[发明专利]一种基于相加求和与MUSIC联合算法的变电站设备可听声源定位方法

说明书

本发明公开了一种基于相加求和与MUSI C联合算法的变电站设备可听声源定位方法，采用该方法需要在变电站设备前设置由声音传感器阵元组成的阵列，通过接收声音传感器阵元的信号以及变电站设备的远场窄带声音信号，通过基于相加求和与MUSI C算法的联合算法，从而能够高效和精确的得到的变电站设备声源定位结果。

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统输变电设备运行维护领域，具体涉及一种基于相加求和与MUSIC联合算法的变电站设备可听声源定位方法。

背景技术

电力设备的声信号中包含着丰富的放电、振动等信息，是分析设备运行状态的一项重要指标。

已有的电力设备声音检测技术往往需要在单一设备上安装声音传感器和信号调理单元，现场实施时要考虑电源线及信号线的布置，繁琐且工作量大。另一方面，该方法无法实现对电力设备声源的定位，如要实现定位则需要在每个设备上都安装传感器，这在人力、物力上都是不可行。因此，利用一组非接触式声音传感器阵列，开发应用于全站电力设备声音检测及定位的便携式装置，并通过成像方法将声源位置与设备图像同时呈现，将有力地提升电力设备声音检测及定位的效率。

常用的声源定位方法有基于波束成形的相加求和算法和基于空间谱的MUSIC算法。但实际使用中，这两类方法存在着各自的不足。一方面，基于相加求和的波束形成算法的抗噪性能较差，信噪比越低，误差越大，而MUSIC算法的抗噪声能力更强。另一方面，MUSIC算法的运算复杂度较高，并随着传感器阵列的个数增加而显著增加。

发明内容

本发明提出了一种基于相加求和与MUSIC联合算法的成像定位方法，克服了单独采用某一种方法的缺点，提高了变电站设备可听声成像定位系统的现场应用性能。

实现上述目的的一种技术方案是：一种基于相加求和与MUSIC联合算法的变电站设备可听声源定位方法，采用该方法需要在变电站设备前设置由声音传感器阵元组成的阵列，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，τ′_m为对应第m个声音传感器阵元接收信号的时间补偿，w_m是对第m路声音传感器阵元的声音传感器通道信号的加权系数，不考虑环境噪声，则第m个声音传感器阵元接收到的输入信号和输出信号为

x_m(t)＝s(t-τ_m) (1)

变换到频域中，可表示为

从上式中可以看出，当τ′_m＝τ_m时，可以使得补偿后的各个通道信号拥有相同的相位，加权叠加后系统的输出值为最大；

若权向量用w表示，

w＝[w₁,w₂,…,w_M]^T (4)

阵列的输出信号则为

y(ω)＝w^Hx(ω) (5)

其中上标H表示共轭转置；

步骤2，将权向量w取作方向向量a，此时输出值最大，此时的即声波源位置；

将上面求得的声源位置作为初定位结果，并依此确定MUSIC算法的搜索范围为：

[θ'-△θ,θ'+△θ]和

△θ和为扰动量，取△θ＝10°和则将MUSIC算法的搜索范围从0-360°和0-90°均缩小为0-21°；