[发明专利]爆破振动信号基线漂零校正和消噪方法、装置、设备及系统

说明书

本发明公开了一种爆破振动信号基线漂零校正和消噪方法、装置、设备和系统，方法包括：获取通过采集原始爆破振动信号；对所述原始爆破振动信号进行互补总体经验模态分解，以获得第一各模态分量及残余分量；对所述第一模态分量及残余分量进行基线估计及稀疏化去噪，以获得第二各模态分量及残余分量；对所述第二各模态分量及残余分量进行重构，以获得特征信号；对所述特征信号进行信噪比判别，在所述信噪比小于等于第一预设值时，对所述特征信号进行隐马尔可夫模型消噪，以获得真实爆破振动信号，克服了以往经验模态分解存在的端点效应和模态混叠失真，实现了信号特征的精细化提取，避免了信号基线偏移造成的对信号幅值、主频特征的误判。

技术领域

本发明涉及爆破工程技术领域，尤其涉及一种爆破振动信号基线漂零校正和消噪方法、装置、设备及系统。

背景技术

工程爆破在实现高效施工的同时，产生的爆破振动是其引起的负面效应中最为严重的灾害之一。爆破振动危害控制和评价一直以来是国内外工程技术人员和科研院所关注的热点，而开展振动监测是最为直接和行之有效的手段之一。通过监测振动信号的分析和处理，可达到优化爆破参数和减振降损的目的，对于保障工程爆破安全、爆破灾害源的识别和控制具有积极的现实指导意义。特别的，在爆破近区一定范围内会对周边的建(构)筑物以及人员的安全造成严重威胁。因此，工程技术人员更关注近区结构体对爆振的响应状态，而爆破近区测试信号由于测试环境影响及仪器系统自身原因，往往含有趋势项和噪声分量而使信号受到不同程度的污染，对信号分析精度造成严重影响，所以对于奇异信号的校正和处理需求极为迫切。

目前，国内外学者通过爆破振动信号特征提取对工程爆破振动效应开展了广泛的研究。由于爆破振动信号是瞬态非线性信号，同时受测试环境和地质条件的影响，信号中普遍存在着偏离基线中心的基线(趋势项)和噪声干扰成分。传统的线性信号处理方法，如傅里叶变换等不能真实体现爆破振动的固有属性，并不适合该类信号的基线漂零校正；相对于傅里叶变换，小波分析在处理非线性信号方面具有明显的优势，但小波基选取和分解层数的不同，会导致信号分析结果差异较大；经验模态分解方法则根据信号自身特点将其按照频率由高到低分解为若干固有模态函数子信号，具有自适应性强、分解高效的特点，但在信号波形初始时刻或尾部截止时刻存在明显的模态混叠和交叉项，且对某些分量的处理过于随意导致重构信号误差较大，严重影响了信号基线校正分析结果的精确性。由此可见，现有的信号处理方法难以满足爆破信号分析精度的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种爆破振动信号基线漂零校正和消噪方法、装置、设备和系统，旨在解决以往经验模态分解存在的端点效应和模态混叠失真，实现了信号特征的精细化提取，避免了信号基线偏移造成的对信号幅值、主频特征的误判。

本发明第一方面提供了一种爆破振动信号基线漂零校正和消噪方法，包括：

S1，获取通过采集原始爆破振动信号；

S2，对所述原始爆破振动信号进行互补总体经验模态分解，以获得第一各模态分量及残余分量；

S3，对所述第一模态分量及残余分量进行基线估计及稀疏化去噪，以获得第二各模态分量及残余分量；

S4，对所述第二各模态分量及残余分量进行重构，以获得特征信号；

S5，对所述特征信号进行信噪比判别，在所述信噪比小于等于第一预设值时，对所述特征信号进行隐马尔可夫模型消噪，以获得真实爆破振动信号。

优选地，所述原始爆破振动信号包括基线漂零和噪声信号，则对所述原始爆破振动信号进行总体平均经验模态分解，以获得第一各模态分量及残余分量，具体为：

提取所述原始爆破振动信号中基线漂零和噪声成分；

根据基线漂零和噪声信号设置筛分次数和迭代次数；

对原始爆破振动成分进行互补总体经验模态分解，以得到信号频率从高到低分解的不同幅值的第一各模态分量及残余分量。