CN103852784B - 一种提高矿用微震检波器信噪比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，该方法包括：在矿用微震检波器信中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元；分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。通过采用本发明公开的方法，提高了对能量、频率等参数信息均未知震源信号的拾取能力，且有效的抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比。

Description

一种提高矿用微震检波器信噪比的方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及矿山安全应用技术领域，尤其涉及一种提高矿用微震检波器信噪比的方法。

背景技术

矿山开采中，由于岩体开挖后，破坏了原岩应力平衡状态，岩体中的应力重新分布，从而产生围岩变形、移动和破坏，引起岩层塌陷，严重威胁矿山井下工作人员的安全。矿山岩体在变形破坏的整个过程中几乎都伴随着裂纹的产生、扩展、摩擦，积聚的能量在释放的过程中，产生微震事件。微震事件被矿山微震监测系统中的分别安装在岩体不同位置的检波器(传感器)采集，并转化为微震信号，通过判断微震信号到达每个检波器的时刻，结合各个检波器自身坐标，可以定位出微震事件发生的位置，即震源的位置，再经过微震信号的分析可以进一步推测出岩体发生破坏的方式及程度等信息。

矿山微震监测系统根据地压活动的一般规律，实时完成微震事件的采集，通过对微震事件监测结果的分析，为矿山安全生产提供有效预警和治理，确保安全、高效的开采地下矿产资源。

其中，检波器是矿山微震监测系统拾取信号的源头，常以工作原理的不同划分为速度型检波器和加速度型检波器，以结构不同划分单分量检波器和三分量检波器。通常，检波器拾取到的微震信号为极其微弱的模拟信号，极易受到外界随机干扰噪声的影响，如环境噪声、次生噪声、系统噪声等，使微弱的有效信号被干扰噪声淹没，妨碍了有效信号拾取，从而直接影响到微震监测系统后期数据分析的准确性。因此，设计高信噪比的矿用检波器对于矿山微震监测系统发挥安全监测作用有着重要意义。

现有技术中，只有通过以下两种方法提高检波器的信噪比：

1)采用可控震源激励，勘探检波器接收可控震源的产生震动事件，为了提高检波器拾取有效信号的能力，往往通过增大震源能量的方式使检波器拾取震动事件后，转化为幅值较大的震动信号。此外，在不改变震动事件能量的前提下，为提高检波器采集信号的信噪比，常采用多个检波器进行串联、并联或两种混合的组合方式，通过调整检波器的布局及间距、增加检波器数量等具体措施，将多个检波器拾取到的已知信号进行叠加作为单个信道数据，使多个检波器拾取的信号因叠加而增强。但是，地震勘探中震源多为已知可控震源，而矿山微震监测属于被动监测未知参数信息的震源，无法通过增强震源能量的方式，提高检波器拾取有效信号的能力；并且，矿山微震监测是通过多个分布安装的检波器信道拾取未知微震事件的到时，并结合各个检波器自身坐标，实现微震事件定位分析，而通过这种检波器组合方式来合成一个信道的方案无法定义微震事件到时、检波器坐标，不适用微震事件的定位；另外，由于矿山微震监测与地震勘探两者所采集信号的频率范围不同，微震检波器要保证其高灵敏度和宽频带，因此，微震检波器成本较高，若采用多个检波器组合的方式无疑增加了微震监测系统应用成本。

2)在矿山微震监测应用中，检波器常见安装方式有表面安装和深孔安装。检波器采集微震信号的过程中，随机噪声无处不在，随机噪声的来源大致可以分为二种：一是岩体表面微震，如人为因素引起的震动；二是检波器的本底噪声。因此，为提高检波器采集信号的信噪比，常通过可靠安装、后续信号处理等方式，实现随机噪声的抑制。首先，采用可靠安装方式：检波器的表面安装实现与岩体间有效传递震动的连接方式，尽量避免因不可靠安装降低检波器拾取微震信号的能力；检波器的深孔安装通过在岩体上钻孔，将检波器放入孔内并灌封泥浆完成安装，防止因灌浆密封效果差造成震动信号衰减。其次，采用信号处理方式：通过检波器拾取到微震信号后，对信号进行滤波、阈值降噪，提高检波器采集信号的信噪比。但是，采用可靠安装的方式只能降低微震信号到检波器传递过程的衰减，而此过程中噪声与信号同时被无衰减地传递，并没有起到随机噪声的抑制作用；且通过信号处理的方式，不能从信号获取的源头抑制干扰噪声，加上微震检波器拾取的信号的频率、幅值等均未知，无法准确设置阈值及滤波方式对信号进行降噪；另外，后续信号处理过程中又会引入微震监测系统其他设备的本底噪声，进一步增大了有效信号提取的难度。因此，这样既增加了后续抑制干扰噪声的难度，也很难较好地实现干扰噪声的抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，提高了对能量、频率等参数信息均未知震源信号的拾取能力，且有效的抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，该方法包括：

