一种基于ICEEMDAN-K-Means的受载煤岩辐射信号降噪算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于ICEEMDAN

【技术实现步骤摘要】
一种基于ICEEMDAN
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K
‑
Means的受载煤岩辐射信号降噪算法


[0001]本专利技术涉及信号降噪
，尤其涉及一种基于ICEEMDAN
‑
K
‑
Means的受载煤岩辐射信号降噪算法。

技术介绍

[0002]当今煤炭开采不断向水平面1000米以下区域推进，这使得煤岩动力灾害更易发生，也促使揭示深部煤岩动力灾害机理、掌握灾害防治方法成越发受到人们的关注。受载煤岩所处状态的改变会引起电磁辐射、红外辐射等辐射信号的变化，实时监测这类辐射信号并对其展开分析将有助于进一步阐释煤岩动力灾害发生的本质，更有利于多信息融合的煤岩动力灾害防治策略的深入研究，降低煤矿的开采风险，保障国民生命财产安全。
[0003]深部煤岩所处开采条件较浅部更为复杂，且井下环境对长期运行设备的稳定性有影响，多方面影响使得直接采集获得的受载煤岩辐射信号更易受到信号干扰，从而令环境直采数据中易包含大量非相关噪声信号，这为精准掌握煤岩动力灾害机制带来了困难。目前对于辐射信号的降噪已有一些方法，比如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ICEEMDAN
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K
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Means的受载煤岩辐射信号降噪算法，其特征在于，该方法包括以下6个步骤：步骤1：构造受载煤岩原始辐射信号离散函数D[t]，用于表示煤岩加载过程中经电磁辐射仪、红外辐射仪等辐射信号采集装置直采而得到的电磁或红外辐射原始特征的时序数列；上述步骤1中原始辐射信号离散函数D[t]的数据由煤岩形变相关信号D1[t]、自然环境干扰信号D2[t]、实验装置误差信号D3[t]和其他无关信号D4[t]组成，其具体结构关系如式(1)所示：D[t]＝D1[t]+D2[t]+D3[t]+D4[t]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)步骤2：构造运算算子E(
·
)与M(
·
)，分别完成对输入数据“·”指定次数的EMD模态函数及局部均值的求解目的；步骤3：对受载煤岩原始辐射信号离散函数D[t]进行ICEEMDAN分解，获得原始辐射信号离散函数D[t]分解后由多个模态函数组成的模态函数矩阵IMF及分解余量Res；步骤4：基于原始辐射信号离散函数D[t]的模态函数矩阵IMF数据，采用K
‑
Means算法对其进行数据聚类运算，最大程度上将自然环境干扰信号D2[t]、实验装置误差信号D3[t]和其他无关信号D4[t]从原始辐射信号离散函数D[t]中滤除；步骤5：计算N个分类的N个DI
i
向量与原始辐射信号离散函数D间的Pearson相关系数，并根据计算结果对N个DI
i
从高到低排序；上述步骤5的Pearson相关系数的计算方法如式(2)所示：步骤6：根据Pearson系数排序与实际情况去除相关系数最低的1～2个DI
i
向量，视其为噪声分量，并利用其他DI
i
向量和原始辐射信号离散函数D[t]的分解余量Res重构获得煤岩形变相关信号D1，实现为D[t]降噪的目的；上述步骤6中煤岩形变相关信号D1的信号组成结构如式(3)所示：式中，v为去掉相关性较低的DI向量后剩余的分组数。2.根据权利要求1所述的一种基于ICEEMDAN
‑
K
‑
Means的受载煤岩辐射信号降噪算法，其特征在于，所述步骤2中运算算子E(
·
)与M(
·
)的求解方法如下：上述步骤2运算算子E(
·
)求解输入数据“·”第k个模态函数IMF
k
的步骤如下：步骤2.1：输入数据“·”，取k＝0，令残余量r0＝
·
；步骤2.2：寻找每个残余量r
k
的上下包络线e
MIN
及e
MAX
，并由此计算上、下包络的平均值m；步骤2.3：利用下式计算第(k+1)个模态函数IMF
(k+1)
的候选值d
(k+1)
＝r
k
–
m；步骤2.4：判断r
k
的包络平均值m是否趋于0，若包络平均值m趋于0则d
(k+1)
为输入数据“·”的第(k+1)个模态函数IMF
(k+1)
，此时计算第(k+1)的余量r
(k+1)
，其与第(k+1)个模态函
数IMF
(k+1)
间满足式(4)关系：IMF
(k+1)
＝
·
‑
r
(k+1)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)反之，若包络平均值m不趋于0则d
(k+1)
不是IMF
(k+1)
，此时令d
(k+1)
＝r
k
，重复步骤2.2至2.4，直至筛选出满足平均包络值m趋近于0的候选值d
(k+1)
与输入数据“·”的第(k+1)个模态函数IMF
(k+1)
；步骤2.5：当所获模态函数IMF达到算子E
k
(
·
)预期所需模态数，停止循环；上述步骤2利用运算算子M(
·
)计算输入数据“·”局部均值的方法是用输入数据“·”减去其EMD分解后得到的第一模态函数IMF1，其与E1(
·
)间关系可用式(5)表示：M(
·
)＝
·
‑
E1(
·
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)3.根据权利要求1所述的一种基于ICEEMDAN
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K
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Means的受载煤岩辐射信号降噪算法，其特征在于，所述步骤3的过程如下：步骤3.1：取L个0均值单位方差的白噪声信号ω
(i)
(i＝1，2，
…
，L)，将输入原始辐射信号离散函数D[t]的数据，并构造L个含白噪声的原始数据D
(i)
，具体构造方法如式(6)所示：D
(i)
＝D+β0E1(ω
(i)
)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，β0为整定系数，其数值可由式(7)确定：式中，ε0为人为给定的系数，取值要考虑信噪比(SNR)的要求；std(
·
)算子用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，李昊，杨桢，周婧，李洪珠，李艳，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：