一種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法
【專利摘要】一種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法，屬于礦山微震信號(hào)的分析處理方法。其功能為智能識(shí)別兩信號(hào)時(shí)間差、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位對(duì)齊和判斷礦山微震信號(hào)相關(guān)性，該方法主要分為五個(gè)步驟：一是讀取礦山微震信號(hào)；二是求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù)；三是根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差；四是根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位；五是對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性。本發(fā)明較好的解決了智能識(shí)別礦山微震信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自同一震源的問題。
【專利說(shuō)明】—種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山微震信號(hào)的分析處理方法，特別涉及于一種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在自然地震、工程爆破、爆炸等震動(dòng)事件中，其中有一部分能量必然轉(zhuǎn)化為震動(dòng)波的形式，它會(huì)以震源為中心向周圍傳播。礦山微震信號(hào)初至波拾取是震動(dòng)研究中非常關(guān)鍵和重要的問題。在震源定位中，準(zhǔn)確快捷的拾取到初至波的時(shí)刻是進(jìn)行準(zhǔn)確震源定位或信號(hào)分析的基礎(chǔ)。對(duì)采集到的礦山微震信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并以此來(lái)確定礦山微震信號(hào)初至波到達(dá)時(shí)刻的技術(shù)稱為初至波拾取技術(shù)。初至波拾取技術(shù)在軍事、民用和工業(yè)工程領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用研究。
[0003]而礦震是采礦活動(dòng)誘發(fā)的礦井巖體突然失穩(wěn)破壞的動(dòng)力現(xiàn)象，它嚴(yán)重威脅著礦井生產(chǎn)與礦工的生命安全，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。礦震信號(hào)相對(duì)于地震信號(hào)而言，具有震級(jí)小、震源淺和影響范圍有限等特點(diǎn)，所以可以稱之為礦山微震信號(hào)。由于可以通過(guò)分析礦山微震信號(hào)的分布特點(diǎn)及發(fā)生頻率大致標(biāo)注出危險(xiǎn)地帶，實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測(cè)與預(yù)警，且因礦山微震信號(hào)本身能量釋放較小，震波傳輸距離有限，從而要求礦山微震信號(hào)的定位精度相比普通地震信號(hào)更高。而定位精度的提高又需要初至波時(shí)刻更為快速準(zhǔn)確的提取。
[0004]目前一般采用的礦山微震信號(hào)初至波自動(dòng)拾取技術(shù)并無(wú)專門針對(duì)礦山微震信號(hào)的特性和要求的。初至波自動(dòng)拾取目的是要確定其信號(hào)中純?cè)肼曅盘?hào)和有效信號(hào)之間的分界時(shí)刻，通常都是根據(jù)礦山微震信號(hào)的振幅、頻率和相位的變化來(lái)確定這一時(shí)刻。傳統(tǒng)的初至拾取方法主要分為兩大類:一類是基于地震記錄瞬時(shí)特征的方法，如極值法(峰值檢測(cè))、差分法；這類方法對(duì)噪聲比較敏感，當(dāng)?shù)卣鹩涗浀脑肼曒^嚴(yán)重時(shí)，難以準(zhǔn)確拾取初至。另一類方法是基于地震記錄整體特征的方法，如相關(guān)法；這類方法雖然對(duì)噪聲有較好的抑制作用，但受到地震道之間相似性等因素的影響，對(duì)于復(fù)雜地震記錄，初至拾取的精度也會(huì)受到影響。
[0005]到目前為止，已經(jīng)提出了許多初至拾取的方法，如人工拾取法、相關(guān)法、能量比法、最大振幅法、分形維法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。
[0006]人工拾取法簡(jiǎn)單易行，但受人為因素和主觀因素影響較大，容易引入人為誤差，會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)果誤差增大。
[0007]Gelchinsky和Shtivelman提出了一種用相鄰道進(jìn)行互相關(guān)的方法,它假設(shè)各道的脈沖形狀不發(fā)生變化。相關(guān)法受初至的續(xù)至影響較大，并且與子波的選擇關(guān)系十分密切，同時(shí)要求選擇合適的時(shí)窗范圍，這些在實(shí)際工程中都有一定的難度。