在矿用微震检波器信中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元；

分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。

进一步的，同一方向上的n+1个检波器敏感单元拾取振动信号在时域下叠加后的表达式为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t);$

其中，Δt表示同一方向上两个相邻检波器敏感单元拾取振动信号的时差，v(t)表示输入信号；

对方程进行傅里叶变换，获得频域下检波器敏感单元拾取振动信号的方程：

$V\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}{e}^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j\mathrm{\ω}\frac{n}{2}\mathrm{\Δ}t}\frac{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\left(n+1\right)\mathrm{\Δ}t}{2}\right)}{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\mathrm{\Δ}t}{2}\right)};$

其中，v(ω)为v(t)在频域下的表达式，ω为傅里叶变换后的频域变量，j为时域转换到频域后的虚数单位；

记则：V(ω)＝v(ω)·H(ω)；表示n+1个检波器敏感单元其拾取振动信号的总振幅与信号的到达时间无关，仅与信号的频率和到达各检波器敏感单元的相对时差有关。

进一步的，输入信号v(t)包括：有效信号和随机噪声，表示为：

v(t)＝s(t)+u(t)。

进一步的，所述分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制包括：

当同一方向上的n+1个检波器敏感单元进行信号叠加后，输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(n+1)s\left(t\right)+\sqrt{n+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{n+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{n+1}}.$

进一步的，所述通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比包括：

将所述单个检波器敏感单元的过采样率设为大于被测微震信号频率L倍，当同一个检波器敏感单元实现过采样时，由于过采样频率远大于被采集振动信号频率，其过采样输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-m\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(m+1)s\left(t\right)+\sqrt{m+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

其中，m+1表示单点过采样次数；

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{m+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{m+1}}.$

由上述本发明提供的技术方案可以看出，实现了从信号拾取的源头抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比，避免了随后续信号处理过程引入更多随机噪声，降低了后续信号处理的难度，为获取更为可信数据提供保障；以及，提高了检波器对能量、频率等参数信息均未知震源信号的可靠拾取，同时弥补了因安装的不可靠引入的随机误差；此外，由于通过检波器内部敏感单元进行叠加，降低了地震勘探领域通过检波器叠加的应用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种提高矿用微震检波器信噪比的方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种检波器敏感单元三个最大灵敏度方向构成的坐标系的示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种两个检波器敏感单元三个最大灵敏度方向构成的坐标系的示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种实际应用中提高矿用微震检波器信噪比的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种提高矿用微震检波器信噪比的方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤11、在矿用微震检波器信中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元。

本发明实施例中，为提高对能量、频率等参数信息均未知震源信号的拾取能力，由于通过检波器内部敏感单元进行叠加，降低了地震勘探领域通过检波器叠加的应用成本。并且，从空间角度提高同一方向振动信号的采集通道数量，增加通道信号样本，通过分析所在同一方向上的通道信号相关性，实现随机噪声的抑制，提高信噪比；另外，从时间角度对单个检波器敏感单元的过采率，利用随机噪声的不相关(即符合统计规律，其均值为0)，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而实现信噪比提高

步骤12、分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。

1)从空间角度出发，分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制。

当同一方向上的n+1个检波器敏感单元进行信号叠加后，输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(n+1)s\left(t\right)+\sqrt{n+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

其中，Δt表示同一方向上两个相邻检波器敏感单元拾取振动信号的时差；v(t)表示输入信号，s(t)表示有效信号，u(t)表示随机噪声，且满足v(t)＝s(t)+u(t)；

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{n+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{n+1}}.$

可见：由于有效信号存在相关性而随机噪声不相关，检波器敏感单元叠加取平均后的信号中，随机噪声减小为从而提高了信噪比。

2)从时间角度出发，通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。

将所述单个检波器敏感单元的过采样率设为大于被测微震信号频率L倍，当同一个检波器敏感单元实现过采样时，由于过采样频率远大于被采集振动信号频率，假设有效信号s(t)保持不变，单点过采样次数为(m+1)，因此，过采样输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-m\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(m+1)s\left(t\right)+\sqrt{m+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

