基于小波变换的结构地震响应分析方法的改进(精)
小波变换在地震信号处理中的应用指南
小波变换在地震信号处理中的应用指南地震是地球上一种常见的自然现象，也是一种潜在的灾害。
地震信号处理是地震学研究中的重要环节，它可以帮助我们更好地理解地震的发生机制和预测地震的趋势。
而小波变换作为一种强大的信号处理工具，被广泛应用于地震信号处理中。
本文将介绍小波变换在地震信号处理中的应用指南，以帮助读者更好地理解和应用这一方法。
一、小波变换的基本原理小波变换是一种时频分析方法，它将信号分解成不同频率的子信号，同时保留了时间信息。
与傅里叶变换相比，小波变换可以更好地捕捉信号的瞬时特征。
小波变换的基本原理是通过将信号与一组小波基函数进行卷积运算，得到信号在不同尺度上的频谱信息。
常见的小波基函数有Morlet小波、Haar小波等。
二、小波变换在地震信号去噪中的应用地震信号通常伴随着大量的噪声，这些噪声会干扰地震信号的分析和解释。
小波变换可以通过对地震信号进行小波分解和重构，实现对噪声的去除。
具体而言，可以选择适当的小波基函数和尺度，将地震信号分解成不同频率的子信号，然后去除其中的高频噪声，最后再将子信号重构成去噪后的地震信号。
这样可以有效提高地震信号的信噪比，减少误判和误解。
三、小波变换在地震信号特征提取中的应用地震信号中包含丰富的信息，如震级、震源深度、地震波到达时间等。
小波变换可以通过对地震信号进行小波分解，提取不同频率的子信号，进而分析地震信号的频谱特征。
例如，可以通过计算地震信号的能量谱密度、频率谱密度等指标，来研究地震信号的频谱特征。
此外，小波变换还可以提取地震信号的瞬时特征，如瞬时频率、瞬时相位等，从而更好地理解地震信号的动态变化。
四、小波变换在地震信号压缩与重构中的应用地震信号通常具有较高的采样率和较长的时长，对于存储和传输来说是一种挑战。
小波变换可以通过对地震信号进行小波分解和重构，实现对地震信号的压缩。
具体而言，可以选择适当的小波基函数和尺度，将地震信号分解成不同尺度的子信号，然后舍弃部分高频子信号，最后再将子信号重构成压缩后的地震信号。
基于小波变换的微地震信号检测方法研究
文章编号:16718585(2009)03018204收稿日期:20090222;改回日期:20090409。
作者简介:王正蕾(1975—),男,工程师,现主要从事野外地震资料采集和地震资料综合解释方面的研究工作。
基于小波变换的微地震信号检测方法研究王正蕾(中国石油化工集团公司国际石油勘探开发有限公司缅甸石油公司,云南昆明650051)摘要:针对地震微弱信息检测中传统微弱信号检测算法或原理的局限性,在分析小波变换信噪分离原理的基础上,提出了将小波分析与自适应滤波相结合的算法。
通过小波分析对被检测的微弱信号进行分解,并单独设计每一子带的阈值,从而实现了从强噪声信号中提取微弱信号的目的,最终通过仿真的结果验证了本算法的可行性和可靠性,为微弱信号的检测提供了新的理论算法。
关键词:微弱信号;小波分析;自适应滤波中图分类号:TE121文献标识码:A1 研究背景地震是地球内部介质局部发生急剧破裂产生的震波在一定范围内引起地面振动的现象。
地震的预报不像天气预报那样准确、及时,目前世界上成功预报地震的次数不多,并且都只是在震前几秒内,人们很难及时采取有效的防御措施,因此,信息的监测及预报一直是地震监测领域的学者和专家们的研究热点。
要实现成功预报地震信息,对震前能够表征地震灾害的信息的采集及监测是关键。
通常一些有效的地震信息被淹没在大自然的强噪声中,有的信号持续时间甚至还不到1s ,信号强度极其微弱;另一方面,由于目前传感技术、监测技术,以及硬件电路技术的限制,加上在信号处理算法方面一直缺少有效的弱信号提取算法[1],因此,对微地震信息的采集和监测方面的研究一直很难开展。
在自然界中监测微弱的地震表征信息,通过对微弱信号的提取获得地震灾害的第一手资料是研究地震信息预报惯用的思路,这必然牵涉到地震信息的微弱信号检测问题。
目前已经得到应用的微弱信号检测方法有窄带滤波法、双路消噪法、同步累积法、锁定接收法(频域分析法)、自相关及互相关检测法、取样积分法(时域分析法)[2]等几种,但是当被检测的信号非常微弱时,如微地震信号,经上述方法分析处理后,被测信号功率有可能仍然小于噪声功率,被测信号有可能仍然相当微弱,比噪声小几个数量级甚至被噪声淹没,或者在某些特定场合下噪声不理想,不能被看成白噪声时[3],则上述检测方法就存在一定的局限性。
基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析
