[发明专利]一种基于提升小波变换的局部放电信号去噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于信号处理及在线监测领域，特别涉及一种基于提升小波变换的局部放电信号去噪方法。

背景技术

局部放电在线检测已成为评估电气设备绝缘状态的有效方法。在线检测中，电气设备处于带电运行状态，现场干扰严重；而绝缘缺陷产生的PD信号通常非常微弱，容易淹没于严重的背景噪声中。因此干扰的抑制是绝缘PD在线检测的关键问题。按照抑制干扰的一般顺序，PD在线检测中的干扰一般可分为三类：周期性窄带干扰，白噪声和随机脉冲干扰。在抑制随机脉冲干扰之前，去除白噪声并获得畸变率小的脉冲是关键。国内外研究结果普遍认为，小波阈值去噪法能有效抑制白噪声。小波阈值去噪时，小波阈值的选择对去噪信号的畸变有着密切的关系。若阈值过大，则信号的估计有较大的偏差，若阈值过小，则信号的估计有较大的方差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于提升小波变换的局部放电信号去噪方法，解决中压电缆局部放电信号含有噪声的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于提升小波变换的局部放电信号去噪方法，包括下述步骤:

(1)输入待去噪的局部放电信号；

(2)对局部放电信号进行提升小波分解处理，获得不同分解尺度的高频系数分量和最高尺度的低频系数分量；

(3)采用基于小波熵的分层阈值及软阈值函数，对步骤(2)所得的高频系数分量进行量化处理以去除噪声分量，并保存为新的高频系数分量；

(4)利用新的高频系数分量和步骤(3)所得的最高尺度的低频系数分量组成进行信号重构的系数分量，对系数进行信号重构，获得去噪后的局部放电信号。

所述步骤（2）包括下述步骤：

(a)确定db8小波的提升方案，并将提升步骤ELS添加到提升方案中；

(b)采用Eucliden算法对局部放电信号进行4层提升小波分解，获得不同分解尺度的高频系数分量和最高尺度的低频系数分量。

进一步的，小波分解的步骤包括：分裂、预测和更新；分裂是将原始信号s_j={s_j,k}分为两个互不相交的子集之和，每个子集的长度是原子集的一半；通常是将一个数列分为偶数序列e_j-1和奇数序列o_j-1，由于偶数序列和奇数序列存在一定的相关性，因此可以通过偶数序列e_j-1来预测奇数序列o_j-1，实际值o_j-1和预测值P(e_j-1)的差值d_j-1反映了两者之间的逼近程度，称之为细节系数或小波系数，对应于原始信号s_j的高频部分；为了恢复在预测过程中丢失的信号的某些特征，引入更新算子U，其过程如s_j-1=e_j-1+U(d_j-1)，P与U取不同的函数，可构造出不同的小波变换。

所述步骤（3）包括下述步骤：

(c)把每个分解尺度的高频信息量都看成是一个单独的信号源，将每一层高频小波系数分成n个相等的子区间,计算并比较各个子区间的小波熵，选取小波熵值最大的子区间小波系数,认为该子区间的小波系数是由噪声引起的,计算该子区间小波系数的中值σ_j，作为第j尺度的噪声方差,从而可以计算得到第j尺度的小波阈值；

(d)对第j层的高频系数分量进行阈值量化处理，利用软阈值函数，滤除绝对值小于该阈值的小波系数，削弱绝对值大于该阈值的小波系数，得到第j层的近似高频小波系数；

(e)噪声分布在小波域的各个频段，根据这种分布特性，按步骤(c)分别计算得到提升小波变换各层的阈值，按照步骤(d)对每一层的高频分量进行阈值处理，得到近似的高频小波系数。

所述的步骤(c)中，各个子区间的小波熵的计算公式为：