[0008]Hatherrly提出了線性最小平方預(yù)測(cè)技術(shù)與拐點(diǎn)校正相結(jié)合的方法，他提出首先識(shí)別第一個(gè)峰值和拐點(diǎn)，然后估算二者的統(tǒng)計(jì)差值。黃成之等采用統(tǒng)計(jì)方法將地震初至波記錄分成信號(hào)和噪音兩個(gè)部分，并使這兩部分統(tǒng)計(jì)特征之間的差別為最大。統(tǒng)計(jì)特征法收到地震波形相似性影響較大，會(huì)對(duì)精度造成一定影響。
[0009]能量比值法使用周期內(nèi)的信號(hào)能量與總時(shí)窗能量的比值，對(duì)初至比較敏感，續(xù)至波衰減比較快，所以將比值的最大值點(diǎn)作為初至的近似值并作適當(dāng)?shù)臅r(shí)移，即為初至?xí)r刻。Coppens提出了在不同大小的時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行能量比較的方法。江玉樂等提出同極性能量比值法，即改進(jìn)的能量比法。由于能量比值法的抗干擾能力還不夠好，所以對(duì)于初至波形發(fā)生明顯變化的地區(qū)拾取的初至?xí)r刻不夠準(zhǔn)確。
[0010]時(shí)間域分形維方法拾取初至的過(guò)程必須插值，且結(jié)果強(qiáng)烈的依靠插值的準(zhǔn)確性。Fab1 Boschetti等提出了一種基于分形維的初至檢測(cè)算法，該方法是基于地震道隨著信號(hào)出現(xiàn)其分形維值發(fā)生變化的特征來(lái)確定地震道初至。但其對(duì)時(shí)窗和步長(zhǎng)的選取十分敏感，稍有不慎就會(huì)嚴(yán)重的影響其結(jié)果。
[0011]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法利用多參數(shù)特征進(jìn)行模式識(shí)別，充分利用地震記錄的瞬時(shí)特征和整體特征。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅具有并行處理、自組織自學(xué)習(xí)能力，而且具有高度魯棒性、容錯(cuò)性和高度的映射、計(jì)算和分類能力。莊東海等采用將地震記錄初至拾取看作一個(gè)模式識(shí)別過(guò)程，充分利用地震記錄的瞬時(shí)特征和整體特征，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行地震記錄初至拾取，其能獲得較好的實(shí)際效果。但其主要缺點(diǎn)是算法復(fù)雜性太高，搜索需要一定時(shí)間。
[0012]地震信號(hào)通過(guò)小波多分辨分解，可以有效地分離、消除噪聲，有利于分形維與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法提高拾取初至的精度。羅光提出了改進(jìn)型基于小波變換的初至波拾取方法，楊俊峰提出了基于小波變換的三分向震相識(shí)別法、能量因子法。但有時(shí)其仍需要人工選取數(shù)據(jù)段來(lái)進(jìn)行拾取以減少拾取時(shí)間。
[0013]除此之外，有一些方法還依賴該道與其近道之間的對(duì)比，雖然這一類方法對(duì)噪聲有一定的壓制作用，但受到地震道之間相似性等因素的影響，對(duì)于復(fù)雜地震記錄，初至拾取的精度也會(huì)受到影響。
[0014]綜上所述，地震波信號(hào)是一個(gè)一維的時(shí)間序列，由于該序列僅僅表明了時(shí)間和幅度之間的關(guān)系，且有噪聲信號(hào)的干擾，對(duì)直接進(jìn)行地震波初至的拾取造成了相當(dāng)大的困難。解決此類問題可采用如上文所述的智能算法，但由于智能算法普遍具有較高的算法復(fù)雜度，不適合用于需要快速、并有較高定位精度的礦山微震環(huán)境，而本發(fā)明較好的解決了對(duì)初至波時(shí)間的拾取這一問題，并具有較低的算法復(fù)雜度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法，解決礦山微震信號(hào)處理中初至波時(shí)間智能識(shí)別、礦山微震信號(hào)對(duì)齊和判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自同一震源的問題。
[0016]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:本發(fā)明的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法包括五個(gè)步驟:一是讀取礦山微震信號(hào)；二是求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù)；三是根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差；四是根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位；五是對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性；具體方法步驟如下:
[0017](一)讀取礦山微震信號(hào):將兩礦山微震信號(hào)讀取進(jìn)系統(tǒng)，定義\為一礦山微震信號(hào)序列，yn為另一礦山微震信號(hào)序列，要求兩序列必須等長(zhǎng)，設(shè)定其序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且兩信號(hào)采樣頻率均為fs ；
