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基于现代时频分析技术的地震波时变谱估计

TIME-VARYING SPECTRUM ESTIMATION OF EARTHQUAKE GROUND MOTION VIA MODERN TIME-FREQUENCY ANALYSIS

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【作者】 樊剑刘铁胡亮

【Author】 FAN Jian, LIN Tie, HU Liang(Department of civil Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)

【机构】 华中科技大学土木工程与力学学院华中科技大学土木工程与力学学院 武汉430074武汉430074

【摘要】 利用短时傅里叶变换(STFT)、Wigner-Ville分布、连续小波变换、S变换以及变复窗口的S变换等现代时频分析技术对地震波进行时变谱估计。推导了基于连续小波变换的小波能量谱的具体表达式,并把近年来提出的变复窗口S变换应用到地震波的时频分析。通过研究表明对于均匀调制非平稳地震波,通过适当选择窗口的长度,利用STFT估计时变谱可得到较好的效果,小波变换与S变换以及变复窗口S变换的估计值在高频段存在能量泄漏现象;各方法估计的时变谱时间边缘函数与目标函数均符合较好;而频率边缘函数,Wigner-Ville分布与目标函数符合得最好,STFT次之,小波变换、S变换以及复窗S变换在高频段存在一定误差。对于频率非平稳性较强的地震波,通过适当地调节窗口参数,利用变复窗口S变换可得到地震波在时频域内有较好分辨率的时变谱;连续小波变换虽然在高频段存在能量泄漏现象,但其在时间域内有较好的分辨率。

【Abstract】 The Problems of estimating the time-varying spectrum of earthquake ground motions estimation using STFT, Wigner-Ville distribution, continuous wavelet transform, S-transform and improved S-transform with a complex window are addressed. Mathematical expression of wavelet energy spectrum based on continuous wavelet transform was derived. Numerical results show that estimating the time-varying spectrum of separable non-stationary ground motion via STFT is effective provided the width of window is chosen properly, however,wavelet transform,S-transform and improved S-transform will lead to energy overlapping in high frequency range. The improved S-transform is found to be most effective to estimate the time-varying spectrum of ground motion with high non-stationariness in frequency by adjusting the parameter of time window.The continuous wavelet transform has effective time-domain resolution even though the energy overlapping in high frequency range.

【基金】 湖北省自然科学基金资助项目(编号:2006ABA067);国家自然科学基金项目(50778079)
  • 【文献出处】 振动与冲击 ,Journal of Vibration and Shock , 编辑部邮箱 ,2007年11期
  • 【分类号】TU311.3
  • 【被引频次】15
  • 【下载频次】447
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