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基于小波包变换的爆破信号能量衰减特征研究
摘要
爆破信号的能量衰减特征是评估爆破效果的重要指标。本文基于小波包变换分析了不同距离处的爆破信号能量衰减规律，通过实验验证了小波包变换在描述爆破信号能量衰减特征方面的有效性。结果表明，在不同频带下，爆破信号经过一定距离后，其能量随着距离的增加而衰减，且不同频带下的衰减速度存在差异。本研究对于深入了解爆破信号的优化设计与监测具有重要意义。
关键词：小波包变换；爆破信号；能量衰减特征；实验验证；频带
Abstract
Theenergyattenuationcharacteristicofblastingsignalsisanimportantindicatortoevaluatetheeffectivenessofblasting.Basedonwaveletpackettransform,thispaperanalyzestheenergyattenuationlawofblastingsignalsatdifferentdistances,andverifiestheeffectivenessofwaveletpackettransformindescribingtheenergyattenuationcharacteristicofblastingsignalsthroughexperiments.Theresultsshowthatatdifferentfrequencybands,theenergyofblastingsignalsattenuateswiththeincreaseofdistance,andtheattenuationspeedatdifferentfrequencybandsisdifferent.Thisstudyhasimportantsignificanceforin-depthunderstandingoftheoptimizationdesignandmonitoringofblastingsignals.
Keywords:Waveletpackettransform;Blastingsignal;Energyattenuationcharacteristic;Experimentalverification;Frequencyband
1.引言
爆破是一种常用的地下工程施工方式，其效果的好坏直接影响整个工程的质量和进度。评估爆破效果的一个重要指标是爆破信号的能量衰减特征，该特征可以反映爆破效果与距离的关系。因此，了解爆破信号的能量衰减特征对于优化爆破设计、控制爆破参数和监测爆破效果具有重要意义。
传统的分析方法主要是使用频域分析、时域分析和小波分析等方法。其中，小波分析在信号特征提取和压缩领域得到了广泛应用，具有时频可变性和多分辨率分析的优点，被广泛应用于信号处理领域。小波变换的一种改进方法是小波包变换，其优点是有更好的适应性和稳定性，并且可以提供更多的频带信息。因此，本研究基于小波包变换分析爆破信号的能量衰减特征，旨在更深入地了解爆破信号的特征。
2.小波包分析方法
小波包变换是使用一组基函数来分解信号的一种分析方法。该方法主要包括三个步骤：分解、滤波和重构。这个过程类似于小波变换，但是小波包变换可以选择更多的基函数。选择相应的小波包基函数，可以实现更好的适应性和多分辨率分析。
小波包变换的基本思想是将时间域上的非平稳信号分析为时频域上的多个局部频带，从而提取信号中不同频率成分的信息。具体方法是将原始信号依次分解成不同频带，然后对每个频带进行滤波和重构，得到各个频段的小波分量，常见的小波包基函数包括Haar、Daubechies、Symmlet、Coiflet等。
3.实验流程
爆破信号能量衰减实验是本文研究爆破信号的能量衰减特征的关键环节。实验过程如下：
1.在爆破现场布置5个接收器，在固定的距离处，记录爆破信号。
2.使用震源爆破方式，设置不同的爆破距离和药量，获得不同特征的爆破信号。
3.采集爆破信号并进行预处理：将爆破信号进行降噪处理、去除趋势项、均衡化处理等。
4.将预处理后的爆破信号通过小波包变换分解，得到各个频段的小波包系数。
5.计算信号在不同频带下的能量，分析能量衰减规律。
4.实验结果与分析
通过实验获得了不同距离的爆破信号数据，使用小波包变换分析这些数据，得到了不同频带下的小波包系数。通过计算不同频带下的能量，分析不同频带下爆破信号的能量衰减特征，得到以下结论：
1.在低频带下，爆破信号能量衰减速度较慢，而在高频带下，爆破信号能量衰减速度较快。
2.随着距离的增加，爆破信号在各个频带下的能量均呈现出不同程度的衰减，其中高频带下的能量衰减速度最快。
3.在低频带下，能量衰减的规律更加复杂，存在多个能量峰值，这可能是由于低