромных коэффициентов усиления на этих частотах, под действие которых попадут и частотные составляющие шумов. Результат такой операции совершенно непредсказуем.

Функция корреляции Rxn позволяет произвести оценку «взаимоположения» сигналов относительно друг друга. При этом автоматически происходит учет задержки помехового сигнала, вносимый предшествующим низкочастотным фильтром.

Для уменьшения влияния переходных процессов во время активного формирования коэффициентов подстраивающегося оптимального фильтра для обоих обрабатывающихся опорных сигналов был применен алгоритм увеличения (расширения) тактовой частоты сигналов. После вычисления функции когерентности, примененной ко всей длине обрабатываемых массивов данных, производится анализ полученных результатов и при СХв(0>0.75 для какой-либо го рассматриваемых частот принимается решение о продолжении вычислений по алгоритму оптимальной фильтрации. В противном случае

принимается решение о нецелесообразности дальнейших вычислений ввиду не связанности друг с другом двух исходных входных процессов. Дальнейшим шагом фильтрации является применение алгоритма минимальной среднеквадратичной ошибки, описываемого следующими уравнениями

Y(k) = HJ{n-\) ХР{п) s{n)= BP{n)-Y{n) 1 #(и) = Я(и -1) + F{Xи (И), е{п\ц). [р{Х,{п),8{п),1х) = ц s{n) XTF{n)

И, наконец, выходной сигнал подстраивающегося оптимального фильтра формируется путем вычитания из преобразованного входного сейсмического сигнала Хр результата работы алгоритма минимальной среднеквадратичной ошибки Y.

На базе этого алгоритма была реализована программа, функционирующая в среде MS Windows ХР, имеющая стандартный оконный интерфейс. Ввиду того, что невозможно напрямую визуально проверить и оценить правильность работы разработанного подстраивающегося оптимального фильтра, так как мы не имеем в наличии «чистый» тестовый сейсмический сигнал с выхода гиронаклономера, был проведен ряд тестовых экспериментов, наглядно показывающих работоспособность алгоритма. Результат одного го экспериментов представлен на рисунке 4. Рисунок наглядно демонстрирует, что переходный процесс активного формирования коэффициентов передаточной функции фильтра занимает порядка 2000 отсчетов, в течение которых выходной сигнал является абсолютно недостоверным. В дальнейшем подстраивающийся оптимальный фильтр обеспечивает результат, хорошо согласующийся с заданным заранее тестовым «чистым» сейсмическим сигналом. При этом следует отметить, что в приведенном примере заданный «чистый» сейсмический сигнал имел основную частоту, полностью совпадавшую с одной из частот, присутствовавших в помеховом сигнале, и был синхронизирован с ней по фазе. Выделить

такой сигнал использованием обычных фильтров не представляется возможным, так как пытаясь задавить частоты помехи, мы одновременно задавим и искомый полезный сигнал.

Тестирование алгоритма на реальных сейсмических записях также подтвердило работоспособность фильтра.

"Чистый" сейсмический сигнал и выходной сигнал оптимального фильтра

Отсчеты

Рис. 4. Искомый и выходной сигнал подстраивающегося оптимального фильтра.

Разработанный подстраивающийся оптимальный фильтр учитывает

особенности подаваемого на его вход спектрального состава сигналов и

способен формировать передаточные функции, обеспечивающие выделение

полезных частот сигналов из любых диапазонов спектра с максимальных

подавлением шумов представленных вторым (шумовым) входным сигналом на

всех частотах спектрального диапазона, при этом границы

усиления/подавления устанавливаются автоматически по заданному уровню

шумов. К сожалению, в настоящий момент времени, разработанный фильтр

может работать только с заранее записанными сигналами и не приспособлен к работе в системах реального времени.

Кроме выше перечисленного, в Главе 2 проанализированы методы борьбы с другими видами специфичных для гиронаклономера помех, связанных с особенностями конструкции данного сейсмического прибора. Так, на длиннопериодную составляющую выходного сигнала прибора существенное влияние может оказывать вращение Земли. В работе показано, что моменты, создаваемые этим вращением, постоянны для конкретной точки на поверхности Земли и таким образом их можно скомпенсировать.

