[发明专利]一种基于EMD与VMD的爆破振动信号降噪方法

权利要求书

1.一种基于EMD与VMD的爆破振动信号降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：用测振仪对矿山原始爆破振动信号进行采集；

步骤2：对采集的原始爆破振动信号进行EMD分解，得到所有本征模态函数分量IMF_i(i＝1,2,…,n)及数量n；

步骤3：求出各本征模态函数分量IMF_i的功率谱密度及原始爆破振动信号的功率谱密度，根据本征模态函数分量IMF_i的功率谱密度和原始爆破振动信号的功率谱密度的比值判断噪声数量；

步骤4：根据本征模态函数分量的数量和噪声数量计算VMD分解的变分模态分量个数，对采集的原始爆破振动信号进行VMD分解，将中心频率低于10Hz及高于200Hz的变分模态分量滤除，重构剩余分量。

2.如权利要求1所述的基于EMD与VMD的爆破振动信号降噪方法，其特征在于，所述步骤2中对采集的原始爆破振动信号进行EMD分解具体为：

步骤2.1：找出原始爆破振动信号X(t)的所有极大值和极小值，分别用三次样条函数曲线对所有极大值和极小值进行插值，拟合出原始爆破振动信号X(t)的上下两条包络线，按顺序连接上、下两条包络线的均值得到均值线m₁(t)；

其中，X_max(t)为原始爆破振动信号的上包络线，X_min(t)为原始爆破振动信号的下包络线；

步骤2.2：用原始爆破振动信号X(t)减掉均值线m₁(t)得到h₁(t)，即：

h₁(t)＝X₁(t)-m₁(t) (2)

步骤2.3：将h₁(t)当作原始信号，重复步骤2.1-2.2，获得h₁₁(t)：

h₁₁(t)＝h₁(t)-m₁₁(t) (3)

其中，m₁₁(t)是连接h₁(t)的上、下包络线的均值得到均值线；

步骤2.4：判断h₁₁(t)是否为本征模态函数分量，如果是，记IMF₁＝h₁₁(t)，执行步骤2.5；如果不是将h₁₁(t)当作原始信号继续重复k次步骤2.3，直到满足以下条件，并记IMF₁＝h_1k(t)：

其中，SD取0.2～0.3，IMF₁为第一个本征模态函数分量；

步骤2.5：从原始爆破振动信号X(t)中减去第一本征模态函数分量IMF₁得到剩余信号，即第一残差r₁(t)；

r₁(t)＝X(t)-IMF₁ (5)

步骤2.6：将第一残差r₁(t)当作原始信号重复2.1-2.5操作过程，得到第二个本征模态函数分量IMF₂，循环n次得到所有满足要求的本征模态函数分量IMF_i(i＝1,2，…，n)，并记为：

其中r_n为最终残差，是一个单调函数，代表爆破振动信号的整体趋势。

3.如权利要求1所述的基于EMD与VMD的爆破振动信号降噪方法，其特征在于，所述步骤3中具体为：

找出每个本征模态函数分量IMF_i功率谱密度的最大值为P_max及其对应频率，判断在此频率下，IMF_i的功率谱密度与原始爆破振动信号的功率谱密度的比值，若比值小于10％，则视为噪声信号，计噪声信号个数为j。