[0018](二)求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù):根據(jù)下式求解礦山微震信號(hào)相關(guān)函數(shù)，在相關(guān)函數(shù)取得最大值時(shí)，根據(jù)采樣點(diǎn)及采樣率計(jì)算出礦山微震信號(hào)間的時(shí)間差；根據(jù)離散信號(hào)序列的相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算相關(guān)函數(shù)Rxy為:


CO
[0019]尺'.r(m)=Yj x(n) y (11 + m)


?=-00
[0020]其中變量m取值范圍為O至L ;
[0021](三)根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差:根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)礦山微震信號(hào)進(jìn)行對(duì)齊；根據(jù)相關(guān)函數(shù)、采樣點(diǎn)與采樣率計(jì)算最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差，取得相關(guān)函數(shù)最大值Rmax為:
[0022]Rmax = max [ | Rxy (m) | ]
[0023](四)根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位:對(duì)對(duì)齊后的礦山微震信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析，并設(shè)定閾值以判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自于同一震源；取得初始時(shí)刻至相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值最大時(shí)刻的采樣點(diǎn)總數(shù)，記作N，則時(shí)間偏差I(lǐng)rffsrt:
[0024]Toffset = N/fs
[0025](五)對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性:
[0026]兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)系數(shù)矩陣Rc^為:
P rP\ I P\ 2 η
[0027]R,?n = YJ
Al Pu
[0028]其中p u = E ((X1-E (Xi)).(Yj-E (Yj)))，其中變量1、變量j取值范圍均為I至2，且X為χη序列的總體，Y為yn序列的總體，E為數(shù)學(xué)期望；求出的相關(guān)系數(shù)矩陣主對(duì)角線表示自相關(guān)性，其始終為I ;副對(duì)角線是兩信號(hào)的相關(guān)性，絕對(duì)值越大，相關(guān)性越好，其取值范圍為[0，I];分界值可根據(jù)實(shí)際情況不同設(shè)定為O到I之間的任何值；最終判斷程序是否需要結(jié)束，若需結(jié)束則結(jié)束方法，若需繼續(xù)運(yùn)行則返回讀取數(shù)據(jù)步驟，讀取新數(shù)據(jù)進(jìn)行移位對(duì)齊和相關(guān)性比較。
[0029]有益效果，由于采用了上述方案，智能識(shí)別兩信號(hào)時(shí)間差、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位對(duì)齊和判斷礦山微震信號(hào)相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別礦山微震信號(hào)到達(dá)時(shí)間差；實(shí)現(xiàn)礦山微震信號(hào)的智能對(duì)齊，以便于存儲(chǔ)、分析和處理；通過(guò)相關(guān)性比較兩礦山微震信號(hào)是否來(lái)自于同一震源；解決了智能識(shí)別礦山微震信號(hào)到達(dá)時(shí)間差及判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自同一震源的問題。
[0030]所述礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法由于采用相關(guān)性分析的方法，算法簡(jiǎn)便，相比【背景技術(shù)】中的模糊識(shí)別方法、時(shí)間域分形維方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、小波變換方法等方法具有較小的程序復(fù)雜度，更適合應(yīng)用于存在大量震動(dòng)數(shù)據(jù)、對(duì)及時(shí)性要求較高場(chǎng)合的使用，相比人工識(shí)別方法、能量比值法等方法減少了主觀因素產(chǎn)生的誤差。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0032]圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的a、b、C、d信號(hào)波形圖。
[0035]圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例中a信號(hào)與b信號(hào)相關(guān)函數(shù)及移位對(duì)齊效果仿真圖。
