Статистические задачи и методы пассивной сейсмической локации

Ìîíîãðàôèè ÍÃÒÓ

Ñåðèÿ îñíîâàíà â 2004 ãîäó

 
 
 
 
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
СЕРИИ «МОНОГРАФИИ НГТУ» 
 
 
д-р техн. наук, проф. (председатель)  А.А. Батаев 
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя)  А.Г. Вострецов 
д-р техн. наук, проф. (отв. секретарь)  В.Н. Васюков 
 
д-р техн. наук, проф. А.А. Воевода 
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов 
д-р физ.-мат. наук, проф. А.К. Дмитриев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский 
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев 
д-р физ.-мат. наук, проф. О.В. Кибис 
д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков 
д-р социол. наук, проф. Л.А. Осьмук 
д-р техн. наук, проф. Н.В. Пустовой 
д-р техн. наук, проф. Г.И. Расторгуев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев 
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик 
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина 
д-р техн. наук, проф. В.А. Хрусталев 
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко 
 

НОВОСИБИРСК

2 0 1 8

À. À. ÑÏÅÊÒÎÐ, Ì. À. ÐÀÉÔÅËÜÄ

ÑÒÀÒÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÅ
ÇÀÄÀ×È È ÌÅÒÎÄÛ

ÏÀÑÑÈÂÍÎÉ

ÑÅÉÑÌÈ×ÅÑÊÎÉ

ËÎÊÀÖÈÈ

УДК 621.396.96:519.22 
С 714 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор В.И. Носов 
заслуженный деятель науки и теники, д-р техн. наук,  
профессор Г.Я. Шайдуров 
заслуженный деятель науки и теники, д-р техн. наук,  
профессор РФ К.К. Васильев 
д-р техн. наук, профессор В.Р. Крашенинников 
 
 
 
Спектор А.А. 
С 714     Статистические задачи и методы пассивной сейсмической локации : монография / А.А. Спектор, М.А. Райфельд. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2018. – 200 с. (Серия «Монографии 
НГТУ»). 

ISBN 978-5-7782-3665-3 

Рассматриваются статистические задачи и методы их решения в 
системах пассивной сейсмической локации (ПСЛ), эффективность которых в значительной мере определяется применяемыми методами 
обработки сигналов. Исследуются основные локационные задачи, такие как обнаружение сейсмически активных объектов, оценивание характеристик движения, определение типа объекта (классификация). 
Предложенные методы получили свое развитие при работе авторов 
над реальными проектами по созданию новых систем ПСЛ. Большая 
роль в развитии статистической теории ПСЛ принадлежит экспериментам, значительная часть которых выполнена на сейсмическом полигоне Новосибирского государственного технического университета. 
 
 
 
 
 
УДК 621.396.96:519.22 
 
ISBN 978-5-7782-3665-3 
© Спектор А.А., Райфельд М.А., 2018 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2018 

NOVOSIBIRSK

2 0 1 8

A. A. SPECTOR, M. A. RAIFELD

STATISTICAL PROBLEMS 

AND METHODS

OF PASSIVE 

SEISMIC LOCATION

УДК 621.396.96:519.22 
С 714 
 
Reviewers: 
Professor V.I. Nosov, D.Sc. (Eng.),  
Honored Worker of Science and Technology 
Professor G.Ya. Shaidurov, D.Sc. (Eng.),  
Honored Worker of Science and Technology 
Professor K.K. Vassiliev, D.Sc (Eng.) 
Professor V.R. Krasheninnikov, D.Sc. (Eng.) 
 
 
 
Spector A.A. 
С 714        Statistical problems and methods of passive sesmic location : 
monograph / A.A. Spector, M.A. Raifeld. – Novosibirsk : NSTU 
Publisher, 2018. – 200 p. (“NSTU Monographs series”) 

ISBN 978-5-7782-3665-3 

Staistical problems and methods of their solution in systems of passive 
seismic location (PSL) are addressed in the monograph. Their efficiency is 
greatly determined by the applied methods of signal processing. The major 
location problems such as the detection of seismically active objects, the 
estimation of motion characteristics and the identification of the object type 
(classification) are studied.The methods proposed were further developed 
by the authors in their work on actual projects to design new PSL systems. 
Experiments play an importantt role in the development of the statistical 
PSL theory. A great part of these experiments were carried out on the 
seismic test site of the Novosibirsk State Technical University. 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.396.96:519.22 
 
ISBN 978-5-7782-3665-3 
© Spector A.A., Raifeld M.A., 2018 
 
© Novosibirsk State Technical University, 2018 

 
 
