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专利号: 2017101444357
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于VMD的矿山微震信号的降噪滤波方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:读取含噪微震信号x的时序序列x(t),其中,t=1,2,...,N,N为微震信号的采样点个数;

步骤2:对含噪微震信号x进行VMD分解,得到一系列变分模态分量;具体包括如下步骤:步骤2.1:定义变分模态分量个数K值与惩罚因子α的值;取K=6;

步骤2.2:初始化 n=0;

步骤2.3:令n=n+1,执行整个循环;

步骤2.4:执行内层第一个循环,根据式(4)更新uk;

其中, 为含噪微震信号x的时序序列x(t)的傅立叶变换,j2=-1;

步骤2.5:令k=k+1,重复步骤2.4,直到k=K,结束内层第一个循环;

步骤2.6:执行内层第二个循环,根据式(5)更新ωk;

ωk为各变分模态分量的中心频率;

步骤2.7:令k=k+1,重复步骤2.6,直到k=K,结束内层第二个循环;

步骤2.8:执行外层循环,根据式(6)更新λ;

其中,τ为拉格朗日乘法算子λ(t)的更新步长参数;

步骤2.9:重复步骤2.3至步骤2.8,直到满足迭代停止条件如式(7)所示,结束整个循环,输出结果,得到K个变分模态分量;

其中,ε为求解精度;

步骤3:计算含噪微震信号x的时序序列x(t)与各变分模态分量uk的互相关系数;

步骤4:将中心频率大于200Hz且与含噪微震信号x的时序序列x(t)的互相关系数小于

0.3的变分模态分量作为噪声滤除,对剩余的变分模态分量进行重构,得到降噪滤波后的微震信号。

2.根据权利要求1所述的基于VMD的矿山微震信号的降噪滤波方法,其特征在于,在步骤2中,对含噪微震信号x进行VMD分解的约束条件为使各个模态分量的估计带宽之和最小,且各模态分量之和等于含噪微震信号x,约束变分模型为式(1)和式(2);

s.t.∑kuk=x   (2);

式(1)中,{uk}:={u1,...,uK}为分解得到的K个有限带宽的变分模态分量,{ωk}:={ω1,...,ωK}为各变分模态分量的中心频率,δ(t)为狄拉克(Dirac)函数,*表示卷积,j2=-1;式(2)中,x为含噪微震信号, 为所有变分模态分量之和。

3.根据权利要求2所述的基于VMD的矿山微震信号的降噪滤波方法,其特征在于,为求解式(1)和式(2)的最优解,引入扩展的Lagrange将约束变分问题变为非约束变分问题,其表达式如式(3)所示:其中,α为惩罚因子,λ(t)为拉格朗日乘法算子。

4.根据权利要求1所述的基于VMD的矿山微震信号的降噪滤波方法,其特征在于,在步骤3中,根据式(8)计算含噪微震信号x的时序序列x(t)与各变分模态分量uk的互相关系数;

其中,N为采样点个数,且