浅论地震波的时频分析及人工合成

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1、分类号学号2005612400052学校代码10487密级硕士学位论文地震波的时频分析及人工合成学位申请人：刘铁学科专业：结构工程指导教师：樊剑副教授答辩日期：2007年5月30日AThesisSubmittedinFullyFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTime-frequencyanalysisofearthquakesandgenerationofartificialearthquakesCandidate:LiuTieMajor:Structur

2、alEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.FanJianHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2007独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授

3、权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文不保密□。属于（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要地震动这一自然现象有着很强的随机性和非平稳性，是一种典型的非平稳信号。时频分析理论和技术是非平稳信号处理中的一

4、个研究热点，它对自然界和工程实践中经常遇到的时变非平稳信号提供了有效的分析和处理手段。本文研究目的是探讨时频分析在结构抗震领域的应用，利用其良好的时频局部化特性解决随机振动理论在结构抗震研究中存在的一些问题，主要的研究内容为：1.介绍了短时傅立叶变换（STFT）、Wigner-Ville分布、连续小波变换、过滤谐小波变换、S变换以及变复窗口的S变换的基本原理及对它们各自基函数的时频特性进行了分析。2.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。3.利用短时傅立叶变换（STFT）、Wign

5、er-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，分别对均匀调制非平稳地震波以及实际地震波进行时变谱估计，并对这些方法进行了对比。4.进一步对不同场地的实际地震波时变谱进行了估计，并归纳出不同场地的实际地震波时变谱的特征，使结构抗震中选择地震波更科学合理。5.研究了具有四个参数的线性调频高斯基函数的特性，引入了基于这种基函数的参数自适应地震波分解和相应的自适应时频分布，以及参数估计方法和数值实现算法。此外，首次引入地震波的正弦自适应表示和小波自适应时频表示及其时频分布。6.人工合成满足时变谱的地震波，并对多次合成

6、地震波库进行一些讨论。7.进一步以原始地震波为母波，以与抗震规范相容的功率谱为目标谱，提出了利用小波包变换合成人工地震波的新方法，通过实例分析得出工程实际中有用的结论。本文的研究为工程结构抗震设计中为选择地震波提供更合理的科学依据，推动结构抗震研究的进一步发展。关键词：地震动时频分析自适应时频分析人工合成地震波小波包变换IAbstractThestrongstochasticandnon-stationarycharacteristicsofearthquakesandtheroughnessandnon-deterministiccharac

7、tersofbuildingstructuresmaketremendousdifficultiesthatthestudiesofearthquakeengineeringhavetoface.Theresearchesonthetime-frequencyanalysisarehotnowinsignalprocessing.Theyprovideeffectivetoolsfordealingwiththenon-stationarysignalsthatareoftenencounteredinnaturesandengineering

8、practices.Tocombinethetwofieldsinapplyingtostructuralresistantoftheearthqua