基于时差估计的微震震源定位方法
发布时间：2020-03-28 03:52
【摘要】：微震监测技术作为一种实时的、先进的、高效的监测冲击地压的手段,广泛应用在煤矿开采、岩土工程等领域。微震监测的首要任务就是对微震震源的具体位置进行及时准确的定位。提高微震震源定位的速度与精度是当前亟需解决的问题。在微震定位过程中有两个困难,一个是微震信号的拾取误差,由于外界环境噪声的干扰,传感器拾取到的微震信号的到时存在误差;另一个是波速模型不易求解,在微震震源反演过程中,需要用到信号的传播速度,但是由于岩体内部环境未知,导致信号波在岩层内部传播时速度是复杂多变的,进而导致震源反演过程中出现误差。针对以上两个问题,本文提出了基于时差估计的微震震源定位方法,先对微震信号降噪,再对信号进行时差估计最后利用单纯形算法精确定位,具体内容如下:(1)由于实际工程中微震监测系统采集到的微震信号含有大量的外部干扰,本文通过改进EMD算法,对微震信号进行了降噪。对含噪微震信号进行EMD分解,得到一系列按频率从高到低排列的本征模态函数(IMF),引入皮尔逊相关系数用来识别噪声分量与信号分量之间的界限,将信号分量进行重构,从而实现微震信号的降噪。(2)为了获取信号的精确到时,本文采用广义加权互相关时差估计算法来计算两路信号间的时差,取代了传统的信号到时拾取,获得了信号间精确的时差值。信号经过EMD降噪后,滤除了大部分的随机非平稳噪声,用经过EMD降噪后的信号进行广义互相关时差估计能够进一步减弱剩余噪声的干扰,提高了时差估计的精度。通过仿真实验对比分析了常用的加权函数,选择了估计精度高、抗噪效果好的PHAT函数作为时差估计的权值。(3)针对微震震源定位精度不足问题,提出基于时差估计与单纯形法相结合的微震源定位算法,首先利用线性定位法计算出大致的微震震源位置,然后将该震源位置的空间坐标作为单纯形的一个顶点,以该顶点到第一个被触发的传感器之间的距离作为单纯形的边长构造单纯形。用时差估计值和各传感器的空间坐标构造目标函数并用单纯形法寻优,求解精确的微震震源位置,实现了微震震源的精准定位。仿真和实验结果表明,本文提出的算法在低信噪比下情况下能够有效地滤除微震信号的噪声,提升了时差估计的精度,提高了微震震源的定位准确程度。
【图文】：
首先经过ＥＭＤ降噪，然后利用降噪后的信号做广义互相关计算求信号间逡逑的时差，，最后利用计算得到的时差值构造目标函数，应用单纯形算法进行精确逡逑定位。对于微震震源的定位模型如图４．１所示。逡逑Ｉ逡逑｜逦ｉ逡逑ｉ邋逦１邋选ＳＭＭ邋逦＾邋构ＰＳ邋丨丨逦邋￣逦￣￣逦￣逦￣邋１逡逑逦分解邋｜￣￣－——＊ｔ：ＭＤ进构－Ｈ逦ｍ邋—＊■，邋加权逦Ｍ逡逑—逦Ｉ—ｎ逦ｐ—ｉ逦＾邋Ｍ邋＊逦％邋Ｉ逡逑贼仍２邋Ｉ邋逦选择晒逦１邋丨构信号逦１邋ｉｔ逦｜逦｜逡逑Ｉ逦—￣逦邋邋邋ｉ逦ｔ逦逦逡逑ｉ逦ｊ逦ｉ逦Ｊ逡逑精确定位逡逑ｊ逡逑Ｉ＇逦１祚，人瀹丨侪逦邋，邋构造Ｒｆｅ潘数逡逑１线件定位法初步求解裟源S檬澹铄蔚ゴ啃毋獯椋欤澹桑垮澹矗五义襄危冲澹赍五澹慑义希慑伟龄磔谓攵ㄎ唤幔卞义希慑危″义贤迹矗蔽⒄鹫鹪吹亩ㄎ荒Ｐ屯煎义希疲椋珏澹矗卞澹裕瑁邋澹欤铮悖幔簦椋睿珏澹恚铮洌澹戾澹铮驽澹恚椋悖颍铮螅澹椋螅恚箦澹瑁穑铮悖澹睿簦澹蝈义希玻卞义
本文编号：2603883
【图文】：
首先经过ＥＭＤ降噪，然后利用降噪后的信号做广义互相关计算求信号间逡逑的时差，，最后利用计算得到的时差值构造目标函数，应用单纯形算法进行精确逡逑定位。对于微震震源的定位模型如图４．１所示。逡逑Ｉ逡逑｜逦ｉ逡逑ｉ邋逦１邋选ＳＭＭ邋逦＾邋构ＰＳ邋丨丨逦邋￣逦￣￣逦￣逦￣邋１逡逑逦分解邋｜￣￣－——＊ｔ：ＭＤ进构－Ｈ逦ｍ邋—＊■，邋加权逦Ｍ逡逑—逦Ｉ—ｎ逦ｐ—ｉ逦＾邋Ｍ邋＊逦％邋Ｉ逡逑贼仍２邋Ｉ邋逦选择晒逦１邋丨构信号逦１邋ｉｔ逦｜逦｜逡逑Ｉ逦—￣逦邋邋邋ｉ逦ｔ逦逦逡逑ｉ逦ｊ逦ｉ逦Ｊ逡逑精确定位逡逑ｊ逡逑Ｉ＇逦１祚，人瀹丨侪逦邋，邋构造Ｒｆｅ潘数逡逑１线件定位法初步求解裟源S檬澹铄蔚ゴ啃毋獯椋欤澹桑垮澹矗五义襄危冲澹赍五澹慑义希慑伟龄磔谓攵ㄎ唤幔卞义希慑危″义贤迹矗蔽⒄鹫鹪吹亩ㄎ荒Ｐ屯煎义希疲椋珏澹矗卞澹裕瑁邋澹欤铮悖幔簦椋睿珏澹恚铮洌澹戾澹铮驽澹恚椋悖颍铮螅澹椋螅恚箦澹瑁穑铮悖澹睿簦澹蝈义希玻卞义
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