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可视化滤波器在加格达奇地震台震相资料分析中的应用.pdf

可视化滤波器在加格达奇地震台震相资料分析中的应用

kk7118157
2012-07-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《可视化滤波器在加格达奇地震台震相资料分析中的应用pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期年月东北地震研究SEISMOLOGICALRESEARCHOFNORTHEASTCHINAV.No.Sep.可视化滤波器在加格达奇地震台震相资料分析中的应用康凯姜勇刘彦彬宋建林胡宝慧姜博(.加格达奇地震台黑龙江加格达奇.鹤岗地震台黑龙江鹤岗)摘要i根据实际工作需要为确保数字地震资料震相分析的准确性基于MATLABGUI设计了可视化滤波器。实现相应的数字低通、高通、带通、带阻滤波器界面友好具有可实用性。半年来该滤波器在加格达奇地震台利用率高发挥了较大作用。关键词:地震信号数字滤波器MAI'【ABGUI中图分类号:P.文献标识码:A文章编号:(o)o引言加格达奇地震台始建于年用于监测大兴安岭和呼伦贝尔盟地区的地震活动。近几年由于旅游产业的发展建设速度加快观测环境受到的破坏也越来越严重。为了消除干扰提高震相分析的准确性需要针对不同情况的干扰使用不同的滤波器。作为强大的计算软件MATLAB提供了编写图形用户界面的功能。所谓图形用户界面简称为GUI(GraphicalUserInterface)是由各种图形对象如图标、窗口、文本框等构建的用户界面是人机交流信息的平台和工具。在命令或文件编辑器中运行程序未尝不可但比起图形用户界面来显得单调、没有色彩、落后。本文就如何利用GUI实现可视化滤波器的设计加以论述。数字滤波器的设计原理根据其冲击响应函数的时域特性可将数字滤波器分为IIR(无限长冲击响应)和FIR(有限长冲击响应)。以IIR数字滤波器为例:IIR数字滤波器的设计实际上是求解滤波器系统函数H(z)的分子分母多项式系数bz和az它是数学上的一种逼近问题即在规定意义上去逼近系统的特性如果在S平面上去逼近就得到模拟滤波器如果在z平面逼近就得到数字滤波器。IIR数字滤波器设计的步骤如下:()将给定的数字滤波器的性能指标进行转换转换后的频率指标作为模拟滤波器原型设计指标()估计模拟滤波器的最小阶次和边界频率()设计butterworth模拟低通滤波器原型()由模拟原型经频率变换得到实际的模拟(低通、高通、带通、带阻)滤波器()将模拟滤波器转换为IIR数字滤波器可利用脉冲响应不变法或双线性变换法。来稿日期:.修订日期:.作者简介:康凯(一)男年毕业于防灾科技学院信息技术与地球物理专业现主要从事地震监测工作东北地震研究卷基于MATLABGUI的数字滤波器设计应用MATLAB制作一个适合台站震相分析需要的滤波器可以用GUI操作来实现。在该环境下设计一个界面友好的仿真软件一般应该完成两个部分:()GUI界面设计。主要是通过不同的文本框按钮等许多工具的使用设计出一个图形界面。要清楚这个图形界面的功能是什么即在图形界面上的操作会引发什么样的结果。()回调函数的设计。用户应根据设计好的图形界面的功能针对各个不同的图形对象来编写出能够实现该功能的函数代码确保这个图形界面能够完成所预定的功能。.GUI界面与回调函数设计GUI设计面板是GUI设计工具应用的平台面板上部提供了菜单和常用工具按钮左边提供了多种GUI控件如命令按钮、单选按钮、可编辑文本框等。按实际需要设计好的滤波器主面板见图。主面板共包括个区域:()图形区:用于显示原始波形、原始波形幅频特性和滤波后的波形()参数设置区:由个静态文本框(text)和个编辑框(edit)以及选择按钮组成实时的进行系统参数的设定()滤波器选择区:由两个下拉菜单选定滤波器的类型滤波器包括IIR(FIR)低通、高通、带通、带阻滤波器以及快速Fourier变换()运行区:当用户的输入参数或滤波器的类型发生变化时可通过单击“运行”按钮实现实时刷新与显示。图滤波器主面板Fig.Filter’Smainpanel完成控件布局即完成了整个图形界面的结构设计MATLAB把图形界面保存于★.fig中并自动生成★.m文件用于保存程序代码。要做的工作就是在M文件框架下定义某些特殊要求状态并补充完整回调函数(Callback)使单击控件时激活回调程序完成一定的功能。.