[0036]圖5為本發(fā)明方法實(shí)施例中a信號(hào)與d信號(hào)相關(guān)函數(shù)及移位對(duì)齊效果仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖中實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0038]礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法包括五個(gè)步驟:一是讀取礦山微震信號(hào)；二是求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù)；三是根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差；四是根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位；五是對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性；具體方法步驟如下:
[0039](一)讀取礦山微震信號(hào):將兩礦山微震信號(hào)讀取進(jìn)系統(tǒng)，定義\為一礦山微震信號(hào)序列，yn為另一礦山微震信號(hào)序列，要求兩序列必須等長(zhǎng)，設(shè)定其序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且兩信號(hào)采樣頻率均為fs ；
[0040](二)求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù):根據(jù)下式求解礦山微震信號(hào)相關(guān)函數(shù)，在相關(guān)函數(shù)取得最大值時(shí)，根據(jù)采樣點(diǎn)及采樣率計(jì)算出礦山微震信號(hào)間的時(shí)間差；根據(jù)離散信號(hào)序列的相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算相關(guān)函數(shù)Rxy為:


OO
[0041 ] R'' (/? ) = Σ-ν(/?) ν(/； + ///)

?=-οο
[0042]其中變量m取值范圍為O至L ;
[0043](三)根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差:根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)礦山微震信號(hào)進(jìn)行對(duì)齊；根據(jù)相關(guān)函數(shù)、采樣點(diǎn)與采樣率計(jì)算最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差，取得相關(guān)函數(shù)最大值Rmax為:
[0044]Rmax = max [ | Rxy (m) | ]
[0045](四)根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位:對(duì)對(duì)齊后的礦山微震信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析，并設(shè)定閾值以判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自于同一震源；取得初始時(shí)刻至相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值最大時(shí)刻的采樣點(diǎn)總數(shù)，記作N，則時(shí)間偏差I(lǐng)rffsrt:
[0046]Toffset = N/fs
[0047](五)對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性:
[0048]兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)系數(shù)矩陣Rc^為:
[0049]Korr = V]
P1、Pll
[0050]其中p u = E ((X1-E (Xi)).(Yj-E (Yj)))，其中變量1、變量j取值范圍均為I至2，且X為χη序列的總體，Y為yn序列的總體，E為數(shù)學(xué)期望；求出的相關(guān)系數(shù)矩陣主對(duì)角線表示自相關(guān)性，其始終為I ;副對(duì)角線是兩信號(hào)的相關(guān)性，絕對(duì)值越大，相關(guān)性越好，其取值范圍為[0，1];分界值可根據(jù)實(shí)際情況不同設(shè)定為O到I之間的任何值。最終判斷程序是否需要結(jié)束，若需結(jié)束則結(jié)束方法，若需繼續(xù)運(yùn)行則返回讀取數(shù)據(jù)步驟，讀取新數(shù)據(jù)進(jìn)行移位對(duì)齊和相關(guān)性比較。
[0051]本發(fā)明利用相關(guān)函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析，從而得到初至波時(shí)刻、進(jìn)行信號(hào)自動(dòng)對(duì)齊和判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自同一震源。
[0052]附圖1為本發(fā)明方法的流程圖，所述基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法，按照附圖1的流程完成時(shí)刻提取、信號(hào)對(duì)齊及判斷信號(hào)是否來(lái)自同一震源，其基本步驟如下:
[0053]讀取礦山微震信號(hào)Xn，礦山微震信號(hào)yn，其采樣頻率均為fs;
[0054]根據(jù)離散信號(hào)序列的相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算相關(guān)函數(shù):
[0055]Rxy(m)= ^-v(//)v(// + /；7)(1.)

