本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)的能源基地和大型負(fù)荷中心分離，能源基地分布在西部地區(qū)，而大型負(fù)荷中心則分布在東部，因此須采用特高壓輸電技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量的電能傳輸。而遠(yuǎn)距離輸電的特高壓線路經(jīng)過(guò)的環(huán)境復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)高海拔地區(qū)，導(dǎo)致表面電暈加劇，電磁環(huán)境效應(yīng)更加嚴(yán)重。加之特高壓系統(tǒng)的工作電壓更高，線路表面電場(chǎng)越來(lái)越難以控制。極高的工作電壓導(dǎo)致導(dǎo)線表面電暈強(qiáng)烈，產(chǎn)生很嚴(yán)重的無(wú)線電干擾和電暈可聽(tīng)噪聲。這兩方面的因素都將導(dǎo)致特高壓輸變電系統(tǒng)的電暈產(chǎn)生的電磁環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題更加突出，已成為制約特高壓輸變電工程建設(shè)，特別是高海拔地區(qū)交直流特高壓線路建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，研究交直流特高壓線路的電暈可聽(tīng)噪聲問(wèn)題對(duì)于實(shí)現(xiàn)特高壓工程的環(huán)境優(yōu)化，提高線路建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。

但在現(xiàn)實(shí)中，由于輸電線路的位置經(jīng)常會(huì)位于發(fā)電廠和交通干道附近，較強(qiáng)的工廠噪聲和交通噪聲往往會(huì)干擾影響輸電線路本身噪聲的測(cè)量，這種情況下，一般常用的方法很難排除這些高背景噪聲的影響，無(wú)法獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。因此，非常有必要對(duì)高背景噪聲下電暈可聽(tīng)噪聲的測(cè)試方法進(jìn)行研究，為輸電線路噪聲的深入研究和環(huán)境評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。

目前已有一些技術(shù)可以對(duì)直流線路的可聽(tīng)噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理。專利cn104634443a給出了一種高背景噪聲下高壓直流輸電線路電暈可聽(tīng)噪聲的處理方法，它首先使用有限沖擊響應(yīng)fir數(shù)字低通濾波器對(duì)測(cè)得的可聽(tīng)噪聲a聲級(jí)信號(hào)進(jìn)行處理，剔除明顯被干擾信號(hào)，然后再將其頻譜減去背景噪聲頻譜得到相對(duì)干凈的電暈噪聲。專利cn105158587a給出了一種直流線路電暈可聽(tīng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)中無(wú)效數(shù)據(jù)的判定方法，主要是通過(guò)分析電暈可聽(tīng)噪聲的頻譜，利用電暈噪聲的分段譜特性參數(shù)來(lái)辨識(shí)被環(huán)境噪聲影響到的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將其剔除。這兩個(gè)專利都可對(duì)電暈可聽(tīng)噪聲進(jìn)行降噪，專利cn105158587a僅在頻譜對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)中的無(wú)效數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和剔除，專利cn104634443a使用fir濾波器對(duì)時(shí)域a聲級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的無(wú)效數(shù)據(jù)辨識(shí)，然后在頻譜上減去背景噪聲的頻譜，處理方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)于更為通常的電暈可聽(tīng)噪聲與背景噪聲時(shí)頻交叉混疊問(wèn)題顯然無(wú)能為力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)存在的當(dāng)電暈可聽(tīng)噪聲與背景噪聲時(shí)頻交叉混疊時(shí)，如何消除背景噪聲的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法和系統(tǒng)。

所述對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法包括：

步驟1、對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣，所述原始信號(hào)是包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)；

步驟2、對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解；

步驟3、應(yīng)用步驟2中小波分解得到的趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)；

步驟4、將采樣信號(hào)與重建信號(hào)相減得到相減信號(hào)，并將所述相減信號(hào)作為降噪后的電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣之前測(cè)量電暈籠上聲信號(hào)測(cè)點(diǎn)以獲取包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，將步驟4中得到的相減信號(hào)視為采樣信號(hào)，重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟4。

優(yōu)選地，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解時(shí)，小波函數(shù)為：

相應(yīng)的離散小波變換為

上述兩式中，m,n為整數(shù)，a0為大于1的常數(shù)，b0為大于0的常數(shù)；

優(yōu)選地，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解時(shí)，是采用db4小波進(jìn)行一維離散小波分解算法，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行5層小波分解。

優(yōu)選地，應(yīng)用趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)時(shí)包括：

根據(jù)從步驟1獲取的采樣信號(hào)的特征，確定小波分解方法重建信號(hào)的全局軟閾值為1.5，或者根據(jù)從步驟4獲取的相減信號(hào)的特征，確定小波分解方法重建信號(hào)的全局軟閾值為0.06；

每層系數(shù)都采用相同的全局軟閾值。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

原始信號(hào)采樣單元，其用于對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣并將采樣信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分解單元，所述原始信號(hào)是包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)；

