. 8, 2003 . 75 УДК 699.841 Э.В. Литвинова Крымский государственный инженерно-педагогический университет Инструментальный анализ задачи восстановления входного сигнала Л В и Э в ти .н в оа Рассмотрены конкретные примеры практического решения задачи восстановления входного сигнала методом Линза и результаты численного решения, полезные для практического применения при измерениях. Анализ проводился для сейсмоприемника СМ3-КВ. Используемые в работе сейсмометрический комплекс и пакет программ многомерного анализа были разработаны в ходе выполнения научно-исследовательской работы по математическому решению обратной задачи восстановления входного сейсмического сигнала. Данный способ восстановления истинного движения почвы применим к записям отклика на импульс и сейсмического сигнала, полученным с помощью любого сейсморегистрирующего устройства, с любым способом записи. Поэтому, при изучении сейсмических воздействий на конструкции зданий и сооружений необходимо знать характеристики сейсмических движений, которые определяются путём обработки сейсмограмм и акселерограмм землетрясений обратная задача, входной сигнал, истинное движение почвы, алгоритм, сейсмоприемник, аналого-цифровой преобразователь, единичный скачек Обратные задачи имеют определяющее значение для измерительной техники. Методы их решения разнообразны. Рассмотрим конкретные примеры практического решения задачи восстановления входного сигнала методом Линза [1] и результаты численного решения, полезные для практического применения при измерениях. Проанализируем результаты восстановления входного сигнала, полученные с помощью сейсмометрического комплекса. Сигнал зарегистрирован сейсмоприемником СМ3-КВ. В данном случае отклик на единичный скачок и велосиграмма были записаны сейсмоприемником (рис.1, 2), а входной сигнал («истинная сейсмограмма») - ёмкостным датчиком калибровочного стенда [2]. Рис. 1. Отклик на единичный скачок, записанный сейсмоприемником СМ3-КВ (а) и соответствующий ему спектр (б) Рис. 2. Велосиграммы №№ 1-3, записанные сейсмоприемником СМ3-КВ Для рассматриваемого решения обратной задачи сейсмометрии используются отклики на импульсы, без опоры на значения отдельных параметров приборов, т. е. применяется более непосредственная схема, чем в других известных способах восстановления истинного движения почвы. На рис. 3-5 приведены примеры применения данного алгоритма, которые дают представление о характере искажений, вносимых сейсмоприемником в исходный сигнал. Сравнение рассчитанных спектров для входного и восстановленного сигналов (рис. 3б, 5б ) дает основание полагать, что найденные решения достаточно хорошо аппроксимируют «истинные». Но, при восстановлении сигнала с преобладающими высокими частотами (рис. 2 – сигнал № 2), был получен «плохой» результат (рис. 4). Это объясняется тем, что часть спектра данного сигнала лежит вне полосы пропускания сейсмоприемника СМ3-КВ (рис. 1б). 76 . 8, 2003 . Рис. 3. Решение обратной задачи для сигнала №1 Рис. 5. Решение обратной задачи для сигнала №3 а) – em – исходная сейсмограмма №1, vz – восстановленный сигнал; б) – соответствующие спектры а) – em – исходная сейсмограмма №3, vz – восстановленный сигнал; б) – соответствующие спектры Рис. 4. Решение обратной задачи для сигнала №2 а) – em – исходная сейсмограмма №2, vz – восстановленный сигнал; б) – соответствующие спектры Используемые в работе сейсмометрический комплекс и пакет программ многомерного анализа были разработаны в ходе выполнения научно-исследовательской работы по математическому решению обратной задачи восстановления входного сейсмического сигнала. Особенность рассматриваемого пакета состоит в том, что он дает возможность получать результаты решения прямой и обратной задач сейсмометрии (интеграл свертки). Такой пакет можно применять и в других областях, где необходим многомерный анализ экспериментальных данных. Достоинства сейсмометрического комплекса: 1. Возможность обработки информации, полученной непосредственно от сейсмоприемников с помощью подключения аналогоцифрового преобразователя. 2. Оперативная корректировка и дополнение программного обеспечения. 3. Возможность перехода на машинную обработку сейсмологической информации. . 77 8, 2003 . ВЫВОДЫ 1. Применение данной сейсмометрической методики анализа сейсмических записей и определение на основе этого анализа входного сейсмического сигнала [3] является перспективным направлением в связи с внедрением в практику импульсной калибровки сейсмометрических каналов. 2. Экспериментальные расчёты показали хорошую работоспособность данного метода и принципиальную возможность его применения для обработки реальных сейсмограмм с целью определения «истинного» движения почвы. При этом достаточно располагать только табулированным откликом на стандартный импульс и табулированной исследуемой сейсмограммой. В этом случае нет необходимости переопределять численные значения параметров аппаратуры. 3. Данный способ восстановления истинного движения почвы применим к записям отклика на импульс и сейсмического сигнала, полученным с помощью любого сейсморегистрирующего устройства, с любым способом записи. Поэтому при изучении сейсмических воздействий на конструкции зданий и сооружений необходимо знать характеристики сейсмических движений, которые определяются путём обработки сейсмограмм и акселерограмм землетрясений. 4. В связи с этим актуальной становится задача получения объективных энергетических оценок: энергии землетрясения, энергии колебаний в районе их расположения. В случае успеха это дало бы возможность добиться максимальной эффективности решения комплексных, межрегиональных проблем, обеспечивающих безопасность населенных пунктов, промышленных зон и ответственных сооружений при сейсмических воздействиях. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бугаевский Г.Н., Литвинова Э.В. Универсальный метод решения обратной задачи сейсмометрии // Геофизический журнал. – 2002. - № 1. Т. 24 – Киев - С. 120123. 2. Бугаевский Г.Н., Белов В.П., Смертенко З.Я., Балашов Ан.В., Геращенко А.А. Стенд для испытаний и калибровки сейсмометрической аппаратуры // Доповiдi науково-технiчноi конференцii «Будiвництво в сейсмiчних районах Украiни» 18-21 травня 1999 р. 1999 – Ялта - С. 221-226. 3. Литвинова Э. В. Разработка обоснованной сейсмометрической методики анализа сейсмических записей. В сб. научных трудов: Строительство и техногенная безопасность. – 2002 - Вып. 6 – КАПКС - С. 249-259.