?=—CO
[0056]根據(jù)相關(guān)函數(shù)、采樣點(diǎn)與采樣率計(jì)算最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差
[0057]取得相關(guān)函數(shù)最大值:
[0058]Rmax = max [ | Rxy (m) | ] (2)
[0059]取得初始時(shí)刻至相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值最大時(shí)刻的采樣點(diǎn)總數(shù)，記作N
[0060]則時(shí)間偏差:
[0061]Toffset = N/fs (3)
[0062]依據(jù)上一步驟計(jì)算出的Irffset將兩信號(hào)移位對(duì)齊，以便下一步驟計(jì)算相關(guān)系數(shù)；
[0063]根據(jù)公式求兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)系數(shù)矩陣:
[0064]R = [；" ^ '"I(4)

Pl I P22
[0065]其中Pij = E((X1-E(Xi)).(Yj-E(Yj)))，且X為xn序列的總體，Y為yn序列的總體，E為數(shù)學(xué)期望。求出的相關(guān)系數(shù)矩陣主對(duì)角線表示自相關(guān)性，其始終為I ;副對(duì)角線是兩信號(hào)的相關(guān)性，絕對(duì)值越大，相關(guān)性越好。一般情況下兩信號(hào)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值在0-0.3之間為微相關(guān)；0.3-0.5之間為實(shí)相關(guān)；0.5-0.8之間為顯著相關(guān)；0.8-1.0之間為高度相關(guān)。該方法通過(guò)設(shè)定分界值來(lái)判定兩信號(hào)是否具有高度相關(guān)性，從而判斷其是否來(lái)自同一震源，該分界值可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改。
[0066]所述基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法，可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化分布式礦山震源定位系統(tǒng)中，附圖2為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合附圖2對(duì)所述方法的【具體實(shí)施方式】做一詳細(xì)說(shuō)明。附圖2中，圓點(diǎn)為傳感器節(jié)點(diǎn)，包含微震傳感器，可以監(jiān)測(cè)礦山微震信號(hào)。當(dāng)震源發(fā)生震動(dòng)時(shí)，臨近的傳感器節(jié)點(diǎn)可以采集到礦山微震數(shù)據(jù)。附圖3為收到礦山微震信號(hào)的四個(gè)不同震動(dòng)傳感器記錄的波形，其中a、b、c三個(gè)信號(hào)來(lái)自于同一震源，d來(lái)自于不同于其它三個(gè)信號(hào)的另一震源。在本實(shí)施例中，根據(jù)大量樣本及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定判定是否來(lái)自同一震源的分界值為0.5。
[0067]首先對(duì)a與b信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析。附圖4為本發(fā)明方法實(shí)施例中a信號(hào)與b信號(hào)相關(guān)函數(shù)及移位對(duì)齊效果仿真圖。據(jù)式(I)計(jì)算a與b信號(hào)的相關(guān)函數(shù)并作圖，求得的相關(guān)函數(shù)具體分布見附圖4。據(jù)式(2)取得相關(guān)函數(shù)最大值Rmax = 250.8038。據(jù)式(3)計(jì)算a與b信號(hào)兩信號(hào)時(shí)間差，Irffset = -0.0393 (S)。據(jù)式(4)計(jì)算兩信號(hào)相關(guān)系數(shù)矩陣。在相關(guān)系數(shù)矩陣中主對(duì)角線始終為1，副對(duì)角線即兩信號(hào)相關(guān)性，絕對(duì)值越大則相關(guān)性越好。求得的a與b信號(hào)相關(guān)系數(shù)矩陣為:

廠 1.()()()() -0.5462'
[0068]Rab =
ab -0.5462 1,0()()0
[0069]將其相關(guān)系數(shù)矩陣副對(duì)角線取絕對(duì)值，即得a信號(hào)與b信號(hào)相關(guān)性為0.5462，大于設(shè)定的分界值0.4，則所述方法判定a信號(hào)與b信號(hào)來(lái)自不同震源。
[0070]其次對(duì)a與d信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析。附圖5為本發(fā)明方法實(shí)施例中a信號(hào)與d信號(hào)相關(guān)函數(shù)及移位對(duì)齊效果仿真圖。據(jù)式(I)計(jì)算a與d信號(hào)的相關(guān)函數(shù)并作圖，求得的相關(guān)函數(shù)具體分布見附圖5。據(jù)式(2)取得相關(guān)函數(shù)最大值Rmax = 31.5554。據(jù)式(3)計(jì)算a與b信號(hào)兩信號(hào)時(shí)間差，Irffsrt = 0.0533 (s)。據(jù)式(4)計(jì)算兩信號(hào)相關(guān)系數(shù)矩陣。求得的a與d信號(hào)相關(guān)系數(shù)矩陣為:

