[发明专利]一种自适应随机共振的地震波特征提取方法

摘要

本发明提供了一种自适应随机共振的地震波特征提取方法，采用最大似然估计估计噪声强度，建立二阶非线性双稳态随机共振系统，通过优化输出信噪比增益测度以及同步克莱姆逃逸率实现噪声匹配与频率匹配；按照设定的步长改变信号频率，选取信噪比最大值作为最优匹配值，并提取其对应的信号频率即为目标特征线谱频率。本发明能够大幅提升目标特征线谱处的信号能量及局部信噪比，对完全淹没的噪声中的特征信号亦能得到明显的增强输出。

主权项

1.一种自适应随机共振的地震波特征提取方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，采用最大似然估计估计噪声强度，计算噪声方差其中，N为信号点数，T(x)为检验统计量；步骤2，建立二阶非线性双稳态随机共振系统其中x为系统输出，γ为二阶系统阻尼参数，表示接收到的特征线谱信号，A₀为输入信号幅值，f₀为输入信号频率，为初始相位；n(t)为噪声强度为D的背景噪声；非线性双稳态势函数a＞0,b＞0，a、b为双稳态随机共振系统的势垒参数，系统势函数有两个稳态点在处，被在零点处的势垒ΔV＝a²/4b分开；步骤3，建立参数匹配的随机共振系统，通过优化输出信噪比增益测度以及同步克莱姆逃逸率实现噪声匹配与频率匹配；所述的匹配参数其中e为自然对数，信号频率f₀通过设定信号频率搜索范围[f_start,f_end]以及搜索步长f_step选取，D为噪声强度；步骤4，将二阶非线性双稳态随机共振系统的二阶方程化简为两个一阶方程，然后用四阶龙戈库塔算法求解方程组，其中h为龙戈库塔步长参数；步骤5，设定时间尺度搜索范围[hstart,hend]以及搜索步长hstep，根据设定的时间尺度搜索范围及搜索步长自适应寻找信号频率处最大的输出功率谱PMAX，并记录fstart所对应最优时间尺度hopt和PMAX值；步骤6，计算局部信噪比测度其中P_d表示特征频率处的功率谱值，ΔB为信号频率附近的频带带宽，表示局部噪声的能量；步骤7，按照设定的步长fstep改变信号频率，重复步骤3～步骤6，选取信噪比最大值作为最优匹配值，并提取其对应的信号频率即为目标特征线谱频率f0。