一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法，讀取含噪微震信號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序序列X(t)，對(duì)含噪微震信號(hào)X(t)進(jìn)行EMD分解，使其極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目相等或最多差1個(gè)；由局部極大值構(gòu)成的上包絡(luò)線和由局部極小值構(gòu)成的下包絡(luò)線的均值為零；含噪微震信號(hào)X(t)經(jīng)EMD分解后得到一系列IMF分量，這些IMF分量按頻率從大到小順序排列，剔除高頻IMF分量，對(duì)剩余的IMF分量進(jìn)行重構(gòu)，得到消噪濾波后的微震信號(hào)。該方法能充分保留微震信號(hào)固有的非平穩(wěn)、非線性特征，具有自適應(yīng)性且實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，能對(duì)低信噪比微震信號(hào)進(jìn)行有效消噪濾波。
【專利說(shuō)明】一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種消噪濾波方法，具體的說(shuō)，涉及一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法，屬于信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]微震技術(shù)通過(guò)監(jiān)測(cè)井下煤巖破裂引發(fā)的微震動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊地壓、煤與瓦斯突出、礦井突水等煤礦動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警，但井下布設(shè)的拾震器獲取的信號(hào)往往夾雜有機(jī)械震動(dòng)、爆破、運(yùn)輸?shù)榷喾N環(huán)境噪聲，這些噪聲能量較大甚至將煤巖破裂引發(fā)的微震信號(hào)淹沒(méi)其中，使得有效微震信號(hào)無(wú)法提取，嚴(yán)重干擾了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常功能，因此，如何在低信噪比信號(hào)中準(zhǔn)確辨識(shí)有效微震信號(hào)變得極為困難。由于微震是非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，基于平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的傳統(tǒng)信號(hào)消噪濾波方法無(wú)法勝任。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上不足，提出一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提取有效微震信號(hào)的缺陷，采用本發(fā)明所述的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)對(duì)含噪微震信號(hào)進(jìn)行分解,形成多個(gè)不同的固有模式函數(shù)(Intrinsic Mode Function, MF)分量，這些MF分量按照頻率從高到低的次序依次排列，因?yàn)槲⒄鸲酁榈皖l振動(dòng)，故可將分解得到的高頻IMF剔除，重構(gòu)剩余分量即可實(shí)現(xiàn)低信噪比微震信號(hào)的有效消噪濾波。
[0004]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法，其特征在于:所述消噪濾波方法包括以下步驟:
步驟SlOl:讀取含噪微震信號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序序列X(t)，t=0, 1，...，T，然后進(jìn)入步驟S102 ；
在步驟S102:對(duì)含噪微震信號(hào)X (t)進(jìn)行EMD分解，分解終止條件有兩個(gè):
X在含噪微震信號(hào)X(t)的數(shù)據(jù)集中，其極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目相等或最多差I(lǐng)
個(gè)；
S在任意點(diǎn)，由局部極大值構(gòu)成的上包絡(luò)線和由局部極小值構(gòu)成的下包絡(luò)線的均值為零；含噪微震信號(hào)X (t)經(jīng)EMD分解后得到一系列MF分量，這些MF分量按頻率從大到小順序排列，然后進(jìn)入步驟S103;
步驟S103:剔除高頻IMF分量，對(duì)剩余的IMF分量進(jìn)行重構(gòu)，得到消噪濾波后的微震信號(hào)。
[0005]一種優(yōu)化方案，所述對(duì)含噪微震信號(hào)X(t)進(jìn)行EMD分解包括以下步驟:
開(kāi)始于步驟S201:找出曲線X(t)上的局部極大值，然后進(jìn)入步驟S202 ；
在步驟S202:采用三次樣條函數(shù)插值擬合出局部極大值的上包絡(luò)線，然后進(jìn)入步驟S203 ；
在步驟S203:找出曲線X(t)上的局部極小值，然后進(jìn)入步驟S204 ；在步驟S204:用三次樣條函數(shù)插值擬合出局部極小值的下包絡(luò)線，然后進(jìn)入步驟