基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析张尚荣;杜永峰;惠迎新;毛明杰【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2017(039)005【摘要】利用小波多分辨率分析将地震动加速度分解为多频段小波分量,并运用复模态方法推导其计算层间隔震体系在地震作用下的动力响应公式,讨论各频段地震信号及结构响应的能量分配.同时利用小波时频工具分析地震动能量在时频域内的分布对层间隔震结构响应的影响,进而为考察地震动非平稳性对层间隔震结构非线性分析的影响提供方法.利用小波分析的以上优势,对一典型层间隔震结构分别进行弹性和弹塑性分析,结果表明弹性体系在地震作用下的响应可由该地震波各小波分量的响应叠加而得,地震动能量在时间上的集中会对层间隔震结构响应产生不利影响.%In this study,ground motion acceleration time history was decomposed into multi-band wavelet components using the wavelet multi-resolution analysis method,and a dynamic response formula for an inter-story isolation structure under earthquake action was deduced using the complex modal method.The resulting seismic signals and displacement energies in a distinct frequency channel are discussed.The impact of earthquake energy distribution in the time-frequency domain on structural response was analyzed using wavelet time-frequency analysis tools,which provide a method of analyzing the nonlinear response of inter-story isolation structures.Finally,the elastic and elastoplastic responses of a typical inter story isolation structure under earthquake excitation areanalyzed using wavelet analysis.The results show that the elastic response can be the superposed seismic response of each waveletcomponent.Therefore,energy concentration of earthquake ground motion in the time domain can cause an adverse effect on inter-story isolation structures.【总页数】7页(P836-842)【作者】张尚荣;杜永峰;惠迎新;毛明杰【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021;兰州理工大学防震减灾研究所,甘肃兰州730050;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】TU352.1【相关文献】1.基于改进型SMA-三重摩擦摆隔震支座的层间隔震结构地震响应分析 [J], 李晓东;赵健;王文渊2.竖向刚度突变结构层间隔震地震响应分析 [J], 崔利富;孙建刚;王振3.基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析 [J], 张尚荣;杜永峰;惠迎新;毛明杰;;;;4.层间隔震结构动力特性及地震响应分析 [J], 黄小健;赵歆冬;马辉5.大底盘单塔楼层间隔震结构地震响应分析 [J], 黄丹青因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于小波变换的地震资料处理和应用
用 的今天 ，对地震勘探资料 的远距离快速传输 成为必要 。但 由于地震 资料数据 量太 大 ，除要 进行 去噪外 ，对地震 数据 的有效压缩 非常必 要 。怎样才能在满足科研的条件下对地震数据进行 有效 的压缩成 为近 几年 不少学者研究的课题 。地震资料 的压缩 不同与去噪 ，去噪是除去 那些 无效 的信息 。而地震数据压缩是对有效信息经 行处理 ， 要求对贡 献小 的信 号进行压缩 ，而突出主要信息 。这就要求压缩工具具有很好 的频域性 ，由于 地震信号随着时间的变化而变化 ，所以需要找到同时 具有 时域性 和频 域性的的方法 ，而小波正有这样的特性 。可以用小波 的这 一特 性出除或压 缩那些贡献不 大的有效信息 。然而在 实际的应 用 中却不这样 简单 ． 其是对 有效信息贡献率的辨 上和对压缩程度 尤
不同的尺度成分采用相应的时域采样步长 ，就要局 部化性 强的特点 ，
