[發(fā)明專利]光纜傳輸煤礦井下求救信號重構方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710268025.3
• 申請日: 2017-04-22
• 公開（公告）號: CN107025465A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設計）人: 國添棟;謝子殿;孫曉東;郭松林;潘洪亮
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 榮玲

技術領域

本發(fā)明涉及信號處理技術，尤其涉及一種光纜傳輸煤礦井下求救信號重構方法和裝置。

背景技術

我國是世界上最大的產煤國，雖然國家制定了清潔能源規(guī)劃，但由于我國缺油少氣，煤炭在相當長的一段時期內仍將是主要的一次能源。在煤炭生產過程中，由于地質條件復雜，煤層埋藏較深，盡管采取了各種安全生產措施，不可避免地會發(fā)生瓦斯、粉塵爆炸、透水、冒頂、瓦斯突出等事故。事故發(fā)生后，由于各種機械設備和通訊設施損毀，井上井下失去聯(lián)系，急需了解井下情況。

然而，目前在煤礦井下發(fā)生事故時，在低信噪比情況下，現(xiàn)有系統(tǒng)檢測能力差、分辨率低，不能夠從光纜傳輸?shù)暮懈鞣N噪聲的信號中準確地分離出求救信號

發(fā)明內容

在下文中給出了關于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種光纜傳輸煤礦井下求救信號重構方法和裝置，以解決煤礦井下發(fā)生事故時，在低信噪比情況下，現(xiàn)有系統(tǒng)檢測能力差、分辨率低、不能夠從光纜傳輸?shù)暮懈鞣N噪聲的信號中準確地分離出求救信號的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個發(fā)明，提供了一種光纜傳輸煤礦井下求救信號重構方法，光纜傳輸煤礦井下求救信號重構方法包括：對光纜傳輸信號進行采集，得到含有噪聲的被測信號；對含有噪聲的被測信號進行模數(shù)轉換，得到模數(shù)轉換后的含有噪聲的被測信號，作為數(shù)字量被測信號；對數(shù)字量被測信號進行時間延遲以構造多個數(shù)據(jù)序列，利用多個數(shù)據(jù)序列構建輸入信號陣列；利用二階盲辨識算法，根據(jù)互信息最小化準則，對輸入信號陣列進行盲源分離，以分離數(shù)字量被測信號中的噪聲和求救信號；采用重構算法獲得求救信號的波形。

進一步地，對數(shù)字量被測信號進行時間延遲以構造多個數(shù)據(jù)序列、利用多個數(shù)據(jù)序列構建輸入信號陣列的步驟包括：設數(shù)字量被測信號由有若干個自由度的信號構成，并設在時刻t，觀測數(shù)據(jù)矢量x(t)的延遲矢量為：X(t)＝{x(t-τ),x(t-2τ),…,x(t-(m-1)τ)}∈R，其中，τ是時間延遲因子，τ＝kΔt(k＝1,2,…)，Δt為采樣時間，m是延遲數(shù)量；假設觀測數(shù)據(jù)矢量為x(t)(t＝1,2,…,N)，x(t)的表達式為：x(t)＝f[X(t-1),X(t-2),…,X(t-d)]；式中，d為系統(tǒng)自由度；獲得由一系列延遲矢量構成的輸入信號陣列，該輸入信號陣列為：

當延遲因子τ＝1時，利用m≥f_S/f_L來確定m的最小值；式中f_S為采樣頻率，f_L為觀測信號的最低頻率。

進一步地，對輸入信號陣列進行盲源分離的步驟包括：估計輸入信號的協(xié)方差矩陣得到和其中，采用正交變換對矩陣進行對角化，獲得的特征值分解形式當對角矩陣有不同的特征值時，估計獲得分離矩陣利用分離矩陣與輸入信號陣列相乘，分離得到數(shù)字量被測信號中的噪聲和求救信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種光纜傳輸煤礦井下求救信號重構裝置，光纜傳輸煤礦井下求救信號重構裝置包括：數(shù)據(jù)采集單元，其用于對光纜傳輸信號進行采集，得到含有噪聲的被測信號；模數(shù)轉換單元，其用于對含有噪聲的被測信號進行模數(shù)轉換，得到模數(shù)轉換后的含有噪聲的被測信號，作為數(shù)字量被測信號；存儲單元，其用于存儲模數(shù)轉換單元獲得的數(shù)字量被測信號；輸入信號陣列構建單元，其用于對數(shù)字量被測信號進行時間延遲以構造多個數(shù)據(jù)序列，利用多個數(shù)據(jù)序列構建輸入信號陣列；盲源分離單元，其用于利用二階盲辨識算法，根據(jù)互信息最小化準則，對輸入信號陣列進行盲源分離，以分離數(shù)字量被測信號中的噪聲和求救信號；數(shù)據(jù)處理單元6，其用于采用重構算法獲得求救信號的波形。

進一步地，輸入信號陣列構建單元用于通過如下處理來構建輸入信號陣列：設數(shù)字量被測信號由有若干個自由度的信號構成，并設在時刻t，觀測數(shù)據(jù)矢量x(t)的延遲矢量為：X(t)＝{x(t-τ),x(t-2τ),…,x(t-(m-1)τ)}∈R；其中，τ是時間延遲因子，τ＝kΔt(k＝1,2,…)，Δt為采樣時間，m是延遲數(shù)量；假設觀測數(shù)據(jù)矢量為x(t)(t＝1,2,…,N)，x(t)的表達式為：x(t)＝f[X(t-1),X(t-2),…,X(t-d)]；式中，d為系統(tǒng)自由度；獲得由一系列延遲矢量構成的輸入信號陣列，該輸入信號陣列為：