5205；
在步驟S205:根據(jù)上包絡(luò)線與下包絡(luò)線得到均值包絡(luò)線，記為m(t)，然后進(jìn)入步驟
5206；
在步驟S206:求出含噪微震信號(hào)X(t)與均值包絡(luò)線m(t)之差，記為h(t)，貝U:h (t) =X (t) -m (t),然后進(jìn)入步驟 S207 ；
在步驟S207:判斷差值h(t)是否滿足EMD分解終止的兩個(gè)條件，如果是，則進(jìn)入步驟S208 ;否則，令X(t)=h(t)，返回步驟S201繼續(xù)分解；
在步驟S208，經(jīng)過(guò)k次迭代分解后，滿足前述EMD分解終止的兩個(gè)條件，就得到了含噪微震信號(hào)X (t)的一個(gè)MF分量c (t)，然后進(jìn)入步驟S209 ；
在步驟S209:從含噪微震信號(hào)X(t)中減去該信號(hào)的高頻部分c (t)，得到頻率較低的信號(hào)殘差r (t)，即r (t) =X (t) -C (t)，然后進(jìn)入步驟S210 ；
在步驟S210，判斷信號(hào)殘差r (t)是否可分解，如果是，令X (t) =r (t)，返回步驟S201繼續(xù)分解，否則，進(jìn)入步驟S211 ；
在步驟S211，經(jīng)過(guò)η次分解，得到一系列的MF分量Ci (t)，i=l，2，…，η和最后一個(gè)不可分解的信號(hào)殘差res.。 [0006]進(jìn)一步地，所述EMD分解終止的兩個(gè)條件可表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下低信噪比微震信號(hào)消噪濾波方法，其特征在于:所述消噪濾波方法包括以下步驟: 步驟SlOl:讀取含噪微震信號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序序列X(t)，t=0, 1，...，T，然后進(jìn)入步驟S102 ； 在步驟S102:對(duì)含噪微震信號(hào)X (t)進(jìn)行EMD分解，分解終止條件有兩個(gè): 3}在含噪微震信號(hào)X(t)的數(shù)據(jù)集中，其極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目相等或最多差I(lǐng)個(gè)； S在任意點(diǎn)，由局部極大值構(gòu)成的上包絡(luò)線和由局部極小值構(gòu)成的下包絡(luò)線的均值為零；含噪微震信號(hào)X (t)經(jīng)EMD分解后得到一系列MF分量，這些MF分量按頻率從大到小順序排列，然后進(jìn)入步驟S103; 步驟S103:剔除高頻IMF分量，對(duì)剩余的IMF分量進(jìn)行重構(gòu)，得到消噪濾波后的微震信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的消噪濾波方法，其特征在于:所述對(duì)含噪微震信號(hào)X(t)進(jìn)行EMD分解包括以下步驟: 開(kāi)始于步驟S201:找出曲線X(t)上的局部極大值，然后進(jìn)入步驟S202 ； 在步驟S202:采用三次樣條函數(shù)插值擬合出局部極大值的上包絡(luò)線，然后進(jìn)入步驟S203 ； 在步驟S203:找出曲線X(t)上的局部極小值，然后進(jìn)入步驟S204 ； 在步驟S204:用三次樣條函數(shù)插值擬合出局部極小值的下包絡(luò)線，然后進(jìn)入步驟5205； 在步驟S205:根據(jù)上包絡(luò)線與下包絡(luò)線得到均值包絡(luò)線，記為m(t)，然后進(jìn)入步驟5206； 在步驟S206:求出含噪微震信號(hào)X(t)與均值包絡(luò)線m(t)之差，記為h(t)，貝U:h (t) =X (t) -m (t),然后進(jìn)入步驟 S207 ； 在步驟S207:判斷差值h(t)是否滿足EMD分解終止的兩個(gè)條件，如果是，則進(jìn)入步驟S208 ;否則，令X(t)=h(t)，返回步驟S201繼續(xù)分解； 在步驟S208，經(jīng)過(guò)k次迭代分解后，滿足前述EMD分解終止的兩個(gè)條件，就得到了含噪微震信號(hào)X (t)的一個(gè)MF分量c (t)，然后進(jìn)入步驟S209 ； 在步驟S209:從含噪微震信號(hào)X(t)中減去該信號(hào)的高頻部分c (t)，得到頻率較低的信號(hào)殘差r (t)，即r (t) =X (t) -C (t)，然后進(jìn)入步驟S210 ； 在步驟S210，判斷信號(hào)殘差r (t)是否可分解，如果是，令X (t) =r (t)，返回步驟S201繼續(xù)分解，否則，進(jìn)入步驟S211 ； 在步驟S211，經(jīng)過(guò)η次分解，得到一系列的MF分量Ci (t)，i=l，2，…，η和最后一個(gè)不可分解的信號(hào)殘差res.。
3.如權(quán)利要求2所述的消噪濾波方法，其特征在于:所述EMD分解終止的兩個(gè)條件可表示為:
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK103982241SQ201410184828
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】孫紅梅, 賈瑞生, 趙同彬, 傅游, 于建志 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)