水位數據中氣壓影響因素的自適應排除方法研究

萬永革 盛書中 武 曄 李迎秋

（防災科學技術學院，河北 101601）

地下流體的水位觀測數據中除了含有可能的地震前兆信號外，還含有固體潮效應，氣壓效應，降雨量等等因素的影響。而通常認為地下水位的地震前兆信號是弱信號，難于從眾多強干擾中清楚識別出來?？茖W的分析方法是將綜合的地下水位觀測信息分解為各種因素（包括地震前兆信號）的疊加。去除了這些干擾數據就能夠凸顯可能的地震前兆信號。在眾多的干擾因素中，氣壓對地下水位觀測的影響具有優勢地位。本文提出采用自適應濾波器濾除氣壓效應的方法，并給出了具體實例。

1 自適應噪聲對消器原理

設置兩個通道作為輸入：主通道和參考通道。假定信號s(n)、v0(n)和v1(n)為零均值平穩隨機序列（對于前兆數據通常滿足這種條件），主通道輸入 s(n)＋v0(n)，參考通道輸入 v1(n)，由于兩個通道受到的干擾v0(n)和v1(n)來自同樣的干擾源，所以兩者之間存在一定的相關性，但是v0(n)和v1(n)與有用信號s(n)不相關。自適應噪聲抵消系統就是自適應確定濾波系數，使以輸入為v1(n)的濾波器輸出在最小均方誤差意義上最接近主通道噪聲信號v0(n)，它是v0(n)的最佳估計。這樣通過相減器，將主通道的噪聲信號v0(n)對消掉。

2 實例分析

以四川南溪臺的地下水位數據為例說明如何采用自適應濾波器將氣壓效應排除。在該臺站同時有地下水位和氣壓的整點采樣數據。我們以2008年12月30天的水位埋深和氣壓的整點數據作為輸入，水位埋深記錄包含有氣壓的效應，我們將氣壓記錄作為干擾源信息，采用自適應濾波器的噪聲對消技術消除氣壓的影響（圖1）。其中第3幅圖為去除固氣壓效應的水位數據，可見達到了極大地減少了氣壓的影響。

圖1 輸出圖形