[發(fā)明專利]一種煤礦井下低信噪比微震信號消噪濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410184828.7
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103982241B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 孫紅梅;賈瑞生;趙同彬;傅游;于建志
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李江

技術領域

本發(fā)明涉及一種消噪濾波方法，具體的說，涉及一種煤礦井下低信噪比微震信號消噪濾波方法，屬于信息處理技術領域。

背景技術

微震技術通過監(jiān)測井下煤巖破裂引發(fā)的微震動信號實現對沖擊地壓、煤與瓦斯突出、礦井突水等煤礦動力災害的監(jiān)測預警，但井下布設的拾震器獲取的信號往往夾雜有機械震動、爆破、運輸等多種環(huán)境噪聲，這些噪聲能量較大甚至將煤巖破裂引發(fā)的微震信號淹沒其中，使得有效微震信號無法提取，嚴重干擾了微震監(jiān)測系統的正常功能，因此，如何在低信噪比信號中準確辨識有效微震信號變得極為困難。由于微震是非平穩(wěn)隨機信號，基于平穩(wěn)隨機過程的傳統信號消噪濾波方法無法勝任。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對以上不足，提出一種煤礦井下低信噪比微震信號消噪濾波方法，克服了現有技術無法提取有效微震信號的缺陷，采用本發(fā)明所述的經驗模態(tài)分解（Empirical?Mode?Decomposition，EMD）對含噪微震信號進行分解，形成多個不同的固有模式函數（Intrinsic?Mode?Function，IMF）分量，這些IMF分量按照頻率從高到低的次序依次排列，因為微震多為低頻振動，故可將分解得到的高頻IMF剔除，重構剩余分量即可實現低信噪比微震信號的有效消噪濾波。?

為解決以上技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種煤礦井下低信噪比微震信號消噪濾波方法,?其特征在于：所述消噪濾波方法包括以下步驟：

步驟S101：讀取含噪微震信號監(jiān)測數據時序序列X(t)，t=0,1,...,T，然后進入步驟S102；

在步驟S102：對含噪微震信號X(t)進行EMD分解，分解終止條件有兩個：

在含噪微震信號X(t)的數據集中，其極值點個數和過零點的數目相等或最多差1個；

在任意點，由局部極大值構成的上包絡線和由局部極小值構成的下包絡線的均值為零；含噪微震信號X(t)經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，然后進入步驟S103；

步驟S103：剔除高頻IMF分量，對剩余的IMF分量進行重構，得到消噪濾波后的微震信號。

一種優(yōu)化方案，所述對含噪微震信號X(t)進行EMD分解包括以下步驟：

開始于步驟S201：找出曲線X(t)上的局部極大值，然后進入步驟S202；

在步驟S202：采用三次樣條函數插值擬合出局部極大值的上包絡線，然后進入步驟S203；

在步驟S203：找出曲線X(t)上的局部極小值，然后進入步驟S204；

在步驟S204：用三次樣條函數插值擬合出局部極小值的下包絡線，然后進入步驟S205；

在步驟S205：根據上包絡線與下包絡線得到均值包絡線，記為m(t)，然后進入步驟S206；

在步驟S206：求出含噪微震信號X(t)與均值包絡線m(t)之差，記為h(t),則：h(t)=X(t)-m(t)，然后進入步驟S207；

在步驟S207：判斷差值h(t)是否滿足EMD分解終止的兩個條件，如果是，則進入步驟S208；否則,令X(t)=h(t)，返回步驟S201繼續(xù)分解；

在步驟S208，經過k次迭代分解后，滿足前述EMD分解終止的兩個條件，就得到了含噪微震信號X(t)的一個IMF分量c(t)，然后進入步驟S209；

在步驟S209：從含噪微震信號X(t)中減去該信號的高頻部分c(t)，得到頻率較低的信號殘差r(t)，即r(t)=X(t)-c(t),然后進入步驟S210；

在步驟S210，判斷信號殘差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，進入步驟S211；?

在步驟S211，經過n次分解，得到一系列的IMF分量c_i(t)，i=1,2，…,n和最后一個不可分解的信號殘差res.。

進一步地，所述EMD分解終止的兩個條件可表示為：

????????????????

其中，h_k(t)是指在第k次迭代過程中信號h_(k-1)(t)與其均值包絡線m_(k-1)(t)之差,即：h_k(t)=h_(k-1)(t)-?m_(k-1)(t)；

當SD值介于[0.2,0.3]之間時，分解終止。