基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法

本发明属于地震动数据处理，涉及一种基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法。

背景技术：

1、数字强震加速度仪是获取地面运动规律的有效测量仪器，数字强震加速度仪能够获得高分辨率且包含完整地面运动的加速度记录。但因仪器测量误差，加速度记录会出现基线偏移，未经处理的加速度记录积分得到的速度和位移记录存在更大的偏差。在常用的基线校正方法中，一般假定加速度基线偏移位于低频信号中，并假定速度和位移记录的末端收敛于零。通常采用对原始加速度记录进行高通滤波得到校正后的加速度记录，对校正后的加速度记录积分获得校正后的速度和位移记录，校正后的位移记录末端收敛于零。

2、但是在近断层区域，由于断层破裂引发的地面变形，产生的地震动通常存在永久地面位移，即位移记录的末端不收敛于零。现有的高通滤波基线校正方法会消除地震动记录中的永久地面位移，不适用于近断层地震动加速度记录的基线偏移校正。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其运用连续小波变换技术提取出原始记录中包含永久地面位移的脉冲信号，对残余的地震动记录(即非脉冲信号)进行高通滤波消除基线偏移，最后重组两个信号获得修正后的地震动加速度记录。该方法能够很好地解决近断层地震动基线偏移校正中永久地面位移无法保留的问题，使得校正后的地震动记录更加符合近断层区域的实际运动状态。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，包括以下步骤：

4、s1：移除原始加速度记录中地震发生前的平均值；

5、s2：对初始加速度记录进行低通滤波；

6、s3：确定地面永久位移估计值；

7、s4：对低通滤波后加速度记录进行连续小波变换；

8、s5：提取可能包含永久地面位移的脉冲；

9、s6：确定包含永久地面位移的脉冲信号；

10、s7：求得非脉冲信号；

11、s8：对非脉冲信号进行高通滤波；

12、s9：获取修正后的近断层地震动加速度记录。

13、进一步，步骤s1中，计算原始加速度记录a0(t)前n秒的平均值，再从整个原始加速度记录a0(t)中减去前n秒的平均值，获得初始加速度记录a1(t)。

14、进一步，步骤s2中，采用低通滤波器对初始加速度记录a1(t)进行低通滤波，经过低通滤波后的加速度记录定义为a11(t)。

15、进一步，步骤s3中，对加速度记录a11(t)进行积分，获得相应的位移记录d11(t)；识别位移记录d11(t)中斜率最后一次为0的时刻t，将t时刻的位移值d11(t)确定为地面永久位移估计值d。

16、进一步，步骤s4中，对低通滤波后加速度记录a11(t)进行连续小波变换，计算得到低通滤波后加速度记录a11(t)的小波系数计算公式为：

17、

18、式中a为尺度参数；b为位置参数；ψ(a,b)为小波函数，需保证该小波函数二重积分后值不收敛于零。

19、进一步，步骤s5中，识别小波系数中绝对值最大值对应的尺度参数ak与位置参数bk，再计算出第k次提取的脉冲信号pk(t)，计算公式为：

20、

21、其中p0(t)为零向量；

22、用低通滤波后加速度记录a11(t)减去提取的脉冲信号pk(t)获得第k次残余的加速度记录rk(t)，之后对残余的加速度记录rk(t)进行连续小波变换，计算获得第k+1次小波系数计算公式为

23、

24、进一步，步骤s6中，具体包括：

25、重复步骤s5的计算，得到m个脉冲信号p1(t)、p2(t)、…、pm(t)，将这m个脉冲积分到位移，获得其各自的位移记录末端值d1(end)、d2(end)、…、dm(end)，选择位移记录末端值最接近地面永久位移估计值d的脉冲信号为包含永久地面位移的脉冲信号p(t)。

26、进一步，步骤s7所述非脉冲信号的计算公式为：

27、nonp(t)＝a1(t)-p(t)。

28、进一步，步骤s9中，组合脉冲信号p(t)与修正后的非脉冲信号corrnonp(t)，获得修正后的近断层地震动加速度记录a(t)，计算公式为：

29、a(t)＝p(t)+corrnonp(t)。

30、本发明的有益效果在于：本发明将连续小波变换方法用于提取包含永久地面位移的脉冲信号，能够保留近断层地震动中应有的永久地面变形特征，避免了以往滤波方法会消除记录中地面永久位移的问题。此外，由于本发明保留了断层附近地面运动中的永久位移，在对跨越断层结构进行抗震设计时，用本发明提出方法获得的地震动记录能够更加准确的反应地震对结构的影响。

31、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s1中，计算原始加速度记录a0(t)前n秒的平均值，再从整个原始加速度记录a0(t)中减去前n秒的平均值，获得初始加速度记录a1(t)。

3.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s2中，采用低通滤波器对初始加速度记录a1(t)进行低通滤波，经过低通滤波后的加速度记录定义为a11(t)。

4.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s3中，对加速度记录a11(t)进行积分，获得相应的位移记录d11(t)；识别位移记录d11(t)中斜率最后一次为0的时刻t，将t时刻的位移值d11(t)确定为地面永久位移估计值d。

5.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s4中，对低通滤波后加速度记录a11(t)进行连续小波变换，计算得到低通滤波后加速度记录a11(t)的小波系数计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s5中，识别小波系数中绝对值最大值对应的尺度参数ak与位置参数bk，再计算出第k次提取的脉冲信号pk(t)，计算公式为：

7.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s6中，具体包括：

8.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s7所述非脉冲信号的计算公式为：

9.根据权利要求1所述的基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，其特征在于：步骤s9中，组合脉冲信号p(t)与修正后的非脉冲信号corrnonp(t)，获得修正后的近断层地震动加速度记录a(t)，计算公式为：

技术总结
本发明涉及一种基于连续小波变换的近断层地震动加速度记录基线偏移校正方法，属于地震动数据处理技术领域，包括以下步骤：S1：移除原始加速度记录中地震发生前的平均值；S2：对初始加速度记录进行低通滤波；S3：确定地面永久位移估计值；S4：对低通滤波后加速度记录进行连续小波变换；S5：提取可能包含永久地面位移的脉冲；S6：确定包含永久地面位移的脉冲信号；S7：求得非脉冲信号；S8：对非脉冲信号进行高通滤波；S9：获取修正后的近断层地震动加速度记录。本发明能够保留近断层地震动中应有的永久地面变形特征，所获得的地震动记录能够更加准确的反应地震对结构的影响。

技术研发人员：李英民,杨宏武,胡磊,潘维浩,姬淑艳
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15