其 中，Ｎ 为采样点数。小波变换的离散公式 为 ：
（ ∑ ∑ （ａ （ ＝ ｔｊ ￣） ，
为常数 ，与所选的分析小波相关 。
不难看 出，小波变换实际上就是用一系列不同宽度的时窗去分析
（ ｆ ）
（ ） … ２
其 中 ， （ 与 ， ｇ ） （是复共轭 ，ａ 为尺度伸缩因子 ， 制窗 口的 大 ｒ ） 称 控 小 ；ｂ 称为时 平移因子 ，确定时频 窗口的中心在时 Ｍ轴上 的位置 。 令
ｎ ：
一
变换 处理 后 ，地震信号的分辨率得到明显的提 高。为了使信号的高频 成分更 为丰富 ，有些学者对信号经小波分解后对 不同频率进行增益补
）
（ ３）
般来讲 ， ｂ 一 ｇ （ 不一定是彼此正交 的，稍微变换后 ，可得小波变 ） 换的逆变换公式 为 （ 高静怀 ，汪文秉 ，朱光明等 。地震资料处理 中小 波函数的选取研 究［ 地球物理 学报 ，１ ９ ， ２ ４ ０ Ｊ 】 ９６ ９—０ ） ３
小波变换在地震信号处理中的应用
小波变换在地震信号处理中的应用
郭睿
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2016(023)010
【摘要】小波变换进来发展迅速,已经被广泛应用于解决地质问题,它能够较准确的描述信号在时间和频率方面的分布特点,同时还可以分析信号在频域和时域中的特征,并且能够采用多种分辨率来对信号进行分析,实现了信号的有损和无损传输.本文简要介绍了小波变换用于地震勘探的发展历史,介绍了小波变换的基本思想、主要概念并对它在地震信号处理中的应用做了总结归纳.
【总页数】2页(P74-75)
【作者】郭睿
【作者单位】西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安 710065
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于小波变换算法的时频分析技术在地震信号处理中的应用 [J], 杨立强
2.小波变换回波提取在可控震源地震信号处理中的应用 [J], 蒋忠进;邱小军;林君;陈祖斌
3.小波变换及其在水声信号处理中的应用 [J], 侯铁双;
4.小波变换在水声信号处理中的应用研究 [J], 刘志鹏
5.二次小波变换的阈值去噪算法及其在地震信号处理中的应用 [J], 张涛;周秀君;杨世明
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基于小波变换的谱分解技术在地震模型解释中的应用
基于小波变换的谱分解技术在地震模型解释中的应用齐宇;刘震;魏建新;狄帮让;李娟【摘要】谱分解技术是一项基于频率谱分解的解释技术,根据地震反射中各频率成分对应的调谐振幅不同,计算出相应的储集层的厚度.小波变换是谱分解的重要方法,将该方法运用到地震物理模型中,不仅可以有效地预测储集层的厚度,而且可以描述储集层的横向变化、沉积相带演变.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】3页(P417-419)【关键词】谱分解;调谐振幅;小波交换;地震模型【作者】齐宇;刘震;魏建新;狄帮让;李娟【作者单位】中国石油大学,油气资源与探测国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,油气资源与探测国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,油气资源与探测国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,CNPC物探重点实验室,北京,102249;中国石油大学,油气资源与探测国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249;中国石油大学,CNPC物探重点实验室,北京,102249;中国石油大学,油气资源与探测国家重点实验室,北京,102249;中国石油大学,资源与信息学院,北京,102249【正文语种】中文【中图分类】P631.445近年来，谱分解技术已广泛应用于地震资料解释中，逐渐发展为一种重要的储集层预测技术。
运用该技术能突破常规1/4波长的地震分辨率极限，通过提取尼奎斯特频率范围内所有离散频率对应的调谐振幅，实现了以交互、动态方式研究薄层在横向上的连续变化，在确定油藏边界、计算地层厚度方面比传统地震属性研究方法具有更大的优势[1]。
理论上讲，能够用于时频分析的方法都可以用于谱分解处理，包括短时傅里叶变换，S变换和小波变换，其中小波变换是时频分析的重要组成部分。
基于小波变换的信号处理在地震预警中的应用
基于小波变换的信号处理在地震预警中的应用一、前言近年来，地震频繁发生，给人们的生命财产造成严重威胁。
因此，地震预警系统成为了解决这个问题的重要手段之一。
然而，地震信号具有高噪声、复杂非线性等特性，如何处理这些信号成了地震预警系统的难点。
本文将介绍基于小波变换的信号处理在地震预警中的应用。
