利用软件无线电探测地震波

Question

我了解物理学和波浪，但在这个话题上我完全是个新手。我想知道s波、p波和面波的典型频率范围是什么?

我的想法是使用软件定义无线电来探测任何地震事件，但我不确定是否有任何外围设备可以正确地探测到这种波。例如，HackRF外围设备工作在1mhz到6ghz之间。而且，据我所知，低于3MHz的较低频率作为地波有效传播。正因为如此，我想知道我是否可以通过中频(0.3到3 MHz)检测到任何东西。例如，HackRF可以检测1 MHz到6 GHz之间的工作频率，所以它可能会检测到一些东西，但我不知道“要寻找什么”。

如果MF太高，是否有机会通过他们的谐波检测到任何东西?

Answer 1

我希望我没有理解错你的问题，我认为在频率范围和波类型方面有一些混淆。

地震波是物质的加速度，它将震源(如地震、爆炸或环境噪声)的动能转化为热量。

它类似于声波，来自乐器表面的振动使空气运动并压缩空气分子以传递波，最终到达鼓膜。然而，为了增加复杂性，在固体物质中，一些额外的弹性性质在起作用，正如你所注意到的。波不仅可以以压力波(P)的形式进行，也可以以横波(S)的形式进行，在边界处可以形成特殊的表面波，通常是高振幅的。地震波的发展取决于地球的弹性性质。

地震波的大部分术语与我们描述电磁波的术语相似。例如，频率、阻尼和共振也与地震波有关。然而，电磁波和声波的范围有很大的不同，表现也不同。地球是一个有效的过滤器，即使是包含高频的瞬态能量，在穿过地球时也被限制在低频范围内。从无线电信号中可以看出，地波的传播与地震表面波的性质不同。

一个有趣的巧合是，波长可以是相同的大小，但这是因为无线电波的传播速度比地壳地震波快10万倍左右。

Charles J. Ammon教授准备的图表显示了频率和振幅的范围。源在这里．振幅和周期的范围很大，这就是为什么可以使用milli或micro这样的前缀，并且振幅使用对数刻度。

在浅层主动反射地震勘探中，我们有时可以使用高达200Hz的频率，但在这个范围内穿透深度非常小。对于非常本地的事件，例如在矿山和基础设施中，频率范围可达500-1000Hz。

用于远震的P波和S波的大部分能量在几赫兹的范围内，可能高达10-20Hz。

表面波具有速度随频率变化的有趣性质，低频含量受深部弹性性质的影响，高频含量受浅层地质特征的影响较大。这用于岩石圈层析成像，具有相当好的垂直分辨率。的频率范围为0.005Hz，最高0.5Hz。这是你可以得到的频率看到在地震引起的地面运动中，如果考虑到共振。

正常模式通常在0.3 - 1mHz范围内。(m，是milli，不是m，是Mega)。这个频率比一些无线电频段低大约一个台球的频率。

在软件定义无线电的上下文中要记住的另一件事是，地震活动没有载波。当地震学家谈论频率时，我们指的是信号的能量含量。我们看到的是卷积小波，而不是连续信号。

如果你对地震探测和改进地震波信号处理算法感兴趣，我建议你看一下Obspy包，有一些很好的例子和教程可以让你开始。也有一些项目，人们正在建造开放式地震检波器，例如覆盆子摇．只需不到100美元，你就可以建造一台地震仪，开始监测当地的地震事件。大多数检波器的工作原理是将地面加速度转化为线圈中的感应电流。

灵感很可能来自信号处理的其他领域，比如软件定义无线电可以改进未来的地震技术。从其他研究领域获得灵感总是很好的。