信號(hào)分解單元，其用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解，其中：

小波函數(shù)為

相應(yīng)的離散小波變換為

上述兩式中，m,n為整數(shù)，a0為大于1的常數(shù)，b0為大于0的常數(shù)；

信號(hào)重建單元，其用于根據(jù)信號(hào)分解單元得到的趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)；

電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元，其用于將原始采樣信號(hào)單元中獲取的采樣信號(hào)與信號(hào)重建單元獲取的重建信號(hào)相減以得到相減信號(hào)，所述相減信號(hào)即為降噪后的電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括原始信號(hào)采集單元，其用于在原始信號(hào)采樣單元對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣之前測(cè)量電暈籠上聲信號(hào)測(cè)點(diǎn)以獲取包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)發(fā)送單元，其用于將電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元中得到的相減信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分解單元，以使信號(hào)分解單元、信號(hào)重建單元和電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元依次對(duì)其進(jìn)行處理。

優(yōu)選地，信號(hào)分解單元對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解，其中：

小波函數(shù)為

相應(yīng)的離散小波變換為

上述兩式中，m,n為整數(shù)，a0為大于1的常數(shù)，b0為大于0的常數(shù)；

優(yōu)選地，信號(hào)分解單元采用db4小波進(jìn)行一維離散小波分解算法，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行5層小波分解。

優(yōu)選地，信號(hào)重建單元應(yīng)用趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)時(shí)包括：

根據(jù)從原始信號(hào)采樣單元獲取的采樣信號(hào)的特征，確定信號(hào)重建單元重建信號(hào)的全局軟閾值為1.5，或者根據(jù)電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元發(fā)送的相減信號(hào)的特征，確定信號(hào)重建單元重建信號(hào)的全局軟閾值為0.06；

每層系數(shù)都采用相同的全局軟閾值。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案在掌握典型測(cè)量環(huán)境下背景噪聲特征和輸電線路電暈可聽(tīng)噪聲特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用離散小波分解方法，較好地解決了在背景噪聲和電暈可聽(tīng)噪聲時(shí)頻交叉混疊時(shí)，消除背景噪聲的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實(shí)施方式：

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式采用db4小波和sym6小波對(duì)含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行小波分解的效果比較圖；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式應(yīng)用小波分解方法重建信號(hào)時(shí)采用分層閾值和全局閾值的效果比較圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式應(yīng)用小波分解方法重建信號(hào)時(shí)采用分層閾值和全局閾值的效果比較圖的局部放大圖；

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式對(duì)在700kv電壓條件下采集的含噪電暈可聽(tīng)噪聲進(jìn)行降噪處理后的電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)與采樣信號(hào)的比較圖；

圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式對(duì)在700kv電壓條件下采集的含噪電暈可聽(tīng)噪聲進(jìn)行降噪處理后單個(gè)電暈可聽(tīng)噪聲與采樣信號(hào)的比較圖；以及

圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式的對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不局限于此處描述的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例是為了詳盡地且完全地公開(kāi)本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對(duì)于表示在附圖中的示例性實(shí)施方式中的術(shù)語(yǔ)并不是對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。

除非另有說(shuō)明，此處使用的術(shù)語(yǔ)(包括科技術(shù)語(yǔ))對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語(yǔ)，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語(yǔ)境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過(guò)于正式的意義。

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法的流程圖。如圖1所示，所述對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的方法100從步驟101開(kāi)始。

在步驟101，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣，所述原始信號(hào)是包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)；

在步驟102，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解；

優(yōu)選地，在對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解時(shí)，其中：

小波函數(shù)為

相應(yīng)的離散小波變換為

上述兩式中，m,n為整數(shù)，a0為大于1的常數(shù)，b0為大于0的常數(shù)。

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式采用db4小波和sym6小波對(duì)含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行小波分解的效果比較圖。如圖2所示，圖2的左半部分為采用db4小波進(jìn)行分解的處理結(jié)果，右半部分為采用sym6小波進(jìn)行分解的處理結(jié)果，兩者相比，采用db4小波進(jìn)行處理的結(jié)果與采樣信號(hào)更為接近。故優(yōu)選地，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解時(shí)，是采用db4小波進(jìn)行一維離散小波分解算法，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行5層小波分解。

在步驟103，應(yīng)用步驟102中小波分解得到的趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)；

在應(yīng)用小波分解方法重建信號(hào)時(shí)，閾值的選擇有分層閾值和全局閾值兩種類型。

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式應(yīng)用小波分解方法重建信號(hào)時(shí)采用分層閾值和全局閾值的效果比較圖。圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式應(yīng)用小波分解方法重建信號(hào)時(shí)采用分層閾值和全局閾值的效果比較圖的局部放大圖。