二、小波变换的基本概念小波变换是一种基于多分辨率的信号分析方法，它具有时频分析的优点。
它将信号分为尺度（scale）和位置（position）两个方面，采用不同的小波基将信号从时域（time domain）变换到小波域（wavelet domain）。
小波变换的基本公式如下：其中，x(t)和y(a,b)分别表示在时域和小波域中的信号，ψ(u)是小波基。
三、小波变换在地震预警中的应用1.小波变换在地震信号中的作用地震信号由于其高噪声、复杂非线性等特性，传统的傅里叶变换等处理方法难以处理这些信号。
而小波变换则可以有效地对地震信号进行处理，具体表现在以下几个方面：（1）时频分析小波变换可以将信号从时域转换到小波域，这使得我们可以同时观察到信号在时间和频率上的变化情况。
这对于地震信号的分析具有重要意义，可以更加准确地捕捉地震信号的时空特性。
（2）信号去噪地震信号中的噪声往往是比较大的，这会对地震预警系统的准确性产生较大的影响。
小波变换具有去噪的作用，可以将地震信号中的噪声滤除，发挥更好的作用。
（3）特征提取地震预警系统需要提取一些特征来判断地震的发生与否。
小波变换可以提取信号的一些重要特征，如能量、频率、相位等，这对于地震预警系统的准确性具有较大的帮助。
2.小波变换在地震预警系统中的应用在地震预警系统中，小波变换可以用于地震信号的预处理、特征提取、模式识别等方面。
具体来说，可以采取以下几个步骤：（1）对地震信号进行小波分解，得到不同尺度的小波系数。
（2）去除小波系数中的噪声，提高信噪比。
（3）利用小波系数中的特征进行模式识别，以判断地震的发生与否、其发生位置及强度等参数。
基于小波包降噪结构地震响应研究
由图 ２ 可得 降噪前后该地震波 的最 大频 率没有发生改变 ， 约 为 ３ ｚ降噪去除 了地震波 中高频 噪声 干扰信 号。 ｌＨ ，
３１ 小波包降噪效 果分析 ． 从仿真数据 （ ３ 可以看 出， 图 ） 地震波 降噪前后地震 响应 变化都很小 ，经降噪处理后 的时程 曲线 比降噪前更为光 滑 ，
可见降噪后 的地震波对结构地震响应影响较小 ， 但经降噪处
理后的地震波能提高地震响应 精度。 分析 不同小波基的结构
图 ２ 降噪前后 日 Ｃｅ ｔ ｎｒ ｏ地震波功率谱 比较 ３ 算例分析
地震 响应 （ １可 知 ， 表 ） 小波包 降噪处理后 顶层最 大位 移 、 顶 层最大加速度 和最大层 间位 移相差都很 小 ，除 ｈａ 小 波基 ａｒ
小 波分析作 为一种时一 频分析方法 ， 服了傅里 叶分析 克
．
其 中 ￡为真 实信 号 ，（） ） ｅ 为噪 声 ，（） ｓ 为含 噪 声 的信 号。 我们 的目的就是要将信号 ｓｆ中的噪声 ｅ 对真实信号 （） （）
，） （ 的影响减小到最小的程度。在地震波中噪声成分一般为 高频信号 ， 降噪过程可按如下方式处理 。
２３ ・ ７
・
２０ ０ ８年第 ４期
甘肃水利水 电技术
第４ ４卷 表 １ 不 同小波基下 的结构地 震响应
解 系数 的收缩方 法进行降 噪。对 比图 １ 可以看出 ， 降噪处理 后的地震波波形 明显光滑 。然后 ， 对降噪处理前后 的地震波 进 行快速傅立叶变换 （ Ｆ Ｆ ｒ变换 ）得到它们的功率谱 （ ２ ， ， 图 ）
合 适 小 波 函数 及 其 基 函数 。现 选 用 降 噪 过 程 中 常 用 Ｄ ｕｅｈｅ 小 波 函数 （ｂ ａｂｃ ｉ ｓ ｄ ２基 ） Ｅ ｅｔ 对 １Ｃ ｎｒ ｏ地震 波 （ 南北 方 向） 进行小 波包 降噪处理（ １ 。 图 ）
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摘
要 : 针对现有线性结构非平稳地震响应分析的小波方法中存在计算效率较低的问题 , 提出了一种求
解时 频响应的改进方法 , 即将原地震信号直接输入结 构 , 求 得结构响应 , 再对 该响应进行 小波分解 和重构 , 得 到结构在各频 段的响应 , 反映出结构响应的时频特性 利用小波变换中多分 辨率分 析的思 想及线性 结构响 应 求解的振型分解法 , 证明了改进方法与现有方法 计算结果的一致性 通过算例 , 说明了改进方法的正确性 关 键 词 : 结构线性动力反应 ; 运动微分方程 ; 非平稳信号 ; 振型 分解法 ; 小波变换 文献标志码 : A 文章编号 : 1005 - 3026( 2011) 03 - 0435 - 04 中图分类号 : T U 311
( 1. School of Resources & Civ il Engineering , Northeaster n U niversity, Shenyang 110819, China; 2. School of A rchitecture and Civil Eng ineering, Shenyang U niv ersity o f T echnolo gy, Shenyang 110042, China; 3. School of Economics and M anagement, Shenyang U niversity of Chemical T echnology , Shenyang 110142, China; 4. L iaoning Prov incial Building Desig n & Research Institute, Sheny ang 110005, China. Corr esponding author: BAI Quan, E - mail: baiquan @ 163. com)
