基于声线法的核爆次声传播模型分析

次声技术是《全面禁止核试验条约》(CTBT)国际监测系统(IMS)规定的4种监测手段之一。由于次声在大气中传播时具有衰减小、传播远的特点,因此在远程大气核爆探测与定位中得到广泛应用。在课题研究中,讨论了基于声线追迹方法的大气次声传播模型,分析了次声传播路径及其计算方法,并对某自然次声事件进行了次声传播路径分析。结果表明,计算结果和实际结果基本一致。     

不等间距球面相控阵列次声波聚焦特性研究

在声场计算理论与伪逆矩阵算法的基础上,设计了一种新型的圆周间距和不同圆周阵元间距呈等差数列的不等间距排列的球面相控阵列,用于次声波聚焦。仿真结果表明：与球面等间距阵列相比,在保持基本相等的主瓣宽度下,具有较高的声强增益、较低的旁瓣和较好的聚焦性能。     

基于平流层波导的次声探测能力估算方法

次声频率低,衰减小,传播距离远,可用于大区域事件监测/探测。次声在大气中通过波导传播,传输路径与高空大气模型有关,具有季节性特征,如果仍采用传统小范围球面扩散模型来估算次声探测范围,则会产生较大偏差。本文以Los Alamos国家实验室经验公式为基础,得到和平流层风速有关的探测距离和事件强度之间的关系,基于此关系,提出了具体的次声探测能力估算方法,并对实际数据进行了统计分析,证明了估算方法的有效性。     

次声及CSH-1型电容式次声接收器

在介绍次声有关概念的基础上，分析了次声接收器的构成原理，着重概述了根据该原理设计制造的CSH-1型电容式次声接收器。     

大气次声源定位算法及误差分析

逐步多通道相关方法是定位次声源的主要方法。该方法会忽略阵元的海拔高度差,从而引入误差。文章分析了基于广义互相关的时间延迟估计算法,讨论了基于时延的平面波入射角定位方法。着重研究了逐步多通道相关方法的误差来源,确定了基于时延的定位方法是产生误差的主要原因,明确了大气次声源定位误差来源于忽略了阵元间的海拔高度差。基于最小二乘法推导了在不考虑阵元高度的情况下计算次声波入射角的方法。对存在高度差的4元中心三角阵型进行了误差仿真实验,在忽略阵元海拔高度差的条件下,各方向入射的次声波角度定位误差最大达到4°,特定阵型的阵元最大海拔高度差与入射角度计算误差成线性关系,并探讨了入射角度计算误差对主要参数和后续定位的影响。     

次声监测系统设计和次声传感器相位校准技术研究

研究建立了次声监测节点和不同孔径的次声监测阵列,设计了消除风噪的花瓣式空间滤波器并实验验证了其降噪效果,建立了基于互联网数据库管理的次声实时监测系统,提出了基于改进STA/LTA算法的前兆次声信号提取方法和基于能量曲线与皮尔逊相关系数的前兆次声事件确认方法,使用改进的加权时延最小方差法对监测到的次声信号进行了声源定位,验证了定位的准确性;研究了次声传感器的相位校准技术,建立了试验样机,比较了试验结果和理论结果偏差,验证了次声相位校准的可行性。     

基于次声监测的泥石流实时预警系统

目前的泥石流次声报警设备经常受环境噪声干扰而频繁产生误报,导致无法投入到实际应用中。为了提高泥石流次声监测预警的准确率,基于泥石流次声和环境干扰次声的特征差异这一原理,采用单片机与上位机相结合的方式,借助混合编程、数据库与GIS二次开发等技术手段,设计与开发基于次声监测的泥石流实时预警系统进行现场泥石流次声信号监测与判识。对云南东川蒋家沟长期现场泥石流的监测验证了该系统的工作性能。实际应用结果表明：该系统不仅具有操作简便、响应及时和实时识别等特点,还具有较高的预警准确率,在长达2年的野外监测过程中,仅出现18次误报且无一漏报。     

数据压缩在次声监测中的应用

随着次声监测要求的不断提高,次声监测数据量急剧增加,这使数据传输、存储、处理的压力也越来越大。为了解决该问题,结合次声监测数据体存在信息冗余和互相关的特性,采用有能量集中效应的改进型离散余弦变换(MDCT)、改善信噪比的非线性压缩与扩张量化和高编码速率的自适应Huffman统计编码技术,对次声数据体进行压缩处理。该技术是一种有损压缩技术,根据数据的信噪比、松散度、复杂度等数据特征,统筹数据压缩和损失程度,合理选择压缩比,实现对次声监测数据体的低失真压缩。     

不同受力状态下岩石破坏过程次声信号特征

采用室内试验方法,分别开展了岩石在压缩、剪切和拉伸状态下的破坏试验,利用高灵敏度的次声信号采集设备同步采集岩石破坏过程中的次声信号,对不同受力状态下岩石次声信号的特征差异进行了研究。结果表明:在压缩状态下,岩石次声信号发射主要在弹性和塑性变形阶段,次声信号的峰值频率在7 Hz左右,在岩石临近破坏前,次声信号振幅和频率范围均有所增加;在剪切状态下,次声信号主要集中在峰值后应力逐步下降的阶段,信号功率分布集中程度较压缩试件略低,峰值频率在8 Hz左右;在拉伸状态下,试件加载初始阶段便有次声信号发生,次声信号频率通常存在高、低两个中心,其中低频与压缩试件接近,高频则高出3 Hz,拉伸试件内部裂隙的萌生和发展较压缩和剪切状态下更为迅速、有序,随着试件内部裂隙的发展,次声信号频率逐渐升高。以上特征的发现为不同受力状态下次声信号的识别以及岩体灾变预测提供了依据。     

山区铁路沿线泥石流次声监测预警方法

在了解国内外泥石流次声监测方法及技术的基础上,探讨了可同时记录信号过程的DBF-IS泥石流次声监测警报仪研制及其监测系统构建原理和方法。DBF-IS泥石流次声监测仪主要功能是监测、采集泥石流发生时的次声特征频率、主频振幅及持续时间等信息,该仪器便于安装和维护,适合山区铁路沿线泥石流监测预警。泥石流次声监测预警系统则是由次声监测终端及中心计算机系统组成,监测终端可同时发出灾害预警及进行信息传输;中心计算机系统实现监测点参数信息设置管理、数据通讯、数据处理及泥石流预警等功能。该山区铁路沿线泥石流次声监测预警系统能实现泥石流发生位置准确定位和大致发生规模,并根据监测到的泥石流次声信息及时向铁路相关部门发出预警信号,确保列车运营安全。