其中，m+1表示单点过采样次数；

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{m+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{m+1}}.$

可见：由于随机噪声的不相关，检波器敏感单元叠加取平均后的信号中，随机噪声减小为从而提高了信噪比。

本发明实施例实现了从信号拾取的源头抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比，避免了随后续信号处理过程引入更多随机噪声，降低了后续信号处理的难度，为获取更为可信数据提供保障；以及，提高了检波器对能量、频率等参数信息均未知震源信号的可靠拾取，同时弥补了因安装的不可靠引入的随机误差；此外，由于通过检波器内部敏感单元进行叠加，降低了地震勘探领域通过检波器叠加的应用成本。

实施例二

为了便于理解本发明，下面结合附图2-3做进一步说明。

微震检波器的结构主要包括检波器敏感单元、防护外壳、内部结构架和连接端子，根据其内部检波器敏感单元安装结构的不同，可分为单分量检波器和三分量检波器，也称为单轴检波器和三轴检波器。两者主要差异在于：

1)单分量检波器内部传感器敏感单元只有1个；

2)三分量检波器内部的传感器敏感单元有3个，固定方位构成坐标系中的三个坐标轴。

检波器敏感单元感应外部振动信号的灵敏度具有指向性，即检波器敏感单元对某个方向传来的信号具有最大灵敏度(同样振动信号转换后的电信号最大)，随着方向改变其灵敏度产生不同程度的衰减。

如图2所示，如果采用单分量检波器敏感单元其最大灵敏度方向只有一个，如果采用三分量检波器敏感单元其最大灵敏度方向构成了图2中的3个坐标轴。其中，检波器敏感单元3个最大灵敏度方向构成的坐标系o-xyz中的x0、y0、z0分别为三分量检波器内部的3个检波器敏感单元。

本发明实施例中采用了n+1个三分量检波器敏感单元，为了便于表示，取n＝1，如图3所示，即在检波器敏感单元3个最大灵敏度方向构成的坐标系o-xyz中，x1、x2、y1、y2、z1、z2为检波器敏感单元。

在检波器敏感单元最大灵敏度方向上，安装(n+1)个等灵敏度的检波器敏感单元，检波器敏感单元间距为d，同一振动信号依次传播到1至(n+1)个检波器敏感单元。假设相邻两个检波器敏感单元接收到振动信号的延时为Δt，则检波器敏感单元拾取振动信号在时域下叠加后的方程为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v\left(t-i\mathrm{\Δ}t\right);$

对上述方程进行傅里叶变换，可得频域下，检波器敏感单元拾取振动信号的方程：

$V\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}{e}^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j\mathrm{\ω}\frac{n}{2}\mathrm{\Δ}t}\frac{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\left(n+1\right)\mathrm{\Δ}t}{2}\right)}{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\mathrm{\Δ}t}{2}\right)};$

记作为只与信号ω和相对时差Δt有关的中间变量，则：

V(ω)＝v(ω)·H(ω)。

由此可见，增加检波器敏感单元后，其拾取振动信号的总振幅比单个检波器敏感单元的振幅增大了(n+1)倍，与信号的到时时间无关，只与信号的频率和到达各敏感单元的相对时差有关。

此外，已知的输入信号v(t)为有效信号s(t)和随机噪声u(t)的合成，可表示为：

v(t)＝s(t)+u(t)。

其中，随机噪声具有统计规律，服从高斯分布，其均值为零，因此：

1)从空间角度出发，分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制。

当同一方向上的n+1个检波器敏感单元进行信号叠加后，输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(n+1)s\left(t\right)+\sqrt{n+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{n+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{n+1}}.$

可见：由于有效信号存在相关性而随机噪声不相关，检波器敏感单元叠加取平均后的信号中，随机噪声减小为从而提高了信噪比。

2)从时间角度出发，通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比。

将所述单个检波器敏感单元的过采样率设为大于被测微震信号频率L倍，当同一个检波器敏感单元实现过采样时，由于过采样频率远大于被采集振动信号频率，假设有效信号s(t)保持不变，单点过采样次数为(m+1)，因此，过采样输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-m\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(m+1)s\left(t\right)+\sqrt{m+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{m+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{m+1}}.$

