Jökull


Jökull - 01.01.2014, Blaðsíða 16

Jökull - 01.01.2014, Blaðsíða 16
W. Menke and H. Menke application of computers to seismology allowed au- tomated picking, but while this facility sped up the location process, enabling near real-time monitoring, it did little to improve the accuracy of locations. The accuracy of a pick, whether determined by a human being or a machine algorithm, is limited by the ability of either to pick the onset of a seismic wave on a noisy record. Instead, it was the ability to compute differen- tial arrival times (the time difference between two ar- rivals) using cross-correlation that provided the leap in data quality that underpinned the improvement in accuracy. Cross-correlations could routinely be com- puted from digital data, something that was not pos- sible with the older analogue recordings. Early suc- cesses with the new approach (Rögnvaldsson, 1994; Got et al., 1994; Slunga et al., 1995; Rögnvaldsson et al., 1998; Rubin et al., 1999; Waldhauser et al., 1999) revealed a richness in the pattern of seismicity that hitherto fore had been missed. It drove further im- provements in the method (e.g. the Double Difference Method of Waldhauser (2001)) and its extension to re- lated problems (e.g. the joint location – tomographic imaging method of Zhang and Thurber (2003)). The cross-correlation process exploits the whole waveform, not just its onset, and so achieves an ac- curacy in aligning two time series that far exceeds what can be achieved by differencing two picks (al- beit without determining the absolute timing of ei- ther), at least when the two waveforms have very sim- ilar shapes. Furthermore, the error decreases indefi- nitely with the length of the waveform and (somewhat surprisingly) can be smaller than the digital sampling interval of the time series (Cespedes et al., 1995). Although the high accuracy of the double difference method arises from several sources, the most impor- tant is the precision of the data (Menke and Schaff, 2004). Simply put, differential travel times deter- mined through cross-correlation have at least an or- der of magnitude smaller error than traditional arrival times determined through onset picking. The lower noise differential times enable more accurate locations. In this paper, we explore the statistics of differential travel time measurements and demonstrate that a factor of about two to four addi- tional error reduction in timing can be achieved when the relative timing of a large group of time series (as contrasted to a single pair of time series) is determined simultaneously. OUT-MEMBER AVERAGING TO REDUCE THE VARIANCE OF DIFFERENTIAL DELAY TIMES We consider the commonly-encountered signal corre- lation problem of aligning time series that differ only by a delay plus additive noise. The N time series u(i) are all of length M and sampling interval ∆t and consist of a deterministic part u(i)0 and additive noise δu(i): u(i) = u (i) 0 + δu (i) (1) All the deterministic parts have the same shape u0, up to a time shift ti. The signal to noise ratio (s.n.r.) r is given by r−2 = (δuT δu)/(uTu). The noise δu(i) in one time series is assumed to be uncorrelated with the noise δu(j) in another, though both may have non- trivial autocorrelation functions. The objective is to determine the differential time delay τij = ti − tj be- tween all pairs of time series. We start with the rule that a good estimate of τij is the one that maximizes the cross-correlation cij : and cestij = maxtu (i) ? u(j) and τestij = argmaxtu (i) ? u(j) (2) Here ? signifies cross-correlation. As is customary, we normalize each u(i) by the square root of its en- ergy, so that |cestij | ≤ 1. Since it depends upon noisy time series, the estimated delay τestij differs from the true delay, τestij = τ true ij + δτij by an error δτij with variance σ2. Two delays, τestik and τ est kj that share one (and only one) index k are correlated, with co- variance, say, ασ2 (with 0≤ α ≤ 1) since they both depend upon the time series u(k). Two delays that do not share a common index are uncorrelated. As we will discuss below, the quantities σ2 and α depend upon u0 and the statistics of δu. We now consider whether we can improve upon the estimate τestij . We have available a total of N − 2 16 JÖKULL No. 64, 2014
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56
Blaðsíða 57
Blaðsíða 58
Blaðsíða 59
Blaðsíða 60
Blaðsíða 61
Blaðsíða 62
Blaðsíða 63
Blaðsíða 64
Blaðsíða 65
Blaðsíða 66
Blaðsíða 67
Blaðsíða 68
Blaðsíða 69
Blaðsíða 70
Blaðsíða 71
Blaðsíða 72
Blaðsíða 73
Blaðsíða 74
Blaðsíða 75
Blaðsíða 76
Blaðsíða 77
Blaðsíða 78
Blaðsíða 79
Blaðsíða 80
Blaðsíða 81
Blaðsíða 82
Blaðsíða 83
Blaðsíða 84
Blaðsíða 85
Blaðsíða 86
Blaðsíða 87
Blaðsíða 88
Blaðsíða 89
Blaðsíða 90
Blaðsíða 91
Blaðsíða 92
Blaðsíða 93
Blaðsíða 94
Blaðsíða 95
Blaðsíða 96
Blaðsíða 97
Blaðsíða 98
Blaðsíða 99
Blaðsíða 100
Blaðsíða 101
Blaðsíða 102
Blaðsíða 103
Blaðsíða 104
Blaðsíða 105
Blaðsíða 106
Blaðsíða 107
Blaðsíða 108
Blaðsíða 109
Blaðsíða 110
Blaðsíða 111
Blaðsíða 112
Blaðsíða 113
Blaðsíða 114
Blaðsíða 115
Blaðsíða 116
Blaðsíða 117
Blaðsíða 118
Blaðsíða 119
Blaðsíða 120
Blaðsíða 121
Blaðsíða 122
Blaðsíða 123
Blaðsíða 124
Blaðsíða 125
Blaðsíða 126
Blaðsíða 127
Blaðsíða 128
Blaðsíða 129
Blaðsíða 130
Blaðsíða 131
Blaðsíða 132
Blaðsíða 133
Blaðsíða 134
Blaðsíða 135
Blaðsíða 136
Blaðsíða 137
Blaðsíða 138
Blaðsíða 139
Blaðsíða 140
Blaðsíða 141
Blaðsíða 142
Blaðsíða 143
Blaðsíða 144
Blaðsíða 145
Blaðsíða 146
Blaðsíða 147
Blaðsíða 148
Blaðsíða 149
Blaðsíða 150
Blaðsíða 151
Blaðsíða 152
Blaðsíða 153
Blaðsíða 154
Blaðsíða 155
Blaðsíða 156
Blaðsíða 157
Blaðsíða 158
Blaðsíða 159
Blaðsíða 160

x

Jökull

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.