[发明专利]基于声震耦合的低空飞行直升机超前探测方法

权利要求书

1.基于声震耦合的低空飞行直升机超前探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.分析布设场地的背景噪声，选择较为安静的场地，将地震检波器埋置地下且深度不小于0.3m，采集一段至少5分钟的地震背景噪声，要求地震背景噪声的平均质点振动速度不超过0.4μm/s，否则需要将检波器埋置更深或者更换布设场地；

b.布设地震检波器阵列，一共J组阵列，阵列间距不小于500米，其中每个阵列中的阵元(地震检波器)数量不小于10个且灵敏度不低于2cm/s/V，阵元间距要大于布设场地的随机噪声的相关半径长度，使得各阵元接收到的地震背景噪声之间的相关系数不超过0.2；

c.对地震信号叠加压噪，采集到直升机地震信号后，对于第j组阵列，求出阵元中信噪比最高的信号与其它阵元信号的相对时延，再把第j组阵列中的校准时延后的所有阵元信号相加，得到叠加压噪后的地震信号S_j(n)，j＝1，2，...，J，n是采样点序号，n＝1，2，...，N，N是采样长度，采样频率是Fs，单位为Hz；

d.分析直升机激发的超前波的频率，通过查阅区域地质资料等方式得到阵列布设场地地下P波和S波速度V_p和V_s，通过雷达或其它传感技术等方式得到直升机的飞行速度V_f，求出|S_j(n)|的信号中最大振幅对应的采样点序号n₀，再求出S_j(n)时频图中n₀对应的频率F₀，根据超前波多普勒频移公式求出超前P波和超前S波的频率值

f_wp＝V_pF₀/(V_p-V_f)，f_ws＝V_sF₀/(V_s-V_f) (1)

e.确定超前波的频率区间，设A_j是S_j(n)中的最早到达的一段信号，A_j在时频域中到达最早且频率值不随时间而改变，求出A_j的频率F_C，f_wp和f_ws还满足以下关系

F₀＜f_wp＜f_ws＜F_C (2)

公式(2)是对步骤d的f_wp和f_ws结果再一次验证，使超前波的频率更加可靠，超前波的频率范围是[f_wp-W，f_ws+W]，其中W是A_j频谱中F_C谱峰的半个谱峰宽度；

f.将S_j(n)在[f_wp-W，f_ws+W]频带进行带通滤波后得到B_j(n)，选择B₁(n)中的A₁部分并与B_j(n)进行互相关检测得到C_j(n)；

g.超前波的到时拾取，

|C_j(n)|²＞mean(|C_j(n)|²)+X₁·std(|C_j(n)|²) (3)

其中，X₁是到时权值参数，“·”表示乘法，mean()为求出括号内一维数组的平均值的函数，std()为求出括号内一维数组的标准差的函数，求出满足公式(3)的第一个n的值记为n_j，n_j/Fs是第j组对应的超前波到时(即探测时刻)，单位为秒，然后求出所有阵列的超前波到时；

h.判定探测时刻的可靠性，设E(j)是所有组阵列的探测结果，diff(E(j))是E(j)的求导结果，

|diff(E(j))|²＞mean(|diff(E(j))|²)+X₂·std(|diff(E(j))|²) (4)

其中，X₂是可靠性权值参数，求出满足公式(4)的j的最小值记为j₀，则E(j)中的前j₀组的探测结果都是可靠的。