Методика выделения информативных признаков в сигналах геоакустической эмиссии

Аннотация

Исследования геоакустической эмиссии в сейсмоактивном регионе на Камчатке показывают, что при подготовке землетрясений и последующей релаксации поля локальных напряжений в пункте наблюдений в геоакустических сигналах возникают ярко выраженные импульсные аномалии. Качественному выделению таких аномалий препятствуют сильное искажение и ослабление амплитуды сигнала. Обзор существующих методов анализа акустической эмиссии показывает, что чаще всего исследователи обращаются к анализу энергетических и статистических свойств сигналов, как более доступных для изучения. Отличительными особенностями предлагаемого авторами подхода являются выделение информативных признаков на основе анализа временной и частотно-временной структур геоакустических сигналов и описание многообразных форм распознаваемых импульсов ограниченным набором паттернов. Настоящее исследование открывает перспективу разработки новых методов выявления аномального поведения геоакустических сигналов, в том числе и перед землетрясениями.

В работе описана методика извлечения информации из потоков импульсов геоакустической эмиссии звукового частотного диапазона. Представлена математическая модель геоакустического импульса, отражающая процесс генерации сигнала от множества элементарных источников. Приводится решение задачи выделения информативных признаков в геоакустических сигналах путем описания фрагментов сигнала матрицами отношений амплитуд локальных экстремумов и интервалов между ними. Приводится результат применения разработанного алгоритма для автоматического описания структуры выделяемых импульсов и для образования множества паттернов, характеризующих особенности сигналов геоакустической эмиссии, наблюдаемых на полевых станциях ИКИР ДВО РАН. Представлена методика сокращения размерности множества выделенных импульсов, позволяющая найти близкие по структуре паттерны. Предложено решение проблемы обработки большого потока данных путем унификации описания импульсов и их систематизации. Предлагается метод идентификации модели геоакустического импульса с использованием разреженных аппроксимационных схем. Дано алгоритмическое решение задачи понижения вычислительной сложности метода согласованного преследования, заключающееся во включении в метод алгоритма итерационного уточнения решения на каждом шаге. Результаты проведенных научных работ позволили создать инструмент для исследования динамических свойств сигналов геоакустической эмиссии в интересах разработки детекторов предсказания землетрясений.