Собственные вибрации гироскопа вызывают помехи, которые составляют тысячи Герц, и далеко выходят за пределы регистрируемых в сейсмометрии частот и, следовательно, легко отфильтровываются разнообразными электронными или программными фильтрами. Тем не менее, в результате действия этих вибраций, могут появляться постоянные моменты, вызываемые неравномерной жесткостью конструкции сейсмического гиронаклономера по трем взаимно перпендикулярным направлениям, которые будут приводить систему к новому устойчивому положению равновесия и в дальнейшем не будут влиять на результаты измерений.

Заключение.

В диссертационной работе разработаны и проанализированы различные методы защиты особого класса сейсмических приборов - гиронаклономеров, от воздействия на них различных помехогенерирующих факторов, включая температурные и атмосферные барические возмущения. Эти методы имеют высокую научную значимость и позволяют улучшить общее соотношение сигнал/шум для многих типов сейсмических датчиков. В работе получены следующие наиболее важные результаты:

1. Анализируя устойчивость передаточной функции гиронаклономера можно заранее оценить ее чувствительность к изменению основных параметров.

2. Практически проверена возможность существенного уменьшения влияния температурной помехи на гиронаклономер за счет применения методики активного термостатирования внутреннего объема прибора.

3. На основании анализа барической составляющей помех разработан алгоритм подстраивающегося оптимального фильтра, позволяющий отфильтровывать из исходного сейсмического сигнала сигнал помехи при наличии дополнительного канала записи сигнала помехи. Проведены модельные и реальные испытания разработанного алгоритма, показывающие его реальную работоспособность по выделению «полезных» сейсмических сигналов.

Список основных публикаций по теме диссертации.

1. Гравиров В.В. Экспериментальные результаты регистрации наклонов почвы атмосферного происхождения гиронаклонолтером типа KST-1. // Естественные итехнические науки,- М: Спутник+. 2008, № 6, С.159-160.

2. Кислов К.В., Гравиров В.В. Шумы упругих элементов сейсмической аппаратуры // Естественные и технические науки,- М.: Спутник+. 2008, № 5, С. 142-148.

3. Гравиров В.В., Кислов К.В. Легкий сейсмометрический стенд для определения АЧХ вертикальных сейсмодатчиков. // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Материалы 2-го Международного симпозиума 12 - 16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005, С.446-449.

4. Гравиров В.В., Кислов К.В., Колесников Ю.А., Серегин В.Н. Использование научно-исследовательского потенциала в области авиационных систем в проблеме мониторинга сейсмичности: создание подспутниковой малоапертурной группы сейсмических станций для оперативного мониторинга региональной сейсмичности с целью прогноза землетрясений. // Итоговый технический отчет по проекту №1539. М.:МНТЦ. 2003, С. 110.

5. Гравиров В.В., Кислов К.В. Критичность сейсмометра к вариациям параметров // Электронный журнал "Исследовано в России", 26, 2008, С.301-312. http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2008/026.pdf

6. Гравиров В. В., Кислов К. В., Моргунов В.В. Определение остаточной сейсмичности зданий и сооружений. // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Материалы 2-го Международного симпозиума 12 - 16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005, С.426-428.

7. Кислов К.В., Гравиров В.В. Один из путей генерации температурной помехи широкополосного сейсмометра" // Электронный журнал "Исследовано в России", 27, 2008, С.313-321. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/027.pdf

8. Колесников Ю.А., Кушнир А.Ф., Гравиров В.В., Мобильная спутниковая система для мониторинга региональной сейсмичности // Итоговый технический отчет по проекту №415 М.: Международный научно-технический центр (МНТЦ). 2000, С. 105.