可见：由于随机噪声的不相关，检波器敏感单元叠加取平均后的信号中，随机噪声减小为从而提高了信噪比。

进一步的，基于上述方案，其实际应用中实施方式如图4所示，可以包括如下步骤：

步骤41、在检波器封装时，在同一最大灵敏度放上增加检波器敏感单元数量，增加数量≥2，为本方案提高硬件实施基础；

步骤42、将封装后的检波器在现场以深孔安装的方式安装，即在矿山岩壁打孔并灌浆安装，安装后的检波器中，同一最大灵敏度方向上的检波器敏感单元接收外界同一岩体震动；

步骤43-步骤44、同一最大灵敏度方向上的各个检波器敏感单元分别接入独立的数据采集通道，在开始采集之前，各个独立采集通道的采样率设置的最小值，应为待采样信号最大频率的4倍；

步骤45-步骤46、当同一数据采集通道的采样率为m时，将相邻的(m/2)个采样数据进行叠加取平均；同时，对各个通道平均后的数据，取同一时刻的数据，再次叠加平均。最终，利用被采集数据的时间、空间相关性，获得高信噪比信号。

本发明实施例实现了从信号拾取的源头抑制了随机噪声的干扰，提高了信噪比，避免了随后续信号处理过程引入更多随机噪声，降低了后续信号处理的难度，为获取更为可信数据提供保障；以及，提高了检波器对能量、频率等参数信息均未知震源信号的可靠拾取，同时弥补了因安装的不可靠引入的随机误差；此外，由于通过检波器内部敏感单元进行叠加，降低了地震勘探领域通过检波器叠加的应用成本。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种提高矿用微震检波器信噪比的方法，其特征在于，该方法包括：

在矿用微震检波器中的检波器敏感单元最大灵敏度方向上安装n+1个检波器敏感单元；

分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制；并通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比；

其中，同一方向上的n+1个检波器敏感单元拾取振动信号在时域下叠加后的表达式为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t);$

其中，Δt表示同一方向上两个相邻检波器敏感单元拾取振动信号的时差，v(t)表示输入信号；

对表达式进行傅里叶变换，获得频域下检波器敏感单元拾取振动信号的方程：

$V\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}{e}^{j\mathrm{\ω}i\mathrm{\Δ}t}=v\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-j\mathrm{\ω}\frac{n}{2}\mathrm{\Δ}t}\frac{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\left(n+1\right)\mathrm{\Δ}t}{2}\right)}{\sin \left(\mathrm{\ω}\frac{\mathrm{\Δ}t}{2}\right)};$

其中，v(ω)为v(t)在频域下的表达式，ω为傅里叶变换后的频域变量，j为时域转换到频域后的虚数单位；

记则：V(ω)＝v(ω)·H(ω)；表示n+1个检波器敏感单元其拾取振动信号的总振幅与信号的到达时间无关，仅与信号的频率和到达各检波器敏感单元的相对时差有关；

所述分析同一方向上的n+1个通道信号的频谱相关性，提取有效信号，实现随机噪声的抑制包括：

当同一方向上的n+1个检波器敏感单元进行信号叠加后，输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-n\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}(t-i\mathrm{\Δ}t)=(n+1)s\left(t\right)+\sqrt{n+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

其中，s(t)表示有效信号，u(t)表示随机噪声；

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{n+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{n+1}};$

所述通过设置单个检波器敏感单元的过采样率，利用随机噪声的不相关，对同一检波器敏感单元过采样数据进行均值降噪，从而提高信噪比包括：

将所述单个检波器敏感单元的过采样率设为大于被测微震信号频率L倍，当同一个检波器敏感单元实现过采样时，由于过采样频率远大于被采集振动信号频率，其过采样输出信号为：

$V\left(t\right)=v\left(t\right)+v(t-\mathrm{\Δ}t)+...+v(t-m\mathrm{\Δ}t)=\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}v(t-i\mathrm{\Δ}t)=(m+1)s\left(t\right)+\sqrt{m+1}\stackrel{\‾}{u\left(t\right)};$

其中，m+1表示单点过采样次数；

输出信号取平均后，得：

$\stackrel{\‾}{V\left(t\right)}=\frac{V\left(t\right)}{m+1}=s\left(t\right)+\frac{\stackrel{\‾}{u\left(t\right)}}{\sqrt{m+1}}.$

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，输入信号v(t)包括：有效信号和随机噪声，表示为：

v(t)＝s(t)+u(t)。