基于CEEMDAN·MPE-NHT的爆破地震波信号时频分析

摘要

针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)处理混有噪声的爆破地震波信号时，会出现时频分析失真的现象，对影响HHT时频分析精度的因素进行逐一改进，得到改进后的算法来提高含噪爆破地震波信号时频分析精度。首先对经验模态分解(Ensemble Empirical Mode, EMD)进行改进得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)抑制低频趋势项，同时添加多尺度排列熵(Multiscale Permutation Entropy, MPE)代码控制高频噪声，最后对CEEMDAN·MPE得到的IMF进行归一化Hilbert变换(Normalized Hilbert Transform, NHT),通过上述三步即可改善传统HHT含噪爆破地震波信号时频分析精度不足的问题。为验证CEEMDAN·MPE-NHT算法时频分析的准确性，进行HHT和CEEMDAN·MPE-NHT算法的含噪仿真信号时频分析对比研究，并将CEEMDAN·MPE-NHT算法用于水下钻孔爆破地震波信号时频分析中。研究结果表明：CEEMDAN·MPE分解得到的IMF经NHT处理得到的时频谱在时域和频域上均具有较高的分辨率，得到的时频分析参数精度相比HHT有了很大的提升，可实现更准确提取含噪爆破地震波信号时频特征参数，对爆破地震波危害效应识别，制定科学的爆破地震波危害效应控制措施具有重要的现实意义。

关键词

爆破地震波信号 / 经验模态分解 / Hilbert变换 / 固有模态函数

基金资助

国家自然科学基金（41672260）; 岩土钻掘与教育部工程研究中心（202215、202208）