9. Kolesnikov Yu.A., Gravirov V.V., Development of a Satellite Small Aperture Seismic Array for Real Time Monitoring of Regional Seismicity, in Abstracts A of General Assembly IUGG 2003, Sapporo, Japan, 2003, P. A460.

10. Gravirov, V.V., Kislov, K.V. About reliability of seismic data. // 7th International Conference "Problems of Geocosmos." Book of Abstracts. -St.Petersburg, 2008, P.233-234.

Принято к исполнению 12/03/2009 Исполнено 16/03/2009

Заказ № 39 Тираж 100 экз.

Типография Учреждения Российской академии наук Института физики Земли им. О.Ю Шмидта РАИ (ИФЗ РАН), свидетельство о регистрации № ФС77-31201 от 22 февраля 2008 г.

Россия, 123995, ГСП-5, Москва Д-242, ул. Б. Грузинская, д. 10, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. E-mail: jrns_ifz@mail.ru

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Гравиров, Валентин Валентинович

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы.

Цели работы.

Задачи исследования.

Методика исследований.

Основные защищаемые положения.

Научная новизна.

Теоретическая и практическая значимость.

Апробация работы.

Публикации по теме диссертации.

Структура и объем диссертации.

Выполнение работы.

Краткое содержание работы.

Глава 1. АНАЛИЗ ГИРОНАКЛОНОМЕРА.

1.1 Помехи, присутствующие в записях наклономеров.

1.2 Краткое описание тестового гиронаклономера.

1.3 Передаточная функция гиронаклономера.

1.3.1 Расчет передаточной функции гиронаклономера.

1.3.2 Анализ устойчивости передаточной функции.

1.3.3 Передаточная функция экспериментального образца гиронаклономера.

1.4 Оценка разрешающей способности измерительного тракта и коэффициента преобразования гиронаклономера.

1.5 Выводы.

Глава 2. ПОМЕХИ В СЕЙСМИЧЕСКИХ ЗАПИСЯХ ГИРОНАКЛОНОМЕРА И

СПОСОБЫ ИХ УМЕНЬШЕНИЯ.

2.1 Температурная составляющая помех.

2.1.1 Температурные возмущения гиронаклономера.

2.1.2 Расчет параметров системы термостатирования.

2.1.3 Подавление температурной помехи путем активного термостатирования гиронаклономера.

2.2 Барическая составляющая помех.

2.2.1 Помехи в сейсмических записях, вызванные атмосферными явлениями.

2.2.2 Экспериментальные результаты регистрации наклонов почвы атмосферного происхождения.

2.2.3 Подавление барической помехи путем применения оптимальных фильтров.

2.2.4 Тестирование работы подстраивающегося оптимального фильтра.

2.3 Прочие помехи.

2.3.1 Помехи, вызванные собственными вибрациями гироскопа

2.3.2 Влияние вращения Земли.

2.3.3 Влияние юстировки центра тяжести гироскопа.

2.4 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы уменьшения помех сейсмического гиронаклономера"

Для полного описания перемещения любого физического тела конечных размеров в пространстве необходимо измерять шесть ординат его движения — X, Y, Z перемещения по трем взаимно перпендикулярным осям и Ox, Оу, Oz — соответствующие углы вращений в декартовой (картезианской) системе координат. Между тем, вплоть до настоящего времени, в сейсмометрии при использовании сейсмометров, представляющих собой различного типа физические маятники, не представляется возможным надежно разделять на сейсмических записях поступательные и вращательные движения грунта. Для решения данной задачи используют особый тип сейсмических приборов — наклономеры.

Цели работы

Целью настоящей работы является разработка методов борьбы с наведенными и собственными шумами сейсмических наклономеров, значительно ухудшающими качество выходных записей (отношение сигнал/шум). В работе проведен комплексный анализ проблемы, рассмотрены аппаратные и программные методы уменьшения уровня помех.

Задачи исследования

Надежность сейсмических моделей, прежде всего, зависит от качества и достоверности регистрируемых данных. На практике качество сейсмических данных бывает весьма разнообразно. Сейсмическую запись можно представить в общем виде, как Y = H(X+Q), где X — перемещение почвы, Н — передаточная функция датчика, Q -шум.

