一種地震測量終端的空間姿態和運動狀態識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種地震測量終端的空間姿態和運動狀態識別方法，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域內布設多個地震計。地震計放在基巖上或其 他穩定的基礎上，以減少非地震產生的環境震動的干擾。專利《一種地震測量終端預警地震 系統》（專利【申請號】2015101125333)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。該系統在預警區域范圍內，包含1個數據中心和多 個地震測量終端1。在預警過程中，數據中心根據數據處理子中心建立方法，從地震測量終 端1中動態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 為數據處理子中心。地震測量終端1和地震測量終端2內有三軸加速度計、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 和空間姿態，當其運動狀態及空間姿態不滿足正常的地震監測條件（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），其加速度傳感器測量的振動信號不全 是由地震產生，便會出現測量誤差。因此確定地震測量終端的運動狀態及空間姿態是一項 很重要的工作。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提出一種地震測量終端的空間姿態和運動狀態識別方法。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0005] 本發明的一種地震測量終端的空間姿態和運動狀態識別方法，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和運動狀態。
[0008] 所述地震測量終端的空間姿態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包括：可測量運動狀態和不可測量運動狀態。
[0010] 步驟2中所述識別地震測量終端的空間姿態和運動狀態的方法具體為：
[0011] 第2. 1步：分析模塊分析時間段t內測量的三軸角速度信號。如果三軸角速度信 號在時間t內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；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，將得到的地震測量終端空間姿態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。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秒內的信號、縱向加速度信號到達后3秒內的信號頻譜圖、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秒內的信號、橫向加速度信號到達 后3秒內的信號頻譜圖、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和運動狀態識別方法，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和運動狀態； 所述地震測量終端的空間姿態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包括：可測量運動狀態和不可測量運動狀態； 步驟3 :若地震測量終端為不可測量運動狀態，則暫停h時間后，重復執行步驟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和運動狀態識別方法，其特征在 于：步驟2中所述識別地震測量終端的空間姿態和運動狀態的方法具體為： 第2. 1步：分析模塊分析時間段t內測量的三軸角速度信號；如果三軸角速度信號在 時間t內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；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，將得到的地 震測量終端空間姿態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；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和運動狀態識別方法，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秒內的信號、縱向加速度信號到達后3秒內的信號頻譜圖、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秒內的信號、橫向加速度信號到達后3秒內 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】本發明涉及一種地震測量終端的空間姿態和運動狀態識別方法，屬于減災防災領域。其步驟為：①測量得到持續時間為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和運動狀態。③若地震測量終端為不可測量運動狀態，則暫停t1時間后，重復執行步驟①至步驟③的操作；其中，t1≥3秒。本發明提出的方法與已有技術相比較，具有如下優點：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而引起的測量誤差。
【IPC分類】G01V1-18
【公開號】CN104808240
【申請號】CN201510202306
【發明人】張力, 楊軍, 黃日恒
【申請人】中國航空工業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