一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，包括：获取待计算自噪声的两台地震计的数据文件；对数据文件进行分段得到分段数据；对分段数据进行预处理得到预处理后的分段数据；对预处理后的分段数据依次进行加窗和内插补零得到补零后的数据段；计算补零后的数据段的平均自功率谱密度和平均互功率谱密度；获取两台地震计各自的传递函数，根据各自地震计的传递函数、平均自功率谱密度和平均互功率谱密度得到各自地震计的自噪声。本发明专利技术通过对分段数据进行加窗和内插补零，可在保证频率分辨率的同时，提高了功率谱估计的平滑度，同时克服了频谱泄漏，从而提高了地震计自噪声的测试精度。噪声的测试精度。噪声的测试精度。

【技术实现步骤摘要】
一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法


[0001]本专利技术涉及地震计
，特别是涉及一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法。

技术介绍

[0002]自噪声是宽频带地震计性能的重要指标。目前，在地震计行业标准中，地震计自噪声的测试方法主要使用两仪器法和三仪器法。这两种方法思路相似，都是利用两台或三台地震计的观测数据进行噪声功率谱的计算，由功率谱的相关性求得该地震计的自噪声。目前进行功率谱计算最常用的方法是加窗平均周期图法。
[0003]周期图法虽然是一种渐近无偏的估计，但其方差较大，无法收敛到真谱。造成这种计算结果性能不好的根本原因在于傅里叶变换的特点。傅里叶变换是把所分析的信号分解成无穷多正弦信号的叠加，这些信号的幅度、频率及相位都是固定不变的。但是随机信号的幅度、频率和相位是随机变化的，而周期图实际上是把随机信号视为确定性的信号，因此必然带来估计上的质量不高。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法以解决地震计自噪声测算精度低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，包括：
[0007]获取待计算自噪声的两台地震计的数据文件；
[0008]对所述数据文件进行分段得到分段数据；
[0009]对所述分段数据进行预处理得到预处理后的分段数据；
[0010]对所述预处理后的分段数据依次进行加窗和内插补零得到补零后的数据段；
[0011]计算所述补零后的数据段的平均自功率谱密度和平均互功率谱密度；
[0012]获取两台地震计各自的传递函数，根据各自地震计的传递函数、平均自功率谱密度和平均互功率谱密度得到各自地震计的自噪声。
[0013]优选地，所述对所述分段数据进行预处理得到预处理后的分段数据，包括：
[0014]对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据；
[0015]对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据。
[0016]优选地，所述对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据，包括：
[0017]采用公式：
[0018][0019]对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据；其中，x
1i
(n)为第i段数据，L为分段数据的段数，且1≤i≤L，N为分段数据的各段数据长度，且0≤n≤N，x
2i
(n)为去除均值后的分段数据。
[0020]优选地，所述对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据，包括：
[0021]采用公式：
[0022][0023]对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据；其中，x
i
(n)为预处理后的分段数据。
[0024]优选地，计算所述补零后的数据段的平均自功率谱密度和平均互功率谱密度，包括：
[0025]对所述补零后的数据段进行傅里叶变换得到傅里叶变换后的补零数据段；
[0026]求取所述傅里叶变换后的补零数据段的自功率谱密度和互功率谱密度；
[0027]根据所述自功率谱密度和互功率谱密度得到所述补零后的数据段的平均自功率谱密度和平均互功率谱密度。
[0028]优选地，补零后的数据段的平均自功率谱密度计算方法为：
[0029]采用公式：
[0030][0031]得到平均自功率谱密度；其中，为补零后的数据段，X(k)为傅里叶变换后的补零数据段，P
iXX
(ω)为自功率谱密度，为平均自功率谱密度，d(n)为数据窗，j为虚数单位，ω为角频率，k为数据段内数据点的序号。
[0032]优选地，补零后的数据段的平均互功率谱密度计算方法为：
[0033]采用公式：
[0034][0035]得到平均互功率谱密度；其中，P
iXY
(ω)为互功率谱密度，为平均互功率谱密度，X
*
(k)为X(k)的转置，Y(k)为第二地震计经傅里叶变换后的补零数据段。
[0036]优选地，根据各自地震计的传递函数、平均自功率谱密度和平均互功率谱密度得到各自地震计的自噪声，包括：
[0037]采用公式：
[0038][0039]计算各自地震计的自噪声；其中，P1为第一地震计的自噪声，P2为第二地震计的自噪声，H1为第一地震计的传递函数，H2为第二地震计的传递函数。
[0040]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0041]本专利技术提供了一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，与现有技术相比，本专利技术通过对分段数据进行加窗和内插补零，可在保证频率分辨率的同时，提高了功率谱估计的平滑度，同时克服了频谱泄漏，从而提高了地震计自噪声的测试精度。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术提供的实施例中的一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法流程图；
[0044]图2为本专利技术提供的实施例中的一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法原理图。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0046]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0047]本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
[0048]本专利技术的目的是提供一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法以解决地震计传递函数标定精度低的问题。
[0049]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，其特征在于，包括：获取待计算自噪声的两台地震计的数据文件；对所述数据文件进行分段得到分段数据；对所述分段数据进行预处理得到预处理后的分段数据；对所述预处理后的分段数据依次进行加窗和内插补零得到补零后的数据段；计算所述补零后的数据段的平均自功率谱密度和平均互功率谱密度；获取两台地震计各自的传递函数，根据各自地震计的传递函数、平均自功率谱密度和平均互功率谱密度得到各自地震计的自噪声。2.根据权利要求1所述的一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，其特征在于，所述对所述分段数据进行预处理得到预处理后的分段数据，包括：对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据；对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据。3.根据权利要求2所述的一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，其特征在于，所述对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据，包括：采用公式：对所述分段数据进行去均值处理得到去除均值后的分段数据；其中，x
1i
(n)为第i段数据，L为分段数据的段数，且1≤i≤L，N为分段数据的各段数据长度，且0≤n≤N，x
2i
(n)为去除均值后的分段数据。4.根据权利要求3所述的一种利用改进welch法计算地震计自噪声的方法，其特征在于，所述对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据，包括：采用公式：对所述去除均值后的分段数据进行去趋势值处理得到预处理后的分段数据；其中，x
i
(n)为预处理后的分段数据。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晴，游庆瑜，徐锡强，张盛泉，张妍，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：