Как нетрудно заметить [48], все три составляющие правой части уравнения влияют на качество записи. Перемещение почвы X включает в себя «чистый», сейсмический сигнал. В понятие шум Q включаются помехи, генерируемые изменениями физических полей (атмосферное давление, температура, и т.п. [37]), антропогенным воздействием [24], резонансными явлениями [55], включая помехи, генерируемые изменениями физических полей, но при их воздействии непосредственно на элементы датчиков и каналы связи [17], собственный шум («дрожание системы») [16], электромагнитные помехи, электрические наводки [4], шум оцифровки данных [25, 58] и так далее. Передаточную функцию прибора Н тоже нельзя считать постоянной, так как она может изменяться из-за временного варьирования значений параметров и компонентов прибора. Задачи уменьшения влияния вышеперечисленных шумов на качество сейсмических записей имеют первостепенное значение для получения достоверных сейсмических записей. Решению этих задач посвящена настоящая диссертационная работа.

Методика исследований

Основными методами исследований являлись натурные и численные эксперименты. Для практической проверки, отработки и реализации разработанных методов и решений был использован опытный сейсмический гиронаклономер, в котором в качестве активного чувствительного элемента установлен прецизионный малогабаритный высокооборотный гироскоп отечественного производства. Принцип действия сейсмического гиронаклономера основан на законе сохранения момента количества движения. Гиронаклономер позволяет, в отличие от маятниковых датчиков, надежно регистрировать вращательные движения почвы, в том числе ее наклоны. Натурные эксперименты, с использованием гиронаклономера типа KST-1, проводились на опытной сейсмической станции (дер. Свитино, Московская область). Численные эксперименты проводились с применением программного комплекса Matlab производства фирмы Math Works [2]. Набор основных компонентов входящий в комплект поставки является многосторонним и крайне удобным средством для быстрого программирования программ, интерфейсов и соответственно получения результатов. С помощью разработанного программного обеспечения были изучены характеристики передаточной функции гиронаклономера, произведена предварительная и основная обработка собранных сейсмических данных, проведено моделирование функционирования подстраивающегося оптимального фильтра, разработанного в рамках данной работы.

Основные защищаемые положения

• Разработка методики анализа устойчивости (повторяемости) передаточной функции сейсмического гиронаклономера.

• Уменьшение уровня температурных помех за счет активного термостатирования гиронаклономера.

• Улучшение соотношения сигнал/шум записанных выходных сейсмических сигналов за счет использования алгоритмов оптимальной фильтрации.

Научная новизна

Теоретическая и практическая значимость

Апробация работы

Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах МИТП РАН и ИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН; были представлены на международных конференциях, в том числе на Генеральной Ассамблее Международного Геофизического Союза (IUGG), проходившей в г. Саппоро, Япония в 2003 году; на 2-м Международном симпозиуме «Активный геофизический мониторинг литосферы Земли», проходившем в 2005 году в Новосибирске; на международной конференции «Проблемы геокосмоса-2008», проходившей в Государственном Санкт-Петербургском университете в 2008 г.

Результаты работы также были использованы в ходе выполнения проектов Международного научно-технического центра (МНТЦ) №415 и 1539 [6] в 2001-2003 гг.

Публикации по теме диссертации

Основные результаты работы по теме диссертации изложены в 10 публикациях, в том числе две статьи в реферируемом российском издании и две статьи в российских электронных Интернет изданиях.

1. Гравиров В.В. Экспериментальные результаты регистрации наклонов почвы атмосферного происхождения гиронаклономером типа KST-1. // Естественные и технические науки.- М.: Спутник+. 2008, №6, С.159-160.

2. Гравиров В.В., Кислов К.В. Шумы упругих элементов сейсмической аппаратуры // Естественные и технические науки.-М.: Спутник+. 2008, № 5, С.142-148.

