加速度基线校正问题探讨

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1、加速度时程积分中的基线校正问题探讨R前,地震反应分析中所采用的地震波源于真实地震动的数据采集和地震动的人工合成。地误动采集的数据人都以加速度时程的形式给出，而速度和位移时程通常由加速度积分得到。似强震仪记录的不仅足地震吋纯粹的地面运动信息，还包含S杂的噪音，其屮的低频噪音会导致加速度时程出现基线漂移［1］。基线漂移对加速度时程木身的影响很小（一般不超过峰值加速度的2%），何通过积分求速度、位移吋程吋，基线的漂移被逐步放人，从而对速度、位移时程产生很大的影响121。因此，在使用加速度记录时，一般需耍对其进行萆

2、线校正。2加速度基线漂移的原因及其影响对于数字强震仪而言，导致加速度基线漂移的原因主要有传感器的磁滞现象、传感器的背景噪声以及传感器的倾斜等

3、31。传感器的磁滞效应主要源于传感器的物质疲劳。Iwan等人通过对美国凯尼公司生产的PDR-1和FBA-13型强震仪的性能研究发现，当加速度超过一定界限时，相应记录的基线会发生跳跃现象。尽管这种现象对加速度木身影响很小，似通过积分放大，会对速度时程和位移吋程产生较人影响。Iwan等人认为，这种现象可能足由于传感器系统机械或电路的微小磁滞作用引起的。对于PDR-1和FB

4、A-13型强震仪，这种磁滞效应在加速度250gal时开始出现。竹景噪音与记录场地条件密切相欠，主耍特征是频率丰富的随机波形。竹景噪音导致加速度记录的初始位不为零，从而对加速度基线产生影响。传感器的倾斜主要发牛在近场区强震观测台。在地震屮,近场区域可能伴随强烈的地表变形（地表破裂、垂直抬升、水平位移等），从而导致传感器发生倾斜。传感器的倾斜可能导致加速度记录的基线漂移。强震地而运动反应谱以及峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV）、峰值位移（PGD）、地而永久位移（D-last）在理论研究和工程实践中应用I•

5、分广泛，因此研究基线漂移对上述参数产牛的影响很奋必要。相关研究农明，基线漂移对峰值加速度吋程影响很小，似通过积分求速度，基线漂移被放人；当通过积分求位移时程时，基线漂移被进一步放人，往往与真实的位移时程相差甚远。下側以Elcentm波（EW）原始记录为例來简要说明这个问题。为了简便起见，本节假定Elcentm波基线漂移是加速度记录中包含的线性趋势造成的，迕此基础之上采用最小二乘拟合进行基线校正。需要注意的足通过去这种方法进行基线校正得到的结果未必足真实可信的，此处只足为Y简要说明雉线漂移在积分过程中被逐步放

6、人的问题。此处积分采用线性加速度法。作出加速度、速度、位移校正前后比较图，分别见图2.1〜2.3。具体matlab程序见附录。-0.202468101214161820222426283032343638404244464850525456加速度时疼nnc<6)«5<衔呂原始加速度去平均趋势去线性趋势时间(s)图2.1加速度时程-0.02-0.03-0.04'%2468101214161820222426283032343638404244464850525456时间⑻速度时程0.03原始速度去平均趋势去线

7、性趋势020100100.-O.03图2.2速度时程位移时程0.1•0.702468101214161820222426283032343638404244464850525456时间⑻O-.12-O-.3-.45-O.6.0.图2.3位移时程从图2.1〜2.3屮可以看出，基线平漂移对加速度记录影响很小，可以忽略不计。而对速度和位移，基线漂移的影响在逐步扩人。尤其对于位移，观察图2.3可知，川原始加速度记录积分得到的最终地面位移竟然高达7m左心，这显然是不合理的。但正如上面所说，扯然通过去除线性趋势的苯线校

8、正之后，地敁终位移几斤归零，但这并不意味着川这种方法得出的速度吋税和位移吋程就足真实讨信的。一方面，去线性趋势后的位移吋程仍存在明显不介理的地方一位移时程呈现出0+峰值+0的变化趋势，难木没冇上下谣荡的过程，这和真实情况是不相符的；另一方血，在不知道加速度记录出现漂移原W且原始记录并未出现明显线性漂移的情况K，生硬地对其进行去线性化趋势处理是不合理的。3.常见的基线校正方法从理论上讲，加速度记录中震前部分的地而运动加速度应当为零，但由于竹景噪声的存在，谣前部分的加速度往往不为零，且部分记录55前部分的振动强

9、度相当可观。所以，一般在基线校正过程屮，会酋先采川减去震前部分平均值或在没奋震前部分记录的情况K减去憋个加速度记录〒均值的方法进行初始校正，即上节中提到的“去除•〒•均趋势”。这种方法本质上只是将加速度时程的®线上下平移，并不会改变其形状，因此这种处理也被称为加速度时程的基线初始化。常见的数字化强篇记录的基线校正方法人致分为两类:一类为针对低频误差而提出的滤波方法，如美国地调W的BAP程序；另一类力Iwan等人针