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专利号: 2017106153409
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:

1.一种基于能量分布特征的矿山微震信号辨识方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:读取待辨识微震信号x(t),其中,t=1,2,…,N,N为微震信号的采样点个数;

步骤2:对待辨识微震信号x(t)进行VMD分解,得到K个按照频率从高到低顺序排列的变分模态分量{u1,…uk,…,uK}:对待辨识微震信号x(t)采用VMD分解为K个变分模态分量,约束条件为使各个模态的估计带宽之和最小,且各模态之和等于待辨识微震信号x(t),约束变分模型描述为式(1)和式(2):s.t.∑kuk=x(t)   (2);

其中,x(t)表示待辨识的微震信号,{uk}:={u1,…,uK}代表分解得到的K个有限带宽的变分模态分量,{ωk}:={ω1,…,ωK}表示各分量的频率中心,δ(t)为狄拉克(Dirac)函数,*表示卷积,j2=-1;式(2)中, 为对所有的变分模态求和;

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,其表达式为式(3):其中,α为二次惩罚因子,λ(t)为拉格朗日乘法算子;

求解该变分问题的具体步骤如下:

步骤2.1:定义变分模态分量个数K值与惩罚因子α的值;

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, 为待辨识微震信号x(t)的傅立叶变换,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;

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:计算待辨识微震信号x(t)的能量分布向量P;

根据公式(8)计算各模态分量uk对应的能量Ek;

其中,xik(t)(i=1,2,…N;k=1,2,…,K;N为采样点个数,K为变分模态个数)表示模态分量uk时序序列的离散点幅值;

根据每个模态分量uk的能量以及待辨识微震信号x(t)的总能量,可以得到模态分量uk的能量百分比值 从而得到该微震信号的能量分布向量P,即P=[P(1),…,P(k),…,P(K)];

步骤4:计算待辨识微震信号x(t)的能量分布X轴的重心系数cx;

根据公式(9)计算能量分布X轴重心系数cx:步骤5:根据辨识阈值T识别待辨识微震信号x(t),若cx>T为矿山煤岩体破裂微震信号,cx≤T为爆破震动信号;

步骤6:自适应更新辨识阈值T的值;

根据方程组(10)更新辨识阈值T:

其中,W1为训练集中煤岩体破裂微震信号的cx值集合,W2为训练集中爆破震动信号的cx值集合。