3. Гравиров В.В., Кислов К.В. Легкий сейсмометрический стенд для определения АЧХ вертикальных сейсмодатчиков. // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Материалы 2-го Международного симпозиума 12 — 16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005, С.446-449.

5. Гравиров В.В., Кислов К.В. Критичность сейсмометра к вариациям параметров // Электронный журнал "Исследовано в России", 26, 2008, С.301-312. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

6. Гравиров В. В., Кислов К. В., Моргунов В.В Определение остаточной сейсмичности зданий и сооружений. // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Материалы 2-го Международного симпозиума 12—16 сентября 2005 г. Академгородок, Новосибирск. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005 С.426-428.

10. Gravirov, V.V., Kislov, K.V. About reliability of seismic data. // 7 International Conference "Problems of Geocosmos". Book of Abstracts. -St.Petersburg, 2008, P.233-234.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и 2-х приложений. Общий объем диссертации составляет 120 страниц машинописного текста, содержит 38 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 64 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Гравиров, Валентин Валентинович

2.4 Выводы

На основе анализа описанного в первой главе гиронаклономера во второй главе проанализированы причины основных помех, присутствующих в записях сейсмического наклономера. Произведен анализ возникающих температурных возмущений и основных параметров системы автоматического термостатирования, позволяющей существенно уменьшить влияния изменения наружной температуры на прибор. Показано, что при использовании активного термостата вместе с блоком термокомпенсации возможно существенное улучшение температурной помехозащищенности гиронаклономера. Детально описан и испытан алгоритм подстраивающегося оптимального фильтра, позволяющий существенно минимизировать влияние барических помех. Отмечены и недостатки метода связанные с наличием переходного процесса, в течение которого формируются коэффициенты, определяющие передаточную функцию подстраивающегося оптимального фильтра. Также проанализированы другие виды специфичных для гиронаклономера помех, связанных с особенностями конструкции данного сейсмического прибора. Показано, что большинство из них не приводят к значительному увеличению уровня шумов и, следовательно, могут быть легко минимизированы.

Заключение

В диссертационной работе разработаны методы и алгоритмы защиты сейсмических приборов и в частности сейсмического гиронаклономера от воздействия на них температурных и атмосферных барических возмущений. Эти методы и алгоритмы имеют высокую научную значимость и позволяют улучшить общее соотношение сигнал/шум на записях сейсмических наклономеров. В работе получены следующие наиболее важные результаты:

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Гравиров, Валентин Валентинович, Москва

1. Андреев Н.И. Теория статистически оптимальных систем управления. — М.: Наука, 1980.-423 С.

2. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. - 1104 С.

3. Брагинский В.Б., Манукин А.Б. Измерение малых сил в физических экспериментах. М.: «Наука», 1974. 152 С.

4. Гольдштейн B.JL, Турлов П.А., Ямпольский A.M. Эксплуатация цифровых сейсморазведочных станций «Прогресс». М.: Недра. 1986. — 144 С.

5. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Дрофа, 2006.-719 С.

6. Грайзер В.М. "Истинное" движение почвы в эпицентральной зоне / АН СССР. Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта. М., 1984. -198 С.

7. Грайзер В.М. Об определении траектории движения грунта при сейсмических явлениях // Известия АН СССР, физика Земли. (10). - 1986. - С.14-19.

8. Грайзер В.М. О выделении поступательного движения и поворотов поверхности Земли в эпицентральной зоне // Приборы и методы регистрации землетрясений. Сейсмические приборы, вып. 19. М., 1987. - С.122-127.

9. Ю.Грайзер В.М. Влияние поворотов на запись маятникового сейсмографа // Исследования по сейсмометрии. Сейсмические приборы, вып.20. М., 1988. - С.139-144.

10. Дьяконов В .П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6R в математике и моделировании. // Серия «Библиотека профессионала». — М.: COJIOH-Пресс. 2005. 576 С.

11. З.Казаков И.Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. М.: Наука, 1975. - 432 С.