朱浮声1 , 白 泉2 , 边晶梅 3 , 赵东阳 4
( 1. 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819; 2. 沈阳工业大学 建筑工程学院 , 辽宁 沈阳 110042; 3. 沈阳化工大学 经济管理学院 , 辽宁 沈阳 110142; 4. 辽宁省建筑设计研究院Improved Method of Seismic Response Analysis of Structures Based on Wavelet Transformation
ZH U Fu -sheng 1 , BA I Quan 2 , BIA N Ji ng -mei 3 , ZH A O Dong -yang 4
Abstract: Nonstationary st ruct ural response is currently an act ive area of int erest in eart hquake eng ineering. L ow comput at ional eff iciency is problematic f or nonst ationary seismic responses of linear st ruct ures based on w avelet transformation. An improved met hod is thus proposed w hereby seism ic responses are obt ained w it h t ime - frequency charact erist ics. Seismic signals w ere input ted direct ly int o the st ructure and seismic responses w ere obtained by t ime domain analysis. T he response of different scales and time - frequency characters of the seismic response were then reflected by wavelet decomposition and reconst ruct ion. Using multi resolut ion analysis ( M RA) of w avelet t ransf orm at ion and modal analysis of t he st ruct ural response, results from this new modif ied met hod w ere shown to be consistent w it h results of the ex isting conventional m et hod. A numerical example illustrates t he accuracy of t he new method. Key words: st ruct ural linear dynamic response; differential equat ion of mot ion; non - st able signal; modal equat ion and analysis; w avelet t ransf orm at ion 研究表明[ 1- 5] , 地震动在时域上强度从零初 值开始 , 经历由弱到强再由强到弱的增大和衰减 过程, 同时在频域上有地震波在传播途径中的消 散和不同波到达的时差 , 整个过程也具有明显的 频率成分变化, 因而表现出明显的时频非平稳性, 它所引起的结构响应也是时频非平稳的 但地震 响应分析中常用的时域分析法和频域分析法却对 此无能为力 近年来 , 小波变换由于其良好的时频特性在 工程领域得到了广泛的应用 文献 [ 4, 6- 8] 将小 波方法应用于结构地震响应的求解, 即将原地震 信号分解为不同频段的分信号, 再用分信号分别
第 32 卷第 3 期 2 01 1 年 3 月
东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Nort heastern U niversity( Natural Science)
Vol 32, No. 3 Mar. 2 0 1 1
基于小波变换的结构地震 响应分析方法的改进