一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，屬噪聲技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展用電需要，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴大，電壓等級不斷 提高，高壓輸電已成為城市運行的必要措施。輸電線路運行時產(chǎn)生的可聽噪聲是由導(dǎo)線表 面的電暈放電產(chǎn)生的一種人耳能直接聽得見的噪聲，其幾乎沒有純音部分，全部為寬頻帶 噪聲。這種噪聲可能會使得輸電線路附近的居民或工作人員感到煩躁和不安。隨著電壓等 級不斷升高，電暈放電產(chǎn)生的可聽噪聲越來越明顯，對環(huán)境的影響越來越大，已經(jīng)成為輸電 線路建設(shè)和運行時必須考慮的因素。
[0003] 充分研究電暈放電可聽噪聲的本質(zhì)性質(zhì)，找出其特性規(guī)律，分析輸電線路的可聽 噪聲頻譜特性以及其與電暈放電的關(guān)聯(lián)特性，能為采用更有效的方法將電暈放電的可聽噪 聲水平控制在合理的范圍內(nèi)提供依據(jù)。
[0004] 傳統(tǒng)的可聽噪聲可以通過現(xiàn)場測試和理論預(yù)測得到。理論預(yù)測是從線路構(gòu)造來預(yù) 測輸電線路可聽噪聲數(shù)值，這些公式大多來源于國外研究的經(jīng)驗計算公式，例如美國EPRI 線路噪聲計算公式等，但這些理論計算結(jié)果常常由于線路材料的升級和制備工藝的改進而 發(fā)生偏差，從而與實際運行線路仍有差異。另外，現(xiàn)場氣候環(huán)境、導(dǎo)線制造技術(shù)與工藝與國 外也存在差別，從而無法滿足現(xiàn)實條件下的預(yù)測要求。
[0005] 而現(xiàn)場測試方法中背景噪聲的影響決定了測試結(jié)構(gòu)的好壞。然而，目前國內(nèi)外對 輸電線路噪聲測量和評價指標如倍頻程特性、A計權(quán)聲壓級等均是在噪聲頻域下制定的，反 映的是電暈放電一段時間內(nèi)的綜合效應(yīng)，無法剔除背景噪聲，從而難以揭示可聽噪聲的本 質(zhì)特性。因此必須尋求一種在輸電線路的可聽噪聲原始信號中提取可聽噪聲的方法，以便 對輸電線路的可聽噪聲進行評價。
[0006] 通過時域測量的可聽噪聲波形，可以實時觀測到背景噪聲的變化，借助于信號分 析方法，可以有效地實現(xiàn)背景噪聲的剔除，以便掌握更為準確的直流電暈放電產(chǎn)生的可聽 噪聲的特性。并且借助可聽噪聲頻域處理方法，可以通過噪聲的時域信號獲得其頻域特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是，為解決高壓輸電線路可聽噪聲準確實測較為困難的問題，本發(fā) 明提出一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，包括 以下步驟：
[0009] (1)對多通道含噪信號做分幀、加窗處理；
[0010] (2)采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪；
[0011] (3)對多通道信號計算可聽噪聲的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，并得到功率密度譜；
[0012] (4)對功率密度譜進行反變換得到輸電線路的可聽噪聲信號。
[0013] 所述加窗處理，是對當(dāng)前幀的M通道信號X1 (t)，（i = 1，2,…Μ)做加窗處理，窗函 數(shù)可以是矩形窗或hamming窗；幀長選擇范圍為1-1. 5秒，每一通道的前后幀的重疊長度為 0· 5-0. 75 秒。
[0014] 所述采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪方法為：采用小波包分解技術(shù)進行信號去 噪，調(diào)節(jié)去噪閾值進行針對性去噪；
[0015] 利用小波包變換對每一個通道信號進行多層分解，得到第j層上第k個小波包分 解系數(shù)為士仏）；設(shè)定閾值：
[0017] 其中，L為每一層的信號長度，σ。為噪聲信號的標準差；把分解后的每一層信號利 用該閾值按下式進行去噪：
[0019] 其中，
α > 〇, α值可根據(jù)信號特點確定；去噪后通過小波包重 構(gòu)算法得到去除背景噪聲的信號·％〇)。
[0020] 所述獲得功率密度譜的方法為：