 
 
 
 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
ПСЛ – пассивная сейсмическая локация 
СЛС – сейсмическая локационная станция 
СПМ – спектральная плотность мощности 
МиПО – математическое и программное обеспечение 
СПД – сейсмические пеленгационные датчики 
САО – сейсмически активный объект 
ИБШ – информационный белый шум 
ПРВ – плотность распределения вероятностей 
ОСШ – отношение сигнал/шум 
ВЗ – выделенная зона 
ЗН – зона наблюдения 
АРВ – апостериорное распределение вероятностей 
МП – максимальное правдоподобие 
СКО – средняя квадратичная ошибка 
МСКО – минимум средней квадратичной ошибки 
АСО – амплитудный спектр огибающей 
РНМ – равномерно наиболее мощный 
ВКФ – взаимная корреляционная функция 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
9 

 
 
 
 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
а протяжении многих лет сейсмические технологии успешно 
развивались и использовались как разновидность геофизического исследования Земли при поиске полезных ископаемых. В основном эти технологии являются активными, для них характерно использование мощных источников сейсмического воздействия, создающих в 
Земле сейсмические волны различных типов. Прием сейсмических колебаний осуществляется на пространственно распределенную систему 
сейсмических датчиков, а совместный анализ принятых сигналов позволяет производить анализ структуры среды, в которой происходит 
распространение волн. 
Наряду с геофизическими применениями в последние десятилетия 
сейсмические технологии привлекают пристальное внимание специалистов, занимающихся развитием технических средств охраны [12, 13, 
21, 34, 53, 73, 80, 83–85]. Эта область техники отличается использованием разнообразных научно-технических подходов, что в значительной степени обусловлено многообразием решаемых задач и условий, в 
которых эти задачи должны решаться. Многие решения имеют характер комплексного использования средств, основанных на различных 
физических (и иных) принципах. Среди основных достоинств сейсмического метода – потенциальная возможность решать многие задачи 
технической охраны, связанные с обнаружением объекта, измерением 
его текущего местоположения и параметров движения, определением 
его типа. Принцип действия большого числа известных сейсмических 
систем охраны не связан с излучением каких-либо сигналов, т. е. они 
относятся к числу пассивных. Кроме того, элементы их конструкции 
обычно погружаются в грунт, что делает их визуально ненаблюдаемыми. Указанные особенности придают сейсмическим системам максимальную скрытность, что служит весомой причиной интереса к ним. 

Н 

 

Визуальное воспроизведение сейсмических сигналов в принципе 
позволяет опытному оператору выполнять их анализ и принимать те 
или иные решения о содержании событий, вызывающих эти сигналы. 
Однако многофункциональный характер систем, наличие в каждой из 
них большого числа сейсмических датчиков, требование работы в реальном масштабе времени, необходимость обеспечения стабильных 
характеристик, не зависящих от субъективных особенностей оператора, важность хранения результатов наблюдения в течение длительного 
времени неизбежно приводят к использованию вычислительных 
средств в составе современных сейсмических систем. 
Сейсмические сигналы относятся к числу случайных. Незначительные, казалось бы, изменения в характере сейсмического воздействия существенным образом изменяют форму сигнала. Большое влияние оказывают постоянные изменения в среде распространения сейсмических волн, приводящие к переформатированию многолучевой 
картины распространения сигналов от точки их возникновения до сейсмического датчика. По этим причинам сейсмические сигналы отличаются существенной изменчивостью своих характеристик.  
Важной особенностью сейсмических наблюдений является наличие 
в среде распространения фоновых сейсмических сигналов, возникновение которых имеет комбинированный антропогенный и природный 
характер. Сигнал сейсмического фона, принятый датчиком, обычно 
является суперпозицией многих составляющих, источники которых 
распределены в пространстве и находятся на различных удалениях. 
Это приводит к формированию сигнала в виде широкополосного гауссовского процесса. Из-за постоянных изменений условий его формирования свойства сейсмического фона – дисперсия, спектральнокорреляционные характеристики – постоянно изменяются, что служит 
одной из причин использования в сейсмических системах адаптивных 
методов обработки сигналов. 
Самые разнообразные объекты, перемещающиеся в пространстве, 
могут быть источниками сейсмических колебаний грунта. В их числе 
любые движущиеся по поверхности объекты: человек, группа людей, 
транспортное средство, животное – крупное или мелкое, разнообразные робототехнические средства. Возникновение сейсмических колебаний в этих случаях связано с непосредственным механическим воздействием на поверхность грунта. Сейсмические колебания возникают