[发明专利]一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采技术，特别是关于一种油气管道堵塞监测设备中宽带背景噪声的消除方法。

背景技术

油气长输管道由于具有管径大、运距长、压力高和输量大的特点，是一巨大而复杂的工程。由于低温、高速流动、脱水不完全等原因，油气在输送管道内容易形成冰堵；而由于低温、结蜡等原因，输油管线则易发生凝管、蜡堵等事故。此外，在油气管道清管过程中，管道内部的杂质聚集，容易造成清管器堵塞，若不能及时处理将会造成巨大的经济损失。在某些严重情况下，甚至会导致海底管道停产，造成的经济损失极为巨大。

低频声波技术可以用于多相流管道堵塞点的监测和检测。基于低频声波的管道堵塞点检测原理，是指在管道的一端发射一个低频声波信号，由于管道的波导作用，低频声波信号将以平面波的形式在管道内传播，当管道内流体由于水合物冰堵、结蜡或者阀门关闭等原因导致部分或者全部堵塞时，管道声阻抗将发生明显变化，平面声波将发生反射，并沿着管道传输回发射点。通过测量发射声波和反射回声的时间延迟，并结合管道内声速，可精确计算出管道内堵塞点的位置。

基于低频声波的油气管道堵塞点监测的核心难点是，必须准确检测到堵塞面反射后的微弱低频回波信号。但实际管道的运行状况千差万别，背景噪声都各不相同，很难准确检测到回波信号。从实际工程经验上看，即便这种背景噪声很多是平稳宽带噪声，低频堵塞回波信号还是很容易受到背景平稳宽带噪声影响，相应会引起系统的误报。

对于低频声波信号而言，由于其声学特性具有短时平稳性，低频声波信号的频域谱可以有效表征低频堵塞回波信号的声学特征。因此，为进一步降低系统的误报率，系统应先估计出背景平稳宽带噪声的频谱，然后抑制此背景噪声，才能有效利用低频声波信号获得准确的堵塞信息。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，从而获得准确的管道堵塞信息。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种抑制管道堵塞声信号中宽带背景噪声的方法，包括对输入的含平稳宽带背景噪声的油气管道堵塞低频回波信号提取其频域谱、对背景噪声的频域谱进行估计、利用维纳滤波器抑制背景噪声的步骤，其特征在于，

油气管道堵塞低频回波信号的频域谱提取方法如下：

1)首先定义油气管道堵塞回波信号模型：

y(n)＝s(n)+b(n)            (1)

y(n)是数据采集系统采集到的信号，s(n)是管道真实堵塞回波信号，b(n)是背景噪声信号；

2)将输入信号y(n)分成长度为含有L个互不重叠样点的时间窗，对每个时间窗中的L个样点，用傅里叶变换提取频域谱：

Y(k)=Σn=0N-1y(i)·e-j2πNk·n---(2)]]>

其中k＝1，2，...，N-1，y(i)表示主传感器接收到的时域信号，Y(k)就是当前输入信号的频域谱，也称为傅里叶变换谱；

背景噪声的频域谱估计方法如下：

1)把式(1)变换到频域谱：

Y(k)＝S(k)+B(k)            (3)

Y(k)是采集到信号的频域谱，S(k)是目标信号频域谱，B(k)是背景噪声频域谱，

2)系统背景噪声频域谱初始化：