基于MATLAB編程濾除地電場(chǎng)中高頻干擾信息

吳 磊,李 通,胡建軍,張海龍

（重慶市地震局,重慶 401147）

基于MATLAB編程濾除地電場(chǎng)中高頻干擾信息

吳 磊,李 通,胡建軍,張海龍

（重慶市地震局,重慶 401147）

地電場(chǎng)觀測(cè)對(duì)環(huán)境要求比較苛刻。地電場(chǎng)在觀測(cè)過(guò)程中常受到大風(fēng)，太陽(yáng)風(fēng)等因素干擾，往往表現(xiàn)為高頻干擾，干擾信息與正常地電場(chǎng)數(shù)據(jù)疊加在一起，造成曲線形態(tài)漆黑一片，嚴(yán)重干擾了正常數(shù)據(jù)變化形態(tài)，對(duì)臺(tái)站的日常處理工作造成很大困擾。本文基于MATLAB編程，分別采用傅里葉濾波法、數(shù)字濾波器、FIR濾波器在保留潮汐信息的情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。

地電場(chǎng)，高頻干擾，MATLAB，濾波器

0 引言

地電場(chǎng)觀測(cè)對(duì)象是大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)。大地電場(chǎng)是地球外部的各種電流體系在地球內(nèi)部產(chǎn)生的分布于整個(gè)地球表面或較大區(qū)域的變化電場(chǎng)；自然地電場(chǎng)是地殼局部物理、化學(xué)條件變化引起的局部性電場(chǎng)[1]。大風(fēng)，降雨，電源不穩(wěn)，車輛運(yùn)行等自然現(xiàn)象和人為都會(huì)不成程度的影響大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)。為了更好的研究地電場(chǎng)與地震有關(guān)的信息，消除這些干擾信號(hào)是必要的。

1 理論模型

如圖1所示的線性時(shí)不變系統(tǒng)，其時(shí)域輸入和輸出關(guān)系為：

若x( n)，y( n)的Fourier變換存在，為X( ejw)和Y( ejw)，則輸入和輸出的關(guān)系為：其中為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。再假定x( n)的Fourier變換的振幅可用圖2（a）表示，系統(tǒng)幅頻響應(yīng)可用圖2（b）表示，則濾波器的輸出y( n)可表示為圖2（c）。

這樣，x( n)通過(guò)系統(tǒng)h( n)的結(jié)果是使輸出y( n)中不再含有＞ωc的頻率成分，而使＞ωc的成分“不失真”地給以通過(guò)。因此設(shè)計(jì)出不同形狀的H( ejw)可以得到不同的濾波結(jié)果。

若濾波器的輸入、輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，那么該濾波器的脈沖響應(yīng)h( n)也必然是離散的。地電場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)離散的，故可以用此方法進(jìn)行濾波處理。

2 干擾類型

瓜州臺(tái)地電場(chǎng)2007年起正式運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多年的觀測(cè)運(yùn)行，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，相關(guān)系數(shù)在0.95以上，日變化明顯，觀測(cè)質(zhì)量良好。在受大風(fēng)，車輛運(yùn)行干擾時(shí)，往往表現(xiàn)為觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)高頻信號(hào)[2]。2015年05月03日至2015年05月04日瓜州地電場(chǎng)數(shù)據(jù)受大風(fēng)干擾，和造成地電場(chǎng)數(shù)據(jù)疊加在一起。

3 干擾濾除

大風(fēng)干擾典干擾形式是高頻干擾，其頻率比地電場(chǎng)正常的潮汐頻率高。鑒于地電場(chǎng)潮汐頻率主要集中在分別以24小時(shí)、12小時(shí)、八小時(shí)、六小時(shí)為中心周期頻率，運(yùn)用帶阻濾波法濾除干擾時(shí)應(yīng)避免此段頻率范圍。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，把帶阻頻率選定在0.29至0.72Hz。對(duì)瓜州地電場(chǎng)2015年05月03日至2015年05月04日北南長(zhǎng)測(cè)道為例進(jìn)行濾波，并進(jìn)行頻譜分析，將濾波前后的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如圖3、4所示。從圖中可以看出大風(fēng)干擾造成的高頻成分明顯被濾去，同時(shí)地電場(chǎng)中的有效信號(hào)得到很好的保留。

4 結(jié)論與討論

本文選擇了瓜州地電場(chǎng)2015年05月03日至2015年05月04日大風(fēng)干擾數(shù)據(jù)為例進(jìn)行試驗(yàn)。濾波結(jié)果表明，再?zèng)]有干擾地電場(chǎng)潮汐頻段信號(hào)的同時(shí)可以很好的濾除因大風(fēng)造成的高頻干擾成分，對(duì)于地電場(chǎng)數(shù)據(jù)后繼的分析與研究鋪平了道路。

[1]傅承義,陳運(yùn)泰等.地球物理學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,1985.

[2]邱穎．地電場(chǎng)觀測(cè)中已知源干擾抑制研究[D]．中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，2008．

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.123

吳磊（1988-）,男,土家族,貴州銅仁人,本科,助工,研究方向：地震前兆數(shù)據(jù)處理與分析。