一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，屬于減災防災領 域。
【背景技術】
[0002] 目前地震預警方法大都是在一定區(qū)域內(nèi)布設多個地震計。地震計放在基巖上或其 他穩(wěn)定的基礎上，以減少非地震產(chǎn)生的環(huán)境震動的干擾。專利《一種地震測量終端預警地震 系統(tǒng)》（專利【申請?zhí)枴?015101125333)提出一種成本低、預測準確，并且快速向民眾傳播地 震信息的地震測量終端預警地震系統(tǒng)。該系統(tǒng)在預警區(qū)域范圍內(nèi)，包含1個數(shù)據(jù)中心和多 個地震測量終端1。在預警過程中，數(shù)據(jù)中心根據(jù)數(shù)據(jù)處理子中心建立方法，從地震測量終 端1中動態(tài)挑選出部分地震測量終端1，將其設置為地震測量終端2,地震測量終端2也稱 為數(shù)據(jù)處理子中心。地震測量終端1和地震測量終端2內(nèi)有三軸加速度計、三軸陀螺儀和 磁力計，可以滿足測量需要，但考慮到地震測量終端日常使用中會有較為復雜的運動狀態(tài) 和空間姿態(tài)，當其運動狀態(tài)及空間姿態(tài)不滿足正常的地震監(jiān)測條件（例如終端處于摔落、 急劇運動、突然被拿起等影響準確測量振動的狀態(tài)），其加速度傳感器測量的振動信號不全 是由地震產(chǎn)生，便會出現(xiàn)測量誤差。因此確定地震測量終端的運動狀態(tài)及空間姿態(tài)是一項 很重要的工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0005] 本發(fā)明的一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，所述地震測量終端 包括：三軸加速度計、三軸陀螺儀、磁力計和分析模塊；其特征在于：其具體操作步驟為：
[0006] 步驟1 :通過三軸加速度計、三軸陀螺儀和磁力計測量得到持續(xù)時間為t的地震測 量終端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方向的磁感應強度信號，并把這些信號 發(fā)送給分析模塊。其中，0.1 < t < 10秒。
[0007] 步驟2 :分析模塊對地震測量終端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方 向的磁感應強度信號進行分析，得到地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)。
[0008] 所述地震測量終端的空間姿態(tài)為地震測量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角，分 別用符號 α，β，γ表不。
[0009] 所述地震測量終端的運動狀態(tài)包括：可測量運動狀態(tài)和不可測量運動狀態(tài)。
[0010] 步驟2中所述識別地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)的方法具體為：
[0011] 第2. 1步：分析模塊分析時間段t內(nèi)測量的三軸角速度信號。如果三軸角速度信 號在時間t內(nèi)均小于預先設定的角速度閾值（用符號ω表示），〇. 01 < ω < 100弧度/ 秒（rad/s)，則認為地震測量終端處于可測量運動狀態(tài)；否則，進行第2. 2步的操作。
[0012] 第2. 2步：分析模塊分析時間段t內(nèi)測量的三軸加速度信號和三軸方向的磁感應 強度信號，得到時間段t內(nèi)地震測量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角α，β，γ隨時間變 化的3條曲線。當?shù)卣饻y量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角α，β，γ隨時間t的3條曲 線峰值均小于預先設定的閾值（用符號△ α表示）時，則認為地震測量終端處于可測量運 動狀態(tài)，將得到的地震測量終端空間姿態(tài)用于計算地震測量終端的加速度信號特征；否則， 認為地震測量終端處于不可測量運動狀態(tài)。其中，Δ α < 180度。
[0013] 步驟2. 2中所述加速度信號特征包括：縱向加速度信號到達時間、縱向加速度信 號到達后3秒內(nèi)的信號、縱向加速度信號到達后3秒內(nèi)的信號頻譜圖、縱向加速度信號峰 值、橫向加速度信號到達時間、橫向加速度信號到達后3秒內(nèi)的信號、橫向加速度信號到達 后3秒內(nèi)的信號頻譜圖、橫向加速度信號峰值和τ。值。所述縱向加速度信號為地震P波 信號；所述橫向加速度信號為地震S波信號。所述τ。值通過公式（1)計算得到，其中，τ。 =3s〇
