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爆破震动信号的小波分析方法研究

徐学勇  
【摘要】:当前在工程建设中人们越来越关注对爆破震动效应的测试工作,但是对于采集到的爆破震动信号,在数据的分析处理上还存在着很多不足。爆破震动本质上是一个非平稳的随机过程,与传统的傅立叶变换建立的理论基础并不一致。爆破地震波经过复杂的岩土介质传播后,往往存在着各种频率成分的干扰波,由于干扰波的叠加,给分析爆破震动信号的频率特征带来种种困难。因此,应用传统的傅立叶变换理论无法对爆破震动信号进行准确的时一频分析,使得新的分析方法的应用成为必要,小波分析理论的出现正好填补了目前对于爆破震动信号时一频分析方法的不足。本文在介绍了傅立叶分析和小波分析理论的基础上,对实测信号进行了傅立叶频谱分析和小波时一频分析,主要完成了以下工作: (1)从理论上阐述了小波分析的基本原理及数学基础;对当前工程中对爆破震动信号分析的方法进行总结;将小波变换与傅立叶变换、短时傅立叶变换,进行对比分析,从理论上说明小波变换在信号处理方面是优于傅立叶变换。 (2)对实测信号进行傅立叶变换,把爆破震动信号的从时间域变换到频率域,通过频谱分析得到信号的频率的高低、分布情况、主震频率等物理量,但是在变换的过程中却丢掉了时间的概念,我们无法确定爆破震动信号的时频特性。 (3)对于含有干扰和噪声的实测信号,提出了基于小波理论的阈值去噪方法。并且基于多尺度分析的原理,阐述了离散小波的实现方法;并对实测信号进行了小波分解与重构,重构后爆破震动信号已经明显不含干扰成分,从而得到真实的爆破震动信号,以利于进一步对实测爆破震动信号进行小波分析,说明小波分解具有分频特性和对爆破震动信号实现去噪的功能。 (4)基于小波分析的爆破震动信号时—频分析方法,提出了实测爆破震动信号的能量分析方法,并对实测信号进行小波包分解,编写程序计算各频带上的能量分布情况。通过各频带的能量分析,才能获得较准确的频率特性,同时也可以得到原始信号的局部特征。 文章中采用小波阈值去噪方法对实测爆破震动信号进行消噪分析,然后又应用小波包分解方法对实测信号进行时—频分析和各个不同频带的能量分析,都取得了不错的效果。研究表明了小波分析方法在分析爆破震动信号方面的优越性,相信在爆破震动信号分析领域具有很好的应用前景。


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