[发明专利]光缆传输煤矿井下求救信号重构方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种光缆传输煤矿井下求救信号重构方法和装置。

背景技术

我国是世界上最大的产煤国，虽然国家制定了清洁能源规划，但由于我国缺油少气，煤炭在相当长的一段时期内仍将是主要的一次能源。在煤炭生产过程中，由于地质条件复杂，煤层埋藏较深，尽管采取了各种安全生产措施，不可避免地会发生瓦斯、粉尘爆炸、透水、冒顶、瓦斯突出等事故。事故发生后，由于各种机械设备和通讯设施损毁，井上井下失去联系，急需了解井下情况。

然而，目前在煤矿井下发生事故时，在低信噪比情况下，现有系统检测能力差、分辨率低，不能够从光缆传输的含有各种噪声的信号中准确地分离出求救信号

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种光缆传输煤矿井下求救信号重构方法和装置，以解决煤矿井下发生事故时，在低信噪比情况下，现有系统检测能力差、分辨率低、不能够从光缆传输的含有各种噪声的信号中准确地分离出求救信号的问题。

根据本发明的一个发明，提供了一种光缆传输煤矿井下求救信号重构方法，光缆传输煤矿井下求救信号重构方法包括：对光缆传输信号进行采集，得到含有噪声的被测信号；对含有噪声的被测信号进行模数转换，得到模数转换后的含有噪声的被测信号，作为数字量被测信号；对数字量被测信号进行时间延迟以构造多个数据序列，利用多个数据序列构建输入信号阵列；利用二阶盲辨识算法，根据互信息最小化准则，对输入信号阵列进行盲源分离，以分离数字量被测信号中的噪声和求救信号；采用重构算法获得求救信号的波形。

进一步地，对数字量被测信号进行时间延迟以构造多个数据序列、利用多个数据序列构建输入信号阵列的步骤包括：设数字量被测信号由有若干个自由度的信号构成，并设在时刻t，观测数据矢量x(t)的延迟矢量为：X(t)＝{x(t-τ),x(t-2τ),…,x(t-(m-1)τ)}∈R，其中，τ是时间延迟因子，τ＝kΔt(k＝1,2,…)，Δt为采样时间，m是延迟数量；假设观测数据矢量为x(t)(t＝1,2,…,N)，x(t)的表达式为：x(t)＝f[X(t-1),X(t-2),…,X(t-d)]；式中，d为系统自由度；获得由一系列延迟矢量构成的输入信号阵列，该输入信号阵列为：

当延迟因子τ＝1时，利用m≥f_S/f_L来确定m的最小值；式中f_S为采样频率，f_L为观测信号的最低频率。

进一步地，对输入信号阵列进行盲源分离的步骤包括：估计输入信号的协方差矩阵得到和其中，采用正交变换对矩阵进行对角化，获得的特征值分解形式当对角矩阵有不同的特征值时，估计获得分离矩阵利用分离矩阵与输入信号阵列相乘，分离得到数字量被测信号中的噪声和求救信号。

根据本发明的另一方面，还提供了一种光缆传输煤矿井下求救信号重构装置，光缆传输煤矿井下求救信号重构装置包括：数据采集单元，其用于对光缆传输信号进行采集，得到含有噪声的被测信号；模数转换单元，其用于对含有噪声的被测信号进行模数转换，得到模数转换后的含有噪声的被测信号，作为数字量被测信号；存储单元，其用于存储模数转换单元获得的数字量被测信号；输入信号阵列构建单元，其用于对数字量被测信号进行时间延迟以构造多个数据序列，利用多个数据序列构建输入信号阵列；盲源分离单元，其用于利用二阶盲辨识算法，根据互信息最小化准则，对输入信号阵列进行盲源分离，以分离数字量被测信号中的噪声和求救信号；数据处理单元6，其用于采用重构算法获得求救信号的波形。

进一步地，输入信号阵列构建单元用于通过如下处理来构建输入信号阵列：设数字量被测信号由有若干个自由度的信号构成，并设在时刻t，观测数据矢量x(t)的延迟矢量为：X(t)＝{x(t-τ),x(t-2τ),…,x(t-(m-1)τ)}∈R；其中，τ是时间延迟因子，τ＝kΔt(k＝1,2,…)，Δt为采样时间，m是延迟数量；假设观测数据矢量为x(t)(t＝1,2,…,N)，x(t)的表达式为：x(t)＝f[X(t-1),X(t-2),…,X(t-d)]；式中，d为系统自由度；获得由一系列延迟矢量构成的输入信号阵列，该输入信号阵列为：