如圖3所示，分層閾值由于小，因此，濾波后信號(hào)保留了更多的時(shí)間歷程上的細(xì)節(jié)；而給定的、較大的、全局閾值濾波后的信號(hào)則保留了原型號(hào)幅值較大的部分，而將時(shí)間歷程上的細(xì)節(jié)噪聲多數(shù)濾出。圖4是將圖3中一個(gè)含噪電暈可聽(tīng)噪聲的脈沖放大后的比較圖，從圖4中可以看出，全局軟閾值的合理選取可以使提取出來(lái)的電暈可聽(tīng)聲信號(hào)在細(xì)節(jié)上更加平滑，另外，軟閾值和硬閾值相比，提取的結(jié)果更加接近采樣信號(hào)，因此，本方法選擇全局軟閾值對(duì)電暈可聽(tīng)聲信號(hào)進(jìn)行提取。

因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選地，應(yīng)用趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)時(shí)包括：

根據(jù)從步驟101獲取的采樣信號(hào)的特征，確定小波分解方法重建信號(hào)的全局軟閾值為1.5，或者根據(jù)從步驟104獲取的相減信號(hào)的特征，確定小波分解方法重建信號(hào)的全局軟閾值為0.06；

每層系數(shù)都采用相同的全局軟閾值。

在步驟104，將采樣信號(hào)與重建信號(hào)相減得到相減信號(hào)，并將所述相減信號(hào)作為降噪后的電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣之前測(cè)量電暈籠上聲信號(hào)測(cè)點(diǎn)以獲取包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，將步驟104中得到的相減信號(hào)視為采樣信號(hào)，重復(fù)執(zhí)行步驟102至步驟104。

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式對(duì)在700kv電壓條件下采集的含噪電暈可聽(tīng)噪聲進(jìn)行降噪處理后的電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)與采樣信號(hào)的比較圖。圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式對(duì)在700kv電壓條件下采集的含噪電暈可聽(tīng)噪聲進(jìn)行降噪處理后單個(gè)電暈可聽(tīng)噪聲與采樣信號(hào)的比較圖。如圖5所示，上半部分為含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)的采樣，下半部分為進(jìn)行降噪處理后的電暈可聽(tīng)噪聲，兩者相比，采用小波分解的方法較好地實(shí)現(xiàn)了消除背景噪聲，提取電暈可聽(tīng)噪聲的效果。從圖6中更可以清晰看出，經(jīng)過(guò)降噪處理后得到的單個(gè)電暈可聽(tīng)噪聲與采樣信號(hào)相比，盡管背景噪聲很強(qiáng)，但本發(fā)明還是實(shí)現(xiàn)了電暈可聽(tīng)噪聲的提取。

圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式的對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如圖7所示，對(duì)高壓輸電線路含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理的系統(tǒng)700包括原始信號(hào)采樣單元701、信號(hào)分解單元702、信號(hào)重建單元703和電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元704。

原始信號(hào)采樣單元701，其用于對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣并將采樣信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分解單元，所述原始信號(hào)是包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)；

信號(hào)分解單元702，其用于對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解；

優(yōu)選地，信號(hào)分解單元702對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散小波分解時(shí)，其中：

小波函數(shù)為

相應(yīng)的離散小波變換為

上述兩式中，m,n為整數(shù)，a0為大于1的常數(shù)，b0為大于0的常數(shù)；

信號(hào)重建單元703，其用于根據(jù)信號(hào)分解單元702得到的趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)；

電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元704，其用于將采樣信號(hào)與信號(hào)重建單元703獲取的重建信號(hào)相減以得到相減信號(hào)，并將所述相減信號(hào)作為電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括原始信號(hào)采集單元705，其用于在原始信號(hào)采樣單元701對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采樣之前測(cè)量電暈籠上聲信號(hào)測(cè)點(diǎn)以獲取包含環(huán)境噪聲的含噪電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)發(fā)送單元706，其用于將電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)單元704中得到的相減信號(hào)發(fā)送至信號(hào)分解單元702，以使信號(hào)分解單元702、信號(hào)重建單元703和電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元704依次對(duì)其進(jìn)行處理。

優(yōu)選地，信號(hào)分解單元702采用db4小波進(jìn)行一維離散小波分解算法，并對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行5層小波分解。

優(yōu)選地，信號(hào)重建單元703應(yīng)用趨勢(shì)系數(shù)重建信號(hào)時(shí)包括：

根據(jù)從原始信號(hào)采樣單元701獲取的采樣信號(hào)的特征，確定信號(hào)重建單元703重建信號(hào)的全局軟閾值為1.5，或者根據(jù)電暈可聽(tīng)噪聲信號(hào)確定單元704發(fā)送的相減信號(hào)的特征，確定信號(hào)重建單元703重建信號(hào)的全局軟閾值為0.06；

每層系數(shù)都采用相同的全局軟閾值。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語(yǔ)都根據(jù)他們?cè)诩夹g(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個(gè)/所述/該【裝置、組件等】”都被開(kāi)放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個(gè)實(shí)例，除非另外明確地說(shuō)明。這里公開(kāi)的任何方法的步驟都沒(méi)必要以公開(kāi)的準(zhǔn)確的順序運(yùn)行，除非明確地說(shuō)明。