[发明专利]一种基于虚拟阵列扩展的变电站声源定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于虚拟阵列扩展的变电站声源定位方法，其包括步骤：(1)设置声音传感器均匀平面阵列，以采集K个声音信号，所述声音传感器均匀平面阵列具有M×M个阵元；(2)采用四阶累积量阵列扩展方法对声音传感器均匀平面阵列进行扩展；(3)基于扩展阵列构建空间谱函数；(4)对空间谱函数进行极大值搜索，并基于该极大值获得与其对应的入射方位角和入射俯仰角θ的估计值，以对变电站设备声源进行定位。此外，本发明还公开一种对变电站局部放电信号进行定位的系统，该系统能够用于实施上述的变电站声源定位方法。

技术领域

本发明涉及一种定位方法及系统，尤其涉及一种变电站声源定位方法及系统。

背景技术

电力设备的运行状态直接影响着电网的安全稳定和产能效益，为保证电力安全生产，现急需一种更加安全有效的状态检测方法，以实现电力设备运行状态的检测。

已有的电力设备声音检测技术往往需要在电力设备上安装声音传感器和信号调理单元，在现场实施时通常需要考虑到电源线及信号线的布置，繁琐且工作量大。另外，这种检测技术还无法实现对电力设备声源的定位，如若要实现定位则需要在每个设备上都安装传感器，这会造成巨大的人力物力负担，检测成本极大。

在现有技术中，某些声源定位方法可以通过利用声音传感器阵列来采集声音信号，进行定位。这种利用声音传感器阵列的声学检测手段具有测量范围广、非接触测量、故障预警能力强等优势，其可以实现对变电站异常声源的主动定位，确定故障区段，防止故障进一步蔓延。相应地，基于声传感器阵列的声源定位技术的性能不仅与处理算法有关，还取决于传感器的阵列模型，通过增加传感器数量可以提高阵列的分辨能力和定位精度。

但需要注意的是，这种基于声传感器阵列的声源定位技术会受硬件成本的影响，特别是针对声音信号在线监测应用，不能无限制地增加传感器数量。

基于此，针对现有技术的缺陷与不足，本发明期望获得一种基于虚拟阵列扩展的变电站声源定位方法及系统，其能够对均匀平面阵列(uniform planar array,URA)进行虚拟扩展，以在不升级声音传感器阵列的情况下扩展传感器数量，从而有效抑制变电站声源信号中的高斯噪声，提高定位精度，实现对变电站设备声源的精准定位。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于虚拟阵列扩展的变电站声源定位方法，该变电站声源定位方法能够对声音传感器阵列进行虚拟扩展，以在不升级传感器阵列的情况下扩展传感器数量，从而有效抑制变电站声源信号中的高斯噪声，提高定位精度，实现对变电站设备声源的精准定位。

基于上述目的，本发明提出了一种基于虚拟阵列扩展的变电站声源定位方法，其包括步骤：

(1)设置声音传感器均匀平面阵列，以采集声音信号，所述声音传感器均匀平面阵列具有M×M个阵元；

(2)采用四阶累积量阵列扩展方法对声音传感器均匀平面阵列进行扩展；

(3)基于扩展阵列构建空间谱函数；

(4)对空间谱函数进行极大值搜索，并基于该极大值获得与其对应的入射方位角和入射俯仰角θ的估计值，以对变电站设备声源进行定位。

在本发明的上述技术方案中，在步骤(2)中，本发明提出了一种适用于均匀平面阵列(uniform planar array,URA)的四阶累积量(fourth order cumulant,FOC)阵列扩展方法，其可以有效拓展声音传感器数量，抑制信号中的高斯噪声，提高定位精度。

进一步地，在本发明所述的变电站声源定位方法中，所述步骤(2)进一步包括步骤：

(a)采用下述公式对声音传感器均匀平面阵列进行扩展：