海底地震波在水中目标识别的方法研究

由天下分享时间：2025/3/23 8:33:18 加入收藏我要投稿点赞

海底地震波在水中目标识别的方法研究

张自圃,李环,邵雨新,吴强

【摘要】根据水中不同目标激励下在海底形成的地震子波具有不同频率这一特点,对水中目标的识别算法进行了研究。采用统计希尔伯特变换法对海底地震子波进行有效提取,同时通过时-频分析方法中的平滑伪Wigner分布对地震波中Scholte波的频率、能量和到达时间进行分析并讨论Scholte波是否存在。以此来确定水中目标的存在,避免了对非目标事物引起的子波的误识别。通过以上的研究,实现了根据提取出的子波的频率对目标类型的识别。【期刊名称】沈阳理工大学学报【年(卷),期】2017(036)003 【总页数】6

【关键词】关键词：海底地震波;提取子波;时-频分析;目标识别

地震波通常分为面波和体波两种,体波则又被分为纵波和横波[1]。在地震测量中,沿着弹性介质表面或两个不同弹性介质表面上传播的地震波称为面波,它是由在介质中传播的横波与纵波互相干涉和叠加所产生的。面波的能量主要集中在10Hz和80Hz频带间,主要是沿地表面传播,其能量约占地震波总能量的70%,波速约在1～3km/s 之间,比体波波速要低。根据面波在不同介质中的传播进行分类:当仅在固体表面上传播时称为瑞利波;在固体与固体界面上传播时称为斯通利波;而沿着液体与固体界面上传播时称为Scholte波[2]。

Scholte波的特性是在沿着海底液固界面传播时衰减很慢,质点的振幅会随离开液固界面距离的增大呈指数衰减,主要的能量集中在半波长深度内。质点的运动轨迹为椭圆,且没有低频截止频率。Scholte波还具有到达时间最晚、频率低、

幅值居中、能量最大、能量主要集中在40Hz和70Hz之间等特点。

在浅海海域,舰船在航行时产生的舰船噪声会以波的形式向个方向传播,其中有一部分会以低频波的形式传到海底,产生海底地震波。水下传感器采集到的海底地震波记录是由海底不同反射界面的反射系数与地震子波的褶积构成的,而在同一片海域其反射系数是相同的,所不同的是地震子波的频率。所以,本文通过提取采集到的海底地震波信号中的子波,根据子波频率的不同从而实现对目标类别的识别。但在识别目标时还要确定目标的存在,因此本文通过Scholte的特性捕获Scholte波,以此来确定目标存在。

1 统计Hilbert变换法提取子波[3]

设地震波的反射序列不相关,则地震记录x(t)的自相关与子波s(t)的自相关相等。 rxx(τ)=rss(τ) (1)

因为地震记录和其子波的振幅谱相等: 所以

ln|S(ω)|=ln|X(ω)| (2)

可以证明,当子波是最小相位时,其对数谱序列(或称复赛谱)(n)是因果的。 (3)

式中,(n)是实因果序列,即当n<0时,。

任何实序列都可以写成奇部序列和偶部序列之和,故(n)可以写成: (4)

即子波对数谱序列(n)的奇部o(n)和偶部e(n)有以下两个性质:

(1)由(n)的因果性,知其奇部和偶部有如下关系: (5) 式中, (6) (7)

(n)的偶部和奇部的傅里叶变换为其傅里叶变换的实部和虚部。设(n)的傅里叶变换为为子波的对数谱,则 (8)

于是提取子波的方法可归纳为:

(1)用多道统计法得到子波对数谱的实部。因子波谱