毕业论文--基于时频分析的微震信号识别与分析

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1、第49页共49页湖南大学毕业设计（论文）摘要进入二十世纪以来，电子技术的发展使微震信号的识别与分析成为可能，在国外，发达国家很早就开始了检测系统的研究并且在技术方面也日臻成熟，微震检测早已成为其采矿安全管理环节必不可少的一部分。为了避免采矿安全事故，以及预防地震、滑坡等自然灾害，则需要利用合理的手段监测微震信号，必须首先建立微震信号分析系统，对微震信号进行正确的检测、分析和分类，以达到目的。本文基于小波变换以及HHT变换两种方式分别对微震信号进行识别与分析。首先，系统而简要的介绍了微震现象以及其理论基础，对不同的微震信号进行分类、定义以及探究其产生的原因。采用小波变换进行分析，利用其良好的时频

2、局部化分析，通过变化突出微震信号的特征。其次，针对微震信号监测以及其信号中存在的干扰，利用HHT变换对非线性及非平稳信号有较好的分析和处理效果通过HHT变换，对微震信号进行经验模态分解，再对本征模态函数进行希尔伯特变换，从而进一步得到该信号的希尔伯特谱、时频能量谱等，以便对微震信号进行分析。关键词：微震信号；干扰信号；分析；小波变换；HHT变换目录第49页共49页湖南大学毕业设计（论文）1绪论41.1背景及研究意义41.2国内外研究及应用动态41.3存在问题51.3.1小波变换在微震信号分析中的应用61.3.2HHT变换在微震信号分析中的应用61.4本文所做工作72微震信号的分析办法92.1非

3、平稳信号92.1.1短时傅立叶变换92.1.2Wigner-Ville分布102.1.3小波变换102.1.4HHT变换112.2小结123小波变换基础理论133.1小波变换理论的发展133.2小波变换基础理论133.2.1傅里叶变换133.2.2小波分析理论143.2.3连续的小波变换153.2.4离散小波变换163.2.5二进小波变换173.2.6连续小波变换、离散小波变换和二进制小波变换的区别173.2.7多分辨率分析183.2.8Mallat算法203.3常用小波基函数介绍及应用性能分析223.3.1小波基函数的选取223.3.2小波分解层数的确定233.3.3仿真分析253.4小结2

4、94HHT变换理论基础294.1HHT变换发展294.1.1HHT变换的发展应用294.2HHT方法原理304.2.1瞬时频率304.2.2固有模态函数314.2.3经验模态分解324.2.4Hilbert变换344.3基于HHT变换的微震信号仿真374.4总结455总结与展望465.1总结465.2展望47致谢48第49页共49页湖南大学毕业设计（论文）参考文献49附录50第49页共49页湖南大学毕业设计（论文）1绪论1.1背景及研究意义微震信号（ Microseismicsignal）是现代采矿业以及灾害监控部门历来所重视的问题。早期受制于技术及成本的原因，微震信号的检测技术并不能满足社会

5、的需要，进入二十世纪以来，电子技术的发展使微震信号的识别与分析成为可能，但其并不受社会的青睐及重视，而在20世纪30年代，频发的矿难以及自然灾害造成的巨大损失使人们对监测系统的发展日趋关注，对于人身安全的苛刻要求使社会迫切的需要一种能够准确预报、预防灾害发生的监测系统，于此同时，人们逐渐注意到灾害、矿难发生前所产生的微震信号，研究者希望通过分析山体及建筑产生的微震信号来避免人身及财产的损失，然而微震监测技术的不成熟以及高昂的成本使得其难以普及。随着现代电子技术的发展，大量电子产品的出现使得微震信号的研究及检测有了突破性的进展，而如今，微震监测系统已成为采矿安全管理环节必不可少的一部分，微震信号

6、检测系统的应用也涉及到当今社会的各行各业。在我国，社会经济蓬勃发展，安全问题日益凸显，而对于微震信号的研究与检测可以进一步改善矿产开采、建筑桥梁建设、地质灾害监控以及预防等行业的现状，并对其产生促进作用，这对于国家的经济发展有着极大地意义。1.2国内外研究及应用动态大部分材料在承受荷载时都会产生能量的积攒与释放这一现象。其在外部作用力的影响下，北部很有可能产生局部弹塑性能集中，而随着能量积聚到某一极限值，其产生的微裂隙将会逐渐扩大，此时的弹性波或应力波也会随着微裂隙的扩大而在其周围的岩体进行快速释放与传播。同时，对于体积较大的岩体，这种弹性波的或应力波的释放过程，其高频信号的衰减过程极为快速，

7、所监测得到的数据频率比较低，但含有能量却比较大，我们将频率在20到200HZ的信号称之为微震信号；但对于体积较小的岩体来说，其产第49页共49页湖南大学毕业设计（论文）生波的频率值大于200HZ，同时含有能量较小，我们称这种波为声发射波（AcousticEmission，简称为AE），由于二者大部分性质具有相似性，故人们为了避免概念上的混淆，通常将实验室和开采现场的这种较大程度上的能量释放称之为微