[0021] 對多通道信號計算互相關(guān)函數(shù)矩陣的奇異值分解，得到各噪聲源在各通道上的能 量來分布，提取N個最大奇異值進行矩陣重構(gòu)，得到的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，對其自相關(guān) 函數(shù)變換得到可聽噪聲功率密度譜。
[0022] 對當(dāng)前幀加窗后的M通道信號兩兩之間做互相關(guān)運算，得到互相關(guān)矩陣R ;
[0023] 對互相關(guān)矩陣R進行奇異值分解，得到奇異值，得到N個奇異值及其對應(yīng)的特征向 量，并利用這N個奇異值及對應(yīng)的特征向量進行重構(gòu)得到互相關(guān)矩陣
[0024] 得到最大奇異值對應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)R1,對其進行FFT變換，得到功率密度譜 卜下T(々丨丨）· 9
[0025] 根據(jù)設(shè)置的功率譜統(tǒng)計數(shù)Ν。，對連續(xù)Ν。幀做上述處理得到的功率密度譜進行統(tǒng)計 平均，得到一個能量統(tǒng)計平均的功率密度譜。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用小波包分解去噪和奇異值分解的能量統(tǒng)計分布 特征方法，在消除大量噪聲的同時，又盡可能的避免了對源強信號的損傷，具有良好的消噪 和源強提取效果。本發(fā)明用于提取出輸電線路的聲源信號，可廣泛應(yīng)用于噪聲環(huán)境下的源 強篩選。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實現(xiàn)可聽噪聲提取的方框圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施步驟，對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0029] 本實施例一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，包括以下步驟：
[0030] (1)對多通道含噪信號做分幀、加窗處理；
[0031] (2)采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪；
[0032] (3)對多通道信號計算可聽噪聲的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，并得到功率密度譜；
[0033] (4)對功率密度譜進行反變換得到輸電線路的可聽噪聲信號。
[0034] 本實施例對當(dāng)前幀的M通道信號X1 (t)，（i = 1，2,…M)做加窗處理，窗函數(shù)可 以是矩形窗或hamming窗；幀長選擇范圍為1-1. 5秒，每一通道的前后幀的重疊長度為 0· 5-0. 75 秒。
[0035] 本實施例利用小波包變換對每一個通道信號進行多層分解，得到第j層上第k個 小波包分解系數(shù)為d, (k);設(shè)定閾值：
[0037] 其中，L為每一層的信號長度，σ n為噪聲信號的標準差。把分解后的每一層信號 利用該閾值按下式進行去噪：
[0039] 其中，
α > 〇，α值可根據(jù)信號特點確定。去噪后通過小波包 重構(gòu)算法得到去除背景噪聲的信號f (f)。去噪效果評價體系主要有三個參數(shù)決定：
[0043] 其中，x(m)和.?("〇分別是原始信號和小波包去噪后的信號，去噪后的信號幅值減 小得越小，信噪比越高，且相關(guān)系數(shù)接近于1，則降噪效果越好?？蓞⒖歼x擇三個閾值分別 為：6%，10dB，0. 98。
[0044] 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的頻率分布特點，利用小波包分解后每一層信號所對應(yīng)的頻率范圍 進行去噪，對去噪后的小波包分解系數(shù)進行信號重構(gòu)。
[0045] 對當(dāng)前幀加窗后的M通道信號兩兩之間做互相關(guān)運算，得到互相關(guān)矩陣R :
[0046]
[0047] 其中R1」為x i (t)和Xj (t)的互相關(guān)函數(shù)。
[0048] 對互相關(guān)矩陣R進行奇異值分解，得到奇異值，得到N個奇異值及其對應(yīng)的特征向 量，并利用這N個奇異值及對應(yīng)的特征向量進行重構(gòu)得到互相關(guān)矩陣及 β
[0049] 得到最大奇異值對應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)，對其進行FFT變換，得到功率密度譜 FF JiRt,)
