Jökull


Jökull - 01.01.2014, Síða 16

Jökull - 01.01.2014, Síða 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
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116
Síða 117
Síða 118
Síða 119
Síða 120
Síða 121
Síða 122
Síða 123
Síða 124
Síða 125
Síða 126
Síða 127
Síða 128
Síða 129
Síða 130
Síða 131
Síða 132
Síða 133
Síða 134
Síða 135
Síða 136
Síða 137
Síða 138
Síða 139
Síða 140
Síða 141
Síða 142
Síða 143
Síða 144
Síða 145
Síða 146
Síða 147
Síða 148
Síða 149
Síða 150
Síða 151
Síða 152
Síða 153
Síða 154
Síða 155
Síða 156
Síða 157
Síða 158
Síða 159
Síða 160

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.