[发明专利]基于Hankel矩阵奇异值分解的局部放电信号去噪方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于Hankel矩阵奇异值分解的局部放电信号去噪方法及装置，方法为：采用双指数衰减振荡函数构造染噪信号；使用设定截取长度的信号序列滑动构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，得到染噪信号中局部放电信号发出的时间段；对发出时间段的局部放电信号滑动构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，利用比例增大法判断局部放电信号有效阶次；对有效阶次个奇异值进行信号重构，得到去噪后局部放电信号；将去噪后局部放电信号在时间段外的信号置零，得到与染噪信号相同长度的无噪局部放电信号。本方法利用滑动数据得到局部放电信号发出的时间段，通过比例增大法计算局部放电信号的有效阶次，实现去除白噪声信号干扰的同时保留原始局部放电信号的细节信息。

技术领域

本发明属于局部放电信号去噪的技术领域，具体涉及一种基于Hankel矩阵奇异值分解的局部放电信号去噪方法及装置。

背景技术

白噪声是由于电气设备的热噪声引起的，大量存在于局部放电检测现场；进行现场局部放电检测时，白噪声会侵入局部放电检测装置；而局部放电信号PD通常较为微弱，强噪声将会淹没PD有效信号；故为了获得良好的PD信号，必须有效地削弱和抑制白噪声信号。

在现有技术中，目前局部放电信号中的白噪声主要采用小波分析法，但该方法的去噪效果受基小波类型、阈值选择等方法的影响较大。奇异值分解法是最近以来受到科研人员关注的抑制局部放电噪声的一种手段，但奇异值分解法在局部放电的应用主要应用在窄带干扰的抑制方面。由于传统奇异值分解法采用整个信号序列进行奇异值分解，导致局部放电信号的奇异值与白噪声的奇异值都呈现缓慢下降的趋势，数量多，难以通过奇异熵、小波阈值法、差分谱法等奇异值特征点进行区分。如果能够得到局部放电发生的区域，将其截取出来进行奇异值分解，不仅会大大减少运算量，还可以利用局部放电能量的集中性，用较少的奇异值反映局部放电信号的波形信息，通过搜寻的方法找到局部放电与白噪声的奇异值的分界点，继而可以完成局部放电信号的白噪声去噪。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于Hankel矩阵奇异值分解的局部放电信号去噪方法及装置，本方法基于Hankel矩阵奇异值分解，通过构造染噪信号，利用滑动数据确定局部放电信号的时间，采用比例增大法计算局部放电信号的有效阶次，最后通过奇异值分解重构获得无噪的良好的局部放电信号，去除了白噪声信号的干扰。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了基于Hankel矩阵奇异值分解的局部放电信号去噪方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

S1、采用双指数衰减振荡函数构造染噪信号；

S2、对染噪信号使用设定截取长度的信号序列滑动构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，得到染噪信号中局部放电信号发出的时间段；

S3、对发出时间段的局部放电信号滑动构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，利用比例增大法判断局部放电信号有效阶次；

S4、对有效阶次个奇异值进行信号重构，得到去噪后局部放电信号；

S5、将去噪后局部放电信号在时间段外的信号置零，得到与染噪信号相同长度的无噪局部放电信号。

作为优选的技术方案，所述步骤S1具体为：

采用双指数衰减振荡函数分别模拟局部放电信号和服从w～N(0,0.4²)分布的白噪声信号，共同构成染噪信号y(k),k＝1,2,…,N，其中N为信号长度；

所述双指数衰减振荡函数表示为：

其中Z₄为信号增幅，τ为衰减系数，频率f_c为振荡中心，t₀为开始放电时刻，m₄(t)为模拟信号在任意时刻t对应的值。