[發(fā)明專利]一種基于VMD的礦山微震信號的降噪濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710144435.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106814396B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 張杏莉;盧新明;賈瑞生;彭延軍;趙衛(wèi)東
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36
• 代理公司: 青島智地領創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種基于VMD的礦山微震信號的降噪濾波方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：讀取含噪微震信號x的時序序列x(t)，其中，t＝1，2，...，N，N為微震信號的采樣點個數(shù)；

步驟2：對含噪微震信號x進行VMD分解，得到一系列變分模態(tài)分量；具體包括如下步驟：

步驟2.1：定義變分模態(tài)分量個數(shù)K值與懲罰因子α的值；取K＝6；

步驟2.2：初始化n＝0；

步驟2.3：令n＝n+1，執(zhí)行整個循環(huán)；

步驟2.4：執(zhí)行內層第一個循環(huán)，根據(jù)式(4)更新u_k；

其中，為含噪微震信號x的時序序列x(t)的傅立葉變換，j²＝-1；

步驟2.5：令k＝k+1，重復步驟2.4，直到k＝K，結束內層第一個循環(huán)；

步驟2.6：執(zhí)行內層第二個循環(huán)，根據(jù)式(5)更新ω_k；

ω_k為各變分模態(tài)分量的中心頻率；

步驟2.7：令k＝k+1，重復步驟2.6，直到k＝K，結束內層第二個循環(huán)；

步驟2.8：執(zhí)行外層循環(huán)，根據(jù)式(6)更新λ；

其中，τ為拉格朗日乘法算子λ(t)的更新步長參數(shù)；

步驟2.9：重復步驟2.3至步驟2.8，直到滿足迭代停止條件如式(7)所示，結束整個循環(huán)，輸出結果，得到K個變分模態(tài)分量；

其中，ε為求解精度；

步驟3：計算含噪微震信號x的時序序列x(t)與各變分模態(tài)分量u_k的互相關系數(shù)；

步驟4：將中心頻率大于200Hz且與含噪微震信號x的時序序列x(t)的互相關系數(shù)小于0.3的變分模態(tài)分量作為噪聲濾除，對剩余的變分模態(tài)分量進行重構，得到降噪濾波后的微震信號。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于VMD的礦山微震信號的降噪濾波方法，其特征在于，在步驟2中，對含噪微震信號x進行VMD分解的約束條件為使各個模態(tài)分量的估計帶寬之和最小，且各模態(tài)分量之和等于含噪微震信號x，約束變分模型為式(1)和式(2)；

s.t.∑_ku_k＝x (2)；

式(1)中，{u_k}：＝{u₁，...，u_K}為分解得到的K個有限帶寬的變分模態(tài)分量，{ω_k}：＝{ω₁，...，ω_K}為各變分模態(tài)分量的中心頻率，δ(t)為狄拉克(Dirac)函數(shù)，*表示卷積，j²＝-1；式(2)中，x為含噪微震信號，為所有變分模態(tài)分量之和。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于VMD的礦山微震信號的降噪濾波方法，其特征在于，為求解式(1)和式(2)的最優(yōu)解，引入擴展的Lagrange將約束變分問題變?yōu)榉羌s束變分問題，其表達式如式(3)所示：

其中，α為懲罰因子，λ(t)為拉格朗日乘法算子。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于VMD的礦山微震信號的降噪濾波方法，其特征在于，在步驟3中，根據(jù)式(8)計算含噪微震信號x的時序序列x(t)與各變分模態(tài)分量u_k的互相關系數(shù)；

其中，N為采樣點個數(shù)，且