基于CEEMDAN-INHT的地下洞室爆破振动时频分析应用研究

摘要

爆破地震波信号采集会因监测环境、测试系统等因素导致实测信号中混有噪声，噪声的存在将导致信号希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)时频分析结果失真。原因有二：其一是经验模态分解(Ensemble Empirical Mode, EMD)处理含噪爆破地震波信号会得到具有模态混淆现象的固有模态函数(Intrinsic mode function, IMF)分量；其二是Hilbert变换受Bedrosian定理的约束在处理模态混淆分量时会产生负值瞬时频率，从而造成巨大的分析误差。为获得真实的爆破振动属性需对HHT进行改进，在EMD中添加自适应噪声信号得到自适应补充集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)算法；再对CEEMDAN得到的IMF进行归一化Hilbert变换，得到改进归一化Hilbert变换(Improved Normalized Hilbert Transform, INHT)。通过上述两步可建立CEEMDAN-INHT时频分析算法，为验证该算法可有效提高含噪爆破地震波振动信号时频分析精度，进行HHT和CEEMDAN-INHT含噪仿真振动信号时频分析对比研究。最后将CEEMDAN-INHT用于某地下洞室爆破地震波信号时频分析中，发现该算法能有效克服EMD固有的模态混淆现象，同时得到反映真实爆破振动属性的时-频-能特征参数，对从频率-能量的角度进行洞室爆破开挖共振分析，实现爆破地震波危害控制具有一定的现实意义。

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