Γ 1.()()()0 -0.0566'
[0071]RaiJ - _ 0 0566 丨 0_
[0072]將其相關(guān)系數(shù)矩陣副對(duì)角線取絕對(duì)值，即得a信號(hào)與d信號(hào)相關(guān)性為0.0566，小于設(shè)定的分界值0.4，則所述方法判定a信號(hào)與d信號(hào)來(lái)自不同震源。
[0073]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了說(shuō)明，但這些說(shuō)明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于相關(guān)性分析的礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法，其特征是:礦山微震信號(hào)初至波時(shí)刻提取方法包括五個(gè)步驟:一是讀取礦山微震信號(hào)；二是求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù)；三是根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差；四是根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位；五是對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性；具體方法步驟如下: (一)讀取礦山微震信號(hào):將兩礦山微震信號(hào)讀取進(jìn)系統(tǒng)，定義Xn為一礦山微震信號(hào)序列，yn為另一礦山微震信號(hào)序列，要求兩序列必須等長(zhǎng)，設(shè)定其序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且兩信號(hào)采樣頻率均為fs ； (二)求解兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)函數(shù):根據(jù)下式求解礦山微震信號(hào)相關(guān)函數(shù)，在相關(guān)函數(shù)取得最大值時(shí)，根據(jù)采樣點(diǎn)及采樣率計(jì)算出礦山微震信號(hào)間的時(shí)間差；根據(jù)離散信號(hào)序列的相關(guān)函數(shù)公式計(jì)算相關(guān)函數(shù)Rxy為:

C0 RX] (m) =+ "?)

?=-co 其中變量m取值范圍為Ο至L; (三)根據(jù)求解出的相關(guān)函數(shù)，求出最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差:根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)礦山微震信號(hào)進(jìn)行對(duì)齊；根據(jù)相關(guān)函數(shù)、采樣點(diǎn)與采樣率計(jì)算最大相關(guān)時(shí)的時(shí)間差，取得相關(guān)函數(shù)最大值Rmax為:
Rmax = max [ I Rxy (m) | ] (四)根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間差對(duì)其中一個(gè)信號(hào)進(jìn)行移位:對(duì)對(duì)齊后的礦山微震信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析，并設(shè)定閾值以判斷礦山微震信號(hào)是否來(lái)自于同一震源；取得初始時(shí)刻至相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值最大時(shí)刻的采樣點(diǎn)總數(shù)，記作N，則時(shí)間偏差TfM:
Toffset = N/fs (五)對(duì)對(duì)齊后的兩礦山微震信號(hào)求解其相關(guān)系數(shù)，判斷其相關(guān)性: 兩礦山微震信號(hào)的相關(guān)系數(shù)矩陣艮。?為:
R = [Pl 1 Pl2] corr LI
Ρ:.ι P12 其中= E((X1-E(Xi)).(Υ」-Ε(Υ」)))，其中變量1、變量j取值范圍均為1至2，且X為xn序列的總體，Y為yn序列的總體，E為數(shù)學(xué)期望；求出的相關(guān)系數(shù)矩陣主對(duì)角線表示自相關(guān)性，其始終為1 ;副對(duì)角線是兩信號(hào)的相關(guān)性，絕對(duì)值越大，相關(guān)性越好，其取值范圍為[0，1];分界值可根據(jù)實(shí)際情況不同設(shè)定為0到1之間的任何值；最終判斷程序是否需要結(jié)束，若需結(jié)束則結(jié)束方法，若需繼續(xù)運(yùn)行則返回讀取數(shù)據(jù)步驟，讀取新數(shù)據(jù)進(jìn)行移位對(duì)齊和相關(guān)性比較。
【文檔編號(hào)】G01N1/30GK104266894SQ201410453967
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】張申, 張然, 程婷婷 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)