[发明专利]一种岩体电磁辐射信号采集与处理装置及方法

权利要求书

1.一种岩体电磁辐射信号采集与处理装置，其特征在于：该装置由全向天线、信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路和FPGA最小系统构成；

所述全向天线由第一磁棒天线、第二磁棒天线、第一可调双联电容、第一磁环变压器、第二可调双联电容、第二磁环变压器和第三磁环变压器构成；

所述第一可调双联电容同时与所述第一磁棒天线和所述第一磁环变压器的一次侧相连接；所述第二可调双联电容同时与所述第二磁棒天线和所述第二磁环变压器的一次侧相连接；所述第一磁环变压器的二次侧和所述第二磁环变压器的二次侧同时与所述第三磁环变压器的一次侧相连接；所述第三磁环变压器的二次侧与所述信号放大电路的输入端相连接；所述信号放大电路的输出端连接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路的输出端连接所述A/D转换电路的输入端；所述A/D转换电路的输出端连接FPGA最小系统；

所述FPGA最小系统用于对从A/D转换电路接收的电磁辐射信号进行去噪和分频处理，其进一步包括：

原始电磁辐射信号接收模块，用于从A/D转换电路实时接收原始电磁辐射信号，并发送给信号幅值标准差计算模块和信号分解与提取模块；

信号分解与提取模块，利用EMD算法将原始电磁辐射信号分解为从高频到低频的n阶IMF分量并从中提取出原始电磁辐射信号的有效高频成分并发送至信号幅值标准差计算模块；利用EMD算法将新信号分解为从高频到低频的m阶IMF分量并发送给信号划分模块；

信号幅值标准差计算模块，计算原始电磁辐射信号的幅值标准差σ₀；计算原始电磁辐射信号中有效高频成分的幅值标准差σ_h；计算σ_h与σ₀的比值ε；根据σ₀和ε，计算预添加辅助白噪声信号的幅值标准差σ_n；根据预设的原始电磁辐射信号EMD分解的相对误差最大值ε_n，求出集合平均次数M；

噪声添加模块，将满足幅值标准差σ_n和集合平均次数M条件的辅助白噪声信号添加到原始电磁辐射信号中，得到新信号，并将该新信号发送到信号分解与提取模块；

信号划分模块，根据连续均方差准则确定分界点k后，将新信号所分解的从高频到低频的n阶IMF分量划分为两部分：以噪声为主导模态的前k个IMF分量和以信号为主导模态的后n-k个IMF分量；

信号去噪模块，利用IWT算法对以噪声为主导模态的前k个IMF分量进行去噪处理；

信号重构模块，对去噪处理后的以噪声为主导模态的前k个IMF分量和以信号为主导模态的后n-k个IMF分量进行重构，得到重构后的电磁辐射信号；

信号分频模块，对重构后的电磁辐射信号进行FFT分频处理，得到不同频率点的电磁辐射信号幅值，及全频段内不同时间点的电磁辐射信号幅值。

2.根据权利要求1所述的岩体电磁辐射信号采集与处理装置，其特征在于：所述第一磁棒天线的一端与所述第一可调双联电容中第一电容的一端连接在一起后连接第二电容的一端，所述第一磁棒天线的另一端与所述第一电容的另一端连接在一起后接地；所述第二电容的另一端与所述第一可调双联电容中第三电容的一端连接在一起后同时连接第一微调电容的一端和第一磁环变压器一次侧的一端，第三电容的另一端、第一微调电容的另一端和第一磁环变压器一次侧的另一端连接在一起并接地。

3.根据权利要求1所述的岩体电磁辐射信号采集与处理装置，其特征在于：所述第二磁棒天线的一端与第二可调双联电容中第四电容的一端连接在一起后连接第五电容的一端，第二磁棒天线的另一端与第二可调双联电容中第四电容的另一端连接在一起后接地；第五电容的另一端与第二可调双联电容中第六电容的一端连接在一起以后连接第二微调电容的一端和第二磁环变压器一次侧的一端，第六电容的另一端、第二微调电容的另一端和第二磁环变压器一次侧的另一端连接在一起并接地。

4.根据权利要求1所述的岩体电磁辐射信号采集与处理装置，其特征在于：所述第一磁棒天线与第二磁棒天线呈十字交叉放置。