一种提高矿用微震检波器信噪比的方法

摘要

本发明公开了一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，该方法包括：在矿用微震检波器信中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元；分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。通过采用本发明公开的方法，提高了对能量、频率等参数信息均未知震源信号的拾取能力，且有效的抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比。

主权项

一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，其特征在于，该方法包括：在矿用微震检波器中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元；分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比；其中，同一方向上的n+1个检波器敏感单元拾取振动信号在时域下叠加后的表达式为：$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\Delta t)+...+v(t-n\Delta t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}v(t-i\Delta t);$其中，Δt表示同一方向上两个相邻检波器敏感单元拾取振动信号的时差，v(t)表示输入信号；对表达式进行傅里叶变换，获得频域下检波器敏感单元拾取振动信号的方程：$V\left(\omega \right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}v\left(\omega \right)e^{j\omega i\Delta t}=v\left(\omega \right)\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}{e}^{j\omega i\Delta t}=v\left(\omega \right)e^{-j\omega \frac{n}{2}\Delta t}\frac{\sin \left(\omega \frac{\left(n+1\right)\Delta t}{2}\right)}{\sin \left(\omega \frac{\Delta t}{2}\right)};$其中，v(ω)为v(t)在频域下的表达式，ω为傅里叶变换后的频域变量，j为时域转换到频域后的虚数单位；记则：V(ω)＝v(ω)·H(ω)；表示n+1个检波器敏感单元其拾取振动信号的总振幅与信号的到达时间无关，仅与信号的频率和到达各检波器敏感单元的相对时差有关；所述分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制包括：当同一方向上的n+1个检波器敏感单元进行信号叠加后，输出信号为：$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\Delta t)+...+v(t-n\Delta t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}(t-i\Delta t)=(n+1)s\left(t\right)+\sqrt{n+1}\overline{u\left(t\right)};$其中，s(t)表示有效信号，u(t)表示随机噪声；输出信号取平均后，得：$\overline{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{n+1}=s\left(t\right)+\frac{\overline{u\left(t\right)}}{\sqrt{n+1}};$所述通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比包括：将所述单个检波器敏感单元的过采样率设为大于被测微震信号频率L倍，当同一个检波器敏感单元实现过采样时，由于过采样频率远大于被采集振动信号频率，其过采样输出信号为：$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\Delta t)+...+v(t-m\Delta t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Sigma }}v(t-i\Delta t)=(m+1)s\left(t\right)+\sqrt{m+1}\overline{u\left(t\right)};$其中，m+1表示单点过采样次数；输出信号取平均后，得：$\overline{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{m+1}=s\left(t\right)+\frac{\overline{u\left(t\right)}}{\sqrt{m+1}}.$