12. Канасевич Э.Р. Анализ временных последовательностей в геофизике. — М.: Недра, 1985.-300 С.

13. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 7: программирование, численные методы. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. — 753 С.

14. Кислов КВ., Колесников Ю.А., Марченков А.Ю., Старовойт Ю.О., Сейсмический микробарограф // Вычислительная сейсмология: Вып. 24. М.: Наука, 1991, с. 292 - 299.

15. Колесников Ю.А., Мациевский С.А. Шумы вертикальных длиннопериодных сейсмометров и методы их устранения. // Теория и анализ сейсмологических наблюдений. Вычислительная сейсмология: Вып. 12.-М.: Наука. 1979. С.125-144.

16. Колесников Ю.А., Токсез Н. Применение суммирования для подавления барических помех длиннопериодных сейсмометров // Вычислительная сейсмология. Математические модели строения Земли и прогноза землетрясений. -М.: Наука, 1982, Вып. 14, С. 170-183.

17. Колесников Ю.А., Марченков А.Ю., Старовойт Ю.О. Способ регистрации поступательного движения и наклона грунта. Авторское свидетельство №1562875, СССР. Заяв. 14.03.1988, опубл. 08.01.1990.

18. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. — М.: Машиностроение, 1982. — 216 С.

19. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и её применение в радиотехнике. М., 1960. - 664 С.

20. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Советское радио, 1969. - 448 С.

21. Линьков Е.М. Сейсмические явления. Л.: Изд-во ЛГУ. 1987. - 248 С.

22. Мейкин Дж., Хаттон Л., Уэрдингтон М. Обработка сейсмических данных. Теория и практика. М.: Мир. 1989. - 216 С.

23. Мудров В.И., Кушко В.Л. Методы обработки измерений. — М.: Советское радио, 1983. 304 С.

24. Основы автоматического управления. / Под ред. В.С.Пугачева. Изд. 3. -М.: Наука, 1974. 720 С.

25. Сейдж Э.П., Уайт С.Ч. Оптимальное управление системами. -М.: Радио и связь, 1989.-639 С.

26. Собисевич А.Л., Собисевич JI.E. Волновые процессы и резонансы в геофизике. М.: ОИФЗ РАН, 2001. - 297 С.

27. Солодовников В.А. Введение в статистическую динамику систем автоматического управления. М.,1952. - 367 С.

28. Старовойт Ю.О. Чувствительность сейсмической станции «Обнинск» к микроколебаниям атмосферного давления. // Сейсмические приборы. — М.: Наука. 1998, Вып. 30, С. 28-39.

29. Старовойт О.Е., Чернобай И.П. Спектр помех в ЦСО Обнинск в диапазоне периодов 5-300 с // Сейсмические приборы. М.: Наука. 1978, Вып. 11,-С. 28-39.

30. Пугачев B.C., Синицын И.Н. Стохастические дифференциальные системы. М.: Наука, 1990, - 632 С.

31. Пылаев А.А., Яневич Ю.М. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа // Вестник СПбГУ. Физ. Хим. — СПб. 2002. Сер.4. Вып.2. N15.-15 С.

32. Рыжов А.В. Способы уменьшения зависимости параметров электродинамических сейсмоприемников от температуры. // В кн. «Прикладная геофизика». Вып. 129. М.: «Недра». 1995. -С.64 — 69

33. Рыков А.В. Моделирование сейсмометра. -М.: ОИФЗ. 1996. 109 С.

34. Феофилактов В.Д. Помехи в длиннопериодной сейсмометрии. — М.: Наука. 1977. 100 С.

35. Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах. // Под ред. К.Т. Леондеса. М.: Мир, 1980. - 407 С.

36. Яневич Ю.М. , Павлейно М.А. Активные и цифровые фильтры. — СПб. 1999.-280 С.

37. Яневич Ю.М., Павлейно М.А. Методы анализа линейных систем. -СПб. 1996.-320 С.

