[发明专利]一种基于相关性分析的矿山微震信号初至波时刻提取方法

摘要

一种基于相关性分析的矿山微震信号初至波时刻提取方法，属于矿山微震信号的分析处理方法。其功能为智能识别两信号时间差、实现自动移位对齐和判断矿山微震信号相关性，该方法主要分为五个步骤：一是读取矿山微震信号；二是求解两矿山微震信号的相关函数；三是根据求解出的相关函数，求出最大相关时的时间差；四是根据计算出的时间差对其中一个信号进行移位；五是对对齐后的两矿山微震信号求解其相关系数，判断其相关性。本发明较好的解决了智能识别矿山微震信号到达时间差及判断矿山微震信号是否来自同一震源的问题。

主权项

一种基于相关性分析的矿山微震信号初至波时刻提取方法，其特征是：矿山微震信号初至波时刻提取方法包括五个步骤：一是读取矿山微震信号；二是求解两矿山微震信号的相关函数；三是根据求解出的相关函数，求出最大相关时的时间差；四是根据计算出的时间差对其中一个信号进行移位；五是对对齐后的两矿山微震信号求解其相关系数，判断其相关性；具体方法步骤如下：(一)读取矿山微震信号：将两矿山微震信号读取进系统，定义x_n为一矿山微震信号序列，y_n为另一矿山微震信号序列，要求两序列必须等长，设定其序列长度为L，且两信号采样频率均为f_s；(二)求解两矿山微震信号的相关函数：根据下式求解矿山微震信号相关函数，在相关函数取得最大值时，根据采样点及采样率计算出矿山微震信号间的时间差；根据离散信号序列的相关函数公式计算相关函数R_xy为：$R_{\mathrm{xy}}\left(m\right)=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)y(n+m)$其中变量m取值范围为0至L；(三)根据求解出的相关函数，求出最大相关时的时间差：根据计算出的时间差对矿山微震信号进行对齐；根据相关函数、采样点与采样率计算最大相关时的时间差，取得相关函数最大值R_max为：R_max＝max[|R_xy(m)|](四)根据计算出的时间差对其中一个信号进行移位：对对齐后的矿山微震信号进行相关性分析，并设定阈值以判断矿山微震信号是否来自于同一震源；取得初始时刻至相关函数绝对值最大时刻的采样点总数，记作N，则时间偏差T_offset：T_offset＝N/f_s(五)对对齐后的两矿山微震信号求解其相关系数，判断其相关性：两矿山微震信号的相关系数矩阵R_corr为：$R_{\mathrm{corr}}=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\ρ}}_{11}& {\mathrm{\ρ}}_{12}\\ {\mathrm{\ρ}}_{21}& {\mathrm{\ρ}}_{22}\end{array}\right]$其中ρ_ij＝E((X_i‑E(X_i))·(Y_j‑E(Y_j)))，其中变量i、变量j取值范围均为1至2，且X为x_n序列的总体，Y为y_n序列的总体，E为数学期望；求出的相关系数矩阵主对角线表示自相关性，其始终为1；副对角线是两信号的相关性，绝对值越大，相关性越好，其取值范围为[0，1]；分界值可根据实际情况不同设定为0到1之间的任何值；最终判断程序是否需要结束，若需结束则结束方法，若需继续运行则返回读取数据步骤，读取新数据进行移位对齐和相关性比较。