[0050] 根據(jù)設(shè)置的功率譜統(tǒng)計數(shù)Ν。，對連續(xù)Ν。幀做上述處理得到的功率密度譜進行統(tǒng)計 平均，得到一個能量統(tǒng)計平均的功率密度譜。
[0051] 對功率密度譜進行A計權(quán)，然后進行FFT逆變換得到輸電線路的可聽噪聲信號。
【主權(quán)項】
1. 一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： (1) 對多通道含噪信號做分幀、加窗處理； (2) 采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪； (3) 對多通道信號計算可聽噪聲的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，并獲得功率密度譜； (4) 對功率密度譜進行反變換得到輸電線路的可聽噪聲信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，其特征在 于，所述加窗處理，是對當(dāng)前幀的M通道信號做加窗處理，窗函數(shù)可以是矩形窗或hamming 窗；幀長選擇范圍為1-1. 5秒，每一通道的前后幀的重疊長度為0. 5-0. 75秒。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，其特征在 于，所述采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪方法為：采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪，調(diào) 節(jié)去噪閾值進行針對性去噪； 利用小波包變換對每一個通道信號進行多層分解，得到第j層上第k個小波包分解系 數(shù)為(Mk);設(shè)定閾值：其中，L為每一層的信號長度，〇 "為噪聲信號的標準差；把分解后的每一層信號利用該 閾值按下式進行去噪：法得到去除背景噪聲的信號焉街。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，其特征在 于，所述獲得功率密度譜的方法為： 對多通道信號計算互相關(guān)函數(shù)矩陣的奇異值分解，得到各噪聲源在各通道上的能量來 分布，提取N個最大奇異值進行矩陣重構(gòu)，得到的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，對其自相關(guān)函數(shù) 變換得到可聽噪聲功率密度譜； 對當(dāng)前幀加窗后的M通道信號兩兩之間做互相關(guān)運算，得到互相關(guān)矩陣R; 對互相關(guān)矩陣R進行奇異值分解，得到奇異值，得到N個奇異值及其對應(yīng)的特征向量， 并利用這N個奇異值及對應(yīng)的特征向量進行重構(gòu)得到互相關(guān)矩陣免； 得到最大奇異值對應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)，對其進行FFT變換，得到功率密度譜FFT(^11). 9 根據(jù)設(shè)置的功率譜統(tǒng)計數(shù)N。，對連續(xù)N。幀做上述處理得到的功率密度譜進行統(tǒng)計平 均，得到一個能量統(tǒng)計平均的功率密度譜。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，其特征在 于，所述可聽噪聲信號，通過對功率密度譜進行A計權(quán)，然后進行FFT逆變換得到。
【專利摘要】一種輸電線路可聽噪聲的多通道信號提取方法，包括以下步驟：（1）對多通道含噪信號做分幀、加窗處理；（2）采用小波包分解技術(shù)進行信號去噪；（3）對多通道信號計算可聽噪聲的能量統(tǒng)計分布特征參數(shù)，并獲得功率密度譜；（4）對功率密度譜進行反變換得到輸電線路的可聽噪聲信號。本發(fā)明利用小波包分解去噪和奇異值分解的能量統(tǒng)計分布特征方法，在消除大量噪聲的同時，又盡可能的避免了對源強信號的損傷，具有良好的消噪和源強提取效果。本發(fā)明用于提取出輸電線路的聲源信號，可廣泛應(yīng)用于噪聲環(huán)境下的源強篩選。
【IPC分類】G01R29/26
【公開號】CN105044478
【申請?zhí)枴緾N201510437952
【發(fā)明人】伍發(fā)元, 徐銳, 蔡俊, 梅重民, 方銘, 劉平
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月23日