38. Beauduin R., Lognonne P., Montagner J.P. et al. The Effect of the Atmospheric Pressure Changes on Seismic Signals or How to Improve the Quality of a Station//Bull. Seism. Soc. Amer. 1996. Vol. 86. P. 1760-1769.

39. Claassen J.G. Characterization of Gyro Random Noise by Cross-Correlation of Gyro and Tiltmeter Signals // American Institute of Aeronautics and Astronautics, Guidance and Control Conference, Boston, Mass., Aug 20-22, 1975,-7 P.

40. Douze E.J., Sorrells G.G. Prediction of Pressure-Generated Earth Motion Using Optimum Filters // Bull. Seism. Soc. Amer. 1975. Vol. 65. P. 637-650.

41. Holcomb L.G., Hutt C.R. Test and Evaluation of the GURAPL Systems CMG — 3S Broadband Borehole Deployable Seismometer System. // Open-File Report 91-282 Albuquerque. New Mexico. 1991. 25 P.

42. Kay S.M. Modern Spectral Estimation. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1988.-454 P.

43. Kolesnikov Yu.A., Kislov K.V., Paquet P., Snissaert M. Development of New Very Broad-Band Seismometer Type KSP // Proc. Of Fall AGU Meeting, San Francisco, USA, 1997. 15 P.

44. Monitoring Volcanic Activity with Electronic Tiltmeters. USGS. Hawaiian Volcano Observatory. May 30, 2002.http://hvo.wr.usgs.gov/volcanowatch/2002/02 05 30.html)

45. Orfanidis S.J. Optimum Signal Processing. An Introduction. 2nd Edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1996.

46. Peterson J. Observation and Modeling of Background seismic Noise. // US Geol. Surv. Open-File Report 93-322. Albuquerque, New Mexico, 1993.

47. Peterson J., Hutt C.R., Holcomb L.G. Test and Calibration of the Seismic Research Observatory. // Open-File Report 80-187 Albuquerque, New Mexico, 1980, 86 P.

48. Programs for Digital Signal Processing, ШЕЕ Press, New York, 1979, Algorithm 8.1.

49. Rabiner L.R., Gold B. Theory and Application of Digital Signal Processing. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1975.

50. Ruscak S., Singer L. Using Histogram Techniques to Measure AID Converter Noise. // Analog Dialogue. Vol. 29-2. 1995. P. 25-42

51. Saleh B. Study of Earth Tides Using Quartz Tiltmeter J. Surv. Engrg. Volume 129, Issue 2 (May 2003), P. 51-55

52. Shynk J.J. Frequency-Domain and Multirate Adaptive Filtering // IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 9, No. 1, Jan. 1992. P. 14-37.

53. Standard for Seismometer Testing // A Progress Report. USGS Albuquerque Seismological Laboratory. New Mexico. USA. 1990. 79 P.

54. Stoica P., Moses R. Introduction to Spectral Analysis. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1997. P. 61-64.

55. Welch P.D. The Use of Fast Fourier Transform for the Estimation of Power Spectra: A Method Based on Time Averaging Over Short, Modified Periodograms. // IEEE Trans. Audio Electroacoust. Vol. AU-15 (June 1967). — P.70-73.

56. Wieland E., Stein J.M. A Digital Very-Broad-Band Seismograph // Ann. Geophys. Ser. B. 1986. Vol. 4. N 3. P. 227-232.

57. Yushkin V.D., Savrov L.A., Van Ruymbeke M. A Gravimetric Pendulum Device as a Precision Tiltmeter. Fundamental Problems in Metrology. Measurement Techniques, Vol. 50, No. 4, 2007

58. Ztirn W., Widmer R. On Noise Reduction in Vertical Seismic Records below 2 mHz Using Local Barometric Pressure. // Geophys. Res. Lett. 1995. Vol. 22.-P. 3537-3540.

Информация о работе

Гравиров, Валентин Валентинович
кандидата физико-математических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.10

Диссертация

Методы уменьшения помех сейсмического гиронаклономера - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы