数字信号处理（地学）

课程编码：0708Z1M04003H 英文名称：Digital Signal Processing for Geosciences 课时：60 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：周元泽等

本课程为地球动力学、固体地球物理、地震学硕士和博士研究生的专业核心课，同时可以作为地学相关各学科，如大气科学、海洋科学、遥感科学等学科研究生的专业普及课。学生通过本课程学习数学信号分析的基本理论和概念，掌握数字信号分析的基本技术和方法，并能够用于地学资料分析。

高等数学、概率与统计、线性代数、普通物理

第一章 信号与系统概要 3学时 周元泽
第1节 信号的定义、信号运算、重要信号模型
第2节 系统定义、系统模型、系统分类
第3节 分析方法
第二章 连续时间系统时域分析 3学时 周元泽
第1节 零输入响应和零状态响应
第2节 冲击响应
第3节 褶积
第三章 Fourier分析 6学时 周元泽
第1节 历史背景、常用Fourier级数
第2节 物理系统、模型空间、数据空间、联合空间的基本概念
第3节 有限时间信号Fourier级数展开、Gibbs现象、Parseval定理
第4节 Fourier变换及基本性质、重要信号模型的谱、连续时间系统谱分析
第四章 Laplace变换 3学时 周元泽
第1节 双边Laplace变换、单边Laplace变换
第2节 Laplace变换性质
第3节 Laplace变换的逆
第4节 积分和微分方程的解
第五章 模拟滤波器 3学时 周元泽
第1节 基于零极点分布的模拟滤波器设计
第2节 典型滤波器设计(主要讲Butterworth滤波器)
第六章 采样定理与离散Fourier变换 3学时 周元泽
第1节 频域采样定理
第2节 时域采样定理
第3节 有限离散Fourier变换
第七章 离散时间信号与系统 3学时 周元泽
第1节 典型离散时间信号模型
第2节 离散时间信号度量与运算
第3节 数字信号处理的优点
第4节 离散时间系统的时域分析
第八章 Z变换与数字滤波器设计 6学时 周元泽
第1节 Z变换基础、性质、反变换求取方法
第2节 传输函数、零极点分布与频响关系
第3节 数字滤波器设计准则
第4节 有限和无限脉冲响应滤波器设计及其优缺点
第九章 专题1：线性时频分析
第1节 短时Fourier变换、Haar变换 2学时 周元泽
第2节 一般性小波变换概念 2学时 周元泽
第3节 连续小波变换离散化 2学时 周元泽
第4节 多分辨率时频分析 3学时 艾印双
第十章 专题2：信号模型化、现代谱估计与自适应滤波 9学时 艾印双
第1节 随机信号定义及描述
第2节 AR、MA和ARMA模型、全极点模型
第3节 全零点模型、零-极点模型
第4节 非参数谱估计
第十一章 专题3：数字信号处理在地学中的应用案例 9学时 吴庆举
第1节 地学信号采集与预处理
第2节 反卷积方法介绍
第3节 现代谱估计应用
第4节 时变信号谱估计

周元泽，教授，固体地球物理学专业。
学历和工作简历：
1991.09-1995.07 桂林工学院(现桂林理工大学) 学士学位
1995.09-2001.03 北京大学 博士学位
2001.04-2003.05 北京大学 博士后
2003.05-2014.06 中国科学院大学 副教授
2006.01-08 日本东京大学 访问学者
2014-07-至今 中国科学院大学 教授
主持过的各类项目及所获的人才基金项目：
(1) 国家自然科学基金委-青年项目(40204004)，西太平洋俯冲地区地幔间断面起伏与结构研究(2003-2005)
(2) 国家自然科学基金委-面上项目(40674053)，下地幔间断面研究(2007-2009)
(3) 国家自然科学基金委-面上项目(41074065)，盲反褶积技术在地幔间断面结构研究中的应用(2011-2013)
(4) 国家自然科学基金面上项目(41274092)，西太平洋地区岩石圈软流圈边界形态及其性质研究(2013-2016)
(5) 国家自然科学基金面上项目(41474070)，华北克拉通下方多期次俯冲-拆沉的滞留体精细地震学研究(2015-2018)
(6) 深部探测技术与实验研究专项第七项目第四课题(SinoProbe-07-04)， 中国大陆岩石圈热状态和流变性质研究(2008-2012, 2013-2014)

周元泽一直致力于地球内部地震波速度结构方面的研究。他主要利用高密度地震台网/台阵-单地震或单台-多地震波形资料，提取与地球内部速度间断面相关的前驱震相或者三重震相，探测地幔间断面和地球内部速度异常体。2013年以来的学术成果主要概述如下：(1) 西太平洋部分地区地幔间断面：发现在冷俯冲板块影响下的410 和660km 间断面的起伏及区域性变化的地震学证据；发现汤加和伊豆-小笠原地区660km 间断面的双层结构，且在俯冲板块的作用下存在下陷；发现在汤加、伊豆-小笠原和南美等三个地区存在这上下地幔化学分层应该在900-1200km之间；发现汤加-斐济地区下方的300km深度附近的速度界面起伏较小，应为辉石的斜方到高压单斜相变面；发现汤加地区上地幔低速层底部Lehmann间断面位于230km深度，起伏不明显，该界面可能是从位错蠕变的各向异性区向扩散蠕变的各向同性区转换的边界。(2) 中国大陆地幔转换区顶部低速层。该低速层深度基本上在300-410km深度范围内低速异常约为～-5%；中国东部-中部地区的该低速层主要是受西太平洋俯冲板块的影响，而印度板块俯冲加剧了这一异常。(3) 岩石圈-软流圈边界(LAB)结构。伊豆-小笠原下方LAB界面深度62km以及在地幔楔中小尺度对流引起的减薄效应。南美中部LAB的西部深度为~61km，而西部则为~80km，这意味着近海一侧受到改造。汤加地区LAB深度约为75km。2013年以来，周元泽与合作者共发表学术论文19篇，其中第一作者或通讯作者发表16篇。