【主權項】
1. 一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，所述地震測量終端包括：三軸 加速度計、三軸陀螺儀、磁力計和分析模塊；其特征在于：其具體操作步驟為： 步驟1:通過三軸加速度計、三軸陀螺儀和磁力計測量得到持續(xù)時間為t的地震測量終 端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方向的磁感應強度信號，并把這些信號發(fā)送 給分析模塊；其中，〇.Kt< 10秒； 步驟2 :分析模塊對地震測量終端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方向的 磁感應強度信號進行分析，得到地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)； 所述地震測量終端的空間姿態(tài)為地震測量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角，分別用 符號a，0，y表不； 所述地震測量終端的運動狀態(tài)包括：可測量運動狀態(tài)和不可測量運動狀態(tài)； 步驟3 :若地震測量終端為不可測量運動狀態(tài)，則暫停h時間后，重復執(zhí)行步驟1至步 驟3的操作；其中，3秒。
2. 如權利要求1所述的一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，其特征在 于：步驟2中所述識別地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)的方法具體為： 第2. 1步：分析模塊分析時間段t內(nèi)測量的三軸角速度信號；如果三軸角速度信號在 時間t內(nèi)均小于預先設定的角速度閾值《，0. 01彡《彡100弧度/秒（rad/s)，則認為地 震測量終端處于可測量運動狀態(tài)；否則，進行第2. 2步的操作； 第2. 2步：分析模塊分析時間段t內(nèi)測量的三軸加速度信號和三軸方向的磁感應強度 信號，得到時間段t內(nèi)地震測量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角a，0，Y隨時間變化的 3條曲線；當?shù)卣饻y量終端分別與地磁坐標系三軸的夾角a，0，Y隨時間t的3條曲線峰 值均小于預先設定的閾值△a時，則認為地震測量終端處于可測量運動狀態(tài)，將得到的地 震測量終端空間姿態(tài)用于計算地震測量終端的加速度信號特征；否則，認為地震測量終端 處于不可測量運動狀態(tài)；其中，〇 <Aa< 180度。
3. 如權利要求2所述的一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，其特征在 于：步驟2. 2中所述加速度信號特征包括：縱向加速度信號到達時間、縱向加速度信號到達 后3秒內(nèi)的信號、縱向加速度信號到達后3秒內(nèi)的信號頻譜圖、縱向加速度信號峰值、橫向 加速度信號到達時間、橫向加速度信號到達后3秒內(nèi)的信號、橫向加速度信號到達后3秒內(nèi) 的信號頻譜圖、橫向加速度信號峰值和t。值；所述縱向加速度信號為地震P波信號；所述 橫向加速度信號為地震S波信號；所述T。值通過公式（1)計算得到，其中，T。= 3S;
其中，
T[2, 4]s;u(t)是隨時間t變化的加速度彳目號；是對 u(t)的差分。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)識別方法，屬于減災防災領域。其步驟為：①測量得到持續(xù)時間為t的地震測量終端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方向的磁感應強度信號，并把這些信號發(fā)送給分析模塊；0.1≤t≤10秒。②分析模塊對地震測量終端的三軸加速度信號、三軸角速度信號和三軸方向的磁感應強度信號進行分析，得到地震測量終端的空間姿態(tài)和運動狀態(tài)。③若地震測量終端為不可測量運動狀態(tài)，則暫停t1時間后，重復執(zhí)行步驟①至步驟③的操作；其中，t1≥3秒。本發(fā)明提出的方法與已有技術相比較，具有如下優(yōu)點：解決了地震測量終端在測量時處于運動過程中而引起的測量誤差；同時解決了地震測量終端在測量時處于非水平狀態(tài)而引起的測量誤差。
【IPC分類】G01V1-18
【公開號】CN104808240
【申請?zhí)枴緾N201510202306
【發(fā)明人】張力, 楊軍, 黃日恒
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月24日