一种高精度微震p波震相初至自动拾取方法
【专利摘要】本发明提出了一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，包括如下步骤：微震信号的Hilbert变换；对Hilbert包络信号的包络分析；微震P波信号震相初至的预拾取；微震P波信号震相初至的精确计算；微震P波信号震相初至自动拾取结束。本发明具有抗噪性能好、计算精度高和算法实时性较强等优点，具有很好的技术价值和应用前景。
【专利说明】一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息处理【技术领域】，特别是指一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法。
【背景技术】
[0002]微震监测系统是冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井突水等煤矿灾害预警的主要技术手段之一。微震发生时产生纵波和横波，即P波和S波，由于P波比S波传播速度快，在长距离传输时，P波与S波在图形上容易区分，而对于矿区较小范围内，S波在波形上叠加于P波尾波中不宜区分，工程上一般选择易于辨识的P波进行初至到时的标记。微震P波的初至到时拾取是震源定位及震相识别技术的关键环节，其精度直接影响震源定位精度并对震源机制解释具有重要意义。
[0003]鉴于微震监测系统拾取的震动信号具有突发性、多样性及不确定性等特点，目前的长短时均值比法(STA/LTA)、赤池信息准则(AIC)、PA1-S/K等震相初至拾取方法精度低、抗噪性能差、算法实时性不强。譬如单纯应用AIC函数求解震相初至需要在震相初至附近选择合适的时窗来计算AIC值，不同的时窗将产生不同的AIC值，时窗选择不合理时会出现错误的震相初至拾取结果。
[0004]为实现微震P波震相初至的准确拾取，本发明针对微震信号的非平稳性和非线性特点，引入Hilbert变换求解信号包络，通过设置包络信号阈值搜索震相初至的大致位置，以该位置为基础为AIC函数选择合适的计算时窗，并在选取的时窗内计算AIC函数，AIC取最小值的位置即是震相初至对应的时刻，形成一种高精度自动拾取P波震相初至的算法。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，解决了现有技术中微震P波信号震相初至自动拾取精度低及算法实时性不强的问题。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，包括如下步骤:
[0007]Stepl:微震信号的Hilbert变换，
[0008]微震信号时序序列设为x(t)，t = 1，2，…，n，其中η为微震信号的采样点个数，对微震信号X(t)进行Hilbert变换后获得微震信号x(t)的Hilbert包络信号a(t)；
[0009]St印2:对Hilbert包络信号a(t)进行包络分析；
[0010]Step3:微震信号x(t)包括微震P波信号和微震S波信号,对微震P波信号震相初至预拾取；
[0011]Step4:微震P波信号震相初至的精确计算；
[0012]Step5:微震P波信号震相初至自动拾取结束。
[0013] 进一步地，Hilbert变换定义为:[0014]
【权利要求】
1.一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，包括如下步骤: Stepl:微震信号的Hilbert变换， 所述微震信号时序序列设为x(t)，t= 1，2，…，n，其中η为所述微震信号的采样点个数，对所述微震信号x(t)进行所述Hilbert变换后获得所述微震信号x(t)的Hilbert包络信号a(t)； St印2:对所述Hilbert包络信号a(t)进行包络分析； Step3:所述微震信号X (t)包括微震P波信号和微震S波信号，对所述微震P波信号震相初至预拾取； Step4:所述微震P波信号震相初至的精确计算； Step5:所述微震P波信号震相初至自动拾取结束。
2.根据权利要求1所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，所述Hilbert变换定义为:
3.根据权利要求2所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，所述幅值a(t)和所述相位分别定义为:
4.根据权利要求3所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，令y(t) = 2a(t),得到时序序列y (t),将所述y (t)在[0,1]范围内进行归一化处理,所述归一化处理采用公式(5)，计算得到时序序列j)(i),
5.根据权利要求4所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，设置阈值，所述中第一个大于所述阈值的数值对应的时刻to定义为所述微震P波信号震相初至的预拾取值。
6.根据权利要求5所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，所述阈值范围为[0.15，0.25]。
7.根据权利要求6所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，所述阈值为0.20。
8.根据权利要求5所述的一种高精度微震P波震相初至自动拾取方法，其特征在于，所述微震信号x(t)以所述h为基准向前及向后分别取1000点和1500点数据作为待分析数据，应用公式(6)给出的AIC函数计算AIC函数值，在所述AIC函数值中搜索最小值，所述最小值对应的时刻即为所述微震P波信号震相初至的精确拾取值，
AIC (k) = klg (Var (x [I, k])) + (n-k-1) Ig (Var (x [k+1, n])) (6) 其中，x(i)，i = 1,2,…，n为所述微震信号采样点数据，k的取值范围为[l，n]，n为采样点个数，Var(x[l，k])是指x(l)到x(k)之间k个采样点数据的方差。
【文档编号】G01V1/36GK103995290SQ201410242342
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】贾瑞生, 孙红梅, 潘立友, 郑永果, 秦广鹏, 洪永发, 夏芳芳 申请人:山东科技大学