[發(fā)明專利]一種用于均勻速度場的信號源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510973875.4
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105550160B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 李夕兵;王澤偉;董隴軍;尚雪義;張楚旋;周勇勇;劉棟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發(fā)明公開了一種用于均勻速度場的信號源定位方法，該方法先用兩個傳感器對的理論到時與觀測到時的殘差方程，構建信號源位置的雙曲面方程，再根據(jù)每個雙曲面方程構建一個局部坐標系內(nèi)的虛擬場，然后利用坐標轉(zhuǎn)換技術將所有的雙曲面方程在空間內(nèi)疊加并取平均，得到整體的虛擬場，最后利用常用的無約束最優(yōu)化算法搜索空間內(nèi)整體虛擬場的最大值所在的位置，作為信號源的定位結(jié)果。所提出的作為整體虛擬場的目標函數(shù)具有空間內(nèi)的連續(xù)性和可微性，由此而得到的定位方法對嚴重的拾取誤差有很好的抵抗性，同時具有定位速度快，穩(wěn)定性好的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于均勻速度場的信號源定位方法。

背景技術

信號源定位技術是地震定位、微震監(jiān)測、聲發(fā)射定位等諸多領域中的一個關鍵技術問題，不僅在天然地震，礦山安全監(jiān)測中起到重要作用，還在邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測、無損探傷等領域扮演至關重要的角色。在信號源定位技術中，利用拾取信號到時數(shù)據(jù)的定位技術由于操作簡便，數(shù)據(jù)可靠性強，是最為廣泛應用的技術手段之一。

利用到時數(shù)據(jù)的信號源定位技術一般采用正演模型和迭代技術確定一個目標函數(shù)，該目標函數(shù)的最小值所在的位置即為信號源的空間坐標。在采用這種定位技術的實時監(jiān)測系統(tǒng)中，為了能得到有用的分析數(shù)據(jù)，必須要求能給出足夠準確的定位結(jié)果。另一方面，在實際應用中由于現(xiàn)場環(huán)境的因素以及數(shù)據(jù)量龐大的特點，手工拾取難以勝任處理效率的需求，因此往往采用自動拾取程序。然而，現(xiàn)場由于噪音的影響以及信號傳播過程中的衰減，導致接受到的信號很大部分是低信噪比數(shù)據(jù)，這嚴重挑戰(zhàn)了自動拾取程序的可靠性，自動拾取得到的到時數(shù)據(jù)中經(jīng)常夾雜著嚴重的拾取誤差乃至拾取錯誤。

傳統(tǒng)的利用到時數(shù)據(jù)的定位技術一般將觀測到到時與理論到時進行殘差定義，以此得到一個目標函數(shù)，然后利用最優(yōu)化技術求解該目標函數(shù)的最優(yōu)值以確定信號源。一階范數(shù)和二階范數(shù)是被用來定義目標函數(shù)最常用的方法。二階范數(shù)法包括最常用的Geiger方法，一階范數(shù)的典型代表為Prugger和Gendzwill提出的單純形法。盡管這些方法在天然地震中得到了廣泛的應用，但是這些方法對到時的拾取誤差靈敏性很大，少量的拾取錯誤會導致完全錯誤的定位結(jié)果。雖然有研究表明，一階范數(shù)相對于二階范數(shù)來說具有較好的抗拾取誤差能力，但是這兩種方法都屬于回歸類方法，終究不能徹底避免拾取誤差的影響，尤其是當觸發(fā)傳感器數(shù)量較少時。

為了適應于目前的狀況，發(fā)展一種對拾取誤差不靈敏的信號源定位方法具有很大的實際應用價值，尤其適用于數(shù)據(jù)量較大的實時、自動的定位監(jiān)測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于均勻速度場的信號源定位方法，其目的在于，克服現(xiàn)有技術中臺站的測量到時存在部分輸入錯誤時，信號源定位無法求解的問題。

一種用于均勻速度場的信號源定位方法，首先，利用一組速度傳感器對采集的信號源相同震相的理論到時與觀測到時的殘差數(shù)據(jù)，構建信號源位置的雙曲面方程；利用雙曲面方程構建一個局部坐標系內(nèi)的虛擬場；再采用坐標轉(zhuǎn)換將局部坐標系內(nèi)的虛擬場變換到整體坐標系中，獲得整體虛擬場；最后，利用無約束最優(yōu)算法搜索空間內(nèi)整體虛擬場中的最大值，將該最大值作為信號源的定位結(jié)果。

所述整體虛擬場為信號源定位的目標函數(shù)，具體表達式如下：

其中，n為待定位的信號源事件觸發(fā)的速度傳感器數(shù)量，Exp表示以e為底的指數(shù)，d_ij表示局部坐標內(nèi)空間點(X,Y,Z)到所述信號源位置的雙曲面方程中雙曲線的Z向距離，