Статистический анализ сигналов в геомониторинговых системах (500,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

УДК 504.6:004(075.8) Х156 Рецензенты: д-р техн. наук, главный научный сотрудник ИВМиМГ СО РАН В. В. Ковалевский канд. техн. наук, доцент А. А. Якименко Работа подготовлена на кафедре вычислительной техники для студентов, обучающихся по направлениям 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника», 09.03.02 «Информационные системы и технологии», а также для магистрантов, обучающихся по направлению 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» Хайретдинов М. С. Х156 Статистический анализ сигналов в геомониторинговых системах: учебное пособие / М. С. Хайретдинов, О. А. Копылова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2025. – 127 с. ISBN 978-5-7782-5406-0 Материал пособия относится к проблеме шумового и вибрационного загрязнения окружающей городской среды, изучающей воздействие различных классов сейсмических и акустических шумов техногенного и природного происхождения на социальную городскую среду. Такие шумы определяют понятие «шумовое загрязнение» города. Решение проблемы шумового загрязнения осуществляется путем мониторинга, основанного на слежении за текущими информационными характеристиками внешних колебательных процессов от разного класса источников. В представленном пособии рассматриваются базовые программно-аналитические средства геомониторинговых систем, последовательно реализующие функции обнаружения источников загрязняющих шумов, анализа и выделения их информативных параметров, определение их пространственного положения. Особо выделяются здесь рекуррентно-стохастические алгоритмы, являющиеся основой построения систем реального времени. Алгоритмы основываются на статистических методах цифровой обработки сигналов, принятия решений, численных методов с приложениями к проблемам экологоохранного мониторинга. Объектами анализа являются непрерывные и импульсные колебания, а также случайные шумы. Эффективность созданных программно-алгоритмических средств иллюстрируется многочисленными примерами приложения к решению практических задач, связанных с проблемами геомониторинга окружающей среды. УДК 504.6:004(075.8) ISBN 978-5-7782-5406-0 © Хайретдинов М. С., Копылова О. А., 2025 © Новосибирский государственный технический университет, 2025 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................................................................................................. 5 Введение ................................................................................................................... 7 Глава 1. Математические модели сигналов и их представление ................ 11 1.1. Обобщенная численная модель вибрационных колебаний ...................... 11 1.2. Численные модели импульсных колебаний .............................................. 14 1.3. Численная модель транспортных колебаний ............................................ 16 1.4. Аналитический сигнал и его представление ............................................. 17 Контрольные вопросы ........................................................................................ 20 Глава 2. Алгоритмы и программы обработки данных в геомониторинговых системах ........................................................................ 21 2.1. Рекуррентные алгоритмы и программы обработки сигналов в режиме реального времени ...................................................................... 21 2.2. Квадратурный алгоритм оценивания параметров монохроматического колебания на фоне шумов ...................................... 24 2.3. Обнаружение непрерывных и импульсных геоакустических колебаний в шумах ...................................................................................... 42 2.3.1. Алгоритм обнаружения STA/LTA ........................................................ 42 2.3.2. Энергетическое обнаружение непрерывных колебаний .................... 47 Контрольные вопросы ........................................................................................ 48 Глава 3. Спектрально-корреляционный анализ в задачах геомониторинга .................................................................................................... 49 3.1. Спектральный анализ .................................................................................. 49 3.1.1. Применение спектрального метода анализа для накопления узкополосных сигналов на фоне помех ............................................... 53 3

Стр.3

3.1.2. Энергетический спектр сигналов ......................................................... 56 3.1.3. Спектрально-временной анализ ............................................................ 57 3.1.4. Примеры построения спектров ............................................................. 59 3.2. Корреляционный анализ сигналов в геомониторинговых системах ....... 66 3.2.1. Алгоритмы вычисления корреляционной свертки ............................. 66 3.2.2. Поточная взаимокорреляционная свертка ........................................... 71 3.2.3. Погрешности вычисления взаимокорреляционной свертки .............. 75 Контрольные вопросы ........................................................................................ 79 Глава 4. Вейвлет-анализ в обработке сигналов ............................................. 81 4.1. Непрерывное вейвлет-преобразование ...................................................... 81 4.2. Дискретное вейвлет-преобразование ......................................................... 84 4.3. Интерпретация масштабов вейвлетов при спектральном анализе .......... 87 4.4. Основные типы вейвлетов ........................................................................... 89 4.5. Анализ диаграмм коэффициентов ............................................................ 101 4.6. Примеры практического применения дискретного вейвлет-преобразования ............................................................................ 104 Контрольные вопросы ...................................................................................... 108 Глава 5. Локация источников сейсмоакустических колебаний ............... 109 5.1. Постановка задачи ..................................................................................... 109 5.2. Поляризационный метод определения пеленга на источник ................. 111 5.3. Определение направления на источник с помощью вычисления диаграммы направленности ...................................................................... 116 5.4. Методы определения дальности на основе разности времени прихода волн .............................................................................................. 118 5.5. Методы определения положения источника колебаний на основе триангуляции .............................................................................................. 119 Контрольные вопросы ...................................................................................... 122 Библиографический список ................................................................................ 123 4

Стр.4