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1、第卷第期煤炭科学技术年月独立分量分析法在综采煤岩界面识别中的应用张艳丽’,张守祥’,矫林岳,王水强’山东工商学院信息与电子程学院,山东烟台潞安矿业集团有限责任公司漳村煤矿,山西长治摘要介绍了独立分量分析理论,将方法用于对放顶煤过程中产生的混合声波信号的处理,并给出了煤岩界面识别技术的实现方法试验结果表明,方法可以较好地分离出混合声音信号中独立的源信号,根据独立信号的频谱差异,能够确定煤和歼石的混合比例,实现煤岩界。面的识别关键词声波信号分离煤岩界面识别一一一中图分类号文献标志码文章编号一’,一’,一,,一’】,,,可,可‘‘尸。,
2、,‘,,,,,‘,,可,、,,,、,,‘,群扮,‘,又,,,,,,,‘‘。,通,邵怀,,扮,,‘。,,,,,,护。。,二。君刀之‘,‘,综采放顶煤开采存在的难题是如何根据煤炭放否有研石下落。,落程度控制放煤口的放煤时间目前顶煤放落程。理论简介度全靠人工目测来判断和控制由于采煤工作面灰,尘大,条件恶劣,人工很难准确判断顶煤放落程是一种新兴的信号处理方法是盲源信,’,号分离方法中的一种问题〕可简单描述为度不可避免地导致放煤过程中的过放状况和欠放’,,,。,假设二〔二⋯二司是用个传感器阵列状况因此研究放煤过程中煤研混合程度的自动,,,二
3、、,,、,,、、识别技术即煤岩界面的自动识别技术对准确控获得的刀维观测信号〔⋯尸是产制放煤程度、实现放顶煤开采工艺自动化具有重要生观测信号的个相互统计独立的源信号,且观。,意义已经有人根据煤与研石中的自然,射线放测信号是源信号经过线性混合而产生即,。,。射性含量具有显著差异这一物理特性进行过煤研其中是的未知混合矩阵‘。,分界的研究〔洲然而目前国内外尚无成熟的煤算法的目的是在混合矩阵和源信号岩界面自动识别技术。本文提出一种新的煤岩界面未知的情况下,仅利用源信号间是统计独立的这一识别方法声波频谱识别技术,即对顶煤放落过假设,寻找一个线
4、性变换矩阵又称解混矩阵程中的声波—信号进行分析处理,根据煤和研石下落对进行线性变换,得维输出向量,使尽可,,种几二。时产生的声波信号频谱差异初步判断顶煤中的含能地逼近真实源信号即丫林摊如,。,研率从而了解顶煤的放落程度并进行放落控制何找到最优的从而从观测信号中恢复出源信考虑到在顶煤放落过程中产生的声波信号类型号,关键是建立一个能够度量分离结果独立性的判复杂、频谱重叠,很难确定是否含有研垮落产生的决准则和相应的分离算法。,,声波信号进行分析处理时引人了独立分量分析从统计学观点讲随机变量的非高斯性与统计,方法。首独立密切相关,非高斯性
5、越强越独立。因此,在,,先利用基于负嫡极大的算法对声波信号分离过程中可通过对分离结果的非高斯性度。进行独立分量分析然后对分离出的各独立分量进量来表示分离结果间的相互独立性当非高斯性度,,,行频谱分析得到声波信号源的类型从而判断是量达到最大时则表明已完成对各独立分量的分第卷第期煤炭科学技术年月。。离负嫡就是一种有效的可用来度量随机变量非高波信号的模拟量。一,斯性的判据假设采集的声波信号在是平稳的‘二。。,一。,,负嫡的定义,,,其取的汉明窗对音频信号进行加窗处理每丁此,,。中肠是与具有相同方差的高斯随机变量为帧信号之间有的重叠对每一
6、帧信号连续地。,,,可随机变量的微分嫡根据信息理论在具有相同方进行频谱分析并进行统计分析以发现煤放差的随机变量中,高斯分布的随机变量具有最大的落时,产生的声波信号频率一般在一,微分嫡。因此,负嫡的值总是非负的,只有具有而研石放落产生的声波信号频率在或高斯分布时,负嫡对二的非高斯性越强,以上。可见,根据煤和研石下落时产生的声波信号其负嫡户越大,因此负嫡是一个很好的判断随的频谱差异进行煤岩界面自动识别的方案是可行。。,机变量非高斯性的判据的根据信号频谱的不同能够初步判断下落的是。煤还是研石为了验证方法在放顶煤声波信在煤岩界面识别中的应
7、用,号处理中应用的有效性利用进行了。,放顶煤声波信号处理的方法仿真试验,,。顶煤放落过程中声波信号源未知源信号混合采集段信号作为源信号如图所示方式未知,且频谱重叠,采用方法能够分离其中一段声音信号是煤撞击钢板,另一段为研石撞。。出声波信号中所包含的信号源击钢板用一个随机产生的的矩阵对源信号’〕,,。基于负嫡极大的算法是一种有效的进行线性混合得到个观测信号如图所示。一方法它基于固定点迭代理论利用基于负嫡极大的算法对个观测信号,,。来寻找分离结果非高斯性最大值每次只从观测信进行分离得到的结果如图所示从图可以看。,、号中分离出个独立分量
8、其算法步骤①对观出虽然信号的幅值相位与源信号相比发生了改测信号进行中,,,。心化和白化处理得到中心化和变但从信号波形上看分离的结果是很理想的白化后的观测信号②选择需要估计的分量个数,设、、迭代次数③选择一个具有写暨冬谓︵单位范数的初始权矢量确定非平