运行流程具体流程图如图:鬲导入原始信母出原始渡垂二二==二滤波器类型选择二二=二二填写性能指标二二==二二厕出滤波后波形r~退出~图运行流程图Fig.Therunningflowchart数据错误幅额特性圈一一滤波器特性期康凯等:可视化滤波器在加格达奇地震台震相资料分析中的应用.滤波器的使用方法及实现震相分析是地震台站日常工作的重要内容记录的地震信号常常叠加在高频或低频的干扰信号上相应的滤波器可以对数字信号进行处理分析使信号通过滤波器后有效的抑制干扰信号。图地震原始信号和其频谱特征Fig.Theoriginalsignalandthespectrumfeatureoftheearthquakes上图是加格达奇地震台年月日监测到的一个地震信号记录图震中距加格达奇地震台.Km。图中可以看出地震信号夹杂着干扰频率掩盖了地震的初动信息。通过快速Fourier变换(FFF)分析其中有多组频段的振动干扰尤其HzlHz的干扰振幅比较突出。根据地震波干扰的频率范围和特点选择用IIR低通滤波器滤波器本身采样频率Hz设计的通带边界频率为Hz波纹为ldB阻带起始频率为Hz阻带衰减为dB。运行情况如下:图IIR滤波器滤波前后对比图及滤波器频率特性图Fig.ThecontrastdiagrambeforeandafterfilteringthewavebytheIIRfilteranditsfrequencyfeatures’diagram信号通过IIR低通滤波器后滤除了振动干扰可以很容易分辨出地震信号初动达到了预期的效果。该滤波器包括IIR(FIR)低通、高通、带通、带阻滤波器以及快速Fourier变换设计参数和滤波器类型都可以随意变化减少了原有在命令或文件编辑器中运行程序的繁琐提高了工作效率。地震台站观测的数据中包含了很多如地方爆破等高频干扰加格达奇台记录的年月日一远震EW方向的S波中叠加了一个爆破记录(在约s处)。爆破频率相对地震波的频率明显较高为了去掉该爆破可以使用FIR低通滤波器把高频爆破去掉。由于远震波形数据的地震波频率成分较低。选择低于.Hz的频率成分即可满足要求因此通带边界频率为.Hz通带波纹东北地震研究卷为ldB阻带边界频率为.Hz阻带衰减为dB(如图)。图FIR滤波器滤波前后对比图及滤波器频率特性图Fig.ThecontrastdiagrambeforeandafterfilteringthewavebytheFIRfilterandits~equencyfeatures’diagram图原始信号在约s处有一个高频爆破信号通过FIR低通滤波器后滤除了高频爆破干扰使得震相分析不会出现失误。结束语本文讨论的这款可视化滤波器基于MATLABGUI其优点在于:他不仅具有良好的图形显示更重要的是整个设计参数和滤波器类型都可以通过图形界面方便的更改操作方便。该滤波器在加格达奇地震台经过近半年的使用运行基本达到要求为确保地震记录资料震相分析的准确性提供了一个较好的技术保障。参考文献:万永革.数字信号处理的MATLAB实现M.北京:科学出版社..王家文等.MATLAB.编程基础M.北京:机械工业出版社..董振海.精通MATLAB编程与数据库应用M.北京:电子工业出版社.THEAPPLICATIONOFVISUALFILTERINSEISMICDATAANALYSISATJIAGEDAQIKANGKaiJIANGYongLIUYanbinSONGJianlinHUBaohuiJIANGBo(.JiagedaqiSeismicStationHeilon~iangJiagedaqiChina.HegangSeisicStationHeilon~iangHegangChina)Abstract:AccordingtotheneedofpracticalworkandinordertomakesuretheaccuracyofnumericalseismicdataanalysisthefilterisdesignedonthebasisofMATLABGUI.Itcandodigitallowpasshighpassbandpassandbandstop.Interfacelooksfriendlyandhaspracticality.DuringahalfyearthefilterhastakenfulladvantageofseismicstationinJiagedaqiandmadeagreatoffunction.Keywords:ea~hquakesignaldigitalfilterMATLABGUI

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